CN213239461U - 一种测量电路、发动机及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种测量电路、发动机及车辆。其中，该测量电路包括至少一个电阻式传感器、至少一个第一运算放大器、至少一个第一电阻、数模转换器、控制电路和电压采集电路，电阻式传感器的两端分别与第一运算放大器的反相输入端和输出端电连接；第一运算放大器的反相输入端经对应的第一电阻接地；数模转换器的输出端与对应的第一运算放大器的同相输入端电连接；控制电路的输出端与数模转换器的输入端电连接；电压采集电路与电阻式传感器电连接，控制电路的输入端与电压采集电路的输出端电连接。本实用新型实施例提供的技术方案可以使得传感器的电阻值与采集到的电压值呈线性关系，使得被测量变动范围较大的传感器上的电压满足要求。

Description

一种测量电路、发动机及车辆

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，尤其涉及一种测量电路、发动机及车辆。

背景技术

发动机上通常会安装大量传感器，例如：环境温度传感器、进气温度传感器、排气温度传感器和进气压力传感器，发动机的电子控制单元(Electronic Control Unit，简称ECU)可通过这些传感器检测的信号，控制发动机的运行状态。

通常这些传感器为电阻式传感器，即将被检测量变化转换成电阻变化的传感器。使用时，通常将传感器的一端接地，将传感器的另一端经电阻与恒压源连接，即形成分压方式，通过采集到的传感器的电压值，计算传感器的当前电阻值，进而得到被测量的大小。但是这种分压方式中，传感器的电阻值与采集到的传感器的电压值呈现明显的非线性关系，故使得运算较复杂，导致对ECU的性能要求较高，成本较高。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种测量电路、发动机及车辆，以使得传感器的电阻值与采集到的传感器的电压值呈线性关系，以简化计算，并方便在传感器的被测量变动范围较大时，调整数模转换器的输出电压，以调节流经传感器的电流，进而使得传感器上的电压不要超过电压采集电路的输入电压范围。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种测量电路，包括：

至少一个电阻式传感器；

至少一个第一运算放大器，第一运算放大器与电阻式传感器一一对应设置，电阻式传感器的第一端与对应的第一运算放大器的反相输入端电连接；电阻式传感器的第二端与对应的第一运算放大器的输出端电连接；

至少一个第一电阻，第一运算放大器与第一电阻一一对应设置，第一运算放大器的反相输入端经对应的第一电阻接地；

数模转换器，数模转换器的输出端与第一运算放大器一一对应设置，数模转换器的输出端与对应的第一运算放大器的同相输入端电连接；

控制电路，控制电路的输出端与数模转换器的输入端电连接，控制电路用于控制数模转换器输出对应的模拟电压；

电压采集电路，与电阻式传感器电连接，电压采集电路用于采集电阻式传感器的第一端和第二端的电压，或，电阻式传感器的第二端与地之间的电压；

控制电路的输入端与电压采集电路的输出端电连接，控制电路还用于根据电压采集电路输出的信号，确定电阻式传感器的检测量。

进一步地，电压采集电路包括第一模数转换器，第一模数转换器的输入端与电阻式传感器一一对应设置，第一模数转换器的输入端与对应的电阻式传感器的第二端电连接；第一模数转换器的输出端与电压采集电路的输出端电连接。

进一步地，电压采集电路包括第二模数转换器和至少一个差分放大电路，

差分放大电路与电阻式传感器一一对应设置，第二模数转换器的输入端与差分放大电路一一对应设置，差分放大电路的第一输入端与对应的电阻式传感器的第一端电连接；差分放大电路的第二输入端与对应的电阻式传感器的第二端电连接；差分放大电路的输出端与对应的第二模数转换器的输入端电连接；第二模数转换器的输出端与电压采集电路的输出端电连接。

进一步地，测量电路还包括至少一个差分放大电路，

差分放大电路与电阻式传感器一一对应设置，差分放大电路的第一输入端与对应的电阻式传感器的第一端电连接，差分放大电路的第二输入端与对应的电阻式传感器的第二端电连接，差分放大电路的输出端与对应的模数转换器的输入端电连接。

进一步地，差分放大电路包括：第二运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，

其中，差分放大电路的第一输入端经第二电阻与第二运算放大器的反相输入端电连接；第二运算放大器的反相输入端经第三电阻与第二运算放大器的输出端电连接；差分放大电路的第二输入端经第四电阻与第二运算放大器的同相输入端电连接；第二运算放大器的同相输入端经第五电阻接地；第二运算放大器的输出端与差分放大电路的输出端电连接。

进一步地，数模转换器、第一模数转换器和控制电路集成在同一控制芯片中。

进一步地，电阻式传感器的数量为多个。

进一步地，全部电阻式传感器包括至少两种不同型号的电阻式传感器，和/或，全部电阻式传感器包括至少两种不同类型的电阻式传感器。

进一步地，电阻式传感器包括温度传感器或压力传感器。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种发动机，包括本实用新型任意实施例提供的测量电路。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种车辆，包括本实用新型任意实施例提供的发动机。

本实用新型实施例的技术方案中的测量电路包括至少一个电阻式传感器、至少一个第一运算放大器、至少一个第一电阻、数模转换器、控制电路和电压采集电路，第一运算放大器与电阻式传感器一一对应设置，电阻式传感器的第一端与对应的第一运算放大器的反相输入端电连接；电阻式传感器的第二端与对应的第一运算放大器的输出端电连接；第一运算放大器与第一电阻一一对应设置，第一运算放大器的反相输入端经对应的第一电阻接地；数模转换器的输出端与第一运算放大器一一对应设置，数模转换器的输出端与对应的第一运算放大器的同相输入端电连接；控制电路的输出端与数模转换器的输入端电连接，控制电路用于控制数模转换器输出对应的模拟电压；电压采集电路与电阻式传感器电连接，电压采集电路用于采集电阻式传感器的第一端和第二端的电压，或，电阻式传感器的第二端与地之间的电压；控制电路的输入端与电压采集电路的输出端电连接，控制电路还用于根据电压采集电路输出的信号，确定电阻式传感器的检测量，以使得传感器的电阻值与采集到的电压值呈线性关系，以简化计算，并方便在传感器的被测量变动范围较大时，调整数模转换器的输出电压，以调节流经传感器的电流，进而使得传感器上的电压不要超过电压采集电路的输入电压范围。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种测量电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的又一种测量电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种差分放大电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种发动机的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种车辆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

本实用新型实施例提供一种测量电路。图1为本实用新型实施例提供的一种测量电路的结构示意图。该测量电路包括：至少一个电阻式传感器10、至少一个第一运算放大器20、至少一个第一电阻R1、数模转换器30、控制电路40和电压采集电路50。

其中，第一运算放大器20与电阻式传感器10一一对应设置，电阻式传感器10的第一端Det1与对应的第一运算放大器20的反相输入端电连接；电阻式传感器10的第二端Det2与对应的第一运算放大器20的输出端电连接。

第一运算放大器20与第一电阻R1一一对应设置，第一运算放大器20的反相输入端经对应的第一电阻R1接地。

数模转换器30包括至少一个输出端Out1，数模转换器30的输出端Out1与第一运算放大器20一一对应设置，数模转换器30的输出端Out1与对应的第一运算放大器20的同相输入端电连接。

控制电路40的输出端与数模转换器30的输入端电连接，控制电路40用于控制数模转换器30输出对应的模拟电压。

电压采集电路50与电阻式传感器10电连接，电压采集电路50用于采集电阻式传感器10的第一端Det1和第二端Det2的电压，或，电阻式传感器10的第二端Det2与地之间的电压。

控制电路40的输入端与电压采集电路50的输出端电连接，控制电路40还用于根据电压采集电路50输出的信号，确定电阻式传感器10的检测量。

其中，电阻式传感器10可将检测量(例如温度、压力等)变化转换成电阻变化的传感器。可选的，电阻式传感器10的数量为一个或多个。可选的，全部电阻式传感器10包括至少两种不同型号的电阻式传感器10。相同类型但不同型号的电阻式传感器10的电阻值的变化范围不同，对应的数模转换器30输出的模拟电压可以不同，以使对应的传感器上的电压满足电压采集电路的输入电压范围。相同型号但实际使用时测量范围不同的电阻式传感器10的电阻值的变化范围不同，对应的数模转换器30输出的模拟电压可以不同，以使对应的传感器上的电压满足电压采集电路的输入电压范围。可选的，全部电阻式传感器10包括至少两种不同类型的电阻式传感器10。可选的，电阻式传感器10包括温度传感器或压力传感器。不同类型的电阻式传感器10的电阻值的变化范围不同，对应的数模转换器30输出的模拟电压可以不同，以使对应的传感器上的电压满足电压采集电路的输入电压范围。通过调节控制电路40输出至数模转换器30的数字信号，可调节数模转换器30输出的模拟电压，进而调节流经电阻式传感器10的电流I＝Vs/R₁。其中，R₁为与电阻式传感器10对应的第一电阻R1的阻值，Vs为与电阻式传感器10对应的数模转换器30的输出端Out1输出的模拟电压。通过控制电路40控制数模转换器30输出对应的模拟电压，数模转换器30的多个输出端Out1相当于多个电压可调的电压源，可以避免设置多种电压等级不同的电压源。

对于任一电阻式传感器10而言，若电压采集电路50采集的电压为电阻式传感器10的第一端Det1和第二端Det2的电压V_D1，则电压采集电路50采集的电压V_D1＝Vs/R₁·Rs+Vs，则Rs＝R₁/Vs·V_D1–R₁。其中，Rs为电阻式传感器10的电阻值。其中，R₁和Vs为已知值，故电阻式传感器10的电阻值Rs与采集到的电压值V_D1呈线性关系，可以方便根据采集到的电压值V_D1推算电阻式传感器10的电阻值Rs，进而根据电阻式传感器10的电阻值Rs，推算检测量，相比于电阻式传感器的电阻值与采集到的电压值呈非线性关系的方案，免除了非线性运算过程，可以简化计算。

对于任一电阻式传感器10而言，若电压采集电路50采集电阻式传感器10的第二端Det2与地之间的电压V_D2，则电压采集电路50采集的电压V_D2＝Vs/R₁·Rs，则Rs＝R₁/Vs·V_D2。故电阻式传感器10的电阻值Rs与采集到的电压值V_D2呈线性关系，可以方便根据采集到的电压值V_D2推算电阻式传感器10的电阻值Rs，进而根据电阻式传感器10的电阻值Rs，推算检测量，相比于电阻式传感器的电阻值与采集到的电压值呈非线性关系的方案，免除了非线性运算过程，可以简化计算。

当电阻式传感器10的检测量对应的电阻值较小时，使得电压采集电路50采集的电压小于第一预设阈值，控制电路40可控制数模转换器30对应的输出端Out1输出的模拟电压增大，以使流经电阻式传感器10的电流增大，电压采集电路50采集的电压增大；当电阻式传感器10的检测量对应的电阻值较大时，使得电压采集电路50采集的电压大于第二预设阈值，控制电路40可控制数模转换器30对应的输出端Out1输出的模拟电压减小，以使流经电阻式传感器10的电流减小，电压采集电路50采集的电压减小，以方便在电阻式传感器10的被测量变动范围较大时，调整数模转换器30的输出电压，调节流经电阻式传感器10的电流，进而使得电阻式传感器10上的电压不要过大或过小，即不要超过电压采集电路正常工作时的输入电压范围，可以在保证精度要求的情况下，实现大动态范围的物理量阻值测量，提高了大动态物理量阻值的测量精度。第一预设阈值可小于第二预设阈值。电压采集电路50在大于第一预设阈值，小于第二预设阈值这个区间内的测量精度较高。

本实施例的技术方案中的测量电路包括至少一个电阻式传感器、至少一个第一运算放大器、至少一个第一电阻、数模转换器、控制电路和电压采集电路，第一运算放大器与电阻式传感器一一对应设置，电阻式传感器的第一端与对应的第一运算放大器的反相输入端电连接；电阻式传感器的第二端与对应的第一运算放大器的输出端电连接；第一运算放大器与第一电阻一一对应设置，第一运算放大器的反相输入端经对应的第一电阻接地；数模转换器的输出端与第一运算放大器一一对应设置，数模转换器的输出端与对应的第一运算放大器的同相输入端电连接；控制电路的输出端与数模转换器的输入端电连接，控制电路用于控制数模转换器输出对应的模拟电压；电压采集电路与电阻式传感器电连接，电压采集电路用于采集电阻式传感器的第一端和第二端的电压，或，电阻式传感器的第二端与地之间的电压；控制电路的输入端与电压采集电路的输出端电连接，控制电路还用于根据电压采集电路输出的信号，确定电阻式传感器的检测量，以使得传感器的电阻值与采集到的电压值呈线性关系，以简化计算，并方便在传感器的被测量变动范围较大时，调整数模转换器的输出电压，以调节流经传感器的电流，进而使得传感器上的电压不要超过电压采集电路的输入电压范围。

可选的，在上述实施例的基础上，继续参见图1，电压采集电路50包括第一模数转换器51，第一模数转换器51的输入端In1与电阻式传感器10一一对应设置，第一模数转换器51的输入端In1与对应的电阻式传感器10的第二端Det2电连接；第一模数转换器51的输出端与电压采集电路50的输出端电连接。

其中，第一模数转换器51的输入端In1的电压等于第二端Det2与地之间的电压V_D2，故相当于采集电阻式传感器10的第二端Det2与地之间的电压V_D2。可选的，数模转换器30、第一模数转换器51和控制电路40集成在同一控制芯片中。控制芯片可包括微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)或数字信号处理器(digital signal processing，DSP)等。需要说明的是，若电阻式传感器10的数量为多个，则第一运算放大器20的数量为多个，第一电阻R1的数量为多个，数模转换器30的输出端Out1的数量为多个，第一模数转换器51的输入端In1的数量为多个，分别一一对应。

本实用新型实施例提供又一种测量电路。图2为本实用新型实施例提供的又一种测量电路的结构示意图。在上述实施例的基础上，电压采集电路50包括第二模数转换器52和至少一个差分放大电路53。

其中，差分放大电路53与电阻式传感器10一一对应设置，第二模数转换器52的输入端In2与差分放大电路53一一对应设置，差分放大电路53的第一输入端In3与对应的电阻式传感器10的第一端Det1电连接；差分放大电路53的第二输入端In4与对应的电阻式传感器10的第二端Det2电连接；差分放大电路53的输出端与对应的第二模数转换器52的输入端In2电连接；第二模数转换器52的输出端与电压采集电路50的输出端Out2电连接。

其中，差分放大电路53的第一输入端In3和第二输入端In4之间的电压等于电阻式传感器10的第一端Det1和第二端Det2之间的电压V_D1，故相当于采集电阻式传感器10的第一端Det1和第二端Det2之间的电压V_D1。需要说明的是，若电阻式传感器10的数量为多个，则第一运算放大器20的数量为多个，第一电阻R1的数量为多个，数模转换器30的输出端Out1的数量为多个，差分放大电路53的数量为多个，第二模数转换器52的输入端In2的数量为多个，分别一一对应。

可选的，在上述实施例的基础上，图3为本实用新型实施例提供的一种差分放大电路的结构示意图，差分放大电路53包括：第二运算放大器531、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。

其中，差分放大电路53的第一输入端In3经第二电阻R2与第二运算放大器531的反相输入端电连接；第二运算放大器531的反相输入端经第三电阻R3与第二运算放大器531的输出端电连接；差分放大电路53的第二输入端In4经第四电阻R4与第二运算放大器531的同相输入端电连接；第二运算放大器531的同相输入端经第五电阻R5接地；第二运算放大器531的输出端与差分放大电路53的输出端Out2电连接。

其中，可选的，R₄/R₅＝R₂/R₃，其中，R₂为第二电阻R2的阻值，R₃为第三电阻R3的阻值，R₄为第四电阻R4的阻值，R₅为第五电阻R5的阻值，则第二模数转换器52的输入端In2的电压Vi＝R₂/R₃·V_D2。已知Rs＝R₁/Vs·V_D2，进而可知Rs＝R₁/Vs·(R₃/R₂)·Vi。可根据需要设置R₂/R₃的大小。若R₂＝R₃，则Vi＝V_D2。可根据Vi推算电阻式传感器10的电阻值Rs，进而根据电阻式传感器10的电阻值Rs，推算检测量，相比于电阻式传感器的电阻值与采集到的电压值呈非线性关系的方案，免除了非线性运算过程，可以简化计算。可选的，数模转换器30、第二模数转换器52和控制电路40集成在同一第二控制芯片中。第二控制芯片可包括微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)或数字信号处理器(digital signal processing，DSP)等。

本实用新型实施例提供一种发动机。图4为本实用新型实施例提供的一种发动机的结构示意图。该发动机100包括本实用新型任意实施例提供的测量电路(图中未示出)。

本实用新型实施例提供的发动机包括上述实施例中的测量电路，因此本实用新型实施例提供的发动机也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。

可选的，发动机100还可包括曲轴1、气缸2、连杆3、活塞4、活塞销轴4-1、活塞环5、排气管6、排气阀7、进气管8、进气阀9和火花塞11。可选的，电阻式传感器包括下述至少一种：环境温度传感器、进气温度传感器、排气温度传感器和进气压力传感器。进气温度传感器和进气压力传感器可设置于进气管8上，进气温度传感器可用于检测进气管8内气体的温度，进气压力传感器可用于检测进气管8内的气压。排气温度传感器可设置于排气管6上，排气温度传感器可用于检测排气管6内气体的温度。环境温度传感器可用于检测发动机所处环境的温度。控制电路可以是发动机的ECU。

本实用新型实施例提供一种车辆。图5为本实用新型实施例提供的一种车辆的结构示意图。该车辆200包括本实用新型任意实施例提供的发动机。

本实用新型实施例提供的车辆包括上述实施例中的发动机，因此本实用新型实施例提供的车辆也具备上述实施例中所描述的有益效果，此处不再赘述。注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种测量电路，其特征在于，包括：

至少一个电阻式传感器；

至少一个第一运算放大器，所述第一运算放大器与所述电阻式传感器一一对应设置，所述电阻式传感器的第一端与对应的第一运算放大器的反相输入端电连接；所述电阻式传感器的第二端与对应的第一运算放大器的输出端电连接；

至少一个第一电阻，所述第一运算放大器与所述第一电阻一一对应设置，所述第一运算放大器的反相输入端经对应的第一电阻接地；

数模转换器，所述数模转换器的输出端与所述第一运算放大器一一对应设置，所述数模转换器的输出端与对应的第一运算放大器的同相输入端电连接；

控制电路，所述控制电路的输出端与所述数模转换器的输入端电连接，所述控制电路用于控制所述数模转换器输出对应的模拟电压；

电压采集电路，与所述电阻式传感器电连接，所述电压采集电路用于采集所述电阻式传感器的第一端和第二端的电压，或，所述电阻式传感器的第二端与地之间的电压；

所述控制电路的输入端与所述电压采集电路的输出端电连接，所述控制电路还用于根据所述电压采集电路输出的信号，确定所述电阻式传感器的检测量。

2.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述电压采集电路包括第一模数转换器，所述第一模数转换器的输入端与所述电阻式传感器一一对应设置，所述第一模数转换器的输入端与对应的电阻式传感器的第二端电连接；所述第一模数转换器的输出端与所述电压采集电路的输出端电连接。

3.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述电压采集电路包括第二模数转换器和至少一个差分放大电路，

所述差分放大电路与所述电阻式传感器一一对应设置，所述第二模数转换器的输入端与所述差分放大电路一一对应设置，所述差分放大电路的第一输入端与对应的电阻式传感器的第一端电连接；所述差分放大电路的第二输入端与对应的电阻式传感器的第二端电连接；所述差分放大电路的输出端与对应的所述第二模数转换器的输入端电连接；所述第二模数转换器的输出端与所述电压采集电路的输出端电连接。

4.根据权利要求3所述的测量电路，其特征在于，所述差分放大电路包括：第二运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，

其中，所述差分放大电路的第一输入端经所述第二电阻与所述第二运算放大器的反相输入端电连接；所述第二运算放大器的反相输入端经所述第三电阻与所述第二运算放大器的输出端电连接；所述差分放大电路的第二输入端经所述第四电阻与所述第二运算放大器的同相输入端电连接；所述第二运算放大器的同相输入端经所述第五电阻接地；所述第二运算放大器的输出端与所述差分放大电路的输出端电连接。

5.根据权利要求2所述的测量电路，其特征在于，所述数模转换器、所述第一模数转换器和所述控制电路集成在同一控制芯片中。

6.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述电阻式传感器的数量为多个。

7.根据权利要求6所述的测量电路，其特征在于，全部电阻式传感器包括至少两种不同型号的电阻式传感器，和/或，全部电阻式传感器包括至少两种不同类型的电阻式传感器。

8.根据权利要求7所述的测量电路，其特征在于，所述电阻式传感器包括温度传感器或压力传感器。

9.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的测量电路。

10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的发动机。

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