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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Temperaturerfassung und insbesondere Systeme und Verfahren zur Detektion eines unerwarteten Mediums oder einer Änderung eines Mediums, wie durch einen Thermistor erfasst wird.
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HINTERGRUND
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Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der derzeit bezeichneten Erfinder in dem Maße, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, wie auch Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zulässig.
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Thermistoren sind thermisch empfindliche Widerstandselemente, die einen Widerstandswert besitzen, der sich mit der Temperatur ändert. Änderungen des Widerstandwertes des Thermistors können auf verschiedenen Wegen stattfinden. Beispielsweise kann sich der Widerstandswert aufgrund von Änderungen der Umgebungstemperatur ändern. Zusätzlich ändert sich der Widerstandswert des Thermistors aufgrund von Selbsterwärmung, die durch Strom, der durch den Thermistor fließt, bewirkt wird.
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Strom, der durch den Thermistor fließt, kann eine ausreichende Erwärmung bereitstellen, um die Temperatur über die Umgebungstemperatur anzuheben. Eine Selbsterwärmung hängt von einer Last, die angelegt ist, einem thermischen Dissipationsfaktor (δ th) und einer Geometrie des Thermistors ab.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein System zur Detektion von Änderungen in einem Medium, die durch einen Thermistor erfasst werden, umfasst ein erstes Modul, das ein Temperatursignal von einem Thermistor aufnimmt und das einen ersten Dissipationsfaktor des Thermistors berechnet. Ein zweites Modul empfängt den ersten Dissipationsfaktor des Thermistors und detektiert ein unerwartetes Medium und/oder eine Änderung des Mediums auf Grundlage des ersten Dissipationsfaktors.
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Gemäß anderen Merkmalen bestimmt das zweite Modul, ob der erste Dissipationsfaktor innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Das zweite Modul detektiert das unerwartete Medium, wenn der erste Dissipationsfaktor außerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt.
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Gemäß anderen Merkmalen wird der erste Dissipationsfaktor mit einem zweiten Dissipationsfaktor verglichen, der durch das zweite Modul vor dem ersten Dissipationsfaktor berechnet wird. Das zweite Modul detektiert die Änderung des Mediums, wenn eine Differenz zwischen dem ersten und zweiten Dissipationsfaktor größer als eine vorbestimmte Differenz ist.
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Gemäß anderen Merkmalen führt das erste Modul eine Temperaturkompensation an dem Temperatursignal auf Grundlage des Dissipationsfaktors aus. Ein Komponentensteuermodul steuert eine Komponente. Das Komponentensteuermodul stellt einen Betrieb der Komponente ein, wenn das unerwartete Medium und/oder die Änderung des Mediums detektiert ist.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Offenbarung zu beschränken.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
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1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Systems zur Detektion eines unerwarteten Mediums oder einer Änderung in einem Medium, wie durch einen Thermistor erfasst wird, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 ein Schema eines beispielhaften Temperaturerfassungsmoduls ist; und
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3 ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Detektion eines unerwarteten Mediums oder einer Änderung in einem Medium gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken. Zu Zwecken der Klarheit sind in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zur Identifizierung ähnlicher Elemente verwendet. Die hier verwendete Formulierung ”zumindest eines aus A, B und C” ist so auszulegen, dass ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder gemeint ist. Es sei zu verstehen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in verschiedener Reihenfolge ohne Änderung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden können.
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Der hier verwendete Begriff ”Modul” kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine elektronische Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein Field Programmable Gate Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert bzw. zweckgebunden oder Gruppe), der Code ausführt; andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder alle der obigen; wie in einem System-on-Chip betreffen, Teil davon sein oder umfassen. Der Begriff ”Modul” kann einen Speicher (gemeinsam genutzt, zweckgebunden oder Gruppe) aufweisen, der durch den Prozessor ausgeführten Code speichert.
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Der Begriff ”Code”, wie oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode aufweisen und kann Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte betreffen. Der Begriff ”gemeinsam genutzt”, wie oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann einiger oder der gesamte Code von mehreren Modulen durch einen einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Begriff ”Gruppe”, wie oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann einiger oder der gesamte Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
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Die Vorrichtungen und Verfahren, die hier beschrieben sind, können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert sein, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen prozessorausführbare Anweisungen, die an einem nicht flüchtigen konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten aufweisen. Nicht beschränkende Beispiele des nicht flüchtigen konkreten computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Speicher, Magnetspeicher und optische Speicher.
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Die vorliegende Offenbarung bestimmt, ob ein Medium, das der Thermistor erfasst, ein unerwartetes Medium ist oder sich geändert hat, oder nicht. Die vorliegende Offenbarung stellt das unerwartete Medium oder Änderungen eines Mediums, wie durch einen Thermistor erfasst ist, auf Grundlage eines Dissipationsfaktors des Thermistors fest. Die Verwendung des Dissipationsfaktors zur Detektion eines unerwarteten Mediums oder von Änderungen des Mediums erlaubt eine relativ schnelle Ansprechzeit.
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Einige herkömmliche Systeme detektieren Änderungen des Mediums, die durch den Thermistor erfasst werden, durch Erfassen, ob sich das Medium (in dem der Thermistor arbeitet) bewegt oder stillsteht. Die meisten erfordern zusätzliche Ausstattung, wie einen zusätzlichen zweckgebundenen Sensor (was die Kosten erhöhen). Alternativ dazu erfordern einige Systeme, dass der Thermistor an einer suboptimalen Stelle positioniert wird.
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Beispielsweise ist es in einem Kraftfahrzeug erwünscht, zu wissen, ob das Motorkühlmittel leckt, was zu einer Überhitzung des Motors führt. Oftmals wird diese Kenntnis durch Verwendung eines zweckgebundenen Heißmetallsensors erzielt (was zu den Kosten beiträgt). Alternativ dazu kann ein existierender Kühlmitteltemperatursensor nahe dem Abgas angeordnet werden, das die Luft (die das Kühlmittel ersetzt hat) schnell genug erwärmt, um den Verlust an Kühlmittel zu erfassen. Um eine Schutzmaßnahme zu ergreifen, bevor ein Schaden auftritt, kann die vorliegende Offenbarung den Verlust an Kühlmittel ohne die Notwendigkeit eines zusätzlichen zweckgebundenen Sensors und/oder einer Anordnung des Kühlmitteltemperatursensors an einer suboptimalen Stelle detektieren.
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Ein System und Verfahren zur Bestimmung des Dissipationsfaktors ist offenbart in ”SYSTEM AND METHOD FOR MORE ACCURATE TEMPERATURE SENSING USING THERMISTORS”, U. S. Patentanmeldung Seriennummer 12/882,488, die am 15. September 2010 eingereicht und hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Der Dissipationsfaktor wird berechnet und verwendet, um Temperaturablesungen zu kompensieren. Typische Werte für einen kleinen Glasperlenthermistor sind 1,5 mW/°C in ruhiger Luft und 6,0 mW/°C in gerührtem Öl. Jedoch können andere Systeme und Verfahren zur Bestimmung des Dissipationsfaktors verwendet werden.
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Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein Beispiel eines Systems 10 gezeigt, das eine durch einen Thermistor 12 erfasste Temperatur korrigiert. Das System 10 weist ein Temperaturerfassungsmodul 20, ein Temperaturkorrekturmodul 30, ein Modul 32 zur Detektion von geändertem Medium, ein Komponentensteuermodul 40 und eine Komponente 50 auf. Das Temperaturerfassungsmodul 20 erfasst eine Temperatur einer Zielumgebung 15 unter Verwendung des Thermistors 12. Beispielsweise kann der Thermistor 12 einen Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC) oder einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) aufweisen. Zusätzlich kann der Thermistor 12 beispielsweise einen halbleiterbasierten Thermistor, einen keramikbasierten Thermistor oder einen polymerbasierten Thermistor aufweisen. Der Thermistor 12 kann jedoch einen anderen Typ von Thermistor aufweisen und/oder verschiedene Materialien aufweisen.
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Das Temperaturkorrekturmodul 30 kommuniziert mit dem Temperaturerfassungsmodul 20. Genauer kann das Temperaturkorrekturmodul 30 Parameter, die mit dem Thermistor 12 in Verbindung stehen, durch Änderung eines Widerstands in Reihe mit dem Thermistor 12 bestimmen. Zusätzlich empfängt das Temperaturkorrekturmodul 30 ein Signal von dem Temperaturerfassungsmodul 20, das eine durch den Thermistor 12 erfasste Temperatur angibt. Das Temperaturkorrekturmodul 30 korrigiert die erfasste Temperatur durch Kompensation der Selbsterwärmungswirkungen des Thermistors 12. Das Temperaturkorrekturmodul 30 erzeugt ein Signal, das eine korrigierte Temperatur Tempcorr angibt.
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Das Modul 32 zur Detektion eines geänderten Mediums empfängt den Dissipationsfaktor (DF) und bestimmt selektiv, wann sich das Medium geändert hat. Das Modul 32 zur Detektion eines geänderten Mediums kann ein Signal eines geänderten Mediums (MC von engl.: ”medium changed”) erzeugen, das einen Zustand besitzt, wenn sich das erfasste Medium ändert, und einen anderen Zustand besitzt, wenn sich das erfasste Medium nicht geändert hat.
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Das Komponentensteuermodul 40 empfängt das MC- und Tempcorr-Signal von dem Temperaturkorrekturmodul 30. Bei einigen Implementierungen kann das DF-Signal auch an das Komponentensteuermodul 40 geliefert werden. Das Komponentensteuermodul 40 steuert eine oder mehrere Komponenten 50 auf Grundlage der DF-, Tempcorr- und/oder der MC-Signale.
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Beispielsweise kann die Komponente 50 eine beliebige geeignete Komponente in einem temperaturbasierten System aufweisen (d. h. eine Komponente mit einem temperaturbasierten Eingang). Mit anderen Worten kann das Komponentensteuermodul 40 die Komponente 50 auf Grundlage der korrigierten Temperatur genauer steuern. Beispielsweise kann das System 10 in einem Motorsystem implementiert sein, und das Komponentensteuermodul 40 kann zumindest eine Komponente des Motorsystems steuern. Das Medium kann Öl, Luft, Kühlmittel und/oder andere Fluide umfassen.
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Genauer kann das System 10 Temperaturen von einem oder mehreren Temperatursensoren in dem Motorsystem korrigieren. Beispielsweise kann das Motorsystem einen Sensor für Ansauglufttemperatur (IAT von engl.: ”intake air temperature”), einen Sensor für Motorkühlmitteltemperatur (ECT von engl.: ”engine coolant temperature”) und/oder einen Sensor für Getriebefluidtemperatur (TFT von engl.: ”transmission fluid temperature”) aufweisen. Das System 10 kann jedoch auch Temperaturen anderer Temperatursensoren in dem Motorsystem korrigieren. Die korrigierten Temperaturen können dann dazu verwendet werden, eine oder mehrere Komponenten des Motorsystems zu steuern. Nur beispielhaft kann das Komponentensteuermodul 40 ein Getriebe, einen Motor und/oder ein System für Heizung, Belüftung und Klimatisierung (HVAC von engl.: ”heating ventilating and air conditioning”) auf Grundlage der korrigierten Temperatur steuern.
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Nun Bezug nehmend auf 2 ist ein Beispiel des Temperaturerfassungsmoduls 20 detaillierter gezeigt. Das Temperaturerfassungsmodul 20 weist eine Spannungsquelle 22, ein erstes Widerstandselement 23, ein zweites Widerstandselement 24, einen Schalter 26, den Thermistor 12 und einen Analog/Digital-(A/D)-Wandler 28 auf. Genauer kann der Schalter 26 das erste Widerstandselement 23 oder das zweite Widerstandselement 24 zur Verschaltung in Reihe mit dem Thermistor 12 wählen. Beispielsweise kann der Schalter 26 elektrisch durch das Temperaturkorrekturmodul 30 gesteuert werden. Der A/D-Wandler 28 kann eine Spannung zwischen dem Schalter 26 und dem Thermistor 12 in ein elektrisches Signal für das Temperaturkorrekturmodul 30 umwandeln. Beispielsweise kann das elektrische Signal dazu verwendet werden, die Temperatur, die durch den Thermistor 12 erfasst wird, und/oder die Parameter des Thermistors 12 zu bestimmen.
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Genauer weisen die Parameter des Thermistors 12 eine erste und zweite Temperatur des Thermistors 12 (T1 bzw. T2) und einen ersten und zweiten Leistungsdissipationswert des Thermistors 12 (P1 bzw. P2) auf. Das Temperaturkorrekturmodul 30 bestimmt die Parameter T1, T2, P1 und P2 auf Grundlage der bekannten Spannung (VS) von der Spannungsquelle 22 und den bekannten Widerständen der Widerstandselemente 23, 24 (R1 bzw. R2). Beispielsweise können die Widerstände R1 und R2 vorbestimmt und in einem Speicher gespeichert sein. Zusätzlich kann das Temperaturkorrekturmodul 30 beispielsweise ein erstes Modul, das Parameter T1 und P1 bestimmt, und ein zweites Modul aufweisen, das den Schalter 26 betätigt und die Parameter T2 und P2 bestimmt.
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Zunächst kann der Schalter 26 betätigt werden, um das erste Widerstandselement 23 in Reihe mit dem Thermistor 12 zu schalten. Ein Spannungsabfall über das erste Widerstandselement 23 kann bestimmt werden wie folgt: VR1 = VS – VT (1), wobei VR1 den Spannungsabfall über das erste Widerstandselement 23 repräsentiert, VS die Quellenspannung repräsentiert und VT einen Spannungsabfall über den Thermistor 12 repräsentiert (d. h. VT = VS – VR1).
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Der Strom durch das erste Widerstandselement 23 kann dann bestimmt werden wie folgt: IR1 = VR1/R1 (2), wobei IR1 den Strom durch das erste Widerstandselement 23 repräsentiert und R1 den bekannten Widerstandswert des ersten Widerstandselements 23 repräsentiert. Ein Widerstandswert des Thermistors 12 (RT) kann bestimmt werden wie folgt: Rt = VT/IR1 (3).
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Die erste Temperatur T1 des Thermistors 12 kann dann auf Grundlage des Widerstandwertes RT bestimmt werden. Beispielsweise kann die erste Temperatur T1 unter Verwendung einer charakteristischen mathematischen Gleichung oder Nachschlagetabelle, die verschiedene Widerstände mit entsprechenden Temperaturen in Verbindung bringt, bestimmt werden. Zusätzlich kann der erste Leistungsdissipationswert P1 des Thermistors 12 bestimmt werden wie folgt: P1 = VT × IR1 (4).
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Nachdem die erste Temperatur T1 und der erste Leistungsdissipationswert P1 bestimmt sind, kann der Schalter 26 geschaltet werden, um das zweite Widerstandselement 24 in Reihe mit dem Thermistor 12 zu schalten. Ein Spannungsabfall über das zweite Widerstandselement 24 kann bestimmt werden wie folgt: VR2 = VS – VT (5), wobei VR2 den Spannungsabfall über das zweite Widerstandselement 24 repräsentiert, VS die Quellenspannung repräsentiert und VT den Spannungsabfall über den Thermistor 12 repräsentiert.
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Der Strom durch das zweite Widerstandselement 24 kann dann bestimmt werden wie folgt: IR2 = VR2/R2 (6), wobei IR2 den Strom durch das erste Widerstandselement 23 repräsentiert und R2 den bekannten Widerstandswert des zweiten Widerstandselements 24 repräsentiert. Der Widerstandswert des Thermistors 12 RT kann wiederum bestimmt werden wie folgt: RT = VT/IR2 (7), wobei VT den Spannungsabfall über den Thermistor 12 repräsentiert (d. h. VT = VS – VR1).
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Die zweite Temperatur T2 des Thermistors 12 kann dann auf Grundlage des Widerstandwertes RT bestimmt werden. Beispielsweise kann die zweite Temperatur T2 durch die charakteristische mathematische Gleichung oder unter Verwendung der Nachschlagetabelle, die verschiedene Widerstände mit entsprechenden Temperaturen in Verbindung bringt, bestimmt werden. Zusätzlich kann der zweite Leistungsdissipationswert P2 bestimmt werden wie folgt: P2 = VT × IR2 (8).
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Nachdem die Parameter T1, T2, P1 und P2 bestimmt sind, kann das Temperaturkorrekturmodul 30 den thermischen Dissipationsfaktor (δT) des Thermistors 12 auf Grundlage der Parameter bestimmen. Genauer kann der thermische Dissipationsfaktor (δT) bestimmt werden wie folgt: δT = |P2 – P1|/|T1 – T2| (9).
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Das Temperaturkorrekturmodul 30 kann dann einen Temperaturfehler (TE) auf Grundlage des thermischen Dissipationsfaktors δT bestimmen. Genauer kann der Temperaturfehler TE bestimmt werden wie folgt: TE = P/δT (10), wobei P einen Leistungsdissipationswert des Thermistors 12 repräsentiert.
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Schließlich kann das Temperaturkorrekturmodul 30 die Temperatur, die durch den Thermistor erfasst ist, (TM), auf Grundlage des Temperaturfehlers korrigieren. Genauer kann die korrigierte Temperatur (TC) bestimmt werden wie folgt: TC = TM – TE (11), wobei TM die durch den Thermistor 12 erfasste (d. h. gemessene) Temperatur repräsentiert. Zusätzlich kann der Prozess zur Bestimmung des Temperaturfehlers TE und der Korrektur der Temperatur (siehe Gleichungen 1–11) so oft wie notwendig wiederholt werden. Beispielsweise kann der Prozess wiederholt werden, wenn sich Bedingungen ändern (d. h. die Umgebungstemperatur ändert sich um mehr als eine vorbestimmte Temperaturschwelle).
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Wie angemerkt ist, kann die bestimmte Art zur Berechnung des Dissipationsfaktors (DF) und der korrigierten Temperatur in einer beliebigen geeigneten Art und Weise ausgeführt werden und ist nicht auf das bestimmte Beispiel, das oben dargestellt ist, beschränkt.
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Nun Bezug nehmend auf 3 beginnt die Steuerung bei 100. Bei 102 wird der gegenwärtige Dissipationsfaktor (DF) des Thermistors bestimmt. Bei 104 bestimmt die Steuerung, ob der gegenwärtige Dissipationsfaktor innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Wenn 104 nicht zutrifft, setzt die Steuerung bei 106 ein erstes Signal in einen Zustand, der der Detektion eines unerwarteten Mediums entspricht. Die Steuerung fährt von 104 (wenn zutreffend) und von 106 mit 108 fort.
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Bei 108 vergleicht die Steuerung den gegenwärtigen Dissipationsfaktor mit einem vorhergehenden Dissipationsfaktor. Bei 112 bestimmt die Steuerung, ob der gegenwärtige Dissipationsfaktor sich um mehr als eine vorbestimmte Größe geändert hat. Wenn 112 zutrifft, fährt die Steuerung mit 116 fort, setzt ein zweites Signal in einen Zustand, der einer Detektion einer Änderung im Medium entspricht, und die Steuerung fährt mit 120 fort. Wenn 112 nicht zutrifft, fährt die Steuerung mit 120 fort und bestimmt, ob das erste oder zweite Signal in Zustände gesetzt wurden, die einer Detektion eines unerwarteten Mediums oder eines geänderten Mediums entsprechen. Wenn 120 zutrifft, stellt die Steuerung bei 122 selektiv einen Betrieb der Komponente ein, setzt andere Flags oder unternimmt andere Aktionen. Die Steuerung endet bei 124. Wie angemerkt sei, können Ereignisse, wie eine Überhitzung oder falsche Kühlmitteltypen, auf Grundlage des ersten Signals und/oder des zweiten Signals festgestellt werden.
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Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert sein. Daher sei, während diese Offenbarung bestimmte Beispiele aufweist, der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so beschränkt, da andere Abwandlungen dem Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden.