DE102016105506A1 - Temperaturmessvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Temperaturmessvorrichtung, umfassend eine elektrische Schaltung mit einem ersten, temperaturabhängigen Widerstand und einem zweiten Widerstand, einem Mikrocontroller zum Bestimmen einer Temperatur auf Grundlage einer Eingangsspannung, wobei die Eingangsspannung zumindest von dem ersten Widerstand abhängig ist und einer Schaltvorrichtung zum Hin- und Herschalten zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltzustand, wobei die Eingangsspannung in dem ersten Schaltzustand auch von dem zweiten Widerstand abhängig ist, und wobei die Eingangsspannung in dem zweiten Schaltzustand von dem zweiten Widerstand unabhängig ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Temperaturmessvorrichtung.
  • Hintergrund
  • Temperaturmessvorrichtungen werden in vielen Anwendungen eingesetzt. Je nach Anwendung haben bekannte Temperaturmessvorrichtungen den Nachteil, dass sie nur in einem begrenzten Temperaturbereich ausreichend messgenau sind. Deshalb ist es üblich, über einen größeren Temperaturmessbereich mehrere Messfühler vorzusehen, von denen jeder in einem bestimmten Teilbereich die gewünschte Messgenauigkeit aufweist.
  • In manchen Anwendungen, z. B. bei der Temperaturmessung in Kraftfahrzeugen, erfolgt die Verarbeitung der Temperaturmessdaten mittels eines Kontrollers. Dabei werden die Messdaten der einzelnen Messfühler durch einen A/D-Wandler digitalisiert und anschließend weiterverarbeitet. Sind mehrere Messfühler vorhanden, so ist für jeden Messfühler ein eigener A/D-Wandler notwendig. Dies führt zu zusätzlichem baulichen Aufwand.
  • Es besteht daher die Aufgabe, eine Temperaturvorrichtung zu schaffen, die die oben genannten Nachteile vermeidet, und die insbesondere mit geringerem baulichen Aufwand und kostengünstig realisierbar ist.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Erfindungsgemäß geschaffen ist eine Temperaturmessvorrichtung, umfassend eine elektrische Schaltung mit einem ersten, temperaturabhängigen Widerstand und einem zweiten Widerstand und einem Mikrocontroller zum Bestimmen einer Temperatur auf Grundlage einer Eingangsspannung, wobei die Eingangsspannung zumindest von dem ersten Widerstand abhängig ist und eine Schaltvorrichtung zum Hin- und Herschalten zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltzustand, wobei die Eingangsspannung in dem ersten Schaltzustand auch von dem zweiten Widerstand abhängig ist, und wobei die Eingangsspannung in dem zweiten Schaltzustand von dem zweiten Widerstand unabhängig ist.
  • Die Erfindung ermöglicht eine Temperaturbestimmung über einen großen Messbereich, ohne dass dafür mehrere Messfühler notwendig sind. Durch Zu- oder Abschalten des zweiten Widerstandes wird der Messbereich des als Messfühler eingesetzten, temperaturabhängigen Widerstandes an die zu messende Temperatur angepasst. Insbesondere erfolgt die Anpassung dadurch, dass der zweite Widerstand in dem Temperaturbereich, in dem der temperaturabhängige Widerstand gering ist, abgeschaltet wird. Relativ kleine Veränderungen des temperaturabhängigen Widerstandes sind dann besser messbar.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der durch den Mikrocontroller bestimmten Temperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand hin- und her zu schalten. Auf diese Weise kann eine automatische Anpassung an den zu messenden Temperaturen realisiert werden. Zu diesem Zweck ist die Schaltvorrichtung insbesondere dazu eingerichtet, bei Überschreiten eines vorbestimmten Temperatur-Schwellenwertes von dem ersten in den zweiten Schaltzustand zu schalten, und bei Unterschreiten des Schwellenwertes von dem zweiten in den ersten Schaltzustand zu schalten. Durch Anpassen des Schwellenwertes lässt sich die Mess-Kennlinie der Temperaturmessvorrichtung einstellen. Insbesondere ist der der Schwellenwert in dem Mikrocontroller gespeichert.
  • Insbesondere sind der erste und der zweite Widerstand in Reihe geschaltet. Des Weiteren kann ein dritter Widerstand vorgesehen sein, der mit dem ersten und dem zweiten Widerstand ebenfalls in Reihe geschaltet ist, und insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand angeordnet ist. Somit kann die elektrische Schaltung durch einen einfach zu realisierenden Spannungsteiler gebildet sein.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite und/oder der dritte Widerstand ein Festwiderstand. Insbesondere haben der zweite Widerstand und der dritte Widerstand unterschiedlich große Widerstandswerte, wobei insbesondere der Widerstandswert des zweiten Widerstandes größer als der Widerstandswert des dritten Widerstandes ist. Somit ist der zuschaltbare Festwiderstand derjenige mit dem größeren Widerstandswert. Auf diese Weise lässt sich die Messvorrichtung über einen großen Temperaturbereich in einem Bereich betreiben, in dem die Eingangsspannung an der Schaltvorrichtung annähernd linear verläuft.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung betragen der Widerstandswert des dritten Widerstandes zwischen 1,2 und 2,4 kΩ, der Widerstandswert des zweiten Widerstandes zwischen 10 und 20 kΩ, und der Widerstandswert des ersten Widerstandes bei einer Temperatur von 25°Celsius zwischen 8 und 12 kΩ. Diese Widerstandsbereiche sind beim Einsatz der Temperaturmessvorrichtung in einem Temperaturbereich von circa –40°Celsius bis circa +125°Celsius vorteilhaft.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaltvorrichtung in den Mikrocontroller integriert. Auf ein separates Bauteil kann verzichtet werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaltvorrichtung durch einen Transistor, insbesondere einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) gebildet. Insbesondere kann der Transistor in den Mikrocontroller integriert und über einen Open-Drain I/O-Port und/oder einen Open-Kollektor I/O-Port des Mikrocontrollers ansteuerbar sein. In automotiven Anwendungen kann die Schaltvorrichtung auf diese Weise durch einen vorhandenen Transistor eines bereits in einem Fahrzeug vorgesehenen Mikrocontrollers verwirklicht sein.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaltvorrichtung dazu ausgebildet, den zweiten Widerstand zu überbrücken, um von dem ersten in den zweiten Schaltzustand umzuschalten. Der Spannungsteiler kann einfach an den jeweiligen Messbereich angepasst werden.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Schwellenwert zwischen 35 und 50°Celsius, und insbesondere 43°Celsius. Ein Schwellenwert von 43°Celsius entspricht einem vorteilhaften Umschaltpunkt in einer automotiven Anwendung der Temperaturmessvorrichtung.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
  • die 1 das Schaltbild einer beispielhaften Vorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung,
  • die 2 ein Temperatur-Spannungsdiagramm eines beispielhaften Verlaufes einer Messbereichsumschaltung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.
  • Figurenbeschreibung
  • 1 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung 1 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Mikrocontroller 2 und einen Spannungsteiler 3. Der Spannungsteiler 3 umfasst einen temperaturabhängigen ersten Widerstand (NTC) 4, einen zweiten Widerstand 5 und einen dritten Widerstand 6. Die Widerstände 4, 5 und 6 bilden eine Reihenschaltung. Die zweiten und dritten Widerstände sind Festwiderstände, wobei der Widerstandswert des dritten im Bereich von 1,2–2,4 kΩ und der Widerstandswert des zweiten Widerstandes im Bereich von 10–20 kΩ liegt. Der temperaturabhängige Widerstand 4 hat bei 25°Celsius einen Wert von circa 10 kΩ. Der erste Widerstand 4 ist mit einer Betriebsspannung VCC verbunden. Die Betriebsspannung VCC kann insbesondere den gleichen Spannungswert haben, wie die Versorgungsspannung des Mikrocontrollers 2 und beispielsweise im Bereich von 2 V bis 10 V liegen.
  • Der Mikrocontroller 2 umfasst einen Analog-Digital-Wandler 7 und einen Transistor 8. Der Transistor ist durch einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) 9 gebildet. Der Analog-Digital-Wandler 7 wandelt die anliegende Spannung in eine digitale Größe, welche die Temperatur wiedergibt. Solange der Transistor 8 sperrt, misst der Analog-Digital-Wandler 7 den Spannungsabfall über den NTC 4 sowie beide Festwiderstände 5 und 6.
  • Der Mikrocontroller 2 vergleicht den gemessenen Temperatur-Wert mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Der Schwellenwert liegt beispielsweise bei 43°Celsius. Erreicht der Messwert den Schwellenwert, werden der Transistor 8 umgeschaltet und der zweite Widerstand 5 überbrückt. Dazu erzeugt der Mikrocontroller 2 ein Signal, welches den Transistor 8 leitend schaltet. In diesem Zustand liegt an dem Analog-Digital-Wandler 7 der Spannungsabfall über dem NTC 4 und dem dritten Widerstand 6 an.
  • Parallel zu den Widerständen 5 und 6 ist eine Kapazität 10 geschaltet. Der erste Widerstand 4 ist über einen Knotenpunkt 3b mit dem zweiten Widerstand 5 verbunden, wobei der Knotenpunkt 3b auch mit dem Digital-Analog-Wandler 7 verbunden ist. Desweiteren ist der Knotenpunkt 3b im Ausführungsbeispiel über die Kapazität 10 mit einem Masseanschluss GND der Vorrichtung 1 verbunden ist.
  • Die 2 zeigt Kennlinien einer Vorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Kennlinie 11 zeigt den Widerstandswert des ersten temperaturabhängigen Widerstands 4 in Abhängigkeit der Temperatur T [°C] in einem Temperaturbereich von –40°C bis +125°C. Kennlinie 12 zeigt den Spannungsabfall über dem zweiten Widerstand 5 und dem dritten Widerstand 6 ohne Umschaltung des Messbereiches in Abhängigkeit von der Temperatur. Die erste Hilfsgerade 13 verdeutlicht den näherungsweise linearen Abschnitt des Spannungsabfalles über dem NTC 4 und die Festwiderstände 5 und 6 in Abhängigkeit von der Temperatur. Der näherungsweise lineare Abschnitt repräsentiert einen ersten Temperaturmessbereich 14. Kennlinie 15 zeigt einen Spannungsabfall über dem NTC 4 und dem dritten Widerstand 6 nach Umschaltung des Messbereiches durch Überbrückung des zweiten Widerstandes 5 durch den Mikrocontroller 2 in Abhängigkeit von der Temperatur. Das Umschalten des Messbereiches erfolgt an einem Umschaltpunkt 16, der am Ende des näherungsweise linearen Bereiches des Spannungsabfalls über dem dritten Widerstand 6 liegt.
  • Der Umschaltpunkt 16 stellt das Ende des ersten Temperaturmessbereiches 14 und den Anfang eines zweiten Temperaturmessbereiches 17 dar. Der Umschaltpunkt 16 ist einstellbar. Der Verlauf 15 nach dem Umschalten ist zumindest abschnittsweise annähernd linear, was durch eine zweite Hilfsgerade 18 verdeutlicht ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Mikrocontroller
    3
    Spannungsteiler
    3b
    Knotenpunkt
    4
    erster temperaturabhängiger Widerstand (NTC)
    5
    zweiter Widerstand
    6
    dritter Widerstand
    7
    Analog-Digital-Wandler
    8
    Transistor
    9
    MOSFET
    10
    Kapazität
    11
    Kennlinie des temperaturabhängigen Widerstandes
    12
    Kennlinie ohne Umschaltung
    13
    erste Hilfsgerade
    14
    erster Temperaturmessbereich
    15
    Kennlinie mit Umschaltung des Messbereiches
    16
    Umschaltpunkt
    17
    zweiter Temperaturmessbereich
    18
    zweite Hilfsgerade

Claims (19)

  1. Temperaturmessvorrichtung, umfassend: eine elektrische Schaltung mit einem ersten, temperaturabhängigen Widerstand (4) und einem zweiten Widerstand (5); einen Mikrocontroller (2) zum Bestimmen einer Temperatur auf Grundlage einer Eingangsspannung, wobei die Eingangsspannung zumindest von dem ersten Widerstand (4) abhängig ist; und eine Schaltvorrichtung zum Hin- und Herschalten zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltzustand, wobei die Eingangsspannung in dem ersten Schaltzustand auch von dem zweiten Widerstand (5) abhängig ist, und wobei die Eingangsspannung in dem zweiten Schaltzustand von dem zweiten Widerstand (5) unabhängig ist.
  2. Temperaturmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der durch den Mikrocontroller (2) bestimmten Temperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand hin- und her zu schalten.
  3. Temperaturmessvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, bei Überschreiten eines vorbestimmten Temperatur-Schwellenwertes von dem ersten in den zweiten Schaltzustand zu schalten, und bei Unterschreiten des Schwellenwertes von dem zweiten in den ersten Schaltzustand zu schalten.
  4. Temperaturmessvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Schwellenwert in dem Mikrocontroller (2) gespeichert ist.
  5. Temperaturmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Widerstand (4) und der zweite Widerstand (5) in Reihe geschaltet sind.
  6. Temperaturmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Schaltung einen dritten Widerstand (6) umfasst, der mit dem ersten Widerstand (4) und dem zweiten Widerstand (5) in Reihe geschaltet ist.
  7. Temperaturmessvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der dritte Widerstand (6) zwischen dem ersten Widerstand (4) und dem zweiten Widerstand (5) angeordnet ist.
  8. Temperaturmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Widerstand (4) und der zweite Widerstand (5) über einen Knotenpunkt (3b) miteinander elektrisch verbunden sind und wobei der Knotenpunkt (3b) elektrisch mit einem Analog-Digital-Wandler (7) verbunden ist.
  9. Temperaturmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Widerstand (4) und der zweite Widerstand (5) über einen Knotenpunkt (3b) miteinander elektrisch verbunden sind und wobei der Knotenpunkt (3b) über eine Kapazität (10) elektrisch mit einem Masseanschluss (GND) verbunden ist.
  10. Temperaturmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Widerstand (5) und/oder der dritte Widerstand (6) ein Festwiderstand ist.
  11. Temperaturmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der zweite Widerstand (5) und der dritte Widerstand (6) unterschiedliche Widerstandswerte haben, und wobei insbesondere der Widerstandswert des zweiten Widerstandes (5) größer als der Widerstandswert des dritten Widerstandes (6) ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei der Widerstandswert des dritten Widerstandes (6) zwischen 1,2 und 2,4 kΩ beträgt.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Widerstandswert des zweiten Widerstandes (5) zwischen 10 und 20 kΩ beträgt.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Widerstandswert des ersten Widerstandes (4) bei einer Temperatur von 25°Celsius zwischen 8 und 12 kΩ beträgt.
  15. Temperaturmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltvorrichtung in den Mikrocontroller (2) integriert ist.
  16. Temperaturmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltvorrichtung durch einen Transistor (8), insbesondere einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) gebildet ist.
  17. Temperaturmessvorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Transistor (8) in den Mikrocontroller (2) intergiert ist und über einen Open-Drain I/O-Port und/oder einen Open-Kollektor I/O-Port des Mikrocontrollers (2) ansteuerbar ist.
  18. Temperaturmessvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltvorrichtung dazu ausgebildet ist, den zweiten Widerstand (5) zu überbrücken, um von dem ersten in den zweiten Schaltzustand umzuschalten.
  19. Temperaturmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, wobei der Schwellenwert zwischen 30 und 50°Celsius beträgt.
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