DE19949606C5

DE19949606C5 - Method for determining the instantaneous temperature of a medium

Info

Publication number: DE19949606C5
Application number: DE1999149606
Authority: DE
Inventors: Oliver Schatz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2019-10-16
Also published as: EP1224446A1; DE19949606A1; JP2003516520A; WO2001029526A1; DE19949606C2

Abstract

Verfahren zum Bestimmen der Momentantemperatur eines Mediums, wobei das Medium ein zumindest zeitweise auf eine konstante, bekannte Temperatur elektrisch aufheizbares Element umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer dem Element zugeführten Heizleistung die Momentantemperatur des Mediums bestimmt wird, wobei die zugeführte Heizleistung in Abhängigkeit der Differenz zwischen einer Isttemperatur des Elements und einer Solltemperatur des Elements vorgesehen ist.method for determining the instantaneous temperature of a medium, wherein the medium at least temporarily to a constant, known temperature electrically heated element surrounds, characterized that from a heating power supplied to the element the instantaneous temperature of the medium is determined, the supplied heating power dependent on the difference between an actual temperature of the element and a Target temperature of the element is provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Momentantemperatur eines Mediums mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.The The invention relates to a method for determining the instantaneous temperature a medium with the features mentioned in the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of technology

Es ist bekannt, daß für eine Vielzahl von Steuer-, Regel- und Überwachungsvorgängen eine Umgebungstemperatur, beispielsweise eines Aggregates eines Kraftfahrzeugs, als Hilfsgröße von Bedeutung ist. Um diese Hilfsgröße zu verarbeiten, sind Meßanordnungen bekannt, mittels denen eine momentane Umgebungstemperatur ermittelt werden kann. Hierzu sind Temperatursensoren bekannt, die beispielsweise auf Basis von temperaturabhängigen Widerständen ein der Ist-Temperatur proportionales Signal liefern.It is known that for a variety of control, regulation and monitoring operations an ambient temperature, For example, an aggregate of a motor vehicle, as an auxiliary size of importance is. To process this auxiliary size, are measuring arrangements known, by means of which a current ambient temperature determined can be. For this purpose, temperature sensors are known, for example based on temperature-dependent resistors the actual temperature provide proportional signal.

Bekannt ist ferner der Einsatz von Gassensoren, mittels denen eine Gaszusammensetzung eines Mediums, beispielsweise der Umgebungsluft, gemessen werden kann. Diese Gassensoren arbeiten zum Beispiel nach dem Prinzip veränderlicher Widerstände auf zum Bei spiel Metalloxid-Basis und benötigen hierfür eine Betriebstemperatur. Daher ist bekannt, den Gassensoren ein Heizelement zuzuordnen, mittels dem diese auf die benötigte Betriebstemperatur aufheizbar sind.Known is also the use of gas sensors, by means of which a gas composition a medium, such as the ambient air, are measured can. For example, these gas sensors work more variably according to the principle resistors For example, metal oxide base and require this for an operating temperature. Therefore, it is known to assign the gas sensors a heating element by means of which this on the needed Operating temperature are heatable.

Derartige Gassensoren werden beispielsweise in Klimatisierungsanlagen eingesetzt. Um neben der Gaszusammensetzung gleichzeitig eine Temperaturmessung durchführen zu können, ist bekannt, ein kombiniertes Sensorelement einzusetzen, das einerseits den Gassensor und andererseits einen Temperaturmeßsensor umfaßt. Hierbei ist nachteilig, dass durch die Anordnung von zwei, auf unterschiedlichen Wirkprinzipien basierenden Sensoren aufwendige Anpassungsarbeiten hinsichtlich der Anordnung, der Ansteuerung und dergleichen notwendig sind.such Gas sensors are used for example in air conditioning systems. In addition to the gas composition at the same time a temperature measurement carry out to be able to It is known to use a combined sensor element, on the one hand the gas sensor and on the other hand a temperature measuring sensor includes. It is disadvantageous that by the arrangement of two, on different Principle-based sensors elaborate customization work in terms of the arrangement, the control and the like necessary are.

Aus der DE 38 063 08 A1 ist ein Temperaturfühler bekannt, bei dem ein Dünnschichttemperaturmeßelement auf einem Träger aufgebracht ist. Der Widerstand des Temperaturelements ändert sich mit der Temperatur. Aus der DD 250 576 A1 ist ein metallisches Temperaturmeßelement bekannt, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Aus der DE 27 57 334 A1 ist ein Heizelement bekannt, welches getaktet mit Heizleistung versorgt wird. In den Phasen, in denen keine Heizleistung angelegt wird, erfolgt durch Messung des Widerstandes des Heizelements eine Temperaturmessung.From the DE 38 063 08 A1 a temperature sensor is known in which a Dünnschichttemperaturmeßelement is mounted on a support. The resistance of the temperature element changes with temperature. From the DD 250 576 A1 For example, a metallic temperature sensing element is known whose resistance varies with temperature. From the DE 27 57 334 A1 a heating element is known, which is supplied clocked with heating power. In the phases in which no heating power is applied, a temperature measurement is carried out by measuring the resistance of the heating element.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen löst die Aufgabe, dass in einfacher Weise eine Momentantemperatur erfaßbar ist. Dadurch, dass ein zumindest zeitweise auf eine konstante, bekannte Temperatur elektrisch aufheizbares Element derart ausgenutzt wird, dass aus einer dem Element zugeführten Heizleistung die Momentantemperatur des das Element umgebenden Mediums bestimmt wird, ist vorteilhaft möglich, auf die zusätzliche Anordnung eines Temperaturmeßsensors zu verzichten. Der Aufbau derartiger Sensorelemente wird somit wesentlich vereinfacht. Neben den hiermit verbundenen Materialeinsparungen und einer Reduzierung des Herstellungsaufwandes sind derartige Sensoren einfacher aufgebaut, so daß diese in vielfältigen Anwendungen ohne großen Anpassungsbedarf eingesetzt werden können.The inventive method with the features mentioned in claim 1 solves the problem that in a simple Way an instantaneous temperature is detected. By doing that at least temporarily to a constant, known temperature electrically heatable Element is exploited in such a way that from a heating element supplied to the element determines the instantaneous temperature of the medium surrounding the element is possible, is advantageous on the additional Arrangement of a temperature measuring sensor to renounce. The construction of such sensor elements is thus essential simplified. In addition to the associated material savings and a reduction in manufacturing costs are such sensors built simpler, so that this in diverse Applications without big Adjustment needs can be used.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zur Bestimmung der Momentantemperatur herangezogene Heizleistung aus einer gemessenen Heizspannung und einem gemessenen Heizstrom ermittelt wird. Somit wird in einfacher Weise aufgrund bekannter Beziehungen, wonach die Heizleistung das Produkt aus Heizspannung und Heizstrom ist, ein Betriebsparameter zur Verfügung gestellt, der proportional zur Umgebungstemperatur ist. Durch vorzugsweise mittels Mikroprozessoren abarbeitbarer Algorithmen kann aufgrund bekannter Ausgangstemperatur des die Heizleistung aufnehmenden Sensors und bekannter Geometriekonstanten, wie insbesondere Wärmeübergangswiderstand zum Medium, die zum Erreichen der notwendigen, bekannten konstanten Betriebstemperatur des Heizelementes heranzuführende Heizleistung als Maß für die Momentantemperatur des Mediums ausgewertet werden. In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann in einem dem Mikroprozessor zugeordneten Speichermittel die Beziehung von Heizleistung zu Umgebungstemperatur tabellarisch abgelegt sein, so daß beim Messen einer bestimmten Heizleistung sofort eine Zuordnung zu der hierzu gegebenen Momentantemperatur des Mediums möglich ist.In Preferred embodiment of the invention, it is provided that the Determining the instantaneous temperature used heating power a measured heating voltage and a measured heating current determined becomes. Thus, in a simple way, due to known relationships, according to which the heating power is the product of heating voltage and heating current is an operating parameter provided that is proportional to the ambient temperature. Preferably by means of microprocessors executable algorithms can due to known starting temperature the heating power receiving sensor and known geometry constant, in particular heat transfer resistance to the medium necessary to achieve the necessary, known constant Operating temperature of the heating element approaching heating power as a measure of the instantaneous temperature of the medium are evaluated. In a particularly preferred embodiment The invention can be used in a memory means associated with the microprocessor the relationship of heating power to ambient temperature tabular be stored so that the Measuring a given heat output immediately assigns it to the Given this instantaneous temperature of the medium is possible.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Heizleistung aus einem Tast verhältnis einer Einschaltfrequenz der Heizspannung ermittelt wird. An sich bekannt ist, zum Erreichen einer konstanten Heiztemperatur die Heizspannung getaktet zuzuschalten, so daß durch das sich ergebende Tastverhältnis eine der zugeführten Heizleistung proportionale Größe zur Verfügung steht. Dieses Tastverhältnis der Heizspannung ist zur Temperaturregelung des Heizelementes bekannt und kann somit in einfacher Weise abgegriffen und für die Bestimmung der Momentantemperatur des Mediums herangezogen werden.In Another preferred embodiment of the invention is provided, that the Heating power from a duty ratio a switch-on frequency of the heating voltage is determined. Per se is known, to achieve a constant heating temperature, the heating voltage clocked switched, so that by the resulting duty cycle one of the supplied heating power proportional size is available. This duty cycle the heating voltage is known for controlling the temperature of the heating element and thus can easily be tapped and used for the determination the instantaneous temperature of the medium are used.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Heizleistung aus einer Zeitspanne ermittelt wird, die sich zwischen einem Ausschaltzeitpunkt, einer Heizspannung und einem Wiedereinschaltzeitpunkt der Heizspannung bei einer Zweipunktregelung des Heizelementes ergibt. An sich bekannt ist, eine bestimmte Heiztemperatur einzustellen, indem über eine Zweipunktregelung das Überschreiten beziehungsweise Unterschreiten von Grenztemperaturwerten gemessen wird und bei Überschreiten die Heizspannung abgeschaltet und bei Unterschreiten die Heizspannung zugeschaltet wird. Hierdurch wird eine Heiztemperatur in dem durch die Grenztemperaturwerte vorgegebenen Bereich eingehalten. Die sich ergebende Zeitspanne zwischen dem Ausschalten der Heizspannung und dem Wiedereinschalten der Heizspannung ist ein der zuzuführenden Heizleistung zum Konstanthalten der Heiztemperatur proportionales Signal, das in einfacher Weise ausgewertet und als Maß für die Momentantemperatur des Mediums herangezogen werden kann.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the heating power is determined from a period of time which is between ei nem turn-off, a heating voltage and a reconnection time of the heating voltage at a two-point control of the heating element results. It is known per se to set a specific heating temperature by measuring the exceeding or undershooting of limit temperature values by means of a two-point control, and if the heating voltage is exceeded, the heating voltage is switched off and the heating voltage is switched on. As a result, a heating temperature is maintained within the range specified by the limit temperature values. The resulting period of time between the switching off of the heating voltage and the reconnection of the heating voltage is one of the heating power to be supplied to keep the heating temperature constant signal that can be evaluated in a simple manner and used as a measure of the instantaneous temperature of the medium.

Es wird deutlich, daß mittels der erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher Weise der Heizleistung proportionale Meßgrößen abgegriffen werden und hieraus aufgrund bekannter Konstanten der Anordnung ein der Momentantemperatur des umgebenden Mediums proportionales Signal ermittelt werden kann. Diese Lösung läßt sich in einfacher Weise in vorhandene Steuergeräte oder dergleichen implementieren, so daß ein zusätzlicher Bauelementeaufwand nicht notwendig ist.It becomes clear that by means of the inventive method tapped in a simple way the heating power proportional measurements and from this due to known constants of the arrangement the instantaneous temperature of the surrounding medium proportional signal can be determined. This solution let yourself easily implement in existing controllers or the like, so that one additional Component cost is not necessary.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the others, in the subclaims mentioned features.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below in embodiments with reference to FIG associated Drawings closer explained. Show it:

1 eine Schaltungsanordnung zum Bestimmen einer Momentantemperatur in einer ersten Ausführungsvariante; 1 a circuit arrangement for determining a momentary temperature in a first embodiment;

2 eine Schaltungsanordnung zum Bestimmen einer Momentantemperatur in einer zweiten Ausführungsvariante; 2 a circuit arrangement for determining a momentary temperature in a second embodiment variant;

3 ein Signalverlauf einer Heizspannung; 3 a waveform of a heating voltage;

4 ein Temperaturverlauf einer bekannten Heiztemperatur und 4 a temperature profile of a known heating temperature and

5 ein sich aus dem Temperaturverlauf gemäß 4 ergebender Verlauf einer Heizspannung. 5 a from the temperature profile according to 4 resulting course of a heating voltage.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele gehen von einem Gassensorelement 10 aus, dem zur Erreichung einer Betriebstemperatur des Gassensorelementes 10 eine interne Heizeinrichtung 12 zugeordnet ist. Die Heizeinrichtung 12 wird von einem elektrischen Heizwiderstand R_H gebildet. Aufbau und Wirkungsweise derartiger Gassensorelemente 10 sind allgemein bekannt, so daß im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen werden soll.The exemplary embodiments explained below are based on a gas sensor element 10 from, to achieve an operating temperature of the gas sensor element 10 an internal heating device 12 assigned. The heater 12 is formed by an electrical heating resistor R _H. Structure and operation of such gas sensor elements 10 are generally known, so that in the context of the present description will not be discussed here.

Das Gassensorelement 10 ist einem Medium 14, beispielsweise der Luft in einem Innenraum eines Kraftfahrzeugs, dem Innenraum eines Gebäudes oder allgemein gesagt einer beliebigen Meßstelle zugeordnet. Dieses Medium 14 besitzt eine momentane Umgebungstemperatur T_U. Bei der nachfolgenden Erläuterung der Ausführungsbeispiele wird davon ausgegangen, daß ein der momentanen Umgebungstemperatur TU entsprechendes Meßsignal ermittelt werden soll, das als Hilfsgröße für weitere Steuer-, Regel- oder Überwachungsfunktionen eingesetzt werden soll.The gas sensor element 10 is a medium 14 , For example, the air in an interior of a motor vehicle, the interior of a building or, generally speaking, assigned to any measuring point. This medium 14 has a momentary ambient temperature T _U. In the following explanation of the exemplary embodiments, it is assumed that a measurement signal corresponding to the instantaneous ambient temperature TU is to be determined, which is to be used as an auxiliary variable for further control, regulation or monitoring functions.

Das Gassensorelement 10 besitzt einen bekannten Aufbau und ist so ausgelegt, daß eine optimale Ankopplung an das Medium 14 mit seinen gassensitiven Bereichen gegeben ist. Hierdurch ergibt sich ein bekannter thermischer Übergangswiderstand R_TH zwischen dem Gassensorelement 10 und dem Medium 14. Das Heizelement 12 ist den gassensitiven Bereichen des Gassensorelementes 10 zugeordnet, so daß eine möglichst minimale Heizleistung P_H notwendig ist, damit das Gassensorelement 10 auf die notwendige Betriebstemperatur, von beispielsweise größer 300 °C, gebracht werden kann. Um dies zu erreichen, ist eine thermische Kapazität des Gassensorelementes 10 möglichst gering und ein thermischer Ableitungswiderstand des Gassensorelementes 10 möglichst groß. Hierdurch wird ein schnelles Erreichen der benötigten Betriebstemperatur möglich, während die an das umgebende Medium abgestrahlte Verlustwärme des Gassensorelementes 10 gering ist.The gas sensor element 10 has a known structure and is designed so that an optimal coupling to the medium 14 given with its gas-sensitive areas. This results in a known thermal contact resistance R _TH between the gas sensor element 10 and the medium 14 , The heating element 12 is the gas-sensitive areas of the gas sensor element 10 assigned, so that a minimum heating power P _{H is} necessary so that the gas sensor element 10 to the necessary operating temperature, for example, greater than 300 ° C, can be brought. To achieve this is a thermal capacity of the gas sensor element 10 as low as possible and a thermal dissipation resistance of the gas sensor element 10 as big as possible. As a result, a rapid achievement of the required operating temperature is possible, while the radiated to the surrounding medium heat loss of the gas sensor element 10 is low.

Aus diesen Ausgangsüberlegungen ergibt sich, daß die dem Gassensorelement 10 zugeführte Heizleistung P_H in unmittelbarem Zusammenhang mit der Umgebungstemperatur T_U des Mediums 14 zu sehen ist. Aufgrund der bekannten Geometrie des Gassensorelementes 10 sind dessen thermische Kapazität, dessen thermischer Ableitungswiderstand und der thermische Übergangswiderstand zum Medium 14 bekannt und können als Konstanten bei der Bestimmung der Umgebungstemperatur T_U herangezogen werden.From these initial considerations it follows that the gas sensor element 10 supplied heating power P _H in direct connection with the ambient temperature T _{U of} the medium 14 you can see. Due to the known geometry of the gas sensor element 10 are its thermal capacity, its thermal dissipation resistance and the thermal contact resistance to the medium 14 are known and can be used as constants in the determination of the ambient temperature T _U.

Dem Gassensorelement 10 ist ein Temperaturfühler 16 zugeordnet, mittels dem eine Ist-Temperatur T_ist des Gassensorelementes 10 gemessen wird. Diese Ist-Temperatur T_ist wird einem Heizungsregler 18 zur Verfügung gestellt. Der Heizungsregler 18 vergleicht die Temperatur T_ist mit einer Temperatur T_soll für das Gassen sorelement 10 und liefert in Abhängigkeit einer Differenz T_soll – T_ist ein Steuersignal S, mit dem eine Spannungsquelle 20 ansteuerbar ist. Über das Steuersignal S wird eine Höhe der Versorgungsspannung U_V für das Heizelement 12 des Gassensorelementes 10 geregelt. Aus dieser momentanen Versorgungsspannung U_V kann kontinuierlich über im einzelnen nicht dargestellte Meßmittel die Heizspannung U_H und der Heizstrom I_H, der über einen Meßwiderstand R_M fließt, ermittelt werden. Aufgrund der bekannten Beziehung Heizleistung P_H = Heizspannung U_H·Heizstrom I_H, kann die momentane Heizleistung P_H ermittelt werden. Diese momentane Heizleistung P_H ist – wie oben erläutert – eine Funktion der Momentantemperatur T_U. Mittels eines hier angedeuteten Steuergerätes 22, das als Eingangsgrößen die momentane Heizleistung P_H, die Solltemperatur T_S des Gassensorelementes 10 und den thermischen Übergangswiderstand R_TH zwischen Gassensorelement 10 und Medium 14 erhält, kann aufgrund der Beziehung T_U = T_soll – R_TH·P_H ein Steuersignal S_TU zur Verfügung gestellt werden, das der momentanen Umgebungstemperatur T_U des Mediums 14 entspricht.The gas sensor element 10 is a tempera turfühler 16 assigned, by means of which an actual temperature T _{ist of} the gas sensor element 10 is measured. This actual temperature T _is becomes a heating controller 18 made available. The heating controller 18 compares the temperature T _is T with a temperature T _soll for the lane element 10 and supplies in response to a difference T _soll - T _is a control signal S, with which a voltage source 20 is controllable. About the control signal S is a level of the supply voltage U _V for the heating element 12 of the gas sensor element 10 regulated. From this instantaneous supply voltage U _V , the heating voltage U _H and the heating current I _H , which flows via a measuring resistor R _M , can be determined continuously via measuring means not shown in detail. Due to the known relationship heating power P _H = heating voltage U _H · heating current I _H , the instantaneous heating power P _H can be determined. This instantaneous heating power P _H is - as explained above - a function of the instantaneous temperature T _U. By means of an indicated here control unit 22 , which as input variables the instantaneous heating power P _H , the setpoint temperature T _{S of} the gas sensor element 10 and the thermal contact resistance R _TH between the gas sensor element 10 and medium 14 is obtained, a control signal S _TU can be made available due to the relationship T _U = T _soll - R _TH · P _H , that of the current ambient temperature T _{U of} the medium 14 equivalent.

Die Berücksichtigung der Temperatur T_soll des Gassensorelementes 10 unterstellt, daß über die Heizungsregelung 18 die Ist-Temperatur T_ist des Gassensorelementes 10 im wesentlichen der Soll-Temperatur T_soll entspricht.The consideration of the temperature T _{soll of} the gas sensor element 10 assumes that about the heating control 18 the actual temperature T _is the gas sensor element 10 essentially the desired temperature T _soll corresponds.

2 verdeutlicht eine zweite Ausführungsvariante zum Bestimmen der momentanen Umgebungstemperatur T_U des Mediums 14. Gleiche Teile wie in 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Gemäß der an sich bekannten, in 2 gezeigten Schaltungsanordnung ist die Versorgungsspannungsquelle 20 mit einer konstanten Versorgungsspannung U_V betrieben. Die Regelung der Heizspannung U_H zum Halten des Gassensorelementes 10 auf der Solltemperatur T_soll erfolgt hierbei durch ein getaktetes Ansteuern eines Schaltelementes 24 über den Heizungsregler 18. Entsprechend einem Tastverhältnis des Heizungsreglers 18 ergibt sich, wie 3 zeigt, daß die Heizspannung U_H für eine Heizdauer t_H anliegt. Während des Anlegens dieser Heizspannung U_H heizt das Heizelement 12 auf, bis der Temperaturmeßfühler 16 signalisiert, daß die Temperatur T_soll erreicht ist. Je nachdem, ob die Umgebungstemperatur T_U des Mediums 14 sinkt beziehungsweise ansteigt, ist eine mehr oder weniger große Heizleistung P_H des Heizelementes 12 notwendig, damit das Gassensorelement 10 auf seine bekannte konstante Betriebstemperatur eingeregelt werden kann. Diese Heizleistung ergibt sich. aus dem Tastverhältnis der Heizzeit t_H zu einer Gesamtheizperiode T. Diese Heizungsregelung ist an sich bekannt. Ein sich ergebendes Tastverhältnis

ist somit direkt abhängig von der Umgebungstemperatur T_U. Das Tastverhältnis

wird abgegriffen und dem Steuergerät 22 zugeführt. Dem Steuergerät 22, dem als weitere bekannte konstante Eingangsgrößen die Versorgungsspannung U_V, der Heizwiderstand R_H, die Solltemperatur T_soll und der thermische Übergangswiderstand R_TH zur Verfügung. 2 illustrates a second embodiment for determining the current ambient temperature T _{U of} the medium 14 , Same parts as in 1 are provided with the same reference numerals and not explained again. According to the known, in 2 the circuit arrangement shown is the supply voltage source 20 operated with a constant supply voltage U _V. The regulation of the heating voltage U _H for holding the gas sensor element 10 on the setpoint temperature T _{soll should be} done by a clocked driving a switching element 24 over the heating controller 18 , According to a duty cycle of the heating controller 18 arises, how 3 shows that the filament voltage U _H and for a duration t _H is applied. During the application of this heating voltage U _H heats the heating element 12 on until the temperature sensor 16 signals that the temperature T _{soll is} reached. Depending on whether the ambient temperature T _{U of} the medium 14 decreases or increases, is a more or less large heating power P _{H of} the heating element 12 necessary for the gas sensor element 10 can be adjusted to its known constant operating temperature. This heating power results. from the duty cycle of the heating time t _H to a Gesamtheizperiode T. This heating control is known per se. A resulting duty cycle

is thus directly dependent on the ambient temperature T _U. The duty cycle

is tapped and the control unit 22 fed. The control unit 22 , to which the supply voltage U _V , the heating resistor R _H , the setpoint temperature T _soll and the thermal contact resistance R _TH are available as further known constant input variables.

Aufgrund der Beziehung

lassen sich aufgrund der bekannten Größen und des aktuellen Tastverhältnisses

ein Steuersignal S_TU bereitstellen, das direkt proportional der momentanen Umgebungstemperatur T_U ist.Because of the relationship

can be due to the known sizes and the current duty cycle

provide a control signal S _TU , which is directly proportional to the current ambient temperature T _U.

Die Schaltungsanordnung gemäß 2 läßt sich in an sich bekannter Weise mittels einer sogenannten Zweipunktregelung betreiben. Hierbei wird über den Heizungsregler 18 durch Ansteuerung der Heizspannung U_H die Sensortemperatur T_S zwischen einem oberen Grenzwert T_GO und einem unterem Grenzwert T_GU geregelt. Die Temperatur T_ist wird über den Temperaturmeßfühler 16 ermittelt und dem Heizungsregler 18 zugeführt. Dieser vergleicht die Temperatur T_ist mit dem oberen Grenzwert T_GO beziehungsweise dem unteren Grenzwert T_GU. Erreicht die Temperatur T_ist den oberen Grenzwert T_GO, wird das Schaltelement 24 durch den Heizungsregler 18 ausgeschaltet, während bei Erreichen des unteren Grenzwertes T_GU durch die Ist-Temperatur T_ist das Schaltelement 24 eingeschaltet wird. Hierdurch ergibt sich der in 4 skizzierte Verlauf der Sensortemperatur T_S. Durch Definition des oberen Grenzwertes T_GO und des unteren Grenzwertes T_GU ergibt sich eine Temperaturhysterese Δ T des Heizelementes 12. Hierdurch ergeben sich die in 5 dargestellten Ausschaltzeiten t_aus des Schaltelementes 46 und entsprechende Einschaltzeiten t_ein des Schaltelementes 24. Die Heizspannung U_H ist demnach ebenfalls getaktet entsprechend dem Verlauf der Temperaturhysterese Δ T. Für die Zeit t_aus gilt die Beziehung

wobei
τ eine thermische Zeitkonstante des Gassensorelementes 10 ist. Aufgrund der bekannten Zeitkonstante τ und der bekannten Temperaturhysterese ΔT sowie der bekannten oberen Grenztemperatur T_GO ist die Ausschaltzeit T_aus direkt abhängig von der momentanen Umgebungstemperatur T_U des Mediums 14. Über das Steuergerät 22 kann somit wiederum ein Signal S_TU bereitgestellt werden, das der Umgebungstemperatur T_U entspricht.The circuit arrangement according to 2 can be operated in a conventional manner by means of a so-called two-step control. This is done via the heating controller 18 controlled by the heating voltage U _H, the sensor temperature T _S between an upper limit T _GO and a lower limit T _GU . The temperature T _is via the temperature sensor 16 determined and the heating controller 18 fed. This compares the temperature T _is with the upper limit T _GO and the lower limit T _GU . When the temperature T _is the upper limit value T _GO, the switching element is 24 through the heating controller 18 switched off, while reaching the lower limit T _GU by the actual temperature T _is the switching element 24 is turned on. This results in the in 4 sketched course of the sensor temperature T _S. By definition of the upper limit value T _GO and the lower limit value T _GU , a temperature hysteresis Δ T of the heating element results 12 , This results in the in 5 Shutdown times t shown _from the switching element 46 and corresponding activation times t _a of the switching element 24 , Accordingly, the heating voltage U _H is also clocked in accordance with the course of the temperature hysteresis ΔT. For the time t _out , the relationship applies

in which
τ a thermal time constant of the gas sensor element 10 is. Due to the known time constant τ and the known temperature hysteresis ΔT and the known upper limit temperature T _GO , the switch-off time T _{off is} directly dependent on the instantaneous ambient temperature T _{U of} the medium 14 , About the control unit 22 Thus, in turn, a signal S _{TU can be} provided which corresponds to the ambient temperature T _U.

Es wird deutlich, daß mittels einfacher Verfahrensschritte aus an sich bekannten Meßwerten beziehungsweise Konstanten eines Gassensorelementes 10 eine benötigte Heizleistung P_H beziehungsweise Heizspannung U_H unmittelbar zum Ermitteln der Umgebungstemperatur T_U herangezogen werden kann.It becomes clear that by means of simple method steps from known measurement values or constants of a gas sensor element 10 a required heating power P _H or heating voltage U _{H can be used} directly to determine the ambient temperature T _U.

Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. So ist bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels davon ausgegangen worden, daß das Gassensorelement 10 mit einer zeitlich konstanten Heiztemperatur betrieben wird. Diese Heiztemperatur kann auch zeitlich variabel sein. Durch Berücksichtigung der Temperatur T_soll beziehungsweise des dann geänderten oberen Grenzwertes T_GO kann auch eine über der Zeit veränderliche Solltemperatur bei der Bestimmung der momentanen Umgebungstemperatur T_U in einfacher Weise erreicht werden. Ferner ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen der Umgebungstemperatur T_U nicht auf Gassensorelemente beschränkt. Entscheidend ist, daß ein zumindest zeitweise auf eine konstante, bekannte Temperatur auf heizbares Element, beispielsweise eine Spannungsreferenz, ein Zeit/Frequenznormal oder dergleichen vorhanden ist. Die zuzuführende Heizleistung, um die zumindest zeitweise, konstante, bekannte Temperatur zu erreichen, dient dann als Ausgangsgröße zum Bestimmen der momentanen Umgebungstemperatur T_U.The invention is of course not limited to the illustrated embodiment. Thus, in the description of the embodiment has been assumed that the gas sensor element 10 is operated with a constant heating temperature. This heating temperature can also be variable in time. By taking into account the temperature T _soll or the then changed upper limit value T _GO , a setpoint temperature variable over time can also be achieved in a simple manner in the determination of the instantaneous ambient temperature T _U. Furthermore, the use of the method according to the invention for determining the ambient temperature T _{U is} not limited to gas sensor elements. It is crucial that an at least temporarily to a constant, known temperature on heatable element, such as a voltage reference, a time / frequency standard or the like is present. The heating power to be supplied, in order to achieve the at least temporary, constant, known temperature, then serves as an output for determining the instantaneous ambient temperature T _U.

Claims

Method for determining the instantaneous temperature of a medium, wherein the medium surrounds an element which can be electrically heated at least temporarily to a constant, known temperature, characterized in that the instantaneous temperature of the medium is determined from a heating power supplied to the element, the supplied heating power being a function of the difference is provided between an actual temperature of the element and a target temperature of the element.

Method for determining the instantaneous temperature of a Medium, wherein the medium is at least temporarily to a constant, known temperature surrounds electrically heatable element, characterized characterized in that from a heating power supplied to the element, the instantaneous temperature of the Medium is determined, the supplied heating power depending the difference between an actual temperature of the element and a upper or lower limit of the temperature is provided.

Method according to claim 1, characterized in that that the Heating power from a measured heating voltage and a measured Heating current is determined.

Method according to claim 1, characterized in that that the Heating power from a duty cycle a switch-on frequency of the heating voltage is determined.

Method according to claim 2, characterized in that that the Heating power from a period between a switch-off the heating voltage and a reconnection time of the heating voltage in a two-step control of the temperature of the heatable element is determined.

Method according to claim 1, characterized in that that the determined heating power with known constant parameters of the Heatable element is adjusted and from this one of the instantaneous temperature proportional signal is provided.

Method according to Claim 6, characterized that as constant parameters of the heatable element whose set temperature, its thermal contact resistance to the medium, its supply voltage and / or its heating resistor be used.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that Heatable element with an over the time variable temperature is operated.