DE2732715A1

DE2732715A1 - Schaltungsanordnung zur linearisierung des ausgangssignals von insbesondere hitzdrahtsonden bei der luftmengenmessung im ansaugrohr von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2732715A1
Application number: DE19772732715
Authority: DE
Inventors: Peter Cornelius
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-07-20
Filing date: 1977-07-20
Publication date: 1979-06-07
Also published as: GB1592020A; US4193300A; JPS5422873A

Description

R.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zur angenäherten Linearisierung des Ausgangssignals von Hitzdrahtsonden. Dieses Ausgangssignal steht in angenähert parabelförmigem Zusammenhang mit dem Luftdurchsatz im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine und eine Quadrierung des Ausgangssignals dient einer angenäherten Linearisierung. Da der Zusammenhang zwischen Luftdurchsatz und Sondenausgangssignal jedoch nur in etwa parabelförmig verläuft, ist die Linearisierung bei der Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik nur unvollkommen, wodurch sich Fehler bei der Verarbeitung des Sondenausgangssignales ergeben können.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Art der Anpassung bzw. das übertragungsverhalten der Schaltungsanordnung zur Linearisierung leicht einstellbar ist und somit mit Hilfe eines Abgleichvorganges ein Optimum an Linearität erreicht werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich. So ist besonders vorteilhaft, die aktiven Elemente der einzelnen Stufen in engen Temperatur-Kontakt zu bringen, um den Temperatureinfluß auf die Linearisierung minimal zu halten.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

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Es zeigen Figur 1 eine Möglichkeit der Beschaltung einer Hitzdrahtsonde, Figur 2 Diagramme bezüglich des Ausgangssignals der Hitzdrahtsonde und der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung zur Linearisierung, Figur 3 ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung zur Linearisierung und Figur h ein ausführliches Schaltbild.

Beschreibung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Linearisierungsschaltung ist für das Ausgangssignal einer Luftmengenmeßsonde im Luftansaugrohr einer Brennkraftmaschine vorgesehen. In Figur 1 ist mit 10 eine Hitzdrahtsonde mit einem temperaturabhängigen Widerstand als Mengenmeßsonde bezeichnet, die in einer Brückenschaltung mit weiteren Widerständen 11, 12 und 13 angeordnet ist, die wiederum in Reihe zu einem Transistor 14 und einem Widerstand 15 zwischen einer Plusleitung 16 und einer Minusleitung 17 liegt. Die Diagonalpunkte 19 und 20 der Brücke sind zu einem Verstärker 21 geführt, dessen Ausgang mit der Basis des Transistors 14, welcher in Reihe zur Brückenschaltung liegt, verbunden ist. Der Widerstand 15 ist als Meßwiderstand ausgebildet und die an ihn abfallende Spannung wird einem gegengekoppelten Verstärker 23 zugeführt. Am Ausgang 25 der Hitzdrahtsonden-Beschaltung liegt somit ein aus dem Spannungabfall über dem Widerstand 15 ermitteltes Signal an.

Die aufgezeigte Beschaltung der Brücke mit der Hitzdrahtsonde 10 und den Widerständen 11 bis 13 dient dazu, die Hitzdrahtsonde bei konstanter Temperatur zu betreiben. Dabei wird die Temperatur der Hitzdrahtsonde au3 deren Widerstand und damit der Brückenverstimmung ermittelt und entsprechend der Brückenstrom so lange erhöht, bis sich ein erneuter Abgleich der Brücke ergibt. Der Gesamtstrom durch die Brücke ist damit vom Luftdurchsatz im Ansaugrohr abhängig mit der in Figur 2a aufgeführten Beziehung.

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Aus dieser Figur 2a geht hervor, daß für eine konstante Temperatur der Hitzdrahtsonde 10 ein mit steigendem Luftdurchsatz im Ansaugrohr ansteigender Brückenstrom erforderlich ist. Der durch die Brücke fließende Strom wird im Widerstand 15 in eine Spannung umgesetzt und diese Spannung steht verstärkt und entkoppelt am Ausgang 25 für die Schaltungsanordnung zur Linearisierung zur Verfügung. Erkennbar ist in Figur 2a die Nichtlinearität zwischen Luftdurchsatz Q und Ausgangsspannung Ue in der Art, daß sich der Spannunganstieg mit zunehmendem Luftdurchsatz verringert.

Eine Schaltungsanordnung zur Linearisierung des Ausgangssignales der Hitzdrahtsonde soll diese Nichtlinearität beseitigen und ein Ausgangssignal nach Figur 2b mit einer möglichst exakten Linearität abgeben. Dazu bedarf es in der Schaltungsanordnung zur Linearisierung des Ausgangssignals der Hitzdrahtsonde einer Nichtlinearität zwischen Eingangsspannung Ue und Ausgangsspannung Ua, wie sie in Figur 2c dargestellt ist. Mathematisch läßt sich dieser Zusammenhang wie folgt definieren:

Ua = (Ue - Uo) ^ = (R₁₅ . I (Q) - Uo)*"

In dieser Formel bedeuten Uo und m freie Parameter, die durch die Sondenkonfiguration bestimmt sind.

Der Erzeugung der ob.engenannten gewünschten mathematischen Funktion dient eine Schaltungsanordnung mit einem groben Blockschaltbild nach Figur 3. Sie ist gekennzeichnet durch eine Logarithmierstufe 30, eine Verstärkungsstufe 31 sowie eine Delogarithmierstufe 32. Der Logarithmierstufe 3O ist ein Summenpunkt 34 vorgeschaltet, dem einmal über einen Eingang 35 das Eingangssignal Ue zugeführt wird, welches am Ausgang 25 der Hitzdrahtsonden-Beschaltung nach Figur 1 anliegt, und zudem das Signal Uo zugeführt wird. Am Ausgang 36 der Delogarithmierstufe 32 ergibt sich das linearisierte Signal nach Figur 2b. Mit der vorliegenden Schaltung nach Figur 3 lassen sich über den Faktor

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der Multiplizierstufe 31 beliebige Potenzen vom Wert m einstellen und damit eine optimale Linearisierung des am Eingang 35 anliegenden Eingangssignals erreichen. Grundgedanke der Schaltungsanordnung zur Linearisierung ist es, von den mathematischen Logarithmiergesetzen Gebrauch zu machen, nach denen ein Potenzieren nach der Logarithmierung in eine Multiplikation übergeht. Es bedarf deshalb einer Logarithmierstufe für das Eingangssignal, einer Multiplizierstufe, und zur Rückgewinnung des logarithmierten und multiplizierten Eingangssignals einer Delogarithmierstufe 32.

Eine ausführliche Schaltungsanordnung zur Linearisierung des Ausgangssignals von Hitzdrahtsonden ist in Figur 4 dargestellt. Hauptbestandteile der Schaltungsanordnung sind drei Transistoren 40, 4l und 42, deren Emitter zusammengeführt sind und über einen Widerstand 43 an einer Masseleitung 44 liegen. Vom Eingang 35 der Schaltungsanordnung wird ein Widerstand 45 zu einem Verbindungspunkt 46 geführt, von dem aus ein Kondensator an Masse liegt, und an dem der Kollektor des Transistors 40 sowie der Pluseingang eines Verstärkers 48 angeschlossen ist. Der Ausgang des Verstärkers 48 führt über eine Reihenschaltung von zwei Widerständen 49 und 50 zur Basis des Transistors 40. Der Minuseingang des Verstärkers 48 ist über einen Kondensator 52 mit dem Ausgang dieses Verstärkers 48 verbunden und ferner über einen Widerstand 53 mit dem Ausgang einer Spannungs-Steuerstufe 54, die ausgehend von einer Referenzspannung Uref an ihrem Ausgang eine Bezugsspannung Uo erzeugt. Diese Bezugsspannung Uo ist erforderlich, da Logarit&mier- und Delogaritlimierschaltungen drei Spannungspotentiale benötigen, beim Berdnetz eines Kraftfahrzeugs jedoch nur zwei, nämlich Plus und Null, vorhanden sind. Als besonders günstig erweist es sich, dieses Uo als Korrekturgröße für die Linearisierung zu optimieren. Mit dem Ausgang dieser Spannungs-Steuerstufe ist über einen Widerstand 55 die Basis des Transistors 40 verbunden, ferner direkt die Basis des Transistors 4l sowie über einen Widerstand 56 der Pluseingang eines Verstärkers 58. Sowohl dem Minuseingang des Verstärkers 58 als auch dem Kollektor des Transistors 41 wird über einen Widerstand 59 die Refe-

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renzspannung Ue rf zugeführt. Eine Gegenkopplung des Verstärkers 58 findet über einen Kondensator 60 statt und der Ausgang des Verstärkers 58 ist über einen Widerstand 6l mit den miteinander verbundenen Emittern der Transistoren 40 bis 42 gekoppelt. Während die Basis des Transistors 42 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 49 und 50 zwischen dem Ausgang des Verstärkers 48 und der Basis des Transistors 40 angeschlossen ist, führt sein Kollektor zum Ausgang 36 der Schaltungsanordnung zur Linearisierung des Ausgangssignals von Hitzdrahtsonden.

Der Stromversorgung des Transistors 42 am Ausgang der Schaltungsanordnung zur Linearisierung folgt eine spannungsgesteuerte Stromwelle mit einem Transistor 65, wobei die Spannungssteuerung über einen Transistor 66 erfolgt.

Bei einem Anwendungsbeispiel der vorliegenden Schaltungsanordnung soll ein Strom in seiner Höhe vom Luftdurchsatz im Saugrohr abhängen und abhängig von Drehzahlsignalen der Brennkraftmaschine tastbar sein. Zu diesem Zweck dient die in Figur 4 dargestellte Stromsteueranordnung mit den Transistoren 65 und 66 am Ausgang der Schaltungsanordnung.

Um die Schaltungsanordnung zur Linearisierung nach Figur 4 temperaturunabhängig zu machen, erweist es sich als zweckmäßig, wenigstens die drei Transistoren 40 bis 42 in engen Temperaturkontakt zu bringen. Dadurch läßt sich eine Kompensation des Temperaturverhaltens der einzelnen in Figur 3 dargestellten Stufen erreichen.

Der Einstellung des gewünschten Wertes der Potenz m dient der veränderbare Widerstand 50 vor der Basis des Transistors 50. Der weitere Parameter, die Bezugsspannung Uo, läßt sich über die nicht dargestellte Beschaltung der Spannungs-Steuerstufe 54 einstellen. Mit diesen beiden veränderbaren Größen ist eine einfache und exakte Anpassung an beliebige Gebertypen,

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wie z.B. Hitzdrahtsonden oder Heißfilmsonden möglich, was der universellen Einsetzbarkeit der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung zur Linearisierung dient.

Neben der exakten Linearisierung des Ausgangssignals z.B. von Hitzdrahtson/ien läßt sich über die beiden Parameter Uo und m (Wert der Potenz) auch eine beliebige Ausgangsfunktion erzeugen, um z.B. auch nachfolgende Schaltungsanordnungen in eine insgesamt wirkende Linearisierung einzubeziehen. Besonders zum Tragen kommt dieser Gesichtspunkt bei Ladevorgängen mit dem Ausgangssignal einer Meßsonde, wobei z.B. die Nichtlinearität eines Aufladevorganges bei einem Kondensator geändert werden kann, um im Endeffekt einen linearen Zusammenhang zwischen Kondensatorspannung und Sondenausgangssignal zu erhalten.

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Claims

κ. *<m 28.6.1977 Mü/Kö ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1 Ansprüche

1.JSchaltungsanordnung zur Linearisierung des Ausgangssignals einer Mengenmeßsonde mit einem temperaturabhängigen Widerstand, insbesondere zur Messung der von einer Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge im Ansaugrohr mit einer vorzugsweise in Brückenschaltung angeordneten Sonde, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondensignal zur Linearisierung einer Reihenschaltung aus wenigstens Logarithmierstufe (30), MuI-ti/plizierstufe (3D und Delogarithmierstufe (32) zuführbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikationsfaktor der Multiplizierstufe (31)
auf einen für die Linearität des Ausgangssignals der
Schaltungsanordnung zur Linearisierung optimalen Wert
einstellbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikationsfaktor der Multiplizierstufe (31)
auf einen das elektrische Verhalten der benachbarten, vor
allem nachfolgenden Stufen berücksichtigenden Wert einstellbar ist.

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- 2 -ORIGINAL INSPECTBD

4. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1

3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des Temperaturverhaltens der einzelnen Stufen ein enger gegenseitiger Temperaturkontakt wenigstens zwischen den aktiven Bauelementen der einzelnen Stufen besteht.

5. Schaltungsanordnung nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens für die Logarithmier- und DeIogarithmierstufe ein drittes Potential vom Wert der Bezugsspannung Uo neben dem vorhandenen Plus- und Nullpotential erzeugt wird, die Differenz von Eingangsspannung Ue und der Bezugsspannung Uo logarithmiert wird und Uo gleich dem für die Linearisierung optimalen Wert wählbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung von drei Transistoren (40 bis 42) vorhanden ist, deren Emitter zusammengekoppelt sind und über einen Widerstand (43) an einer Masseleitung (44) liegen, der Kollektor des ersten Transistors

(40) unmittelbar und die Basis mittelbar über einen ersten Verstärker (48) mit dem Eingang (35) der Schaltungsanordnung verbunden ist, zwischen Kollektor des zweiten Transistors

(41) und dessen Emitter eine weitere Verstärkerstufe (58) geschaltet ist, der dritte Transistor (42) mit seiner Basis am Verbindungspunkt der Basis des ersten Transistors (40) und dem Ausgang der ersten Verstärkerstufe (48), sein Kollektor den Ausgang (36) der Schaltungsanordnung bildet und die Mar-

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ken des ersten und zweiten Transistors (40, Hl) auf einem Bezugspotential liegen.

7» Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang (36) der Schaltungsanordnung eine steuerbare Stromquelle (mit einem Transistor 65) nachgeschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch die Verwendung in Einspritzanlagen bei Brennkraftmaschinen, bei denen Lade- und/oder Entladevorgänge bzw. Zählvorgänge abhängig vom Ausgangssignal einer Sonde sind.

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