DE3007747C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gat­ tung des Hauptanspruchs. Schaltungsanordnungen zur Auswertung von Sensorausgangssignalen sind in vielfältiger Weise bekannt, da zur Steuerung einer Brennkraftmaschine über einen Zündungs- und/oder Einspritzrechner eine Vielzahl von Sensordaten ausgewertet werden müssen.

Dabei besteht das Problem, daß einmal eine Vielzahl von verschie­ denen Sensoren betöntigt werden und daß die Ausgangssignale vieler Sensoren, die zur Messung einer ersten physikalischen Größe, z. B. der Drehzahl herangezogen werden, durch andere physikalische Größen, beispielsweise die Temperatur, beeinflußt werden und die dadurch ein verfälschtes Meßergebnis für die erste physikalische Größe liefern. Um dies zu verhindern, sind eine Vielzahl von Kompensationsschal­ tungen bekannt.

Aus der DE-AS 21 28 252 ist eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art in Form eines Flüssigkeitsstandsanzeigers bekannt, der eine aus einer Lichtquelle und einem lichtempfindlichen Element bestehende Lichtschranke aufweist, wobei die Lichtschranke bei Vor­ handensein oder Nichtvorhandensein von Flüssigkeit zwischen der Lichtquelle und dem lichtempfindlichen Element unterschiedliche elektrische Signale abgibt. Diese Signale werden zur Anzeige des Füllstands benutzt. Dabei wird eine Anzeigelampe dann zum Leuchten gebracht, wenn die Lichtschranke unterbrochen ist. Wenn das als lichtempfindliches Element der Lichtschranke eingesetzte Element gleichzeitig auch noch temperaturempfindlich ist, kann die Anzeige­ lampe auch dazu benutzt werden, das Erreichen eines vorbestimmten Temperaturwertes anzuzeigen, jedoch nur bei ausreichendem Füllstand oder abgeschalteter Lichtquelle der Lichtschranke, da anderenfalls die Anzeigelampe bereits eingeschaltet ist.

Aus der Auslegeschrift DE-AS 24 14 366 ist eine Schaltungsanordnung mit einem Sensor P für eine physikalische Größe bekannt, dessen elektrische Ausgangsgröße durch eine zweite physikalische Größe be­ einflußt wird. Dabei wird der Einfluß der zweiten physikalischen Größe auf die erste physikalische Größe mittels einer zusätzlichen elektronischen Auswerteschaltung kompensiert.

Beim Gegenstand der DE-AS 19 24 469 soll der Druck in einer hohen Druck und hohen Temperaturen aussetzbaren Druckkammer gemessen wer­ den. Der Einfluß der Temperatur auf die Druckmessung wird kompen­ siert.

In der Zeitschrift "Messen und Prüfen" April 1970 auf Seite 292 sind in den Abbildungen 75 und 81 Druckfühler dargestellt, die eine Auswerteschaltung (Brückenschaltung) mit Temperaturkompensation aufweisen.

Im zitierten Stand der Technik wird der Einfluß einer zweiten physi­ kalischen Größe auf eine zu erfassende erste physikalische Größe durch geeignete Maßnahmen kompensiert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, neben der ersten physikalischen Größe auch die zweite physikalische Größe zu messen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs. Sie hat gegenüber dem gattungsbildenden Stand der Technik den Vorteil, daß die Beeinflussung eines Sensors für eine erste physi­ kalische Größe durch eine zweite physikalische Größe dazu verwendet werden kann, die zweite physikalische Größe gleichzeitig mit zu messen. Diese zweite physikalische Größe ist in den meisten praktischen Anwen­ dungsfällen die Temperatur oder der Druck.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, z. B. bei einem piezoresistiven Drucksensor, bei einem induktiven Sensor oder bei einem Feldplattensensor die Änderung des Innen­ widerstands als Folge eines Temperatureinflusses auszuwerten oder bei einem Hall-Sensor entsprechend die Änderung des Versorgungs­ stroms zu messen. Dadurch kann auf einfache Weise die physikalische Größe Temperatur mit bestimmt werden. Dies gilt z. B. auch für die physikalische Größe Druck, durch die die entsprechenden Sensorpara­ meter bestimmter Sensortypen verändert werden.

Zur Verstärkung dieses Effekts kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Schaltungsanordnung ein durch die zweite physikalische Größe beeinflußbares sensitives Element zugeschaltet werden, z. B. ein temperaturabhängiger Widerstand, sofern als zweite physikalische Größe die Temperatur mit erfaßt werden soll. Hier überlagern sich die Temperatureinflüsse, wobei die durch dieses Element erzeugten Änderungen elektrischer Größen - bei einem Hall-Geber z. B. die Aus­ gangsspannung - durch die Sensorausgangsleitungen für die erste physikalische Größe mit übertragbar sind. Auf diese Weise kann ohne zusätzliche Leitungen eine weitere physikalische Größe mit erfaßt und übertragen werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels mit einem induktiven Sensor,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels mit einem Hall-Sensor,

Fig. 3 einen schal­ tungsmäßigen Aufbau eines Hall-Sensors ohne zusätzliches sensitives Element und

Fig. 4 eine Schaltung eines Hall- Sensors mit einem zusätzlichen sensitiven Element.

In dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel steuer ein induktiver Drehzahl- bzw. Winkelmarkensensor 10 eine in Form eines Zündungsrechners 11. Ein solcher, z. B. als Segment­ geber ausgebildeter Sensor 10, ist z. B. aus der DE-OS 25 44 158 bekannt. Dabei werden segmentartige Blechteile in Abhängig­ keit der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine an einem induktiven Element vorbeige­ führt und verändern dessen Induktivität bzw. induzieren eine Spannung. Prinzipiell könnte dieses induktive Element natürlich auch z. B. ein induktiver Weggeber oder ein induktiver Druckgeber sein.

Zur Erfassung der physikalischen Größe Temperatur neben der direkt dem Rechner 11 zugeführten physikalischen Größe Drehzahl bzw. Drehwinkel ist der induktive Sensor 10 bzw. dessen Wicklung mit dem Innenwiderstand Ri als ein Zweig einer im übrigen aus drei Widerständen 12 bis 14 bestehenden Brückenschaltung geschaltet, die zwischen einer positiven Vesorgungsspannungsklemme 15 und Masse liegt. Die abge­ griffene Brückenspannung ist einem Komparator 16 zugeführt, dessen Ausgangsspannung als Istwert I für die Temperatur­ abweichung im Sensor 10 einer Soll-Istwert-Vergleichsstufe 17 zugeführt ist. Der Sensor 10 ist weiterhin über einen Sollwert-Funktionsgenerator 18 mit dem Sollwerteingang S der Soll-Istwert-Vergleichsstufe 17 verbunden. Deren Aus­ gang ist über einen Regelverstärker 19 einem Eingang des Rechners 11 zur Erfassung der Temperatur zugeführt. Weiter­ hin ist der Ausgang des Regelverstärkers 19 über einen Funktionsgenerator 20 zur Schwellenverschiebung zu einem Eingang des Komparators 16 zurückgeführt.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ beispiels besteht darin, daß der induktive Sensor 10 zunächst eine Drehzahl- bzw. Drehwinkelinformation direkt dem Zündungsrechner 11 abgibt. Zur weiteren Erfassung der physikalischen Größe Temperatur ist der Sensor 10 als ein Zweig einer Brückenschaltung 10, 12, 13, 14 geschaltet. Ändert sich die Temperatur im Sensor 10, so ändert sich gleichzeitig die abgegriffene Brückenspannung, und der Komparator 16 gibt einen anderen Istwert vor. Bedingt durch die Physik eines induktiven Drehzahlgebers ist der Temperatureinfluß bei unterschiedlichen Drehzahlen ver­ schieden. Um dies auszugleichen erzeugt der Sollwert-Funk­ tionsgenerator 18 einen sich entsprechend mit der Drehzahl ändernden Sollwert. Der Sollwert ändert sich dabei mit der Funktion, mit der sich auch der Temperatureinfluß bei än­ dernder Drehzahl verschiebt. Um den Wechselspannungsanteil des Gebers 10 in der Brücke zu kompensieren, verschiebt die Regelspannung des Regelverstärkers 19 über den Funktions­ generator 20 die Schwelle des Komparators 16. Dadurch wird die Brücke wechselspannungsmäßig auf Null geregelt. Der Funktionsgenerator 20 dient zur Anpassung der Spannungen.

In dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Hall-Sensor 21 über eine Klemme 22 mit dem Zündungs­ rechner 11 verbunden. Ein solcher Hall-Sensor, der im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel wiederum zur Erfassung von Drehzahl bzw. Drehwinkel dienen soll, ist z. B. aus der DE-OS 28 42 386 bekannt. Da ein solcher Hall-Sensor kein kontinuierlich sich veränderndes Ausgangssignal erzeugt, sondern lediglich zwischen zwei Spannungswerten in Abhän­ gigkeit des Passierens eines Segments oder einer Marke hin- und herspringt, kann eine wesentlich vereinfachte Auswerteschaltung für die Temperaturbestimmung verwendet werden. Der Hall-Sensor 21 ist über eine Klemme 23 wiederum mit den Widerständen 12 bis 14 verbunden, die zusammen eine Brückenschaltung bilden. Die Brückenspannung ist einem Differenzverstärker 24 zugeführt, dessen Ausgang über einen Zwischenspeicher 25 dem Temperaturmeßeingang des Rechners 11 zugeführt ist. Der Setzeingang des Speichers 25 ist mit der Klemme 22 verbunden.

In Fig. 3 ist der innere Aufbau eines integrierten Hall- Sensors dargestellt, wie er z. B. aus dem angegebenen Stand der Technik bekannt ist. Die über den Widerstand 12 der Klemme 23 zugeführte Versorgungsspannung ist einem Hall-Element 26, einer Verstärkerstufe 27 sowie über einen Widerstand 28 dem Kollektor eines Ausgangs-Leistungstran­ sistors 29 zugeführt. Dabei liegen die jeweils zweiten Anschlüsse bzw. der Emitter des Transistors 29 an Masse. Die im Hall-Element infolge des durchfließenden Stroms erzeugte Spannung wird über den Verstärker 27 der Basis des Transistors 29 zugeführt. Der Kollektor des Transistors 29 ist mit der Ausgangsklemme 22 verbunden.

Die Wirkungsweise des in den Fig. 2 und 3 dargestellten Aus­ führungsbeispiels besteht darin, daß sich infolge eines Temperatureinflusses hier der Versorgungsstrom ändert, was wiederum zu einer Veränderung der Brückenspannung führt. Da sich die vom Hall-Sensor erzeugte Spannung nicht konti­ nuierlich mit der Drehzahl ändert, sondern lediglich in Abhängigkeit der Drehzahl zwischen zwei im wesentlichen konstanten Pegeln schwankt, ergibt sich eine wesentlich einfachere Auswerteschaltung gegenüber dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel. Die Brückenspannung ist hier direkt ein Maß für die Temperaturabweichung und wird im Differenz­ verstärker 24 auf ein auswertbares Maß verstärkt. Auch hier kann bei Bedarf natürlich ein Sollwert-Funktions­ generator vorgesehen sein, dessen Sollwert sich z. B. mit der Versorgungsspannung ändert, um deren Einfluß auf die Meßgröße auszuschalten. Dieser Generator kann entweder einem oder beiden Eingängen des Differenzverstärkers vor­ geschaltet sein, oder auf dessen Verstärkungsfaktor einwirken. Dabei darf natürlich die Stromänderung, bzw. die Änderung der Brückenspannung nur bezüglich eines der beiden Ausgangspegel des Sensors betrachtet werden, da der Strom durch den Hall-Sensor für die beiden Pegel verschieden ist. Um dies zu erreichen, wird der Ausgangswert des Dif­ ferenzverstärkers 24 zyklisch im Speicher 25 gespeichert, wobei der Einspeichervorgang durch eine der Sensorflanken selbst gesteuert werden kann. Bei Bedarf muß noch ein nicht näher dargestelltes Verzögerungsglied vorgesehen werden, damit die Einspeicherung nach einem Pegelwechsel erst dann stattfindet, wenn wieder stationäre Zustände vorliegen.

Im Hall-Element 26 ist gewöhnlich auf einer Platine eine integrierte Auswerteschaltung zugeordnet, durch die das Sensorsignal aufbereitet wird. Dies geschieht im wesent­ lichen dadurch, daß die infolge des durchfließenden Stroms im Hall-Element 26 erzeugte Querspannung in einer Verstär­ keranordnung verstärkt wird, wobei der Endstufentransistor 29 durch seinen Schaltzustand die beiden Ausgangspegel vorgibt. Das Hall-Element 26 bildet dabei einen Zweig der Brücken­ schaltung. Der parallel geschaltete Verstärker ergibt einen zusätzlichen Temperatureffekt durch temperaturabhängige Veränderung des Versorgungsstroms. Dieser zusätzliche Effekt des Verstärkers braucht jedoch prinzipiell nicht vorgesehen sein.

Die in Fig. 4 angegebene Schaltung eines Hall-Sensors ent­ spricht im wesentlichen der Schaltung gemäß Fig. 3, jedoch ist zusätzlich ein temperaturabhängiger Widerstand 30 paral­ lel zur Schaltstrecke des Endstufentransistors 29 geschaltet. Die Stromversorgung erfolgt direkt über die Versorgngs­ spannungsklemme 15, und die beiden Klemmen 22, 23 sind beide mit dem Kollektor des Transistors 29 verbunden. Da­ durch entfällt der Brückenwiderstand 12. An seine Stelle tritt der Widerstand 28. Durch den temperaturabhängigen Widerstand 30 wird ein größerer Temperatureffekt erzielt, dessen ausgewertete Spannung über die gleichen Verbindungs­ leitungen gemäß Fig. 2 dem Rechner 11 zugeführt werden kann.

Die Auswerteschaltung für den Temperatureffekt 12 bis 20 bzw. 12 bis 14, 24, 25 ist vorzugsweise auf der Geber­ platine angeordnet, bzw. mit integriert. Sie kann jedoch natürlich auch im Rechner 11 enthalten sein.

Falls erforderlich, kann das Temperatursignal auch noch anhand einer gewünschten oder vorgegebenen Kennlinie auf­ bereitet werden. Ein dafür notwendiger Funktionsgenerator kann ebenfalls entweder auf der Geberplatine oder im Rechner 11 enthalten sein.

In bekannter Weise kann das Temperatursignal noch mit weiteren Gebersignalen verknüpft werden, sofern der Rech­ ner 11 Informationen über weitere physikalische Größen benötigt.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung mit einem Sensor, dessen elektrische Aus­ gangs- bzw. Sensorsignale durch eine erste und eine zweite physika­ lische Größe über einen von diesen Größen abhängigen Sensorparameter bestimmt sind, mit einer von den Sensorsignalen unmittelbar ge­ speisten Erfassungseinrichtung zur Aufnahme von zwei getrennten Meß­ signalen, die der ersten und der zweiten physikalischen Größe ent­ sprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (11) überdies von einem aus der Querverbindung einer Brückenschaltung (10, 12, 13, 14; 21, 12, 13, 14), in deren einem Zweig der Sensor (10, 21) liegt, abgeleiteten Signal - entsprechend der zweiten phy­ sikalischen Größe - beaufschlagt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite physikalische Größe die Temperatur ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sich ändernde Sensorparameter, der Innenwiderstand eines Piezo-Drucksensors, eines induktiven Sensors oder eines Feldplatten­ sensors ist oder der Versorgungsstrom eines Hall-Sensors.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen die Querverbindung der Brücken­ schaltung und die Erfassungseinrichtung (11) eine Soll-/Istwert-Ver­ gleichsstufe (17 bzw. 24) zur Ermittlung der Änderung des Sensorpa­ rameters geschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung mit einem Sensor, dessen Sensorparameter zur Erfassung der zweiten physikalischen Größe sich auch in Abhängigkeit der ersten physikalischen Größe stetig ändert, nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kompensa­ tionseinrichtung (18, 20) für den Einfluß der ersten physikalischen Größe auf den Sensorparameter im Signalpfad zwischen der Querverbin­ dung der Brückenschaltung (10, 12, 13, 14) und der Erfassungsein­ richtung (11) vorgesehen ist.

6. Schaltungsanordnung mit einem Sensor, dessen Sensorparameter zur Erfassung der zweiten physikalischen Größe sich in Abhängigkeit der ersten physikalischen Größe zyklisch ändert, nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speichereinrich­ tung (25) zur Zwischenspeicherung des Werts des Sensorparameters im Signalpfad zwischen der Querverbindung der Brückenschaltung (21, 12, 13, 14) und der Erfassungeinrichtung (11) vorgesehen ist, wobei der Speicherwert im Zyklus der Änderungen eingespeichert wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein durch die zweite physikalische Größe beeinflußbares sensitives Element (30) dem Sensor (21) zugeschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das sensitive Element (30) parallel zum Sensorausgang geschaltet ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste physikalische Größe eine Dreh­ zahl ist.