DE3722000A1 - Vorrichtung zur messung der temperatur eines mediums, insbesondere zur messung der innenraumtemperatur in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Tempera­ tur eines Mediums, insbesondere zur Messung der Innenraum­ temperatur in einem Kraftfahrzeug, mit einem ersten Temperatur­ sensor, der in der Nähe einer Wand angeordnet und von dem Medium umgeben ist, und mit einer Auswerteeinrichtung, an die der erste Temperatursensor angeschlossen ist.

Für die Regelung der Temperatur im Fahrgastraum eines Kraft­ fahrzeugses ist es erforderlich, die Innenraumtemperatur im Kraftfahrzeug möglichst exakt zu erfassen. Dies wird mit Hilfe eines Temperatursensors erreicht, der an eine Auswerte- oder Regeleinrichtung angeschlossen ist. Der Temperatursensor ist beispielsweise im Fußraum oder im Dachbereich des Fahrgast­ raumes angeordnet und einer Wand oder sonstigen Montage­ fläche befestigt. Damit der Temperatursensor vollständig von Luft umgeben ist, ist er mit Abstand zur Wand angeordnet. Zum Schutz des Temperatursensors ist beispielsweise eine mit Öffnungen versehene oder gitterartige Abdeckvorrichtung vorge­ sehen. Bei dieser Anordnung ist die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur nicht nur abhängig von der ihn umgebenden Luft, sondern auch von der dem Temperatursensor zugeordneten Wand und der ihn umgebenden Abdeckvorrichtung. So wird bei­ spielsweise die Luft im Fahrzeuginnenraum sich wesentlich schneller erwärmen als die den Temperatursensor umgebenden Oberflächen. Dies hat zur Folge, daß ein Temperaturgefälle von der höheren Lufttemperatur zu der geringeren Temperatur der Abdeckvorrichtung entsteht. Die vom Temperatursensor gemessene Temperatur entspricht dadurch nicht mehr der tatsächlichen Temperatur im Fahrzeuginnenraum, sondern einer durch die Tempe­ ratur der umgebenden Oberflächen verfälschten Mischtemperatur.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur eines Mediums, insbesondere zur Messung der Innen­ temperatur in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, die eine exakte Messung dieser Temperatur gewährleistet.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dem ersten Temperatursensor ein zweiter Temperatursensor zugeordnet ist, der an der Oberfläche der Wand angeordnet ist und deren Temperatur mißt, und der zur Korrektur der von dem ersten Temperatursensor gemessenen Temperatur an die Auswerteeinrichtung angeschlossen ist.

Die von der Wand ausgehenden, die Messung der Innenraumtempera­ tur verfälschenden Einflüsse können mit Hilfe des zweiten Temperatursensors kompensiert werden. Durch die Korrektur der vom ersten Temperatursensor gemessenen Temperatur mit Hilfe der vom zweiten Temperatursensor gemessenen Temperatur kann die tatsächliche Temperatur des Fahrzeuginnenraumes exakt erfaßt werden. Dies ermöglicht eine genaue und schnell reagierende Regelung der Innenraumtemperatur des Kraftfahrzeugs. Störein­ flüsse, wie beispielsweise Fahrgeschwindigkeitsänderungen, Änderungen der Kühlwassertemperatur des Kraftfahrzeugs o. dgl. können schnell und exakt ausgeregelt werden. Des weiteren ist es möglich, die Aufheizphase oder bei Klimaanlagen die Abkühl­ phase durch Über- oder Unterkompensation bei der Fehler­ korrektur gezielt zu beeinflussen, beispielsweise mit oder ohne Überschwingen der Innentemperatur in der Aufheizphase.

Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der erste und der zweite Temperatursensor in einem Tragkörper untergebracht, der einen von dem Medium durchströmten Kanal bildet, in dem der erste Temperatursensor angeordnet ist und an dessen Außenwand der zweite Temperatursensor anliegt. Der Kanal wird beispielsweise mit Hilfe eines Gebläses belüftet, so daß der erste Temperatursensor die Temperatur der an ihm vorbei­ strömenden Luft mißt. Gleichzeitig mißt der zweite Temperatur­ sensor die Temperatur der Gehäusewand des Tragkörpers, mit deren Hilfe dann die tatsächliche Temperatur der Luft im Innen­ raum des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.

Bei einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung sind der erste und der zweite Temperatursensor unter einer mit Öffnungen versehenen, haubenförmigen Abdeckvorrichtung an­ geordnet, an deren Seitenwand der zweite Temperatursensor an­ liegt. Bei dieser Ausgestaltung ist ein Gebläse zur Belüftung nicht erforderlich.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Temperatur des Mediums proportional zur Differenz der gemessenen und gewichteten Temperaturen des ersten und des zweiten Temperatursensors. Mit Hilfe dieses Zusammenhangs ist es möglich, die vom ersten Temperatursensor gemessene Tempera­ tur in Abhängigkeit von der vom zweiten Temperatursensor gemessenen Temperatur zu korrigieren und die tatsächliche Temperatur im Innenraum des Kraftfahrzeuges exakt zu ermitteln. Dabei hat sich gezeigt, daß schon durch die Berücksichtigung eines konstanten Entkopplungsfaktors zwischen den vom ersten und vom zweiten Temperatursensor gemessenen Temperaturen eine ausreichend hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Innenraum­ temperatur erreicht wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibungvon Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Tempera­ turregelung für die Kraftfahrzeuginnenraumtemperatur.

Fig. 2 eine elektronische Analogschaltung der in der Fig. 1 gezeigten Temperaturregelung und

Fig. 3 und 4 zwei Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Messung der Innenraumtemperatur in einem Kraftfahrzeug.

Mit Hilfe der in der Fig. 1 schematisch dargestellten Regelung ist die Innenraumtemperatur in einem Kraftfahrzeug auf einen von einer Bedienperson vorgebbaren Sollwert regelbar. Zu diesem Zweck ist das Kraftfahrzeug mit einem Heizaggregat, beispiels­ weise mit einem Wärmetauscher und ggf. mit einem Kühlaggregat versehen.

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Regelung ist ein Regelgerät (37) vorgesehen, an das ein Innentemperaturfühler (10) zur Messung einer Innentemperatur (TI) im Kraftfahrzeuginnenraum, ein Oberflächentemperaturfühler (11) zur Messung einer Ober­ flächentemperatur (TO), ein Außentemperaturfühler (13) zur Messung einer Außentemperatur (TA) außerhalb des Kraftfahr­ zeugs, ein Sollwertgeber (15) zur Vorgabe einer Solltemperatur (TS) durch eine Bedienperson und ein weiterer Temperaturfühler (17) zur Messung einer weiteren Temperatur (TX), beispielsweise der Verdampfertemperatur eines Kühlaggregates angeschlossen sind. Das Regelgerät (37) enthält Kennlinienglieder (20, 21, 22, 23), die von den Ausgangssignalen der Temperaturfühler (10, 11, 13, 17) beaufschlagt sind. Den der Innentemperatur (TI) und der Oberflächentemperatur (TO) zugeordneten Kennlinienglieder (20, 21) sind zwei Proportionalglieder (25, 26) nachgeordnet, deren Ausgangssignale an einem Summationsglied (28) zusammen­ geführt sind. Das Ausgangssignal des Summationsgliedes (28) beaufschlagt ein weiteres Proportionalglied (30), dem ein weiteres Summationsglied (32) nachgeordnet ist. An dieses Summationsglied (32) sind die Ausgangssignale der der Außen­ temperatur (TA) und der weiteren Temperatur (TX) zugeordneten Kennlinienglieder (22, 23) sowie das Ausgangssignal des Soll­ wertgebers (15) angeschlossen. Dem Summationsglied (32) nach­ geordnet ist ein Regelverstärker (34), der eine Stellgröße (SG) erzeugt, die auf die Stellung beispielsweise von Ventilen in dem Heiz- und/oder Kühlaggregat oder von Luftklappen in der Luftzuführung zum Kraftfahrzeuginnenraum einwirkt. Die be­ schriebene Anordnung bildet einen Regelkreis zur Regelung der Temperatur im Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeuges auf den vom Bediener gewünschten Sollwert.

Zur Regelung der Kraftfahrzeuginnenraumtemperatur ist es erforderlich, die tatsächliche Innenraumtemperatur (TT) exakt zu erfassen. Dies wird mit Hilfe der Innentemperatur (TI) und der Oberflächentemperatur (TO) erreicht. Wie anhand der Fig. 3 und 4 noch erläutert werden wird, wird die Innentemperatur (TI) in der Nähe einer Gehäusewand o. dgl. des Kraftfahrzeuges gemessen, während die Oberflächentemperatur (TO) die gemessene Temperatur dieser Gehäusewand ist. Mit Hilfe der Proportional­ glieder (25, 26, 30) und dem Summationsglied (28) wird aus der Innentemperatur (TI) und der Oberflächentemperatur (TO) die tatsächliche Innentemperatur (TT) nach der folgenden Gleichung ermittelt:

TT = (TI · (K + 1) - TO)/K.

In dieser Gleichung ist mit (K) ein konstanter Entkopplungsfak­ tor bezeichnet, der u. a. von der Anordnung des Innentempera­ turfühlers (10) und des Oberflächentemperaturfühlers (11) zueinander, vom Material und der Beschaffenheit der dem Ober­ flächentemperaturfühler (11) zugeordneten Gehäusewand, von der Luftführung in der Umgebung der beiden Temperaturfühler (10, 11) und dgl. abhängig ist. Durch die Ermittlung der tatsäch­ lichen Innentemperatur (TT) nach der vorgenannten Gleichung werden Verfälschungen der vom Innentemperaturfühler (10) ge­ messenen Innentemperatur (TI), die beispielsweise durch Wärme­ abstrahlungen der benachbarten Gehäusewand hervorgerufen werden können, durch die Berücksichtigung der vom Oberflächentempera­ turfühler (11) gemessenen Oberflächentemperatur (TO) der Gehäusewand korrigiert.

Als Regelgerät (37) kann zweckmäßigerweise ein elektrisches Rechengerät, insbesondere ein programmierbarer Mikroprozessor eingesetzt werden, der die tatsächliche Innentemperatur (TT) durch entsprechende Software aus TI, TO und K berechnet. Die Kennlinienglieder (20 bis 23) dienen der Kompensation von Nicht-Linearitäten o. dgl. der Temperaturfühler (10, 11, 13, 17). Es versteht sich, daß die Kennlinienglieder (20 bis 23) auch außerhalb des Regelgerätes (37) angeordnet oder gar in die genannten Temperaturfühler (10, 11, 13, 17) integriert sein können. Vorteilhaft ist es, als Temperaturfühler (10, 11, 13, 17) beispielsweise NTC-Widerstände vorzusehen. Der Entkopp­ lungsfaktor (K) wird zweckmäßigerweise empirisch bestimmt. Aus dem Entkopplungsfaktor (K) ergeben sich dann die einzelnen an den Proportionalglieder (25, 26, 30) einzustellenden Faktoren. Vorstehend ist die Ermittlung der tatsächlichen Innentemperatur (TT) aus der gemessenen Innentemperatur (TI) und der Oberflä­ chentemperatur (TO) anhand der Regelung der Kraftfahrzeuginnen­ temperatur erläutert. Es versteht sich, daß die beschriebene Ermittlung, insbesondere das Korrekturverfahren nach der ge­ nannten Gleichung auch unabhängig von einer Regelung eingesetzt werden kann, also beispielsweise nur zur Messung der Kraftfahr­ zeuginnenraumtemperatur. In diesem Fall genügt es, wenn der Innentemperaturfühler (10) und der Oberflächentemperaturfühler (11) an eine entsprechende Auswerteeinrichtung o. dgl. zur Ermittlung der tatsächlichen Innentemperatur (TT) angeschlossen sind.

In der Fig. 2 ist eine Analogschaltung für die in der Fig. 1 dargestellte Regelung gezeigt. Als Temperaturfühler sind temperaturabhängige Widerstände (41, 44, 49), beispielsweise NTC-Widerstände vorgesehen, mit deren Hilfe die Innentemperatur (TI), die Oberflächentemperatur (TO) und die Außentemperatur (TA) gemessen werden. Jeder dieser Widerstände (41, 44, 49) ist über einen weiteren Teilwiderstand (40, 45, 48) zwischen eine Batteriespannung (UB) und der Masse geschaltet. Die temperaturab­ hängigen Widerstände (41, 44, 49) bilden also Parallelschal­ tungen, deren Mittelabgriff über Längswiderstände (42, 46, 50) zusammengeschaltet und an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers (58) angeschlossen sind. Als Sollwert­ geber ist ein Potentiometer (52) zwischen die Batteriespannung (UB) und Masse geschaltet, dessen Mittelabgriff über einen Längswiderstand (53) ebenfalls an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (58) angeschlossen ist. Der nicht­ invertierende Eingang des Operationsverstärkers (58) ist mit dem Mittelabgriff eines Spannungsteilers verbunden, der aus Widerständen (55 und 56) gebildet ist, die an die Batterie­ spannung (UB) und Masse angeschlossen sind. Am Ausgang des Operationsverstärkers (58) ist ein Signal abgreifbar, das der Stellgröße (SG) entspricht. Der Ausgang des Operationsver­ stärkers (58) ist über einen Widerstand (60) auf den invertierenden Eingang zurückgekoppelt.

Die vom Benutzer gewünschte Solltemperatur (TS) im Innenraum des Kraftfahrzeuges kann bei der beschriebenen Analogschaltung mit Hilfe des Potentiometers (52) eingestellt werden. Die er­ mittlung der tatsächlichen Innentemperatur (TT) aus der ge­ messenen Innentemperatur (TI) und der gemessenen Oberflächen­ temperatur (TO) durch Gewichtung und Differenzbildung ent­ sprechend der bereits erwähnten Gleichung kann durch eine ent­ sprechende Wahl der Teilwiderstände (40, 45) und der Längs­ widerstände (42, 46) erreicht werden. Es versteht sich, daß auch bei der beschriebenen Analogschaltung entsprechend der Fig. 2 weitere Temperaturen, beispielsweise die Temperatur des Verdampfers des Kühlaggregates bei der Regelung der Kraftfahr­ zeuginnentemperatur berücksichtigt werden können. Ebenfalls ist es möglich, Nicht-Linearitäten der temperaturabhängigen Wider­ stände (41, 44, 49) durch entsprechende Kompensationsschal­ tungen zu berücksichtigen.

In der Fig. 3 ist eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung der Innentemperatur (TI) und der Oberflächentempe­ ratur (TO) dargestellt. In einer Montagefläche (70), beispiels­ weise dem Armaturenbrett oder einer sonstigen Bedienteilober­ fläche ist eine Öffnung belassen, in die ein Tragkörper (72) eingesteckt ist. Der Tragkörper (72) ist beispielsweise als Hohlzylinder ausgebildet und weist an seinem freien Ende eine Öffnung (74) auf. Die der Montagefläche (70) zugewandte Öffnung des Tragkörpers (72) ist mit einem Deckel (76) verschlossen, der mit Öffnungen (77) versehen ist. Das freie Ende des Trag­ körpers (72) ist von einem Boden (79) verschlossen. An einer Außenwand (93) des Tragkörpers (72) ist ein abgewinkelter Steg (73) angebracht. Der Tragkörper (72) und die daran angebrachten Bauteile sind beispielsweise aus Kunststoff hergestellt.

Der Tragkörper (72) bildet einen Kanal, der beispielsweise mit Hilfe eines Gebläses von der dem Kraftfahrzeuginnenraum zuge­ führten Luft durchströmt ist. In dem Kanal ist ein erster Temperatursensor (90) angeordnet, der der Messung der Innen­ temperatur (TI) dient. An der Außenwand (93) liegt ein zweiter Temperatursensor (95) an, mit dem die Temperatur dieser Außen­ wand (93) gemessen wird. Der erste Temperatursensor (90) ist am Boden (79) des Tragkörpers (72) befestigt und kann über Anschlußstifte (92) an eine Auswerte- oder Regeleinrichtung angeschlossen werden. Der zweite Temperatursensor (95) ist an dem Steg (73) des Tragkörpers (72) gehalten und kann über An­ schlußstifte (97) mit der genannten Auswerte- oder Regelein­ richtung verbunden werden.

In der Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung der Innentemperatur (TI) und der Oberflächen­ temperatur (TO) dargestellt.

In der Öffnung einer Montagefläche (80), die beispielsweise im Fußbereich oder im Dachbereich des Kraftfahrzeuginnenraumes angeordnet ist, ist ein Boden (85) zusammen mit einer Abdeck­ vorrichtung (82) eingesteckt. Die Abdeckvorrichtung (82) ist haubenförmig ausgebildet und mit Öffnungen (83) versehen. Unter der Abdeckvorrichtung (82) ist der erste Temperatursensor (90) angeordnet. Der zweite Temperatursensor (95) liegt an einer Seitenwand (98) der Abdeckvorrichtung (82) an. Der erste Temperatursensor (90) zur Messung der Innentemperatur (TI) und der zweite Temperatursensor (95) zur Messung der Oberflächen­ temperatur (TO) sind im Boden (85) gehalten und über die An­ schlußstifte (92, 97) mit einer Auswerte- oder Regeleinrichtung verbindbar. Die Abdeckvorrichtung (82) und der Boden (85) sind beispielsweise aus Kunststoff hergestellt.

Bei den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen ist der erste Temperatursensor (90) jeweils vollständig von Luft umgeben. Der dem ersten Temperatursensor (90) zur Korrektur zugeordnete zweite Temperatursensor (95) liegt demgegenüber jeweils an einer Wand an, die in der Nähe des ersten Tempera­ tursensors (90) angeordnet ist. Durch eine entsprechende Aus­ gestaltung der jeweiligen Meßvorrichtung, insbesondere der An­ ordnung der beiden Temperatursensoren (90, 95) zueinander, ist es möglich, die tatsächliche Innentemperatur im Kraftfahrzeug­ innenraum exakt zu ermitteln. Durch die Belüftung des ersten Temperatursensors (90) bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 muß bei dieser Meßvorrichtung die dauernde Luftzuführung zum ersten Temperatursensor (90) durch eine entsprechende Aordnung und Ausbildung des Tragkörpers (72) und/oder mit Hilfe des Ent­ kopplungsfaktors (K) berücksichtigt werden.

Die beschriebenen Meßvorrichtungen und Regelungen können auch zur Messung anderer Temperaturen eingesetzt werden, beispiels­ weise zur Messung der Außentemperatur bei einem Kraftfahrzeug, zur Messung von Temperaturen im Bereich eines Wärmetauschers oder eines Kühlaggregates bei einem Kraftfahrzeug, oder ganz allgemein zur Messung von Innen- und Außentemperaturen bei Hausheizanlagen oder Büroklimaanlagen o. dgl. Es versteht sich, daß statt Luft auch andere gasförmige oder ggf. flüssige Medien vorgesehen sein können.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Messung der Temperatur eines Mediums, insbesondere zur Messung der Innenraumtemperatur in einem Kraftfahrzeug, mit einem ersten Temperatursensor, der in der Nähe einer Wand angeordnet und von dem Medium umgeben ist, und mit einer Auswerteeinrichtung, an die der erste Temperatur­ sensor angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Transportsensor (90) ein zweiter Transportsensor (95) zugeordnet ist, der an der Oberfläche der Wand angeordnet ist und deren Temperatur (TO) mißt, und der zur Korrektur der von dem ersten Temperatursensor (90) gemessenen Temperatur (TI) an die Auswerteeinrichtung angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Temperatursensor (90, 95) in einem Tragkörper (72) untergebracht sind, der einen von dem Medium durchströmenden Kanal bildet, in dem der erste Temperatursensor (90) angeordnet ist und an dessen Außenwand (93) der zweite Temperatursensor (95) anliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Temperatursensor (90, 95) unter einer mit Öffnungen (83) versehenen, haubenförmigen Abdeckvor­ richtung (82) angeordnet sind, an deren Seitenwand (98) der zweite Temperatursensor (95) anliegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Mediums proportional ist zur Differenz der gemessenen und gewichteten Temperaturen (TI, TO) des ersten und des zweiten Temperatursensors (90, 95).