SE1251385A1 - Metod för testning av temperaturgivare, och en testanordning - Google Patents

Abstract

En testanordning (2) for att testa en temperaturgivare (4), där temperaturgivaren innefattaren temperaturberoende resistor (R2), med resistansen R, och som har en negativtemperaturkoefficient, testanordningen innefattar en mätenhet (6) anpassad att bestämma resistansen R forresistom R2 vid en forsta tidpunkt t1 och beteckna denna Rfl. Testanordningen (2)innefattar en spänningsmatningskrets (8), en styrenhet (10), en omkopplare (12), och enberäkningsenhet (14), och att omkopplaren (12) är anpassad att styras av styrenheten (10)så att spänningsmatningskretsen (8) ansluts och päfor resistom R2 en spänningspuls (16)vid tidpunkten t1 med en förutbestämd spänningsamplitud UT och med en forutbestämdvaraktighet T. Mätenheten (6) är anpassad att bestämma resistansen R for resistom R2direkt efter spänningspulsen (16) vid en andra tidpunkt t2 och beteckna denna RQ, och attbestämma resistansen R for R2 efter tidpunkten t2, varvid nämnda mätenhet är anpassadatt avge de bestämda resistansvärdena ti11 nämnda beräkningsenhet (14) som är anpassadatt bestämma åtminstone ett mätvärde for en mätparameter som representerar forändringenav resistansen efter tidpunkten t2, och att generera en inforrnationssignal (18) i beroendeav nämnda mätvärde, där inforrnationssignalen är representativ för temperaturgivarens funktion. (Figur 3)

Description

15 20 25 30 2 I figur 2 Visas en enkel principskiss av en temperaturgivare, med ett temperaturkänsligt motstånd R2 och ett motstånd R1 med känd resistans. Temperaturgivaren är kopplad till spänningen VS och strömmen I flyter genom motstånden Rl och R2.

Spänningen U mäts över R2 och enligt Ohms lag gäller då följande samband: vS=(R1+R2)x1 1=U/R2 R1> Man får då ett uttryck for resistansen R2 som är: R2 = V U S _ Man mäter således spänningen U över NTC-motståndet (R2) då det är kopplat i serie med ett känt motstånd. På så sätt kan man räkna ut resistansen och därmed temperaturen.

Det finns ett antal legala krav för tunga fordon inom EU (exempelvis Euro5 samt Euro6) avseende till exempel utsläppsgränser för avgaser, bullernivåer, etc. En del av dessa kraven är kopplade till vissa temperaturnivåer - exempelvis behöver man inte klara utsläppskraven om temperaturen t.ex. är lägre än +5°C. Detta tillsammans med fordonstillverkamas egna behov sätter krav på den noggrannhet och tillförlitlighet som krävs. Ibland krävs t.o.m. redundans (extra givare) för att klara lagkraven. Vidare finns det en risk att mindre nogräknade åkare/åkerier fuskar genom att fiffla med temperaturgivarna så att de visar fel, dvs. manipulering med givama. Även detta finns det legala krav på att man skall skydda utrustningen mot.

Följande patentdokument avser kalibrering och testning av termistorer.

US-2006/0l04330 avser en metod och en anordning för att kalibrera en termistor, speciellt för ett skrivarhuvud i en bläckstråleskrivare. Förenklat sker detta genom att värma upp terrnistom, antingen genom att påföra en konstant spänning eller en konstant effekt, och sedan mäta resistansen före och under uppvärmningen av termistorn. Därigenom kan man samla in data som används vid kalibreringen. 10 15 20 25 30 WO-98/55977 avser en elektronisk värrnedetektor bestående av en terrnistor.

Genom att lägga på en spänning i form av en testpuls under 10 sekunder kan terrnistoms funktion testas genom att studera om terminstom värrns upp.

Syfiet med föreliggande uppfinning är att förbättra kontrollen av temperaturgivare, i synnerhet sådana som används på fordon, for att bland annat förhindra att manipulering av dessa sker och för att kontrollera temperaturgivarens funktion.

Sammanfattning av uppfinningen Ovan nämnda syften åstadkommes med uppfinningen såsom den definieras av de oberoende patentkraven.

Föredragna utföringsforrner definieras av de beroende patentkraven.

Efiersom temperaturgivaren, enligt föreliggande uppfinning, uppvisar en resistans så går det, genom att lägga på en spänningspuls över givaren, där spänningspulsen har en amplitud exempelvis i storleksordningen 5 Volt, och en varaktighet som inte överstiger en sekund, att utveckla effekt i temperaturgivaren. När energi tillförs så kommer också givarens temperatur att höjas. Genom uppfinningen kan man alltså diagnostisera givaren, dvs. konstatera att den verkligen uppvisar ett temperaturberoende. Företrädesvis kan man även kalibrera noggrannheten vid temperaturrnätningen, samt offset-spänningen, och se att den visar rätt temperatur.

I korthet innebär metoden enligt uppfinningen att: l. mäta resistansen 2. lägga på en bestämd spänning under en bestämd tid 3. mäta resistansen och analysera hur resistansen förändras efter den pålagda spänningspulsen.

Enligt en utföringsforrn bildas skillnaden mellan de uppmätta resistansema före och efter att spänningspulsen påforts den temperaturberoende resistom och sedan analyseras hur resistansen förändras efter spänningspulsen genom att jämföra den uppmätta resistansen 10 15 20 25 30 med en förutbestämd nivå relaterad till skillnaden. Exempelvis är denna förutbestämda nivå en ökning av resistansen med 63% i förhållande till resistansen precis i slutet av spänningspulsen. Genom att mäta tiden tills denna nivå uppnås kan resistoms fianktion entydigt bestämmas.

Enligt en aspekt av föreliggande uppfinning genomförs testningen av en temperaturgivare i samband med att man börjar använda givaren för att då få mätvärden som entydigt identifierar givaren och som kan användas vid kalibrering. Dessa mätvärden kan lagras för att senare användas för att jämföra med senare upptagna värden. Om man vid en senare mätning konstaterar att värdena skiljer sig åt för mycket ger det information om att temperaturgivaren inte längre fungerar som det var avsett.

Metoden och testanordningen enligt föreliggande uppfinning uppvisar bland annat följande fördelar jämfört med tidigare kända tekniker: redundanta temperaturgivare behövs ej 0 givaren kan diagnostiseras utan att använda andra givare eventuell manipulering kan hindras 0 givaren kan kalibreras för mer noggrann mätning Vidare medför det faktum att, enligt föreliggande uppfinning, analys görs av hur resistansen förändras efter den pålagda spänningspulsen väsentliga fördelar jämfört med vad som erhålls med tidigare känd teknik. Att först mäta resistansen, därefter lägga på en bestämd spänning under en bestämd tid varvid givarens temperatur höjs, därefter åter mäta resistansen och, slutligen, analysera hur resistansen förändras efter den pålagda spänningspulsen medför att ett väsentligt förbättrat mått på givarens karakteristik och funktion erhålls. Att, såsom enligt föreliggande uppfinning, analysera hur resistansen förändras efter den pålagda spänningspulsen/uppvärrnningen medför att ett mått som på ett bättre sätt korrelerar till hur temperaturgivaren och dess utsignal påverkas av omgivningen erhålls. Som en del av föreliggande uppfinning har uppfinnama insett att beroende på exempelvis givarens placering och konfiguration, exempelvis avseende omgivande 10 15 20 25 30 skyddande gods av olika slag, kan givarens resulterande karakteristik och funktion påverkas väsentligt. Föreliggande uppfinning medför att hänsyn tas till detta på ett effektivt och robust sätt. Som en del av föreliggande uppfinning har uppfinnarna insett att förfaranden enligt den tidigare kända tekniken, där mätningar, exempelvis avseende tidskonstanter, görs under tiden som temperaturgivaren aktivt värms, inte ger en rättvisande bild av givarens resulterande karakteristik.

Kort ritningsbeskrivning Figur 1 är en schematisk graf som illustrerar hur temperaturen varierar med resistansen för en NTC-resistor.

Figur 2 är en schematisk bild av en känd temperaturgivare.

Figur 3 är ett blockschema som illustrerar testanordningen enligt föreliggande uppfinning vid testning av en temperaturgivare.

Figur 4 är en schematisk graf som illustrerar föreliggande uppfinning.

Figur 5 är en schematisk graf som illustrerar föreliggande uppfinning.

Figur 6 är ett flödesschema som illustrerar metoden enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsforrner av uppfinningen Uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj med hänvisning till de bifogade figurerna.

Figur 3 är ett blockschema som illustrerar testanordningen enligt föreliggande uppfinning vid testning av en temperaturgivare.

I figur 3 visas således en testanordning 2 för att testa en temperaturgivare 4, där temperaturgivaren 4 innefattar en temperaturberoende resistor R2, med en resistans R, som har en negativ temperaturkoefficient. Testanordningen innefattar en mätenhet 6 anpassad att bestämma resistansen R för R2 vid en första tidpunkt tl och benämna denna RU. Detta sker exempelvis genom att mäta spänningen över R2 och sedan beräkna, på samma sätt som beskrivits ovan i anslutning till figur 2, resistansen R för R2. Eftersom temperaturen beror av resistansen för R2 kan också ett mått på temperaturen erhållas. 10 15 20 25 30 Testanordningen 2 innefattar Vidare en spänningsmatningskrets 8, en styrenhet 10, en omkopplare 12, och en beräkningsenhet 14. Omkopplaren 12 är anpassad att styras av styrenheten 10 så att spänningsmatningskretsen 8 ansluts och påför resistom R2 en spänningspuls 16 (se figur 4) med en förutbestämd spänningsamplitud UT och med en förutbestämd varaktighet T. Direkt efter spänningspulsen 16 bestäms resistansen R för R2 av mätenheten 6 vid en andra tidpunkt t2 och benämna denna för RQ. Mätenheten är sedan anpassad att bestämma resistansen R för R2 efter tidpunkten t2 för att identifiera hur resistansen förändras från nivån RQ till RQ.

Företrädesvis bestäms resistansen R väsentligen kontinuerligt efter tidpunkten t2. Detta kan ske genom att sampla resistansen efter t2 med en tillräckligt hög samplingsfrekvens så att resistansens förändring säkert identifieras.

Mätenheten 6 avger de bestämda resistansvärdena (RQ, RQ och R) till nämnda beräkningsenhet 14 som är anpassad att bestämma åtminstone ett mätvärde för en mätparameter som representerar förändringen av resistansen efter tidpunkten t2, och att generera en inforrnationssignal 18 i beroende av nämnda mätvärde, där inforrnationssignalen är representativ för temperaturgivarens funktion.

Enligt en utföringsforrn är mätparametem en tid t efter tidpunkten t2. Förändringen av resistansen efter tidpunkten t2 bestäms genom att beräkna absolutvärdet för resistansskillnaden AR = | RQ - RQ | , beräkna Ra = RQ + a X AR, där a är en förutbestämd konstant mellan 0 och 1, och att bestämma ett mätvärde ta då den uppmätta resistansen R är lika med Ra. Värdet på a är enligt en utföringsform 0,63. Andra värden på a kan, för vissa typer av resistorer R2, vara mera fördelaktigt att välja som tydligare avspeglar dess funktion.

Det är naturligtvis möjligt att ange ett antal olika tröskelvärden för resistansen efter tidpunkten t2 som då kan beräknas med samma formel för Ra som ovan och låter a vara t.ex. tio värden mellan 0 och 1. Sedan bestäms samhörande mätvärden för t. Därigenom ökas noggrannheten vid mätningen.

Beräkningsenheten 14 är anpassad att jämföra den genererade inforrnationssignalen 18, eller parametrar i inforrnationssignalen, med en uppsättning informationssignaler, eller 10 15 20 25 30 parametrar för informationssignaler, som representerar karaktäristiken för olika temperaturgivare och generera en identitetssignal 20 i beroende av jämförelsen som representerar den karaktäristik som bäst överensstämmer med den uppmätta temperaturgivarens inforrnationssignal. Exempel på parametrar i informationssignalen kan vara enstaka mätvärden, ett flertal mätvärden, specifika kurvfonner och förändringstakten (dvs. derivatan) för resistansen.

Figur 4 visar en kurva representerande spänningspulsen 16 och en kurva representerande temperaturförändringen för R2 under spänningspulsen. I figuren är spänningspulsen 16 den nedre kurvan som uppvisar en tydlig fyrkantform. I figuren har start- och sluttider (tl resp. t2) markerats, samt pulslängden T. Den övre kurvan visar hur temperaturen ändras i resistom under spänningspulsen. Temperaturen stiger initialt snabbt men stigningstakten avtar och temperaturen planar ut mot ett stabilt värde. Vid t2 börjar temperaturen att minska och sjunker sedan ner mot den tidigare nivån.

Figur 5 är en graf som schematiskt illustrerar den bakomliggande principen för föreliggande uppfinning.

Den övre grafen i figur 5 visar hur temperaturen ändras då spänningspulsen påförs resistom R2. Från en temperatur T0 stiger temperaturen till T1 i slutet av pulsen för att sedan så småningom gå tillbaka till TO efter pulsen.

Den undre grafen i figur 5 visar hur resistansen genom resistom R2 varierar då spänningspulsen påförs. Innan pulsen ligger resistansen på Rtl för att i slutet av pulsen, vid tidpunkten t2, ha sjunkit till Rt2. Enligt föreliggande uppfinning är det förloppet efter spänningspulsen som analyseras. För att illustrera principen visas tre olika förlopp, som betecknas A, B och C i figuren, efter spänningspulsen för tre olika resistorer. Dessa tre olika resistorema uppvisar olika temperaturberoende som avspeglas i olika långa tider för att resistansen skall öka från Rt2 till en förutbestämd resistans som i figuren indikeras som Rta. För kurvan A nås resistansvärdet Rta efter ta sekunder; för kurvan B nås Rta efter tb sekunder och för kurvan C nås kurvan Rta efter tc sekunder. Eftersom tiden som det tar för resistansen att förändras från Rt2 till Rta är unik för varje typ av temperaturkänslig resistor 10 15 20 25 30 kan funktionen entydigt bestämmas med användning av föreliggande uppfinning genom att jämföra den uppmätta tiden med en uppsättning tider för olika typer av temperaturkänsliga resistorer.

Om det är kurvan A som representerar en ”godkänd” funktion för resistom kommer identitetssignalen 20 exempelvis att innehålla informationen att resistorn är godkänd samt vilken typ av resistor det är.

Längden (varaktigheten) av spänningspulsen väljs i beroende av vilken fianktion resistom R2 har. Om man väljer för lång pulslängd riskerar man att förstöra resistom. Enligt en utföringsforin väljs spänningspulsens varaktighet T till mindre än 1 sekund. Exempelvis väljs spänningspulsens varaktighet T till att ligga i intervallet 5-50 ms, företrädesvis ca. l0 ms.

Spänningspulsens amplitud UT väljs företrädesvis till att vara lägre än 36 Volt, vilket vid tillämpningar för fordon normalt är den maximala spänning som finns tillgänglig. Enligt en utföringsforrn väljs spänningspulsens amplitud UT till att ligga i intervallet 3-36 Volt, mera föredraget 3-7 Volt, och företrädesvis 5 Volt.

Uppfinningen innefattar även en metod for att testa en temperaturgivare, där temperaturgivaren innefattar en temperaturberoende resistor (R2) med negativ temperaturkoefficient och med resistansen R. Metoden kommer nu att beskrivas i forsta hand med hänvisning till flödesschemat i figur 6.

Metoden innefattar stegen att A - bestämma resistansen R för resistorn R2 vid en första tidpunkt tl och benämna denna Ru, B - påföra resistom R2 en spänningspuls med en förutbestämd spänningsamplitud UT och med en förutbestämd varaktighet T, C - bestämma resistansen R för resistom R2 efter spänningspulsen vid en andra tidpunkt t2 och benämna denna RQ, D - mäta resistansen R för R2 efter tidpunkten t2, E - bestämma åtminstone ett mätvärde för en mätparameter som representerar förändringen av resistansen efter tidpunkten t2, och 10 15 20 25 30 F - generera en inforrnationssignal i beroende av nämnda mätvärde, där informationssignalen är representativ för temperaturgivarens funktion.

Företrädesvis är nämnda mätparameter tiden t efter tidpunkten t2, och att steg E innefattar att - beräkna absolutvärdet för resistansskillnaden AR = | Rfl - RQ | , - beräkna Ra = RQ + a >< AR, där a är en förutbestämd konstant mellan 0 och 1, och bestämma ett mätvärde ta då den uppmätta resistansen R är lika med Ra.

Enligt en föredragen utföringsform är a = 0,63.

Det är naturligtvis möjligt att ange ett antal olika tröskelvärden för resistansen efter tidpunkten t2 som då kan beräknas med samma formel för Ra som ovan och låter a vara t.ex. tio värden mellan 0 och 1. Sedan bestäms samhörande mätvärden för t. Därigenom ökas noggrannheten vid mätningen.

Metoden innefattar, enligt en utföringsforrn, att jämföra inforrnationssignalen genererad i steg F, eller parametrar i inforrnationssignalen, med en uppsättning inforrnationssignaler, eller parametrar for inforrnationssignaler, som representerar karaktäristiken for olika temperaturgivare och generera en identitetssignal i beroende av jämförelsen som representerar den karaktäristik som bäst överensstämmer med den uppmätta temperaturgivarens inforrnationssignal. Exempel på parametrar i inforrnationssignalen kan vara enstaka mätvärden, ett flertal mätvärden, specifika kurvfonner och forändringstakten (dvs. derivatan) for resistansen.

För metoden gäller det som diskuterats ovan i anslutning till beskrivningen av testanordningen beträffande varaktigheten och amplituden för spänningspulsen.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan-beskrivna föredragna utföringsforrner.

Olika altemativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Utföringsforrnema ovan skall därför inte betraktas som begränsande uppfinningens skyddsomfång vilket definieras av de bifogade patentkraven.

Claims (24)

10 15 20 25 30 10 Patentkrav

1. En metod för att testa en temperaturgivare, där temperaturgivaren innefattar en temperaturberoende resistor (R2) med en resistans R och som har en negativ temperaturkoefficient, kännetecknad av att metoden innefattar stegen att A - bestämma resistansen R for resistom R2 vid en första tidpunkt t1 och beteckna denna Ru, B - påföra resistom R2 en spänningspuls med en förutbestämd spänningsamplitud UT och med en förutbestämd varaktighet T, C - bestämma resistansen R för resistom R2 efter spänningspulsen vid en andra tidpunkt t2 och beteckna denna RQ, D - bestämma resistansen R för R2 efter tidpunkten t2, E - bestämma åtminstone ett mätvärde för en mätparameter som representerar förändringen av resistansen efter tidpunkten t2, och F - generera en inforrnationssignal i beroende av nämnda mätvärde, där inforrnationssignalen är representativ för temperaturgivarens funktion.

2. Metod enligt krav 1, varvid nämnda mätparameter är en tid t efter tidpunkten t2.

3. Metod enligt krav 2, varvid steg E innefattar att - beräkna absolutvärdet for resistansskillnaden AR = | RU - RQ | , - beräkna Ra = RQ + a >< AR, där a är en förutbestämd konstant mellan 0 och 1, och bestämma ett mätvärde ta då den uppmätta resistansen R är lika med Ra.

4. Metod enligt krav 3, varvid a = 0,63.

5. Metod enligt något av kraven 1-4, varvid metoden innefattar att jämföra inforrnationssignalen genererad i steg F, eller parametrar i inforrnationssignalen, med en uppsättning inforrnationssignaler, eller parametrar för inforrnationssignaler, som representerar karaktäristiken för olika temperaturgivare och generera en identitetssignal i 10 15 20 25 30 ll beroende av jämförelsen som representerar den karaktäristik som bäst överensstämmer med den uppmätta temperaturgivarens inforrnationssignal.

6. Metod enligt något av kraven 1-5, varvid spänningspulsens varaktighet T är mindre än 1 sekund.

7. Metod enligt krav 6, varvid spänningspulsens varaktighet T är i intervallet 5- 50 ms.

8. Metod enligt krav 7, varvid spänningspulsens varaktighet T är 10 ms.

9. Metod enligt något av kraven 1-8, varvid spänningspulsens amplitud UT är lägre än 36 Volt.

10. Metod enligt krav 9, varvid spänningspulsens amplitud UT ligger i intervallet 3-7 Volt.

11. 1 1. Metod enligt krav 10, varvid spänningspulsens amplitud UT är 5 Volt.

12. Metod enligt något av föregående krav, varvid i steg D bestäms resistansen R väsentligen kontinuerligt efler tidpunkten t2.

13. En testanordning (2) för att testa en temperaturgivare (4), där temperaturgivaren innefattar en temperaturberoende resistor (R2) med en resistans R som har en negativ temperaturkoefficient, testanordningen innefattar en mätenhet (6) anpassad att bestämma resistansen R för resistom R2 vid en första tidpunkt t1 och beteckna denna RU, k ä n n e t e c k n a d a v att testanordningen (2) innefattar en spänningsmatningskrets (8), en styrenhet (10), en omkopplare (12), och en beräkningsenhet (14), och att omkopplaren (12) är anpassad att styras av styrenheten (10) så att spänningsmatningskretsen (8) ansluts och påför resistom R2 en spänningspuls (16) vid tidpunkten t1 med en förutbestämd spänningsamplitud UT och med en förutbestämd 10 15 20 25 30 12 varaktighet T, och att nämnda mätenhet (6) är anpassad att bestämma resistansen R för resistorn R2 direkt efter spänningspulsen (16) vid en andra tidpunkt t2 och beteckna denna RQ, och att bestämma resistansen R för R2 efter tidpunkten t2, varvid nämnda mätenhet är anpassad att avge de bestämda resistansvärdena till nämnda beräkningsenhet (14) som är anpassad att bestämma åtminstone ett mätvärde för en mätparameter som representerar förändringen av resistansen efter tidpunkten t2, och att generera en informationssignal (18) i beroende av nämnda mätvärde, där inforrnationssignalen är representativ för temperaturgivarens funktion.

14. Testanordningen enligt krav 13, varvid nämnda mätparameter är en tid t efter tidpunkten t2,

15. Testanordningen enligt krav 14, varvid förändringen av resistansen efter tidpunkten t2 bestäms genom att beräkna absolutvärdet för resistansskillnaden AR = | Rfl - RQ | , beräkna Ra = RQ + a >< AR, där a är en förutbestämd konstant mellan 0 och 1, och att bestämma ett mätvärde ta då den uppmätta resistansen R är lika med Ra.

16. Testanordningen enligt krav 15, varvid a = 0,63.

17. Testanordningen enligt krav 13-16, varvid beräkningsenheten (14) är anpassad att jämföra den genererade informationssignalen (18), eller parametrari inforrnationssignalen, med en uppsättning inforrnationssignaler, eller parametrar för inforrnationssignaler, som representerar karaktäristiken för olika temperaturgivare och generera en identitetssignal (20) i beroende av jämförelsen som representerar den karaktäristik som bäst överensstämmer med den uppmätta temperaturgivarens inforrnationssignal.

18. Testanordningen enligt något av kraven 13-17, varvid spänningspulsens varaktighet T är mindre än 1 sekund.

19. Testanordningen enligt krav 18, varvid spänningspulsens varaktighet T är i 10 15 13 intervallet 5-50 ms.

20. Testanordningen enligt krav 19, varvid spänningspulsens varaktighet T är 10 ms.

21. Testanordningen enligt något av kraven 13-20, varvid spänningspulsens amplitud UT är lägre än 36 Volt.

22. Testanordningen enligt krav 21, varvid spänningspulsens amplitud UT ligger i intervallet 3-7 Volt.

23. Testanordningen enligt krav 22, varvid spänningspulsens amplitud UT är 5 Volt.

24. Testanordningen enligt något av kraven 13-23, varvid resistansen R bestäms väsentligen kontinuerligt efter tidpunkten t2.