MEMS/传感技术
1.温度传感器的定义
温度传感器是利于热敏电阻的负特性,即电阻与温度成非线性反比例关系实现对温度的测量。
汽车上主要的温度传感器有冷却水温传感器、进气温度传感器、变速箱油温传感器、排气温度传感器、废气再循环温度传感器、车外温度传感器、车内温度传感器、空调蒸发器温度传感器等
本文将对两个典型的水温传感器和废气再循环温度传感器进行分析
2. 水温传感器
2.1.水温传感器结构图
其中A-C端水温传感器选用精度较高的热敏电阻,A-C端无正负,GND通过水温传感器外壳接到发动机缸体上,B端接到仪表盘上供仪表盘显示水温。
注:B-GND端非必须,如仪表控制器无CAN通讯网络,则需接入B-GND端;如仪表控制器有CAN通讯,可通过其他控制器接入A-C端,通过CAN发送给仪表控制器。
本文将只对A-C端进行分析,B-GND端原理相同,不再赘述。
2.2.水温传感器A-C端温度与电阻的曲线图
以UAES的某款水温传感器为例
2.3.控制器与水温传感器接口电路
2.4.水温传感器温度与MCU ADC电压关系计算
V(ADC)=VCC*RT/(RT+R1)
为了简化计算RT=Rnom
温度与V(ADC)的电压关系如下(R1=2.15K)
序号 | 温度(度) | V(ADV) 单位:V | 序号 | 温度(度) | V(ADV) 单位:V |
---|---|---|---|---|---|
1 | -40 | 4.773508 | 11 | 50 | 1.397453 |
2 | -30 | 4.619658 | 12 | 60 | 1.085215 |
3 | -20 | 4.389621 | 13 | 70 | 0.841393 |
4 | -10 | 4.069022 | 14 | 80 | 0.653053 |
5 | 0 | 3.663932 | 15 | 90 | 0.507731 |
6 | 10 | 3.190845 | 16 | 100 | 0.398116 |
7 | 20 | 2.688172 | 17 | 110 | 0.313862 |
8 | 25 | 2.444735 | 18 | 120 | 0.249669 |
9 | 30 | 2.21286 | 19 | 130 | 0.198749 |
10 | 40 | 1.766917 | 20 | 140 | 0.159838 |
1)开路电压/对VCC和Vbat电压的诊断区间设置在4.8V以上
2)短路电压的诊断电压设置在0.1V以下
风险:在极端低温或极端高温情况下会出现正常电压值与诊断电压重叠,但可以通过软件策略去解决重叠问题(其中水的沸点是100度,超过100度软件可以通过策略不落在120度以上区间,这样可以避免与对地短路区间电压重叠)
水温传感器温度与V(ADC)的曲线图如下
1)对于点与点之间的关系可以通过线性分解方式算出
2)曲线越平缓分辨率越低,曲线越陡峭分辨率越高。从曲线可以看出-10度到100度分压效果较好,比较贴切实际冷却液的温度范围。
水温传感器温度与V(ADC)的电压关系如下(依次R1=5.62k,2.15k,1k,0.6k)
通过以上分析,建议选择R1=2.15K为宜
3.废气再循环温度传感器
3.1.废气再循环温度传感器结构图
1-2端为热敏电阻
3.2.废气再循环温度传感器温度与电阻的曲线图
以Sensata的某款废气再循环温度传感器为例
3.3.控制器与废气再循环温度传感器接口电路
RL表示低温时上拉电阻;RHx表示高温时上拉电阻
3.4.废气再循环温度传感器温度与MCU ADC电压关系计算
废气再循环温度传感器的RT从30.44ohm(Nom)到209.6kohm,范围跨度很大,通过选择一个上拉电阻很难区分,故选择在不同温度区间匹配不同上拉电阻的方式。
下面设定
RL=30kohm;
RH=RH1//RH2//RH3//RH4=250ohm(即RH1=RH2=RH3=RH4=1kohm)
则高温的计算为V(ADC)=VCC*RT/(RT+RH)
为了简化计算RT=Rnom
温度与V(ADC)的电压关系如下(RH=0.25k)
序号 | 温度 | V(ADV) 单位:V | 序号 | 温度 | V(ADV) 单位:V |
---|---|---|---|---|---|
1 | -40 | 4.994 | 19 | 140 | 2.982 |
2 | -30 | 4.990 | 20 | 150 | 2.725 |
3 | -20 | 4.983 | 21 | 160 | 2.474 |
4 | -10 | 4.972 | 22 | 170 | 2.235 |
5 | 0 | 4.956 | 23 | 180 | 2.010 |
6 | 10 | 4.932 | 24 | 190 | 1.802 |
7 | 20 | 4.899 | 25 | 200 | 1.612 |
8 | 30 | 4.854 | 26 | 210 | 1.440 |
9 | 40 | 4.793 | 27 | 220 | 1.286 |
10 | 50 | 4.713 | 28 | 230 | 1.149 |
11 | 60 | 4.612 | 29 | 240 | 1.026 |
12 | 70 | 4.486 | 30 | 250 | 0.918 |
13 | 80 | 4.335 | 31 | 260 | 0.823 |
14 | 90 | 4.158 | 32 | 270 | 0.739 |
15 | 100 | 3.956 | 33 | 280 | 0.665 |
16 | 110 | 3.732 | 34 | 290 | 0.600 |
17 | 120 | 3.491 | 35 | 300 | 0.543 |
18 | 130 | 3.239 |
1)从上表和上图可以发现,40度以下与开路诊断或对VCC/VBAT诊断重叠2)曲线越平缓分辨率越低,曲线越陡峭分辨率越高。从曲线可以看出50度到300度分压效果较好;
低温的计算为V(ADC)=VCC*RT/(RT+RL)
为了简化计算RT=Rnom,或略三极管的压降以及RL//RH的影响
温度与V(ADC)的电压关系如下(RL=30k)
序号 | 温度 | V(ADV) 单位:V | 序号 | 温度 | V(ADV) 单位:V |
---|---|---|---|---|---|
1 | -40 | 4.374 | 19 | 140 | 0.061 |
2 | -30 | 4.003 | 20 | 150 | 0.049 |
3 | -20 | 3.525 | 21 | 160 | 0.040 |
4 | -10 | 2.975 | 22 | 170 | 0.033 |
5 | 0 | 2.411 | 23 | 180 | 0.028 |
6 | 10 | 1.887 | 24 | 190 | 0.023 |
7 | 20 | 1.440 | 25 | 200 | 0.020 |
8 | 30 | 1.082 | 26 | 210 | 0.017 |
9 | 40 | 0.807 | 27 | 220 | 0.014 |
10 | 50 | 0.602 | 28 | 230 | 0.012 |
11 | 60 | 0.450 | 29 | 240 | 0.011 |
12 | 70 | 0.339 | 30 | 250 | 0.009 |
13 | 80 | 0.258 | 31 | 260 | 0.008 |
14 | 90 | 0.198 | 32 | 270 | 0.007 |
15 | 100 | 0.153 | 33 | 280 | 0.006 |
16 | 110 | 0.120 | 34 | 290 | 0.006 |
17 | 120 | 0.095 | 35 | 300 | 0.005 |
18 | 130 | 0.075 |
1)从上表和上图可以发现,90度以上与对VCC/VBAT诊断重叠
2)曲线越平缓分辨率越低,曲线越陡峭分辨率越高。从曲线可以看出-40度到50度分压效果较好;
综合以上,可以将RL与RH的软件切换设置在40~60度之间。
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