典型的水温传感器和废气再循环温度传感器分析

MEMS/传感技术

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描述

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

温度传感器

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

温度传感器

2.3.控制器与水温传感器接口电路

温度传感器

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

温度传感器

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)

温度传感器

  • R1阻值配置越大,下限越接近0V,将无法区分对地短路故障。
  • R1阻值配置越小,上限越接近5V,将无法区分对VCC/Vbat短路故障。

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

温度传感器

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

温度传感器

3.3.控制器与废气再循环温度传感器接口电路

温度传感器

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

温度传感器

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

温度传感器

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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