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典型的水溫傳感器和廢氣再循環(huán)溫度傳感器分析

2023-07-03 11:16:05 來源:汽車電子控制器硬件入門

1.溫度傳感器的定義

溫度傳感器是利于熱敏電阻的負(fù)特性,即電阻與溫度成非線性反比例關(guān)系實(shí)現(xiàn)對溫度的測量。

汽車上主要的溫度傳感器有冷卻水溫傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、變速箱油溫傳感器、排氣溫度傳感器、廢氣再循環(huán)溫度傳感器、車外溫度傳感器、車內(nèi)溫度傳感器、空調(diào)蒸發(fā)器溫度傳感器等


(資料圖)

本文將對兩個(gè)典型的水溫傳感器和廢氣再循環(huán)溫度傳感器進(jìn)行分析

2. 水溫傳感器

2.1.水溫傳感器結(jié)構(gòu)圖

其中A-C端水溫傳感器選用精度較高的熱敏電阻,A-C端無正負(fù),GND通過水溫傳感器外殼接到發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上,B端接到儀表盤上供儀表盤顯示水溫。

注:B-GND端非必須,如儀表控制器CAN通訊網(wǎng)絡(luò),則需接入B-GND端;如儀表控制器有CAN通訊,可通過其他控制器接入A-C端,通過CAN發(fā)送給儀表控制器。

本文將只對A-C端進(jìn)行分析,B-GND端原理相同,不再贅述。

2.2.水溫傳感器A-C端溫度與電阻的曲線圖

以UAES的某款水溫傳感器為例

2.3.控制器與水溫傳感器接口電路

2.4.水溫傳感器溫度與MCUADC電壓關(guān)系計(jì)算

V(ADC)=VCC*RT/(RT+R1)

為了簡化計(jì)算RT=Rnom

溫度與V(ADC)的電壓關(guān)系如下(R1=2.15K)

序號(hào)溫度(度)V(ADV) 單位:V序號(hào)溫度(度)V(ADV) 單位:V
1-404.77350811501.397453
2-304.61965812601.085215
3-204.38962113700.841393
4-104.06902214800.653053
503.66393215900.507731
6103.190845161000.398116
7202.688172171100.313862
8252.444735181200.249669
9302.21286191300.198749
10401.766917201400.159838

1)開路電壓/對VCC和Vbat電壓的診斷區(qū)間設(shè)置在4.8V以上

2)短路電壓的診斷電壓設(shè)置在0.1V以下

風(fēng)險(xiǎn):在極端低溫或極端高溫情況下會(huì)出現(xiàn)正常電壓值與診斷電壓重疊,但可以通過軟件策略去解決重疊問題(其中水的沸點(diǎn)是100度,超過100度軟件可以通過策略不落在120度以上區(qū)間,這樣可以避免與對地短路區(qū)間電壓重疊)

水溫傳感器溫度與V(ADC)的曲線圖如下

1)對于點(diǎn)與點(diǎn)之間的關(guān)系可以通過線性分解方式算出

2)曲線越平緩分辨率越低,曲線越陡峭分辨率越高。從曲線可以看出-10度到100度分壓效果較好,比較貼切實(shí)際冷卻液的溫度范圍。

水溫傳感器溫度與V(ADC)的電壓關(guān)系如下(依次R1=5.62k,2.15k,1k,0.6k)

R1阻值配置越大,下限越接近0V,將無法區(qū)分對地短路故障。R1阻值配置越小,上限越接近5V,將無法區(qū)分對VCC/Vbat短路故障。

通過以上分析,建議選擇R1=2.15K為宜

3.廢氣再循環(huán)溫度傳感器

3.1.廢氣再循環(huán)溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖

1-2端為熱敏電阻

3.2.廢氣再循環(huán)溫度傳感器溫度與電阻的曲線圖

以Sensata的某款廢氣再循環(huán)溫度傳感器為例

3.3.控制器與廢氣再循環(huán)溫度傳感器接口電路

RL表示低溫時(shí)上拉電阻;RHx表示高溫時(shí)上拉電阻

3.4.廢氣再循環(huán)溫度傳感器溫度與MCU ADC電壓關(guān)系計(jì)算

廢氣再循環(huán)溫度傳感器的RT從30.44ohm(Nom)到209.6kohm,范圍跨度很大,通過選擇一個(gè)上拉電阻很難區(qū)分,故選擇在不同溫度區(qū)間匹配不同上拉電阻的方式。

下面設(shè)定

RL=30kohm;

RH=RH1//RH2//RH3//RH4=250ohm(即RH1=RH2=RH3=RH4=1kohm)

則高溫的計(jì)算為V(ADC)=VCC*RT/(RT+RH)

為了簡化計(jì)算RT=Rnom

溫度與V(ADC)的電壓關(guān)系如下(RH=0.25k)

序號(hào)溫度V(ADV) 單位:V序號(hào)溫度V(ADV) 單位:V
1-404.994191402.982
2-304.990201502.725
3-204.983211602.474
4-104.972221702.235
504.956231802.010
6104.932241901.802
7204.899252001.612
8304.854262101.440
9404.793272201.286
10504.713282301.149
11604.612292401.026
12704.486302500.918
13804.335312600.823
14904.158322700.739
151003.956332800.665
161103.732342900.600
171203.491353000.543
181303.239

1)從上表和上圖可以發(fā)現(xiàn),40度以下與開路診斷或?qū)CC/VBAT診斷重疊2)曲線越平緩分辨率越低,曲線越陡峭分辨率越高。從曲線可以看出50度到300度分壓效果較好;

低溫的計(jì)算為V(ADC)=VCC*RT/(RT+RL)

為了簡化計(jì)算RT=Rnom,或略三極管的壓降以及RL//RH的影響

溫度與V(ADC)的電壓關(guān)系如下(RL=30k)

序號(hào)溫度V(ADV) 單位:V序號(hào)溫度V(ADV) 單位:V
1-404.374191400.061
2-304.003201500.049
3-203.525211600.040
4-102.975221700.033
502.411231800.028
6101.887241900.023
7201.440252000.020
8301.082262100.017
9400.807272200.014
10500.602282300.012
11600.450292400.011
12700.339302500.009
13800.258312600.008
14900.198322700.007
151000.153332800.006
161100.120342900.006
171200.095353000.005
181300.075

1)從上表和上圖可以發(fā)現(xiàn),90度以上與對VCC/VBAT診斷重疊

2)曲線越平緩分辨率越低,曲線越陡峭分辨率越高。從曲線可以看出-40度到50度分壓效果較好;

綜合以上,可以將RL與RH的軟件切換設(shè)置在40~60度之間。

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