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更精确地利用热敏电阻感测温度的系统和方法 [复制链接]

发表于 2020-7-1 12:31:12 |显示全部楼层
更精确地利用热敏电阻感测温度的系统和方法
技术领域
[0001] 本公开涉及温度感测,更具体地涉及一种更精确地利用热敏电阻感测温度的系统
和方法。
背景技术
[0002] 本文提供的背景介绍用于大体展示公开的内容。发明人的某些工作(即已在此背
景技术部分中作出描述的工作)以及说明书中关于某些尚未成为申请日之前的现有技术的
内容,无论是以明确或隐含的方式均不被视为相对于本公开的现有技术。
[0003] 热敏电阻包括具有基于温度的可变电阻的电阻器。因此,热敏电阻可被实施在温
度传感器中。具体地,基于热敏电阻的温度传感器可能比诸如电阻温度检测器(RTD)的其
它温度传感器更精确。热敏电阻进一步可包括负温度系数(NTC)热敏电阻和正温度系数
(PTC)热敏电阻。更具体地,当温度升高时,NTC 热敏电阻的阻值减小,而PTC 热敏电阻的阻
值增加。
发明内容
[0004] 一种系统包括第一模块、第二模块以及第三模块。第一模块基于与热敏电阻串联
连接的第一电阻器的电阻确定热敏电阻的第一温度和第一功率耗散值。在断开第一电阻器
并且将第二电阻器与热敏电阻串联连接后,第二模块基于第二电阻器的电阻确定热敏电阻
的第二温度和第二功率耗散值。第三模块基于第一和第二温度和第一和第二功率耗散值确
定热耗散因子,并基于热耗散因子修正由热敏电阻感测到的温度。
[0005] 一种方法包括基于与热敏电阻串联连接的第一电阻器的电阻确定热敏电阻的第
一温度和第一功率耗散值、断开第一电阻器并将第二电阻器与热敏电阻串联连接、基于第
二电阻器的电阻确定热敏电阻的第二温度和第二功率耗散值、基于第一和第二温度以及第
一和第二功率耗散值确定热耗散因子、以及基于热耗散因子修正由热敏电阻感测到的温
度。
[0006] 此外,本发明还涉及以下技术方案。
[0007] 1. 一种系统,包括:
基于与热敏电阻串联连接的第一电阻器的电阻确定所述热敏电阻的第一温度和第一
功率耗散值的第一模块;
在断开所述第一电阻器并将第二电阻器与所述热敏电阻串联连接后,基于所述第二电
阻器的电阻确定所述热敏电阻的第二温度和第二功率耗散值的第二模块;以及
基于所述第一和第二温度和所述第一和第二功率耗散值确定热耗散因子并基于所述
热耗散因子修正由所述热敏电阻感测到的温度的第三模块。
[0008] 2. 如技术方案1 的系统,其特征在于,所述第一电阻和所述第二电阻是不同的,
并且其中开关将所述第一电阻器与所述热敏电阻断开并将所述第二电阻器与所述热敏电
阻串联连接。
[0009] 3. 如技术方案1 的系统,其特征在于,所述第一模块和所述第二模块分别基于所
述第一电阻和所述第二电阻利用特征等式和查询表中的一个来确定所述第一温度和所述
第二温度。
[0010] 4. 如技术方案1 的系统,其特征在于,所述第三模块还包括因子确定模块,所述
因子确定模块通过将(i) 所述第二功率和所述第一功率之间差的绝对值除以(ii) 所述第
一温度和所述第二温度之间差的绝对值来确定所述热耗散因子。
[0011] 5. 如技术方案1 的系统,其特征在于,所述第三模块还包括偏差确定模块,所述
偏差确定模块基于所述热耗散因子确定所述热敏电阻的温度偏差。
[0012] 6. 如技术方案5 的系统,其特征在于,所述偏差确定模块通过将(i) 所述热敏电
阻耗散的功率除以(ii) 所述热耗散因子而确定所述温度偏差。
[0013] 7. 如技术方案6 的系统,其特征在于,所述第三模块还包括修正模块,所述修正
模块基于所述温度偏差修正由所述热敏电阻感测到的温度。
[0014] 8. 如技术方案7 的系统,其特征在于,所述修正模块通过将(i) 所述温度偏差从
(ii) 由所述热敏电阻感测到的温度中减去而修正由所述热敏电阻感测到的温度。
[0015] 9. 如技术方案1 的系统,其特征在于,所述热敏电阻包括负温度系数(NTC)热敏
电阻或正温度系数(PTC)热敏电阻,并且其中所述热敏电阻包括基于半导体的热敏电阻、基
于陶瓷的热敏电阻或基于聚合物的热敏电阻。
[0016] 10. 一种包含如技术方案1 所述的系统的发动机控制系统,其特征在于,所述热
敏电阻感测发动机部件的温度。
[0017] 11. 一种方法,包括:
基于与热敏电阻串联连接的第一电阻器的电阻确定所述热敏电阻的第一温度和第一
功率耗散值;
将所述第一电阻器与所述热敏电阻断开,并将第二电阻器与所述热敏电阻串联连接;
基于所述第二电阻器的电阻确定所述热敏电阻的第二温度和第二功率耗散值;
基于所述第一和第二温度以及所述第一和第二功率耗散值而确定热耗散因子;以及
基于所述热耗散因子修正由所述热敏电阻感测到的温度。
[0018] 12. 如技术方案11 的方法,其特征在于,所述第一电阻和所述第二电阻是不同
的,并且还包括利用开关将所述第一电阻器与所述热敏电阻断开并将所述第二电阻器与所
述热敏电阻串联连接。
[0019] 13. 如技术方案11 的方法,其特征在于,还包括分别基于所述第一电阻和所述第
二电阻利用特征等式和查询表中的一个来确定所述第一温度和所述第二温度。
[0020] 14. 如技术方案11 的方法,其特征在于,还包括通过将(i) 所述第二功率和所述
第一功率之间差的绝对值除以(ii) 所述第一温度和所述第二温度之间差的绝对值来确定
所述热耗散因子。
[0021] 15. 如技术方案11 的方法,其特征在于,还包括基于所述热耗散因子确定所述热
敏电阻的温度偏差。
[0022] 16. 如技术方案15 的方法,其特征在于,还包括通过将(i) 所述热敏电阻耗散的
功率除以(ii) 所述热耗散因子而确定所述温度偏差。
[0023] 17. 如技术方案16 的方法,其特征在于,还包括基于所述温度偏差而修正由所述
热敏电阻感测到的温度。
[0024] 18. 如技术方案17 的方法,其特征在于,还包括通过将(i) 所述温度偏差从(ii)
由所述热敏电阻感测到的温度中减去而修正由所述热敏电阻感测到的温度。
[0025] 19. 如技术方案11 的方法,其特征在于,所述热敏电阻包括负温度系数(NTC)热
敏电阻或正温度系数(PTC)热敏电阻,并且其中所述热敏电阻包括基于半导体的热敏电阻、
基于陶瓷的热敏电阻或基于聚合物的热敏电阻。
[0026] 20. 一种用于控制发动机的方法,包括如技术方案11 所述的方法,其特征在于,
所述热敏电阻感测所述发动机部件的温度。
[0027] 本公开的其它领域的应用将从下面的详细介绍中变得明显。应该理解的是,详细
介绍和具体实施例仅用于阐述目的,不是旨在**本公开的范围。
附图说明
[0028] 从详细说明和附图将更全面地理解本公开,其中:
图1 是示出热敏电阻自加热效应的图;
图2 是根据本公开的一实施例的用于修正由热敏电阻感测到的温度的系统的功能框
图;
图3 是根据本公开的一实施例的温度感测模块的示意图;
图4 是根据本公开的一实施例的温度修正模块的功能框图;以及
图5 是根据本公开的一实施例的用于修正由热敏电阻感测到的温度的方法的流程图。
具体实施方式
[0029] 下述介绍在本质上仅仅是示意性的,不是旨在**本公开、其应用或使用。为了清
楚说明,图中将使用相同的标号来识别相似的元件。如本文所用,短语A、B 和C 中的至少一
个应被理解为表示使用非排他性逻辑或的逻辑(A 或B 或C)。应该理解的是,方法中的步骤
可以不同的顺序执行,而不改变本公开的原理。
[0030] 如本文所用,术语模块可指包括专用集成电路(ASIC)、电路、组合逻辑电路、现场
可编程门阵列(FPGA)、执行代码的处理器(共享的、专用的或成组的)、提供所述功能的其它
合适部件、或诸如片上系统的上述某些组合或全部的组合,术语模块也可以是它们的一部
分。术语模块可包括存储处理器执行的代码的存储器(共享的、专用的或组的)。
[0031] 如上处所用,术语代码可包括软件、固件和/ 或微代码,并且可指程序、例程、函
数、类和/ 或对象。如上处所用,术语共享意指来自多模块的某些或全部代码可利用单(共
享)处理器执行。而且,来自多模块的某些或全部代码可由单(共享)存储器存储。如上处
所用,术语组意指来自单模块的某些或全部代码可利用一组处理器执行。另外,可利用一组
存储器存储来自单模块的某些或全部代码。
[0032] 本文介绍的装置和方法可由一或多个处理器执行的一或多个计算机程序来实现。
计算机程序包括存储在非暂时的实体计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序
还可包括存储的数据。非暂时的实体计算机可读介质的非**实例是非易失存储器、磁存
储和光存储。
[0033] 热敏电阻可经受“自加热”效应。更具体地,可由流经热敏电阻的电流产生热。产
生的热可将热敏电阻的温度提升到环境温度(即周围环境温度)之上。因此,自加热可引起
由热敏电阻感测的温度的偏差。而且,不精确的温度感测可引起对基于温度的系统的不正
确的控制。
[0034] 现在参看图1,示出了在各周围环境温度下的负温度系数(NTC)热敏电阻的自加
热效应。具体地,纵轴线(“A”)代表温度的变化,横轴线(“B”)代表周围环境温度。温度的
变化指在热敏电阻的温度和周围环境温度之间的差别。例如,纵轴线A 和/ 或横轴线B 可
包括摄氏度(℃ )。如所示,由于自加热导致的最大温度变化出现在点“C”。例如,点C 可
指示在周围环境温度大概为75℃处,温度的变化大概在4℃,这等于百分之五的显著偏差
(即,4℃ /75℃)。
[0035] 因此,提出一种补偿热敏电阻的自加热效应的系统和方法。具体地,该系统和方
法分别基于第一和第二电阻确定热敏电阻的第一和第二温度以及第一和第二功率耗散值。
基于第一和第二温度以及第一和第二功率耗散值,该系统和方法确定热敏电阻的热耗散因
子。基于热敏电阻的热耗散因子,该系统和方法确定温度偏差。然后基于温度偏差,该系统
和方法修正由热敏电阻感测到的温度。
[0036] 现在参看图2,系统10 修正由热敏电阻12 感测到的温度。系统10 包括温度感测
模块20、温度修正模块30、部件控制模块40 和部件50。具体地,温度感测模块20 可利用热
敏电阻12 感测目标环境15 的温度。例如,热敏电阻12 可包括NTC 或正温度系数(PTC)热
敏电阻。另外,例如,热敏电阻12 可包括基于半导体的热敏电阻、基于陶瓷的热敏电阻或基
于聚合物的热敏电阻。但是,热敏电阻12 还可以是不同类型的热敏电阻和/ 或包括不同的
材料。
[0037] 温度修正模块30 与温度感测模块20 通信。具体地,通过改变与热敏电阻12 串联
的电阻,温度修正模块30 可确定对应于热敏电阻12 的参数。另外,温度修正模块30 接收
来自温度感测模块20 的指示由热敏电阻12 感测到的温度的信号。温度修正模块30 通过
补偿热敏电阻12 的自加热效应修正感测到的温度。具体地,温度修正模块30 可实现本公
开的系统或方法。温度修正模块30 产生指示修正了的温度的信号。
[0038] 部件控制模块40 接收来自温度修正模块30 的指示修正了的温度的信号。部件控
制模块40 基于修正了的温度控制一个或多个部件50。例如,部件50 可包括基于温度的系
统中的任何合适部件(即,具有基于温度的输入的部件)。换言之,基于修正了的温度,部件
控制模块40 可更精确地控制部件50。例如,在一实施例中,系统10 可实现在发动机系统
中,部件控制模块40 可控制发动机系统的至少一个部件。
[0039] 更具体地,系统10 可修正来自发动机系统中的一个或多个温度传感器的温度。例
如,发动机系统可包括进气温度(IAT)传感器、发动机冷却液温度(ECT)传感器和/ 或变速
器流体温度(TFT)传感器。但是,系统10 还可修正发动机系统中的其它温度传感器的温度。
然后,修正了的温度可用于控制发动机系统中的一个或多个部件。仅用于示例,基于修正了
的温度,部件控制模块40 可控制变速器和/ 或供热、通风和空调(HVAC)系统。
[0040] 现在参考图3,更加详细地示出了温度感测模块20。温度感测模块20 包括电压源
22、第一电阻器23、第二电阻器24、开关26、热敏电阻12 以及模- 数(A-D)转换器28。具
体地,开关26 可控制第一电阻器23 和第二电阻器24 中的哪一个与热敏电阻12 串联连接。
例如,温度修正模块30 可电控制开关26。A-D 转换器28 可将开关26 和热敏电阻12 之间
的电压转换为用于温度修正模块30 的电信号。例如,电信号可被用于确定由热敏电阻12
感测到的温度和/ 或热敏电阻12 的参数。
[0041] 更具体地,热敏电阻12 的参数包括热敏电阻12 的第一温度和第二温度(分别是T1
和T2)以及热敏电阻12 的第一和第二功率耗散值(分别是P1 和P2)。温度修正模块30 可基
于来自电压源22 的已知电压(VS) 和电阻器23、24 的已知电阻(分别是R1 和R2)确定参数
T1、T2、P1 和P2。例如,电阻R1 和R2 可被预先确定并存储在存储器中。另外,例如,温度修正
模块30 可包括确定参数T1 和P1 的第一模块以及促动开关26 和确定参数T2 和P2 的第二模
块。
[0042] 首先,可促动开关26 将第一电阻器23 与热敏电阻12 串联连接。第一电阻器23
上的电压降可如下确定:
VR1 = VS - VT (1)
其中,VR1 表示第一电阻器23 上的电压降,VS 表示源电压,VT 表示热敏电阻12 上的电
压降( 即,VT = VS–VR1)。
[0043] 经过第一电阻器23 的电流可如下确定:
IR1 = VR1 / R1 (2)
其中,IR1 表示经过第一电阻器23 的电流,R1 表示第一电阻器23 的已知电阻。热敏电
阻12 的电阻(RT) 可如下确定:
RT = VT / IR1 (3)
然后,热敏电阻12 的第一温度T1 可基于电阻RT 确定。例如,可利用特征数学等式或将
不同电阻与相应温度关联的查询表来确定第一温度T1。另外,热敏电阻12 的第一功率耗散
值P1 可如下确定:
P1 = VT × IR1 (4)
在确定了第一温度T1 和第一功率耗散值P1 后,可切换开关26 将第二电阻器24 与热敏
电阻12 串联连接。第二电阻器24 上的电压降可如下确定:
VR2 = VS - VT (5)
其中,VR2 表示第二电阻器24 上的电压降,VS 表示源电压,VT 表示热敏电阻12 上的电
压降。
[0044] 经过第二电阻器24 的电流可如下确定:
IR2 = VR2 / R2 (6)
其中,IR2 表示经过第一电阻器23 的电流,R2 表示第二电阻器24 的已知电阻。热敏电
阻12 的电阻RT 可如下再次确定:
RT = VT / IR2 (7)
其中,VT 表示热敏电阻12 上的电压降(即,VT = VS–VR1)。
[0045] 然后,热敏电阻12 的第二温度T2 可基于电阻RT 确定。例如,通过特征数学等式或
使用将不同电阻与相应温度关联的查询表来确定第二温度T2。另外,第二功率耗散值P2 可
如下确定:
P2 = VT × IR2 (8)
在确定了参数T1、T2、P1 和P2 后,基于这些参数,温度修正模块30 可确定热敏电阻12
的热耗散因子(δT)。具体地,热耗散因子δT 可如下确定:
δT = |P2–P1| / |T1–T2| (9)
基于热耗散因子δT,温度修正模块30 可确定温度偏差(TE)。具体地,温度偏差TE 可
如下确定:
TE = P / δT (10)
其中,P 表示热敏电阻12 的功率耗散值。
[0046] 最后,基于温度偏差,温度修正模块30 可修正由热敏电阻感测到的温度(TM)。具
体地,修正了的温度(TC)可如下确定:
TC = TM – TE (11)
其中,TM 表示由热敏电阻12 感测到(即测量到)的温度。另外,确定温度偏差TE 与修正
温度(见等式1-11)的过程可视需要重复进行。例如,当条件变化了(例如,周围环境温度变
化大于预定温度阈值),可重复该过程。
[0047] 现在参考图4,更加详细地示出了温度修正模块30。温度修正模块30 可包括参数
确定模块60、因子确定模块64、偏差确定模块68 以及修正模块72。如前述,参数确定模块
60 可包括确定参数T1 和P1 的第一模块以及促动开关26 和确定参数T2 和P2 的第二模块。
此外,因子确定模块64、偏差确定模块68 以及修正模块72 可被整体称为第三模块74。温
度修正模块30 也可包括用于存储预定的和/ 或确定的参数的存储器(未示出)。例如,存储
器(未示出)可包括非易失性存储器(NVM)。
[0048] 参数确定模块60 与温度感测模块20 通信。具体地,参数确定模块60 可控制开关
26 及接收来自A-D 转换器28 的信号。参数确定模块60 可基于接收自A-D 转换器28 的信
号确定参数T1、T2、P1 和P2。例如,参数确定模块60 可如前述参考等式1-8 确定这些参数。
[0049] 因子确定模块64 接收来自参数确定模块60 的参数T1、T2、P1 和P2。因子确定模
块64 基于参数T1、T2、P1 和P2 确定热耗散因子δT。例如,因子确定模块64 可如前述参考
等式9 确定热耗散因子δT。
[0050] 偏差确定模块68 接收来自因子确定模块64 的热耗散因子δT。偏差确定模块68
还可接收指示热敏电阻12 的功率耗散值P 的信号。例如,指示功率耗散值P 的信号可由温
度感测模块20 或参数确定模块60 发送。偏差确定模块68 可基于热耗散因子δT 和功率耗
散值P 确定温度偏差TE。例如,偏差确定模块68 可如前述参考等式10 确定温度偏差TE。
[0051] 修正模块72 接收来自偏差确定模块68 的温度偏差TE。修正模块72 还可接收指
示由热敏电阻12 感测到(即,测量到)的温度TM 的信号。换言之,在参数确定后,热敏电阻
12 可测量温度TM。例如,指示温度TM 的信号可由温度感测模块20 或参数确定模块60 发
送。修正模块72 可基于温度偏差TE 修正测量到的温度TM。
[0052] 另外,修正模块72 可产生修正了的温度TC。例如,修正模块72 可如前述参考等式
11 产生修正了的温度TC。然后,修正模块72 可输出修正了的温度TC,用于对系统10(如部
件50)的基于温度的控制。例如,修正模块72 可产生指示将由部件控制模块40 接收并使
用的修正了的温度TC 的信号76。
[0053] 现在参看图5,用于修正由热敏电阻感测到的温度的方法在100 开始。在100,基
于第一电阻R1,系统10 可确定热敏电阻12 的第一温度T1 和第一功率耗散值P1(例如,见等
式1-4)。例如,可促动开关26 来将第一电阻器23 与热敏电阻12 串联连接(见图3)。
[0054] 在104,基于第二电阻R2,系统10 可确定热敏电阻12 的第二温度T2 和第二功率耗
散值P2(例如,见等式5-8)。例如,可促动开关26 来将第二电阻器24 与热敏电阻12 串联
连接(见图3)。
[0055] 在108,基于第一温度T1 和第二温度T2 以及第一功率耗散值P1 和第二功率耗散值
P2,系统10 可确定热耗散因子δT(例如,见等式9)。在112,基于热耗散因子δT,系统10
可确定温度偏差TE(例如,见等式10)。
[0056] 在116,基于温度偏差TE,系统10 可修正由热敏电阻12 感测到的温度TM。例如,
基于温度偏差TE,系统10 可产生修正了的温度TC(例如,见等式11)。在120,基于修正了
的温度TC,系统10 可控制一个或多个部件50。然后,控制可返回到100。
[0057] 本公开的宽泛的教导可以多种形式来实施。因此,尽管本公开包括具体的实例,但
本公开的真实范围不应受到此**,因为在研究了附图、说明书和权利要求后,本领域技术
人员将清楚其它的改型。

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