更精確地利用熱敏電阻感測溫度的系統和方法

2023-12-09 10:11:11

專利名稱：更精確地利用熱敏電阻感測溫度的系統和方法
技術領域：
本公開涉及溫度感測，更具體地涉及一種更精確地利用熱敏電阻感測溫度的系統和方法。
背景技術：
本文提供的背景介紹用於大體展示公開的內容。發明人的某些工作(即已在此背景技術部分中作出描述的工作)以及說明書中關於某些尚未成為申請日之前的現有技術的內容，無論是以明確或隱含的方式均不被視為相對於本公開的現有技術。熱敏電阻包括具有基於溫度的可變電阻的電阻器。因此，熱敏電阻可被實施在溫度傳感器中。具體地，基於熱敏電阻的溫度傳感器可能比諸如電阻溫度檢測器(RTD)的其它溫度傳感器更精確。熱敏電阻進一步可包括負溫度係數(NTC)熱敏電阻和正溫度係數 (PTC)熱敏電阻。更具體地，當溫度升高時，NTC熱敏電阻的阻值減小，而PTC熱敏電阻的阻值增加。

發明內容
一種系統包括第一模塊、第二模塊以及第三模塊。第一模塊基於與熱敏電阻串聯連接的第一電阻器的電阻確定熱敏電阻的第一溫度和第一功率耗散值。在斷開第一電阻器並且將第二電阻器與熱敏電阻串聯連接後，第二模塊基於第二電阻器的電阻確定熱敏電阻的第二溫度和第二功率耗散值。第三模塊基於第一和第二溫度和第一和第二功率耗散值確定熱耗散因子，並基於熱耗散因子修正由熱敏電阻感測到的溫度。一種方法包括基於與熱敏電阻串聯連接的第一電阻器的電阻確定熱敏電阻的第一溫度和第一功率耗散值、斷開第一電阻器並將第二電阻器與熱敏電阻串聯連接、基於第二電阻器的電阻確定熱敏電阻的第二溫度和第二功率耗散值、基於第一和第二溫度以及第一和第二功率耗散值確定熱耗散因子、以及基於熱耗散因子修正由熱敏電阻感測到的溫度。此外，本發明還涉及以下技術方案。1. 一種系統，包括
基於與熱敏電阻串聯連接的第一電阻器的電阻確定所述熱敏電阻的第一溫度和第一功率耗散值的第一模塊；
在斷開所述第一電阻器並將第二電阻器與所述熱敏電阻串聯連接後，基於所述第二電阻器的電阻確定所述熱敏電阻的第二溫度和第二功率耗散值的第二模塊；以及
基於所述第一和第二溫度和所述第一和第二功率耗散值確定熱耗散因子並基於所述熱耗散因子修正由所述熱敏電阻感測到的溫度的第三模塊。2.如技術方案1的系統，其特徵在於，所述第一電阻和所述第二電阻是不同的， 並且其中開關將所述第一電阻器與所述熱敏電阻斷開並將所述第二電阻器與所述熱敏電阻串聯連接。
3.如技術方案1的系統，其特徵在於，所述第一模塊和所述第二模塊分別基於所述第一電阻和所述第二電阻利用特徵等式和查詢表中的一個來確定所述第一溫度和所述
第二溫度。4.如技術方案1的系統，其特徵在於，所述第三模塊還包括因子確定模塊，所述因子確定模塊通過將(i)所述第二功率和所述第一功率之間差的絕對值除以(ii)所述第一溫度和所述第二溫度之間差的絕對值來確定所述熱耗散因子。5.如技術方案1的系統，其特徵在於，所述第三模塊還包括偏差確定模塊，所述偏差確定模塊基於所述熱耗散因子確定所述熱敏電阻的溫度偏差。6.如技術方案5的系統，其特徵在於，所述偏差確定模塊通過將(i)所述熱敏電阻耗散的功率除以(ii)所述熱耗散因子而確定所述溫度偏差。7.如技術方案6的系統，其特徵在於，所述第三模塊還包括修正模塊，所述修正模塊基於所述溫度偏差修正由所述熱敏電阻感測到的溫度。8.如技術方案7的系統，其特徵在於，所述修正模塊通過將(i)所述溫度偏差從 (ii)由所述熱敏電阻感測到的溫度中減去而修正由所述熱敏電阻感測到的溫度。9.如技術方案1的系統，其特徵在於，所述熱敏電阻包括負溫度係數(NTC)熱敏電阻或正溫度係數(PTC)熱敏電阻，並且其中所述熱敏電阻包括基於半導體的熱敏電阻、基於陶瓷的熱敏電阻或基於聚合物的熱敏電阻。10. 一種包含如技術方案1所述的系統的發動機控制系統，其特徵在於，所述熱敏電阻感測發動機部件的溫度。11. 一種方法，包括
基於與熱敏電阻串聯連接的第一電阻器的電阻確定所述熱敏電阻的第一溫度和第一功率耗散值；
將所述第一電阻器與所述熱敏電阻斷開，並將第二電阻器與所述熱敏電阻串聯連接； 基於所述第二電阻器的電阻確定所述熱敏電阻的第二溫度和第二功率耗散值； 基於所述第一和第二溫度以及所述第一和第二功率耗散值而確定熱耗散因子；以及基於所述熱耗散因子修正由所述熱敏電阻感測到的溫度。12.如技術方案11的方法，其特徵在於，所述第一電阻和所述第二電阻是不同的，並且還包括利用開關將所述第一電阻器與所述熱敏電阻斷開並將所述第二電阻器與所述熱敏電阻串聯連接。13.如技術方案11的方法，其特徵在於，還包括分別基於所述第一電阻和所述第二電阻利用特徵等式和查詢表中的一個來確定所述第一溫度和所述第二溫度。14.如技術方案11的方法，其特徵在於，還包括通過將(i)所述第二功率和所述第一功率之間差的絕對值除以(ii)所述第一溫度和所述第二溫度之間差的絕對值來確定所述熱耗散因子。15.如技術方案11的方法，其特徵在於，還包括基於所述熱耗散因子確定所述熱敏電阻的溫度偏差。16.如技術方案15的方法，其特徵在於，還包括通過將(i)所述熱敏電阻耗散的功率除以(ii)所述熱耗散因子而確定所述溫度偏差。17.如技術方案16的方法，其特徵在於，還包括基於所述溫度偏差而修正由所述熱敏電阻感測到的溫度。18.如技術方案17的方法，其特徵在於，還包括通過將(i)所述溫度偏差從(ii) 由所述熱敏電阻感測到的溫度中減去而修正由所述熱敏電阻感測到的溫度。19.如技術方案11的方法，其特徵在於，所述熱敏電阻包括負溫度係數(NTC)熱敏電阻或正溫度係數(PTC)熱敏電阻，並且其中所述熱敏電阻包括基於半導體的熱敏電阻、 基於陶瓷的熱敏電阻或基於聚合物的熱敏電阻。20. 一種用於控制發動機的方法，包括如技術方案11所述的方法，其特徵在於， 所述熱敏電阻感測所述發動機部件的溫度。本公開的其它領域的應用將從下面的詳細介紹中變得明顯。應該理解的是，詳細介紹和具體實施例僅用於闡述目的，不是旨在限制本公開的範圍。


從詳細說明和附圖將更全面地理解本公開，其中 圖1是示出熱敏電阻自加熱效應的圖2是根據本公開的一實施例的用於修正由熱敏電阻感測到的溫度的系統的功能框
圖3是根據本公開的一實施例的溫度感測模塊的示意圖4是根據本公開的一實施例的溫度修正模塊的功能框圖；以及
圖5是根據本公開的一實施例的用於修正由熱敏電阻感測到的溫度的方法的流程圖。
具體實施例方式下述介紹在本質上僅僅是示意性的，不是旨在限制本公開、其應用或使用。為了清楚說明，圖中將使用相同的標號來識別相似的元件。如本文所用，短語A、B和C中的至少一個應被理解為表示使用非排他性邏輯或的邏輯(A或B或C)。應該理解的是，方法中的步驟可以不同的順序執行，而不改變本公開的原理。如本文所用，術語模塊可指包括專用集成電路(ASIC)、電路、組合邏輯電路、現場可編程門陣列(FPGA)、執行代碼的處理器(共享的、專用的或成組的)、提供所述功能的其它合適部件、或諸如片上系統的上述某些組合或全部的組合，術語模塊也可以是它們的一部分。術語模塊可包括存儲處理器執行的代碼的存儲器(共享的、專用的或組的)。如上處所用，術語代碼可包括軟體、固件和/或微代碼，並且可指程序、例程、函數、類和/或對象。如上處所用，術語共享意指來自多模塊的某些或全部代碼可利用單(共享)處理器執行。而且，來自多模塊的某些或全部代碼可由單(共享)存儲器存儲。如上處所用，術語組意指來自單模塊的某些或全部代碼可利用一組處理器執行。另外，可利用一組存儲器存儲來自單模塊的某些或全部代碼。本文介紹的裝置和方法可由一或多個處理器執行的一或多個電腦程式來實現。 電腦程式包括存儲在非暫時的實體計算機可讀介質上的處理器可執行指令。電腦程式還可包括存儲的數據。非暫時的實體計算機可讀介質的非限制實例是非易失存儲器、磁存儲和光存儲。熱敏電阻可經受「自加熱」效應。更具體地，可由流經熱敏電阻的電流產生熱。產生的熱可將熱敏電阻的溫度提升到環境溫度(即周圍環境溫度)之上。因此，自加熱可引起由熱敏電阻感測的溫度的偏差。而且，不精確的溫度感測可引起對基於溫度的系統的不正確的控制。現在參看圖1，示出了在各周圍環境溫度下的負溫度係數(NTC)熱敏電阻的自加熱效應。具體地，縱軸線(「A」)代表溫度的變化，橫軸線(「B」)代表周圍環境溫度。溫度的變化指在熱敏電阻的溫度和周圍環境溫度之間的差別。例如，縱軸線A和/或橫軸線B可包括攝氏度(°C)。如所示，由於自加熱導致的最大溫度變化出現在點「C」。例如，點C可指示在周圍環境溫度大概為75°C處，溫度的變化大概在4°C，這等於百分之五的顯著偏差 (即，4°C /75°C)ο因此，提出一種補償熱敏電阻的自加熱效應的系統和方法。具體地，該系統和方法分別基於第一和第二電阻確定熱敏電阻的第一和第二溫度以及第一和第二功率耗散值。 基於第一和第二溫度以及第一和第二功率耗散值，該系統和方法確定熱敏電阻的熱耗散因子。基於熱敏電阻的熱耗散因子，該系統和方法確定溫度偏差。然後基於溫度偏差，該系統和方法修正由熱敏電阻感測到的溫度。現在參看圖2，系統10修正由熱敏電阻12感測到的溫度。系統10包括溫度感測模塊20、溫度修正模塊30、部件控制模塊40和部件50。具體地，溫度感測模塊20可利用熱敏電阻12感測目標環境15的溫度。例如，熱敏電阻12可包括NTC或正溫度係數(PTC)熱敏電阻。另外，例如，熱敏電阻12可包括基於半導體的熱敏電阻、基於陶瓷的熱敏電阻或基於聚合物的熱敏電阻。但是，熱敏電阻12還可以是不同類型的熱敏電阻和/或包括不同的材料。溫度修正模塊30與溫度感測模塊20通信。具體地，通過改變與熱敏電阻12串聯的電阻，溫度修正模塊30可確定對應於熱敏電阻12的參數。另外，溫度修正模塊30接收來自溫度感測模塊20的指示由熱敏電阻12感測到的溫度的信號。溫度修正模塊30通過補償熱敏電阻12的自加熱效應修正感測到的溫度。具體地，溫度修正模塊30可實現本公開的系統或方法。溫度修正模塊30產生指示修正了的溫度的信號。部件控制模塊40接收來自溫度修正模塊30的指示修正了的溫度的信號。部件控制模塊40基於修正了的溫度控制一個或多個部件50。例如，部件50可包括基於溫度的系統中的任何合適部件(即，具有基於溫度的輸入的部件)。換言之，基於修正了的溫度，部件控制模塊40可更精確地控制部件50。例如，在一實施例中，系統10可實現在發動機系統中，部件控制模塊40可控制發動機系統的至少一個部件。更具體地，系統10可修正來自發動機系統中的一個或多個溫度傳感器的溫度。例如，發動機系統可包括進氣溫度(IAT)傳感器、發動機冷卻液溫度(ECT)傳感器和/或變速器流體溫度(TFT)傳感器。但是，系統10還可修正發動機系統中的其它溫度傳感器的溫度。 然後，修正了的溫度可用於控制發動機系統中的一個或多個部件。僅用於示例，基於修正了的溫度，部件控制模塊40可控制變速器和/或供熱、通風和空調(HVAC)系統。現在參考圖3，更加詳細地示出了溫度感測模塊20。溫度感測模塊20包括電壓源 22、第一電阻器23、第二電阻器24、開關沈、熱敏電阻12以及模-數(A-D)轉換器觀。具體地，開關26可控制第一電阻器23和第二電阻器M中的哪一個與熱敏電阻12串聯連接。 例如，溫度修正模塊30可電控制開關26。A-D轉換器28可將開關沈和熱敏電阻12之間
6的電壓轉換為用於溫度修正模塊30的電信號。例如，電信號可被用於確定由熱敏電阻12 感測到的溫度和/或熱敏電阻12的參數。更具體地，熱敏電阻12的參數包括熱敏電阻12的第一溫度和第二溫度(分別是T1 和T2)以及熱敏電阻12的第一和第二功率耗散值(分別是P1和P2)。溫度修正模塊30可基於來自電壓源22的已知電壓(Vs)和電阻器23、24的已知電阻(分別是隊和&)確定參數 T1^T2,P1和P2。例如，電阻R1和&可被預先確定並存儲在存儲器中。另外，例如，溫度修正模塊30可包括確定參數T1和P1的第一模塊以及促動開關沈和確定參數T2和P2的第二模塊。首先，可促動開關沈將第一電阻器23與熱敏電阻12串聯連接。第一電阻器23 上的電壓降可如下確定
Vr1 = Vs - Vt(1)
其中，Vki表示第一電阻器M上的電壓降，Vs表示源電壓，Vt表示熱敏電阻12上的電壓降(BP, VT= Vs-VKI)。經過第一電阻器23的電流可如下確定 IRI = VEI / R1(2)
其中，Iki表示經過第一電阻器23的電流,R1表示第一電阻器23的已知電阻。熱敏電阻12的電阻( )可如下確定 Rt = Vt / Iei(3)
然後，熱敏電阻12的第一溫度T1可基於電阻&確定。例如，可利用特徵數學等式或將不同電阻與相應溫度關聯的查詢表來確定第一溫度Tl。另外，熱敏電阻12的第一功率耗散值P1可如下確定
P1 = Vt X Iei(4)
在確定了第一溫度T1和第一功率耗散值P1後，可切換開關沈將第二電阻器M與熱敏電阻12串聯連接。第二電阻器M上的電壓降可如下確定 VR2 = VS - VT(5)
其中，Vk2表示第二電阻器M上的電壓降，Vs表示源電壓，Vt表示熱敏電阻12上的電壓降。經過第二電阻器M的電流可如下確定 IR2 = VE2 / R2(6)
其中，Ik2表示經過第一電阻器23的電流，R2表示第二電阻器M的已知電阻。熱敏電阻12的電阻&可如下再次確定 Rt = Vt / Ie2(7)
其中，Vt表示熱敏電阻12上的電壓降(S卩，VT = Vs - VEI)0然後，熱敏電阻12的第二溫度T2可基於電阻&確定。例如，通過特徵數學等式或使用將不同電阻與相應溫度關聯的查詢表來確定第二溫度τ2。另外，第二功率耗散值P2可如下確定
P2 = Vt X Ie2(8)
在確定了參數1\、T2, P1和P2後，基於這些參數，溫度修正模塊30可確定熱敏電阻12 的熱耗散因子(St)。具體地，熱耗散因子δ τ可如下確定δτ= P2-P1 / T1-T2(9)
基於熱耗散因子S τ，溫度修正模塊30可確定溫度偏差(ΤΕ)。具體地，溫度偏差1可如下確定
Te = P / δτ(10)
其中，P表示熱敏電阻12的功率耗散值。最後，基於溫度偏差，溫度修正模塊30可修正由熱敏電阻感測到的溫度(Tm)。具體地，修正了的溫度(Τ。)可如下確定
Tc = Tm - Te(11)
其中，Tm表示由熱敏電阻12感測到(即測量到)的溫度。另外，確定溫度偏差Te與修正溫度(見等式1-11)的過程可視需要重複進行。例如，當條件變化了(例如，周圍環境溫度變化大於預定溫度閾值)，可重複該過程。現在參考圖4，更加詳細地示出了溫度修正模塊30。溫度修正模塊30可包括參數確定模塊60、因子確定模塊64、偏差確定模塊68以及修正模塊72。如前述，參數確定模塊 60可包括確定參數T1和P1的第一模塊以及促動開關沈和確定參數T2和P2的第二模塊。 此外，因子確定模塊64、偏差確定模塊68以及修正模塊72可被整體稱為第三模塊74。溫度修正模塊30也可包括用於存儲預定的和/或確定的參數的存儲器(未示出)。例如，存儲器(未示出)可包括非易失性存儲器(NVM)。參數確定模塊60與溫度感測模塊20通信。具體地，參數確定模塊60可控制開關 26及接收來自A-D轉換器觀的信號。參數確定模塊60可基於接收自A-D轉換器觀的信號確定參數TLI^Pi*^。例如，參數確定模塊60可如前述參考等式1-8確定這些參數。因子確定模塊64接收來自參數確定模塊60的參數Tl、T2, Pi*P2。因子確定模塊64基於參數1\、T2, P1和P2確定熱耗散因子δ τ。例如，因子確定模塊64可如前述參考等式9確定熱耗散因子δτ。偏差確定模塊68接收來自因子確定模塊64的熱耗散因子δ τ。偏差確定模塊68 還可接收指示熱敏電阻12的功率耗散值P的信號。例如，指示功率耗散值P的信號可由溫度感測模塊20或參數確定模塊60發送。偏差確定模塊68可基於熱耗散因子功率耗散值P確定溫度偏差ΤΕ。例如，偏差確定模塊68可如前述參考等式10確定溫度偏差ΤΕ。修正模塊72接收來自偏差確定模塊68的溫度偏差ΤΕ。修正模塊72還可接收指示由熱敏電阻12感測到(S卩，測量到)的溫度Tm的信號。換言之，在參數確定後，熱敏電阻 12可測量溫度ΤΜ。例如，指示溫度Tm的信號可由溫度感測模塊20或參數確定模塊60發送。修正模塊72可基於溫度偏差Te修正測量到的溫度ΤΜ。另外，修正模塊72可產生修正了的溫度Τ。。例如，修正模塊72可如前述參考等式 11產生修正了的溫度Τ。。然後，修正模塊72可輸出修正了的溫度Τ。，用於對系統10 (如部件50)的基於溫度的控制。例如，修正模塊72可產生指示將由部件控制模塊40接收並使用的修正了的溫度Τ。的信號76。現在參看圖5，用於修正由熱敏電阻感測到的溫度的方法在100開始。在100，基於第一電阻R1，系統10可確定熱敏電阻12的第一溫度T1和第一功率耗散值P1(例如，見等式1-4)。例如，可促動開關沈來將第一電阻器23與熱敏電阻12串聯連接(見圖3)。在104，基於第二電阻&，系統10可確定熱敏電阻12的第二溫度T2和第二功率耗散值P2 (例如，見等式5-8)。例如，可促動開關沈來將第二電阻器M與熱敏電阻12串聯連接(見圖3)。在108，基於第一溫度T1和第二溫度T2以及第一功率耗散值P1和第二功率耗散值 P2，系統10可確定熱耗散因子δτ (例如，見等式9)。在112，基於熱耗散因子δ τ，系統10 可確定溫度偏差Te (例如，見等式10)。在116，基於溫度偏差Te，系統10可修正由熱敏電阻12感測到的溫度ΤΜ。例如， 基於溫度偏差Te，系統10可產生修正了的溫度Τ。(例如，見等式11)。在120，基於修正了的溫度Τ。，系統10可控制一個或多個部件50。然後，控制可返回到100。本公開的寬泛的教導可以多種形式來實施。因此，儘管本公開包括具體的實例，但本公開的真實範圍不應受到此限制，因為在研究了附圖、說明書和權利要求後，本領域技術人員將清楚其它的改型。
9
權利要求
1.一種系統，包括基於與熱敏電阻串聯連接的第一電阻器的電阻確定所述熱敏電阻的第一溫度和第一功率耗散值的第一模塊；在斷開所述第一電阻器並將第二電阻器與所述熱敏電阻串聯連接後，基於所述第二電阻器的電阻確定所述熱敏電阻的第二溫度和第二功率耗散值的第二模塊；以及基於所述第一和第二溫度和所述第一和第二功率耗散值確定熱耗散因子並基於所述熱耗散因子修正由所述熱敏電阻感測到的溫度的第三模塊。
2.如權利要求1的系統，其特徵在於，所述第一電阻和所述第二電阻是不同的，並且其中開關將所述第一電阻器與所述熱敏電阻斷開並將所述第二電阻器與所述熱敏電阻串聯連接。
3.如權利要求1的系統，其特徵在於，所述第一模塊和所述第二模塊分別基於所述第一電阻和所述第二電阻利用特徵等式和查詢表中的一個來確定所述第一溫度和所述第二溫度。
4.如權利要求1的系統，其特徵在於，所述第三模塊還包括因子確定模塊，所述因子確定模塊通過將(i)所述第二功率和所述第一功率之間差的絕對值除以(ii)所述第一溫度和所述第二溫度之間差的絕對值來確定所述熱耗散因子。
5.如權利要求1的系統，其特徵在於，所述第三模塊還包括偏差確定模塊，所述偏差確定模塊基於所述熱耗散因子確定所述熱敏電阻的溫度偏差。
6.如權利要求5的系統，其特徵在於，所述偏差確定模塊通過將(i)所述熱敏電阻耗散的功率除以(ii)所述熱耗散因子而確定所述溫度偏差。
7.如權利要求6的系統，其特徵在於，所述第三模塊還包括修正模塊，所述修正模塊基於所述溫度偏差修正由所述熱敏電阻感測到的溫度。
8.如權利要求7的系統，其特徵在於，所述修正模塊通過將(i)所述溫度偏差從(ii) 由所述熱敏電阻感測到的溫度中減去而修正由所述熱敏電阻感測到的溫度。
9.如權利要求1的系統，其特徵在於，所述熱敏電阻包括負溫度係數(NTC)熱敏電阻或正溫度係數(PTC)熱敏電阻，並且其中所述熱敏電阻包括基於半導體的熱敏電阻、基於陶瓷的熱敏電阻或基於聚合物的熱敏電阻。
10.一種方法，包括基於與熱敏電阻串聯連接的第一電阻器的電阻確定所述熱敏電阻的第一溫度和第一功率耗散值；將所述第一電阻器與所述熱敏電阻斷開，並將第二電阻器與所述熱敏電阻串聯連接；基於所述第二電阻器的電阻確定所述熱敏電阻的第二溫度和第二功率耗散值；基於所述第一和第二溫度以及所述第一和第二功率耗散值而確定熱耗散因子；以及基於所述熱耗散因子修正由所述熱敏電阻感測到的溫度。
全文摘要
本發明涉及更精確地利用熱敏電阻感測溫度的系統和方法，具體地，一種系統包括第一模塊、第二模塊以及第三模塊。第一模塊基於與熱敏電阻串聯連接的第一電阻器的電阻確定熱敏電阻的第一溫度和第一功率耗散值。在將第一電阻器與熱敏電阻斷開並將第二電阻器與熱敏電阻串聯連接後，第二模塊基於第二電阻器的電阻確定熱敏電阻的第二溫度和第二功率耗散值。第三模塊基於第一和第二溫度和第一和第二功率耗散值確定熱耗散因子，並基於熱耗散因子修正由熱敏電阻感測到的溫度。
文檔編號G01K7/24GK102419220SQ20111027284
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月15日 優先權日2010年9月15日
發明者C. 納爾遜 B., K. 科瓦爾奇克 B., G. 馬森 C., L. 金德曼 M. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司