Температуру охлаждающей жидкости на автомобиле измеряют с помощью полупроводникового датчика − терморезистора (ДТОЖ) [1, c.1]. Терморезистор в латунном стакане помещен в рубашке водяного охлаждения двигателя.

Датчик подключен к аналоговому входу микроконтроллера в ЭБУ (Рис.1) по схеме делителя напряжения [2, c.3; 3, с.2].

Рис.1. Схема подключения датчика к ЭБУ

По падению напряжения на сопротивлении датчика R_t ЭБУ определяет температуру охлаждающей жидкости.

Рабочая температура охлаждающей жидкости прогретого двигателя около 100 ºС, системы, контролирующие токсичность двигателя (продувка адсорбера, рециркуляция выхлопных газов, вентиляция картера) включаются при температуре охлаждающей жидкости выше 60 ºС [4, c.43]. Основную полезную информацию о температуре двигателя контроллер получает с ДТОЖ в интервале его выходного напряжения 0.5 ÷ 1.65 В [1, c.1] и динамический диапазон АЦП 0 ÷ 5 В [3, c.2] используется нерационально.

В некоторых ЭБУ применяется следующая схема подключения ДТОЖ (Рис.2) для растяжения динамического диапазона выходного напряжения [4, c.44]:

Рис.2. Расширение динамического диапазона ДТОЖ для рабочих температур

При увеличении температуры V_x уменьшается, ЭБУ замыкает  полупроводниковый ключ К изменяя коэффициент передачи делителя R₀- R‘- R_t за счет параллельного включения резисторов R₀- R‘. Напряжение V_x увеличивается, АЦП используется оптимально, но сигнал от ДТОЖ обрабатывается в ЭБУ по другой калибровочной таблице, саморазогрев терморезистора увеличивается.

Лучшим решением является реализация экспандера, который осуществляет масштабирование и смещение выходного сигнала V_x с терморезистора, с помощью операционного усилителя (Рис.3).

Рис.3. Экспандер на операционном усилителе

Считается оптимальным, чтобы аналоговый сигнал с автомобильного датчика находился в пределах 0.5 – 4.5 В, т.е. имел динамический диапазон 4 В. Для ДТОЖ, подключенного к ЭБУ по схеме на рисунке 1, динамический диапазон составляет 1.65 – 0.5 = 1.15 В.

Таким образом, сигнал с ДТОЖ следует усилить в 4/1.15 = 3.478 раз и устранить появляющееся при этом смещение 0.5·3.478 = 1.739 В.

Поясним работу схемы на Рис.3. По первому закону Кирхгофа для инвертирующего входа ОУ:

                                                         (1)

Для линейного режима работы ОУ V₁ = V₂, поэтому:

                                                       (2)

Выразим V_вых = V_out:

                                   (3)

Здесь   – коэффициент усиления,    - смещение. В нашем случае:

                                                         (4)

Пусть R2 = 100 кОм, тогда по расчету R1 = 287 кОм и R3 = 46 кОм, ближайшие стандартные значения R1 = 300 кОм, R3 = 47 кОм.

Теперь динамический диапазон АЦП микроконтроллера используется оптимально. Операционный усилитель должен допускать работу от однополярного напряжения питания +5 В.

1. Щербаков М.Е., Яковлев В.Ф. Анализ погрешности датчика температуры охлаждающей жидкости на автомобиле// Современная техника и технологии. 2014. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/10/4624 (дата обращения: 28.10.2014).
2. Яковлев В.Ф., Исмагулов М.К., Кузькин К.В. Датчики автомобильных электронных систем. Альманах современной науки и образован. Изд-во Грамота, Тамбов, 2009, №11, с.98-99.
3. Щербаков М.Е., Яковлев В.Ф. Подключение датчиков к микроконтроллеру в электронных блоках управления автомобильных систем // Современная техника и технологии. 2014. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/11/4818 (дата обращения: 12.11.2014).
4. Соснин Д.А., Яковлев В.Ф. Новейшие автомобильные электронные системы, – М., Солон-Пресс, 2005. – 247 с.

Все статьи автора «Яковлев Вадим Фридрихович»