УДК 681.3.06

РАСШИРЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ НА АВТОМОБИЛЕ В ЗОНЕ РАБОЧИХ ТЕМПЕРАТУР

Яковлев Вадим Фридрихович
Самарский государственный технический университет
кандидат технических наук, доцент кафедры Теоретическая и общая электротехника

Аннотация
В статье дан краткий обзор методов расширения динамического диапазона выходного сигнала датчика температуры охлаждающей жидкости на автомобиле в зоне рабочих темпе-ратур. Предложена схема экспандера на операционном усилителе

Ключевые слова: Автомобильный датчик температуры охлаждающей жидкости, динамический диапазон, операционный усилитель, электронный блок управления двигателем


AUTOMOTIVE COOLANT TEMPERATURE SENSOR OUTPUT SIGNAL DYNAMIC RANGE EXPANDING IN WORKING AREA

Yakovlev Vadim Fridrihovich
Samara state technical university
Candidate of Technical Science, Associatte Professor, the chair of Electrotechnology

Abstract
The article presents short survey of methods of expanding automotive coolant temperature sensor output signal dynamic range in working area. Expander with operational amplifier is proposed.

Keywords: Automotive coolant temperature sensor, dynamic range, engine electronic control unit, operational amplifier


Библиографическая ссылка на статью:
Яковлев В.Ф. Расширение динамического диапазона выходного сигнала датчика температуры охлаждающей жидкости на автомобиле в зоне рабочих температур // Современная техника и технологии. 2014. № 12 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/12/4998 (дата обращения: 28.05.2017).

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 Rt 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 Vx уменьшается, ЭБУ замыкает  полупроводниковый ключ К изменяя коэффициент передачи делителя R0- R‘- Rt за счет параллельного включения резисторов R0- R‘. Напряжение Vx 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 Vx 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 Vвых = Vout:

                                   (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.


Библиографический список
  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»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: