DE3212611A1

DE3212611A1 - Verfahren zur temperaturkompensation eines sensorsignales

Info

Publication number: DE3212611A1
Application number: DE3212611A
Authority: DE
Inventors: Edmund Jeenicke; Manfred Schenk; Hans-Joerg Schmid
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-04-05
Filing date: 1982-04-05
Publication date: 1983-10-06
Also published as: AU1310383A; DE3212611C2; AU560963B2; JPH0697169B2; US4651292A; JPS59660A

Description

R. 177U

12.3. 1982 Wt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Verfahren zur Temperaturkompensation eines Sensorsignales Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruches.

Es sind Sensoren bekannt, bei denen das Sensorsignal wenigstens näherungsweise linear vom Meßwert abhängt. Das Sensorsignal bei nicht beaufschlagtem S.ensor (Meßwert = 0) wird dabei üblicherweise als Offset bezeichnet. Es ist bekannt, da3.derartige Sensoren einen Temperaturkoeffizienten haben und zwar differenziert man zwischen einem Temperaturkoeffizienten des Offsets und einem weiteren Temperaturkoeffizienten der Steigung der näherungsweise linearen Kennlinie.

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Es ist bekannt, die Temperaturabhängigkeit des Sensorsignales dadurch zu kompensieren, daß in der Meßschaltung eine Vielzahl von Potentiometern vorgegeben wird, mit denen Kennlinien in der Meßschaltung erzeugt werden, die die vorstehend genannten Temperaturkoeffizienten kompensieren.

Derartige bekannte Anordnungen sind jedoch äußerst komplex im Aufbau, wobei bei einer Vielzahl von Abgleichmitteln die Verstellung des einen Abgleichmittels auch eine Verstellung anderer Abgleichmittel erfordert, so daß ein korrekter Abgleich nur nach regelungstechnischen Strategien möglich ist. Die Komplexität derartiger Anordnungen bringt darüber hinaus die Gefahr weiterer Temperaturabhängigkeiten mit sich.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Mitteln des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine exakte Berechnung des temperaturbereinigten Meßwertes aus der Kenntnis von nur wenigen, langzeitstabilen Grundgrößen möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. So kann durch geeignete Auswahl der auszuwertenden Beziehung sowie durch geeignete Zuführung der Einflußgrößen eine besonders einfache Kompensation mit einer, einen Mikrocomputer enthaltenden Auswerteschaltung vorgenommen werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

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U ZL I Z. U I I

1774

Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 und 2 Diagramme zur Erläuterung des ^ erfindungsgemäßen Verfahrens; Figur 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Auswert e schaltung .

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 sind verschiedene, nahezu lineare Kennlinien 10., 11, 12, 13 eines Sensors dargestellt. Mit χ wird dabei die Meßgröße, beispielsweise ein Druck, eine Kraft, eine Beschleunigung, eine Masse der dgl. bezeichnet, mit U, „

\ χ, —

ist das Sensorsignal bezeichnet, das sich in Abhängigkeit von der Meßgröße χ und der herrschenden Umgebungstemperatur T ändert.

Die Kennlinien 10, 11, 12, 13 lassen sich durch den sogenannten Offset (U_Off) sowie die Steigung k definieren, wie sie beispielhaft für die Kennlinie 12 eingetragen sind. Beide Größen U „_f, k haben jeweils einen Temperaturkoeffizienten, so daß bei einer Parametrierung nach der Temperatur T sich eine Kennlinienschar ergibt, die mit 10, 11, 12, 13 in Figur 1 dargestellt ist.

Für eine beliebige Kennlinie gilt:

^U(x, T) ^{= U}Off ^{+ kX}
Ändert sich die Temperatur um einen Betrag Δ Τ, gilt:

^Jix, T) ^^üOff ^TKOff ^{Tj + lk} ^k ^Δ -' ^X

BAD ORIGINAL ^c0PY

" if J

Der Schnittpunkt der beiden Kennlinien ergibt sich aus

U¹ -U=O
woraus für den zugehörigen Abzissenwert folgt:

^{X =} " ^TKOff^/TKk

Dies bedeutet, daß sich alle derartigen Kennlinien in einem Punkt schneiden, sofern nur der Quotient der Temperaturkceffizienten von Offset und Steigung eine Konstante ist. Für diesen Fall ergibt sich die in Figur 1 dargestellte Kurvenschar, wobei der gemeinsame Punkte mit 1U bezeichnet ist und die Koordinaten U_ , x_ aufweist.

Diese Eigenschaften macht sich das erfindungsgemäße Verfahren zu Nutze, um aus einem beliebigen Sensorsignal U, _» den zugehörigen Meßwert x._(TT,\ zu ermit-

I X » 1 l \ *■ ι

teln. Dies soll nachstehend anhand von Figur 2 erläutert werden:

Figur 2 stellt auf den Fall eines Drucksensors ab, bei dem sich die Sensorspannung U/_{p φ}χ in Abhängigkeit vom herrschenden Druck P und der Umgebungstemperatur T einstellt. Der Schnittpunkt 1U der Kennlinienschar hat die Koordinaten U , P_n, die für einen bestimmten Sensor ermittelbar sind. Bei einer bestimmten Temperatur gibt der Sensor die Spannung U ab. Um nun den jeweiligen Meßpunkt 15 bzw. den Meßwert r> zu ermitteln, wird davon ausgegangen, daß sich der Abzissenwert des Punktes 15, entsprechend P_n, aus der bekannten temperaturabhängigen Steigung k, den Koordinaten des Punktes 1U und dem Sensorsignal υ_φ ermitteln läßt. Für die Steigung k gilt:

k = k (1 + ?K, Δ Τ)

BAD ORIGINAL

6 Z IZb I I

17 7',

I/ /w

Dabei bedeutet k„ die Steigung der Kennlinie bei einer Bezugstemperatur, auf die die relative Temperaur Λ T bezogen ist.

Für den Abzissenvert des Punktes 15 gilt: P_T = P₀ + (U_T - U₀) / k bzw.

p_t = P₀ + (u_T - U₀) / k₀ (1 + TK_k A τ)

Figur 3 zeigt hierzu eine Auswerteschaltung, mit der eine Temperaturkompensation nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren ausführbar ist. Die Auswerteschaltung enthält einen Mikrocomputer 20, der mit einer nicht näher erläuterten Eingang/Ausgangsschaltung 21 in Wirkungsverbindung steht. Außerdem sind ein Speicher 22 sowie ein Analog/Digital-Wandler 23 vorgesehen, wobei die 31öcke 20, 22, 23 in an sich bekannter Weise über einen Datenbus 2h und einen Adressbus 25 miteinander verbunden sind. Die Eingangsgrößen werden dem Analog/ Digital-Wandler 23 über Sensoren 26, 27 zugeführt, wobei der Sensor 26 der eigentliche Meßwert sensor, beispielsweise ein Drucksensor ist und das Sensorsignal Uz₁₃ „^ liefert. Der Sensor 27 ist ein Temperatursensor, der mit dem eigentlichen Meßsensor 26 in enger Nachbarschaft angeordnet ist, wie dies mit 28 angedeutet ist. Der Temperatursensor 27 liefert ein Signal U_/rT)v, das der Sensortemperatur entspricht.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden die Koordinaten 'J„ , X₀ des Punktes 1U dem Analog/ Digital-Wandler 23 über Potentiometer 29, 3C zugeführt. 3ei jeder Kocipensationsrechnung wird dann der Analog/Digital-Wandler 23 abgefragt und die Werte

BAD ORIGINAL _c0PY

von U_n und χ werden bei der Temperaturkompensation jeweils berücksichtigt. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die Werte U_Q, X_n auch zu einem späteren Zeitpunkt noch nachgestellt werden können, beispielsweise dann, wenn der Sensor 26 ersetzt wird.

Dies gilt auch für eine weitere Ausf ührungsf orra der Erfindung, bei der die Werte U_n, χ dem Mikrocomputer 20 an Schalteingängen direkt als digitales Signal zugeführt werden, wie dies mit 31 angedeutet ist.

Schließlich ist in einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Auswerteschaltung vorgesehen, die Werte U_n, χ im Speicher 22 abzulegen, wie dies mit 32 angedeutet ist. Hierdurch ist ein besonders schneller Signalzugriff bei minimaler Störanfälligkeit gegeben, was vorteilhafterweise dann ausgenutzt werden kann, wenn sich die Werte U_, x_Q nicht ändern.

Es versteht sich, daß das vorstehend beschriebene Verfahren und die zugehörige Auswerteschaltung nicht auf Drucksensoren beschränkt ist sondern mit Vorteil bei allen temperaturabhängigen Sensoren eingesetzt werden kann.

BAD ORIGINAL

Leerseite

Claims

R. 17743

12.3-1932 Wt/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

1 ./ Verfahren zur Temperaturkompensation eines Sensorsignales bei Sensoren mit einer Kennlinie (10, 11, 12, 13/j deren Wert (L^T _nf, ) im nicht beaufschlagten Zustand (Offset) einen ersten Temperaturkoeffizienten (TK_n- ) und deren Steigung (k) einen zweiten Temperaturkoeffizienten (TK,) aufweist, wobei der Quotient der Temperaturkoeffizienten näherungsweise konstant ist und der Punkt (1h) ermittelt wird, in dem sich die Kennlinien (10, 11, 12," 13) bei unterschiedlicher Temperatur (T) schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten (U_Q, P_n) des Punktes (1U), das Sensorsignal (U/p „w und die Sensortemperatur ( Δ T) ermittelt werden und daß der Meßwert (P, ^) aus dem Sensorsignal (U , _, ^ ) , der Sensortemperatur ( A T) den Koordinaten (U_n, P_n) des Punktes (1h) und einem Temperaturkoeffizienten (TK_Of, , TK ) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert (P_fri«) aus der Beziehung:

?,.=p + 'U, * - U )/k (1+TK AT)

\ j. ι U \ r , L ) U ü Λ

bestimmt wird, wobei k_ die Steigung der Kennlinie für eine bezogene Temperatur darstellt.

"¹MJ

BAD ORIGINAL ^COpY

-z-
3. Verfahren nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkompensation mit einer wenigstens einen Mikrocomputer (20) und einen Analog/Digital-Wandler (23) enthaltenden Auswerteschaltung ausgeführt wird, wobei die Koordinaten des Punktes (1k) dem Analog/Digital-Wandler (23) über Potentiometer (29, 30) zugeführt werden.
k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3_S dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkompensation mit einer wenigstens einen Mikrocomputer (20) und einen Analog/Digital-Wandler (23) enthaltenden Auswerteschaltung ausgeführt wird, wobei die Koordinaten des Punktes (1h) dem Mikrocomputer (20) direkt als digitale Signale (31) zugeführt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkompensation mit einer wenigstens einen Mikrocomputer (20), einen Analog/ Digital-Wandler (23) und einen Speicher (22) enthaltenden Auswerteschaltung ausgeführt wird, wobei die Koordinaten des Punktes (1U) als Festwerte (32) im Speicher (22) abgelegt sind.

BAD ORIGINAL