【应用】MLX90342四通道热电偶接口IC轻松应对小型发电机微小热电偶电压进行高精度测量的挑战

时间： 2018-11-08 来源：MELEXIS

技术问答

目前，启停技术日趋进步、混合动力技术的应用日益广泛，其他各种创新技术不断发展，这些都将促进汽车燃油效率的大幅提升，与此同时内燃机也在持续发展并不断提高效率。随着涡轮增压器、燃油直喷系统的应用日益普遍，以及发动机温度的升高，汽车可以利用容积更小的燃烧室释放出更高的能量和动力，这也有助于进一步缩小发动机尺寸，同时保持市场预期的性能等级。

在发动机罩下方有几个关键位置（通常是发动机的下游方向），这些位置需要进行高精度的高温度测量，以便发动机管理系统能够确保所有系统以最高性能等级和最低排放等级运行，同时保持一个较小的安全余量，避免发动机在工作温度超出材料极限时发生“熔化”。这些关键位置包括涡轮增压器、废气再循环 (EGR)、微粒滤清器、选择性催化还原 (SCR) 和柴油氧化催化 (DOC) 装置。随着 CAFE 指令的实施，发动机尺寸的进一步缩小，上述位置的温度都将进一步升高，温度容差要求也将更为严格。此外，外形更为紧凑的发动机需要更高的废气处理水平（以检查过滤器工作是否正常以及过滤器再生是否正常），这也在很大程度上提高了对温度测量精度的要求。

汽车温度测量的重要特性

要在小型化汽车发动机中发挥出最高效能，温度传感器子系统需要具备一些与众不同的特性。其中最重要的一些特性包括：

·能够应对更高的温度和更严格的温度容差要求

·具有更强的诊断能力，确保电子控制单元 (ECU) 和发动机管理软件所收到的温度数据始终可信

·有助降低物料清单成本

·多个传感器共享单个 ECU 输入，而无需为每个传感器单独提供输入（ECU 输入的数量有限，而且需求很高）

·便于连接。目前，SAE J2716 SENT 协议日益广泛地应用在汽车设计的各个部分，用以将数据从传感器传回电子控制硬件

许多种技术都可用来测定温度。实践证明，测量热敏电阻值是迄今为止测定汽车发动机温度的最佳方法，因此许多汽车制造商选择在发动机罩下的不同位置集成热敏电阻。热敏电阻可以是陶瓷材质的负温度系数 (NTC) 器件，也可以是铂金材质的正温度系数 (PTC) 器件。然而，大多数 NTC 热敏电阻适用于测量较低的温度（600˚C 以下），而且只能达到中等测量精度（随着容差要求日益严格，这一问题越来越不容忽视）。PTC 热敏电阻的精度略高一些（但是由于采用铂金而使器件成本增高），但出于可靠性考虑，这类热敏电阻仅限于测量最高 900˚C 的温度。

在工业应用中，普遍采用光学技术，红外线传感器能够以非接触方式测量特定物体的表面温度。尽管此类方法可以有效测定新型高效能汽车发动机的较高温度（可有效测量高达 1500°C 的温度），但在这种特殊的环境下并不适用。汽车动力总成应用的特点是会累积大量微粒并且残留有汽油和润滑油，随着时间推移，会降低传感器的性能。综合所有因素，这种温度测量方案并没有实际应用价值。

热电偶也能测定较宽的温度范围（通常可测量高达 1300˚C 的温度），而且本身更为可靠。这类器件已经广泛用在工业和汽车测试中，通常将 30-40 个传感器置于车辆的不同位置，对温度进行监控。因此，汽车工程师对此项技术非常熟悉。被测温度以输出电压的方式表现出来，但电压信号非常微小（只有几毫伏），这就是问题所在。热电偶测量方法尽管在实验室环境下表现出良好的精度，但在苛刻的汽车电子环境中，往往会产生各种问题。在行驶的车辆中，不可避免地存在电压尖峰、电磁干扰和其他噪声源，这些因素都会影响热电偶信号的完整性。这已经成为在发动机设计中应用热电偶的一个相当大的障碍。此外，热电偶接线相当昂贵，这也进一步阻碍了这种器件的应用。最后，还需要考虑传感器漂移。热电偶本身稳定可靠，但随着容差要求的日益严格，即使是时间引发的微小性能变化也会演变为严重问题（而这些器件往往需要使用十年以上的时间）。

综上所述，随着发动机的日趋小型化，汽车业对全新发动机温度测量方案的需求也日益迫切。意识到这一点后，迈来芯 (MELEXIS) 专门组建了专家团队，负责开发必要的传感器接口技术，使热电偶更适合应用于发动机罩下方。这将需要采用最先进的信号调节技术。

然而，面临的主要挑战是如何对微小的热电偶电压进行高精度的测量，同时保证这种测量的长期可靠性。此外，要确保传感器向ECU提供可靠的温度结果，还需要更为成熟的诊断功能，这也是业界的共识。现有的诊断机制通常只检查温度传感器在汽车点火阶段是否正常运行，而并未将长距离行驶过程中可能出现的故障考虑在内，因此无法立即对故障做出响应。车辆因此会过度排放，在此过程中可能会对发动机造成严重损害。因此，汽车需要持续诊断功能。而且，为了简便，诊断功能应独立于ECU。

综合这些因素，Melexis此开发项目最终开发出MLX90342 四通道热电偶接口IC。该器件支持高达1300°C 的测量温度，最多可连接4个热电偶，在1100°C 时精度可达±5°C（典型值），与目前市场上的器件相比，精度提升2倍。该器件可通过其数字接口传输温度数据（符合 SENT 协议第 3 版的要求），每个热电偶的刷新率达到50Hz。由于采用板载冷结点补偿和高级线性化功能，此类 IC 可在广泛的温度范围内表现出最高的线性度。此外，该器件还支持校准程序，有助于最大限度地提高初始精度。工业标准热电偶具有一些独特的特点，汽车生产过程中，汽车制造商的工程师选择的一级合作伙伴可以将所连热电偶与预定义理想热电偶特性之间的差异编程到这些IC中。

通过诸多立法措施我们可以知道，汽车发动机小型化势在必行。目前，各项支持此类发动机持续运转的技术已经开始涌现。随着传感器接口技术的发展，具有卓越性能及更丰富内置功能的IC器件应运而生，CAFE指令提出的诸多难题也将被一一攻克。

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本文由LEA酱的一生转载自MELEXIS，原文标题为:发动机小型化催生下一代温度传感器技术，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（6）

冷若冰 Lv7. 资深专家 2018-11-20

好东西
啊咧嗝嘻 Lv7. 资深专家 2018-11-19

学习
加一 Lv7. 资深专家 2018-11-15

学习了
用户85806204 Lv7. 资深专家 2018-11-08

学习
嗨嗨 Lv7. 资深专家 2018-11-08

good

本尼 Lv7. 资深专家 2018-11-08

666 学习了

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选型指南 - SEMITEC - 2021.4.1 PDF 中文下载

【经验】Melexis红外温度传感器FOV视场角的选择方法

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目录- Non-contact temperature sensors

型号- MLX90614ESF-BBA-000,MLX90614ESF-BCI-000,MLX90614ESF-DCH-000,MLX90641KSF-BCB-000,MLX90614ESF-ACK-000,MLX90614ESF-AAA-000,MLX90614ESF-DCC-000,MLX90640ESF-BAB-000,MLX90614,MLX90614ESF-ACC-000,MLX90614ESF-DCI-000,MLX90632,MLX90641KSF-BCA-000,MLX90614ESF-BCA-000,MLX90614KSF-ACC-000,MLX90614KSF-AAA-000,MLX90641ESF-BCA-000,MLX90614ESF-ABA-000,MLX90614ESF-BCK-000,MLX90614ESF-BCF-000,MLX90614ESF-DCA-000,MLX90614ESF-BCC-000,MLX90632SLD-DCB-000,MLX90614ESF-ACA-000,MLX90641ESF-BCB-000,MLX90614ESF-ACF-000,MLX90614ESF-BCH-000,MLX90614ESF-BAA-000,MLX90614ESF-DAA-000,MLX90614KSF-ABA-000,MLX90640,MLX90640ESF-BAA-000,MLX90632SLD-BCB-000

选型指南 - MELEXIS - V8 - 24-08-21 PDF 英文下载

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Melexis（迈来芯）红外温度传感器介绍及技术指导

描述- 本资料主要描述了MLX红外温度传感器的工作原理、产品介绍及应用、设计问题及相关资料指引

型号- MLX90632SLD-BCB-000-RE,MLX90614DCC,MLX90614ESF-DCI,EVB90640,EVB90641,MLX90614ESF-DCC-000,MLX90614,MLX90615,MLX9064X,SGM2036-3.0,MLX90614ESF-DCI-000,MLX90615SSG-DAG-000,MLX90614ESF-ACC-000,MLX90640,ZTP-148,MLX90641,EVB90640-41,SGM2036,MLX90632,TS305

商品及供应商介绍 - MELEXIS - 2020年2月14日 PDF 英文下载