通过改变电源电压确定信号处理电路和压力温度检测单元中异常的传感器装置和传感器系统的制作方法

[0001]
本发明总体上涉及一种传感器系统或传感器装置。


背景技术：

[0002]
传统上，检测与制冷剂有关的多个测量量，例如制冷循环装置的制冷剂压力和制冷剂温度，并从这些测量量中计算出诸如多个变量的状态量，并根据计算结果确定装置是正常还是异常(例如，参见专利文献1)。
[0003]
[专利文献1]jp 2005-291702 a
[0004]
在用于例如加热电动车辆、燃料电池车辆等的热泵循环中，如果液相的制冷剂流入热泵循环的压缩机中，则压缩机可能会损坏。因此，在热泵循环中设置用于检测流入压缩机的制冷剂的压力和温度的压力温度传感器，并且根据压力温度传感器检测到的制冷剂的压力和温度来估计流入压缩机的制冷剂的状态。
[0005]
在这种压力温度传感器中，例如，当将车辆放置在夏天的高温环境下接通车辆的启动按钮时，制冷剂具有非常高的压力。因此，从压力温度传感器输出的压力信号可能在热泵循环进入稳定操作之前的一段时间内饱和。
[0006]
在这种情况下，可能无法确定从压力温度传感器输出的压力信号饱和的原因是(i)制冷剂具有极高的温度还是(ii)压力温度传感器损坏。
[0007]
因此，可以考虑扩大压力测量的测量范围，以使从压力温度传感器输出的压力信号不饱和。但是，在这种情况下，压力测量的测量精度可能会降低。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的是提供一种能够在不降低压力测量的测量精度的情况下，在检测对象高温时段确定传感器装置故障的传感器装置。
[0009]
在本发明的一个方面，一种传感器装置，包括：压力温度检测单元，用于检测在测量空间中被测物体的压力和被测物体的温度；信号处理电路，用于(i)输出与由压力温度检测单元检测出的被测物体的压力相对应的压力信号，以及(ii)输出与由压力温度检测单元检测出的被测物体的温度相对应的温度信号；电压变化控制单元，用于改变供给至压力温度检测单元和信号处理电路的电压；以及故障确定单元，用于基于来自信号处理电路的压力信号和温度信号是否以跟随电压变化控制单元引起的电压变化的方式而变化，来确定信号处理电路是正常还是异常。
[0010]
根据这种配置，基于从信号处理电路输出的压力信号和温度信号是否以随着供给至压力温度检测单元和信号处理单元的电压的变化(该变化由电压变化控制单元而引起)的方式而变化，来确定信号处理电路的异常和正常，从而能够在不降低压力测量的测量精度的情况下，确定传感器装置在被测物体高温时段的故障。
附图说明
[0011]
注意，附于权利要求技术特征等的括号中的附图标记表示权利要求技术特征等与以下实施例中描述的特定部件/装置等之间的对应关系的示例。
[0012]
通过以下参考附图的详细描述，本发明的目的、特征和优点将变得更加明显，其中：
[0013]
图1是根据一个实施例的传感器装置的压力温度传感器的示意剖视图；
[0014]
图2是传感器装置的电路结构图；
[0015]
图3是在电压改变时从信号处理电路输出的压力信号与压力之间的关系图；
[0016]
图4是在电压改变时从信号处理电路输出的温度信号与温度的关系图；和
[0017]
图5是由传感器装置的空调ecu执行的处理的流程图。
[0018]
在下文中，附图标记的解释包括指示说明性和非限制性层次的缩进，并且还包括括号内的注释，其也是说明性和非限制性的。
[0019]
1...压力温度传感器，
[0020]
10...模制件，
[0021]
11...粘合剂，
[0022]
20...基板，
[0023]
21...第一基板，
[0024]
22...第二基板，
[0025]
23...第三基板，
[0026]
24...薄隔膜，
[0027]
26...基准压力室，
[0028]
27...测量空间，
[0029]
28...(第一)布线元件(直的)，
[0030]
29a...(第一)绝缘层，
[0031]
29b...(第二)绝缘层，
[0032]
31...(第一)计量单元，
[0033]
32...(第二)计量单元，
[0034]
33...(第三)计量单元，
[0035]
34...(第四)计量单元，
[0036]
35...恒流电路，
[0037]
40...信号处理电路，
[0038]
42...(第一)接合线，
[0039]
43...(第二)布线元件(u形)，
[0040]
44...(第二)接合线，
[0041]
45...引线框架(vcc，vp，vt，gnd)，
[0042]
vcc...电源电压，
[0043]
vp...压力信号，
[0044]
vt...温度信号，
[0045]
gnd...接地，
[0046]
50...电子控制单元(ecu)，
[0047]
41...存储单元，
[0048]
53...控制器，
[0049]
60...线束，
[0050]
v1...第一电压(温度的函数)，和
[0051]
v2...第二电压(压力的函数)。
具体实施方式
[0052]
参照图1至图5描述根据本发明一个实施例的传感器装置。本实施例的传感器装置包括：压力温度传感器1，其用于测量被测物体的压力和温度；以及空调ecu 50。
[0053]
本实施例的传感器装置用于热泵系统(未示出)中，该热泵系统被用作电动车辆、燃料电池车辆等的空调。该热泵系统包括吸收大气中的热量的热交换器、压缩来自热交换器的制冷剂的压缩机、通过从压缩机排出的制冷剂来加热流入车厢的空气的冷凝器、以及对从冷凝器排出的制冷剂进行减压的减压器，制冷剂循环通过上述所有部件。所述热泵系统还包括控制所述压缩机的转数的空调ecu。在本实施例中，使用氯氟烃作为制冷剂。
[0054]
在这种热泵系统中，当液相制冷剂流入压缩机时，压缩机可能会发生故障，即，液相制冷剂可能会导致压缩机发生故障。因此，空调器ecu基于通过压力温度传感器1测量的流入压缩机的制冷剂的温度和制冷剂的压力来确定流入压缩机的制冷剂是否为富液、富蒸气、饱和蒸汽和加热的蒸汽之一。
[0055]
如图1和2所示，本实施例的传感器装置包括：压力温度传感器1，其用于测量测量空间中的制冷剂(即，被测物体)的压力和温度；以及空调ecu 50。压力温度传感器1和空调ecu 50通过线束60连接。
[0056]
压力温度传感器1具有模制件10、基板20、计量单元31～34、信号处理电路40、引线框架45等。计量单元31至34对应于压力温度检测单元。
[0057]
基板20包括第一基板21、第二基板22和第三基板23。绝缘层29a布置在第一基板21和第二基板22之间的位置，并且绝缘层29b布置在第二基板22和第三基板23之间的位置。
[0058]
基板20具有层状结构，其中第一基板21至第三基板23和绝缘层29a至29b按第三基板23、绝缘层29b、第二基板22、绝缘层29a和第一基板21的顺序层叠。注意，第一基板21、第二基板22和第三基板23例如由半导体材料比如硅等制成。
[0059]
在第一基板21的与第二基板22面对的表面上，设有用于形成基准压力室26的凹陷。另外，在第三基板23的背离第二基板22的表面上设置有用于形成测量空间27的凹部。
[0060]
第一基板21和第二基板22接合，并且通过第一基板21上形成的凹陷在第一基板21和第二基板22之间形成基准压力室26。
[0061]
此外，第二基板22和第三基板23接合。此外，测量空间27由形成在第三基板23上的凹部形成。
[0062]
此外，在第一基板21与第二基板22之间的位置处形成有薄的隔膜24。隔膜24被布置在基准压力室26与测量空间27之间的位置，并且被构造为根据基准压力室26和测量空间27之间的压力差而缠绕。注意，第三基板23的形成测量空间27的部分设置有氟涂层，用于保护隔膜24免受杂质等的影响。
[0063]
在隔膜24上布置有四个计量单元31～34。计量单元31～34分别由压阻元件构成，其电阻值根据隔膜24的变形量而改变(即，在计量单元31-34上引起压力)。计量单元31至34具有根据温度以及根据压力来改变计量单元31至34的组合电阻的电阻值的特性。
[0064]
在第二基板22的与第一基板21相对的表面上，设置有用于连接在计量单元31～34和后述的信号处理电路40之间的布线元件28。
[0065]
模制件10由模制树脂制成。在模制件10的内部，布置了四个引线框架45、信号处理电路40、接合线42和44等。
[0066]
在模制件10的面对(即，直的)布线元件28的部分中设置有(即，u形)布线元件43，并且布线元件28和布线元件43彼此连接。布线元件43和信号处理电路40通过接合线42连接。
[0067]
即，计量单元31至34和信号处理电路40通过包括布线元件28、布线元件43和接合线42的一系列元件连接。
[0068]
信号处理电路40放大由计量单元31至34分别检测到的表示压力的信号和表示温度的信号，并输出与被测物体的压力相对应的压力信号和与被测物体的温度相对应的温度信号。
[0069]
模制件10通过嵌入成型设置有四个引线框架45。四个引线框45中的每一个的一端通过粘合剂11固定到基板20，并且四个引线框45中的每一个的另一端从模制件10暴露于外部。信号处理电路40和每个引线框架45通过相应的接合线44连接。
[0070]
第一引线框架45是从空调ecu 50向其供应电压的电源端子，第二引线框架45是接地的接地端子。第三引线框架45是用于将压力信号输出到空调ecu 50的信号端子，并且第四引线框架45是用于将温度信号输出到空调ecu 50的信号端子。
[0071]
如图2所示，本实施例的压力温度传感器1具有恒流电路35和计量单元31至34。
[0072]
计量单元31至34连接至隔膜24以形成桥接电路。恒流电路35将恒定电流供给至以桥接形式连接的计量单元31至34。
[0073]
当压力施加到压力温度传感器1的隔膜24时，计量单元31至34的电阻值改变并且桥接电路的电压改变。例如，当沿一个方向的压力施加到隔膜24时，分别地，计量单元31和34的电阻值减小，而计量单元32和33的电阻值增大。
[0074]
当对隔膜24施加压力时，在(i)计量单元31和计量单元33之间的连接点与(ii)计量单元32和计量单元34之间的连接点之间的位置处的电压v1变化。该电压v1根据施加到隔膜24的压力而改变。
[0075]
此外，在本实施例的压力温度传感器1中，当计量单元31至34的温度改变时，计量单元31至34的电阻值改变并且桥接电路的电压改变。更具体地，当计量单元31至34的温度改变时，(i)计量单元31和32之间的连接点与(ii)计量单元33和34之间的连接点之间的电压v2改变。不管施加到隔膜24上的压力幅值如何，电压v2根据计量单元31至34的温度而改变。换言之，桥接电路包括四个节点和四个计量单元31至34，其顺序如下(即，逆时针)：第一节点，计量单元33，第二节点，计量单元34，第三节点，计量单元32，第四节点和计量单元31。第一电压v1是压力的函数，并且在第一节点和第三节点之间测量。第二电压v2是温度的函数，并且在第二节点和第四节点之间测量。
[0076]
信号处理电路40放大(i)计量单元31和计量单元33之间的连接点与(ii)计量单元
32和计量单元34之间的连接点之间的电压v1，并将与被测物体的压力对应的压力信号vp输出到空调ecu50。
[0077]
信号处理电路40进一步放大(i)计量单元31和32之间的连接点与(ii)计量单元33和34之间的连接点之间的电压v2，并将与被测物体的温度对应的温度信号vt输出到空调ecu 50。
[0078]
空调ecu 50被配置为包括cpu、存储器、i/o等的计算机。空调ecu 50根据存储在存储器中的程序执行各种处理。注意，本实施例的空调ecu 50包括存储单元41，该存储单元41存储制冷剂的温度和压力之间的相关性。
[0079]
接下来，参照图3描述压力信号vp相对于被测物体的压力的特性。图3示出了压力信号vp相对于被测物体的压力的特性。在被测物体的压力低的区域i中，压力信号vp随着被测物体的压力的增加而线性增加。然而，当被测物体的压力处于高压区域ii时，即使被测物体的压力增加，压力信号vp也会饱和而不会改变。
[0080]
此外，图3中的实线表示当电源电压vcc＝5伏时，压力信号vp相对于被测物体的压力的特性。图3还示出了当电压vcc增加5％(即，vcc＝5.25伏)时压力信号vp的特性和当电压vcc降低5％(即，vcc＝4.75伏)时压力信号vp的特性。
[0081]
压力温度传感器1具有比例特性，这意味着当电压vcc改变时，压力信号vp以与电压vcc的改变率相同的改变率而改变。
[0082]
例如，如果电源的电压vcc增加5％，则压力信号vp也增加5％。相反，当电源的电压vcc降低5％时，压力信号vp也降低5％。如上所述，压力信号vp改变以跟随电压vcc的变化。在被测物体的压力低的区域i和被测物体的压力高且压力信号vp饱和的区域ii中均保持这种关系。
[0083]
接下来，参照图4描述温度信号vt相对于被测物体的温度的特性。图4示出了温度信号vt相对于被测物体的温度的特性。图4中的区域i示出了温度信号vt线性增加的温度范围，图4中的区域ii示出了即使在被测物体的温度升高时，温度信号vt也不会在饱和后线性增加的温度范围。
[0084]
当电压vcc改变时，温度信号vt以与电压vcc相同的改变率而改变。例如，当电源的电压vcc增加5％时，温度信号vt也增加5％。相反，当电源的电压vcc降低5％时，温度信号vt也降低5％。以这种方式，温度信号vt改变以跟随电压vcc的变化。在图4中的区域i和区域ii中都保持这种关系。但是，当信号处理电路40发生故障时，压力信号vp和温度信号vt均不跟随电压vcc的变化。
[0085]
空调ecu 50控制热泵系统等的压缩机的转数。此外，本实施例的空调ecu 50对由计量单元31至34构成的压力温度检测单元进行故障确定。
[0086]
接下来，参考图5描述故障确定过程。当车辆的启动按钮接通并将电源电压从车辆供给空调ecu 50时，空调ecu 50将预定电压(此处为5伏)输出至压力温度传感器1并周期性执行图5所示的过程。
[0087]
在s100中，空调ecu 50收集从压力温度传感器1输出的压力信号vp(即，基于第一vdd电压的第一压力信号)，并根据压力信号vp确定制冷剂的压力(即第一压力)。此外，所确定的制冷剂压力被临时存储在存储器中。
[0088]
接下来，在s102中，空调ecu 50收集从压力温度传感器1输出的温度信号vt(即，基
于第一vdd电压的第一温度信号)，并根据温度信号vt确定制冷剂的温度(即，第一温度)。此外，所确定的制冷剂温度被临时存储在存储器中。
[0089]
在步骤s104中，空调ecu 50确定制冷剂(即，被测物体)的温度(即，第一温度)是否等于或高于饱和温度(即，第一压力下的第一饱和温度)，在该饱和温度下，压力温度传感器1检测到的制冷剂压力饱和。注意，空调ecu 50的存储器存储饱和温度，在该温度下由压力温度传感器1检测到的制冷剂(即，被测物体)的压力饱和。空调ecu 50确定在s102中确定的制冷剂的温度(即，第一温度)是否等于或高于饱和温度(即，第一饱和温度)，在该饱和温度下，由压力温度传感器1的计量单元31至34检测到的存储在存储器中的制冷剂的压力饱和。
[0090]
这里，如果在s104中确定制冷剂(即被测物体)的温度等于或高于饱和温度(在该饱和温度下，通过压力温度传感器1检测到的制冷剂(即被测物体)的压力饱和)，空调ecu 50在s106中改变供给至压力温度传感器1的电源电压。在此，供给至压力温度传感器1的电源电压降低3％(即，产生第二vdd电压)。
[0091]
注意，压力温度传感器1具有比例特性，并且当信号处理电路40正常时，从信号处理电路40输出的压力信号vp和温度信号vt分别以跟随供给至压力温度传感器1的电源电压的改变的方式而改变。
[0092]
接着，空调ecu 50在s108中收集压力信号vp(基于第二vdd的第二压力信号)，然后在s110中收集温度信号vt。尽管在图5中未示出，在收集压力信号vp和温度信号vt之后，空调ecu 50将供给至压力温度传感器1的电压恢复为改变前的电压。在此，电源电压恢复到5伏。
[0093]
接下来，在s112中，空调ecu 50确定压力信号vp(即，第二压力信号)和温度信号vt(即，第二温度信号)是否已经以跟随改变的电源电压(即，第二vdd)的方式而改变。更具体地，根据在s108中收集的压力信号vp确定制冷剂的压力，并且确定该压力是否已经从在s100中临时存储在存储器中的压力减小了3％。此外，根据在s110中收集的温度信号vt确定制冷剂的温度，并且确定该温度是否已经从在s102中临时存储在存储器中的温度降低了3％。可替代地，可以如在下一段中讨论的那样，直接检查第二压力信号和第二温度信号是否由于电源电压的改变而改变。
[0094]
在此，当压力信号vp(即第二压力信号)和温度信号vt(即第二温度信号)已经以类似的方式随着电压(即第二vdd)的改变而改变时，空调ecu 50在s114中确定信号处理电路40是正常的。更具体地，当电压增加时来自信号处理电路40的压力信号和温度信号增加时，或者当电压降低时来自信号处理电路40的压力信号和温度信号减小时(即，如上所述，在vdd中下降3％)，则将压力温度检测单元31-34和信号处理电路40确定为正常。然后，该过程进行到s118。
[0095]
当压力信号vp和温度信号vt中的至少一个还没有以跟随电压的方式而改变时，空调ecu 50在s116中确定压力温度检测单元和信号处理电路40中的至少一个是异常的。更具体地，如果当电压增加时来自信号处理电路40的压力信号或温度信号没有增加，或者如果当电压减少时来自信号处理电路40的压力信号或温度信号没有减少，则推断压力温度检测单元和信号处理电路40中的至少一个是异常的。然后，本过程结束。
[0096]
当在s104中确定制冷剂(即，被测物体)的温度低于饱和温度时(在该饱和温度下由压力温度传感器1检测到的制冷剂的压力饱和)，空调ecu50在s118中基于制冷剂的湿度
估计制冷剂的压力。更具体地，从存储单元41中读取制冷剂的温度与压力之间的相关性，并且基于在s102中确定的制冷剂的温度(即，第一温度)以及从存储单元41中读取的制冷剂的温度与压力之间的相关性，来估计制冷剂的压力(即，第二压力)。
[0097]
接下来，在s120中，空调ecu 50确定测量压力(即，第一压力)与基于温度的估计压力(即，第二压力)是否匹配。更具体地，基于在s100中确定的制冷剂的压力与在s120中估计的制冷剂的压力之间的差是否等于或小于预定范围来确定测量压力是否与基于温度的估计压力相匹配。这里，当在s100中确定的制冷剂的压力与在s120中估计的制冷剂的压力之间的差在预定范围内时，确定测量压力与基于温度估计的压力相匹配。当在s100中确定的制冷剂的压力与在s120中估计的制冷剂的压力之间的差在预定范围之外时，确定测量压力与基于温度估计的压力不匹配。
[0098]
这里，当测量压力与基于温度估计的压力相匹配时，空调ecu 50在s122中确定压力温度检测单元为正常。此外，当测量压力与基于温度估计的压力不匹配时，空调ecu 50在s124中确定压力温度检测单元为异常，并结束处理。
[0099]
如上所述，本实施例的传感器装置包括作为压力温度检测单元的计量单元31至34，用于检测在测量空间中被测物体(即，制冷剂)的压力和被测物体的温度。此外，传感器装置包括信号处理电路40，该信号处理电路40输出与压力温度检测单元检测到的被测物体的压力相对应的压力信号，并输出与压力温度检测单元检测到的被测物体的温度相对应的温度信号。此外，该传感器装置包括用于改变供给至压力温度检测单元和信号处理电路40的电压的电压变化控制单元。此外，该传感器装置包括故障确定单元，该故障确定单元基于从信号处理电路输出的压力信号和温度信号是否随着由电压变化控制单元改变的电压改变而改变，来确定压力温度确定单元和信号处理线路40是正常还是异常。
[0100]
根据这种配置，当供给至用作压力温度检测单元的计量单元31至34的电压改变时，基于从信号处理电路40输出的压力信号和温度信号是否随着电压的变化而变化来确定压力温度检测单元和信号处理电路40是正常还是异常。因此，当被测物体具有高温时，可以在不降低压力测量的测量精度的情况下确定传感器装置是否发生故障。
[0101]
此外，当电压变化控制单元增加电压时从信号处理电路输出的压力信号和温度信号增加时，故障确定单元确定信号处理电路正常。此外，当电压变化控制单元降低电压时从信号处理电路输出的压力信号和温度信号降低时，故障确定单元确定信号处理电路正常。
[0102]
如上所述，当通过电压变化控制单元增大电压而从信号处理电路输出的压力信号和温度信号增大时，可以确定信号处理电路为正常。
[0103]
另外，当通过电压变化控制单元降低电压时从信号处理电路输出的压力信号和温度信号降低时，故障确定单元可以确定信号处理电路为正常。
[0104]
此外，本实施例的传感器装置包括饱和温度确定单元(i)基于从信号处理电路输出的温度信号确定被测物体的温度，以及(ii)确定被测物体的确定温度是否等于或高于饱和温度(在该饱和温度下，由压力温度检测单元检测到的被测物体的压力达到饱和)。此外，当确定由饱和温度确定单元确定的被测物体的温度等于或高于饱和温度时(在该饱和温度下，由压力温度检测单元检测到的被测物体的压力达到饱和)，电压变化控制单元改变供给至压力温度检测单元和信号处理电路的电压。
[0105]
因此，当确定由饱和温度确定单元确定的被测物体的温度不高于饱和温度时(在
该饱和温度下，由压力温度检测单元检测到的被测物体的压力达到饱和)，将供给至压力温度检测单元的电压控制为保持不变。
[0106]
此外，本实施例的传感器装置包括存储单元41，其存储被测物体的温度和压力之间的相关性。此外，该传感器装置包括压力估计单元，该压力估计单元(i)基于从信号处理电路40输出的温度信号来确定被测物体的温度，并且(ii)基于被测物体的温度和存储在存储单元41中的被测物体的温度与压力之间的相关性来估计被测物体的压力。
[0107]
此外，当确定由饱和温度确定单元确定的被测物体的温度不等于或高于饱和温度时(在该饱和温度下由压力温度检测单元检测到的被测物体的压力达到饱和)，执行以下的确定操作。即，基于由压力估计单元估计的被测物体的压力与基于从信号处理电路输出的压力信号而确定的被测物体的压力之间的差是否等于或小于预定范围，确定压力温度确定单元及其操作是正常还是异常。
[0108]
因此，可以基于(i)被测物体的温度和(ii)存储在存储单元41中的被测物体的温度与压力之间的相关性，来确定压力温度检测单元是正常还是异常。
[0109]
(其它实施方式)
[0110]
(1)在上述实施例中，使用氯氟烃作为制冷剂。然而，制冷剂不限于氯氟烃。例如，二氧化碳等也可以用作制冷剂。
[0111]
(2)在上述实施例中，以将本传感器装置用于作为电动车辆的空调机的热泵系统中为例进行了说明。但是，本传感器装置也可以用于热泵系统以外的系统。
[0112]
(3)在上述实施例中，在s106中，在控制中减小了供给至压力温度传感器1的电压(即，改变为减小)。然而，也可以增加供给至压力温度传感器1的电压。此外，也可以改变供给至压力温度传感器1的电压，以重复减小和增大。
[0113]
注意，本发明不限于上述实施例，并且可以在权利要求描述的范围内适当地改变。此外，上述实施例不是彼此独立的，并且可以适当地组合在一起，除非显然不可能组合。此外，在以上实施例中，除非特别说明或原则上看起来不是必需的，否则特定实施例的各个元件或特征不一定是必需的。此外，在上述实施例中，其中提及的诸如数、量、范围等之类的数值仅是示例性的，并且不具有约束力，除非另有说明，或者除非描述为特定数值是关键的。此外，如果在上述示例实施例中确定了材料、形状、位置关系等，则不必特别地限于特定的材料、形状、位置关系等，除非特别限定了材料、形状、位置关系等必须是特定材料、形状、位置关系，或者除非材料、形状、位置关系等在原则上显然必须是特定材料、形状、位置关系等。
[0114]
注意，上述实施例中的配置与权利要求中的配置之间的对应关系是，计量单元31至34对应于压力温度检测单元，s106中的处理对应于电压变化控制单元，s114和s116的处理对应于故障确定单元。此外，s104的处理对应于饱和温度确定单元，s118的处理对应于压力估计单元，并且s120、s122和s124的处理对应于检测单元故障确定单元。

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