專(zhuān)利名稱(chēng)：氣體傳感器的制作方法
氣體傳感器
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1所述種類(lèi)的氣體傳感器。
例如，同種類(lèi)型的氣體傳感器見(jiàn)于DE102 57 284 Al。在該氣體 傳感器中，傳感器加熱器計(jì)時(shí)運(yùn)行，以此把各自所必需的熱功率引入 傳感器元件，傳感器加熱器包括兩條引線。此外，還設(shè)有用于泵電池 和能斯托電池的泵電流線，測(cè)量線以及參考泵電流線。還設(shè)有用于泵 電池和能斯托電池的共用測(cè)試線。
為了連接該樣的寬帶探針，六腳插頭是必須的。額外的引線和插 腳需要額外的生產(chǎn)耗費(fèi)而導(dǎo)致額外的費(fèi)用。此外，沒(méi)有任何困難地使 用標(biāo)準(zhǔn)插頭是不可能的。缺點(diǎn)還在于，內(nèi)燃機(jī)的接地和電路裝置之間 的電壓衰減(例如通過(guò)控制儀器所產(chǎn)生的)根據(jù)電流負(fù)載而變化，而在 連線受腐蝕的情況下可能超過(guò)大約IV而由此超過(guò)能斯托電壓 (Nernstspannung)。
此外在傳感器元件中，通過(guò)計(jì)時(shí)加熱器與傳感器的能斯托電池的 耦合在輸出信號(hào)中會(huì)產(chǎn)生干擾，該干擾不是所期望的。信號(hào)線中的加 熱電流的耦合可以對(duì)氣體傳感器產(chǎn)生顯著的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
具有權(quán)利要求1中所述特征的根據(jù)本發(fā)明的氣體傳感器與此相比 具有下列優(yōu)點(diǎn)，即，因?yàn)楸秒娏骶€和加熱線相互可導(dǎo)電地連4妄并接地， 泵電流可以通過(guò)測(cè)量線供給，而能斯托電壓可以分接在測(cè)量線和參考 泵電流線之間，信號(hào)線上的干擾和由此產(chǎn)生于插腳上的干擾都可以消 除。根據(jù)這樣的接線，雖然耦合加熱器上的電壓衰減改變了必要的泵電壓，但是測(cè)得的泵電流只流過(guò)泵電池，此外，能斯托電壓沒(méi)有偏移 也是優(yōu)點(diǎn)明顯的。
通過(guò)從屬權(quán)利要求中列出的措施，從屬權(quán)利要求中給出的氣體傳 感器的更進(jìn)一步的改進(jìn)和提高是可能的。
一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)模式規(guī)定，用通過(guò)高端場(chǎng)效應(yīng)管而計(jì)時(shí)(takten) 了 的電壓來(lái)施加于加熱器上，否則電子調(diào)節(jié)裝置的接地必須位于Uto,。
在存在接地偏移的情況下，能斯托電壓可以專(zhuān)門(mén)通過(guò)安置于測(cè)量 線和參考泵電流線之間的儀器放大器測(cè)量。
一種有利的設(shè)計(jì)模式包括傳感器元件的溫度測(cè)量，該溫度測(cè)量是 通過(guò)對(duì)能斯托電池的內(nèi)阻和/或熱電阻的測(cè)量實(shí)現(xiàn)的。
附圖簡(jiǎn)述
該圖紙描述的是本發(fā)明的 一 個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例而在下面的描述中詳細(xì) 講述該實(shí)例。 其中，


圖1顯示了由現(xiàn)有技術(shù)可知的氣體傳感器的傳感器元件的示意
圖2顯示了由現(xiàn)有技術(shù)可知的氣體傳感器代替電路圖；而 圖3顯示了基于本發(fā)明的氣體傳感器的代替電路圖。
發(fā)明實(shí)施方式
圖1所示的氣體傳感器10包括第一電極，也稱(chēng)為外部泵電極11， 該電極暴露于待測(cè)空氣中。待測(cè)氣體通過(guò)氣體通道12和擴(kuò)散壁壘13 進(jìn)入測(cè)試氣體室14,其中安置有第二電極，也稱(chēng)為內(nèi)部泵電極15。 在第一電極11和第二電極15之間就形成泵電池。第一電極11與泵 電流線16相連而第二電極15與測(cè)量線17相連在一起。
氣體傳感器10包括參考空氣室18，其中安置有第三電極19，第 三電極19與參考泵電流線20相連。在參考?xì)怏w室18和測(cè)試空氣室14之間，和在電極ll， 15之間一樣，形成能斯托電池，在其中進(jìn)行 參考?xì)怏w離子的傳輸。此外氣體傳感器IO還包括傳感器加熱器22, 傳感器加熱器22包括加熱線23、 24。泵電流線16、測(cè)量線17、參考 泵電流線20和加熱線23、 24連接到控制儀器200，如圖2所示。由 此，連接插頭是必須的，該插頭具有與連線相對(duì)應(yīng)數(shù)量的插腳。
圖2描述的就是這樣的氣體傳感器的備用電路圖的示意圖以及電 路布置200的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，該電路布置200例如是控制儀器的一部份。
借助于參考泵電流線20,具有電流源240的參考泵電流通過(guò)電阻 241引向第三電極19。并且參考泵電流源240與差分放大器220的反
向輸入端連接在一起，其輸出端通過(guò)工作電阻223提供泵電流P。泵
電流P與在放大器222中放大過(guò)的傳感器信號(hào)一致。泵電流Ip通過(guò)泵 電流線16與外泵電極11連接在一起。在位于外電極11與內(nèi)電極12
之間的電阻R^上，電壓會(huì)下降，其中該電阻是通過(guò)傳感器元件產(chǎn)生 的，而該電壓降通過(guò)測(cè)量線17分接且引向放大器220的正向輸入端。 測(cè)量線17與虛擬地210和參考電壓源232連接在一起。參考電壓源 232與差分放大器220的正向輸入端連接在一起。
具有熱電阻150的加熱器通過(guò)兩條線23、 24與電池電壓1>。"以 及低端場(chǎng)效應(yīng)管連接在一起，而低端場(chǎng)效應(yīng)管又與電路布置200的公
共接地端251連接。泵電流P的一部分通過(guò)匹配線18和平行于測(cè)量 電阻223的電阻224傳輸，該匹配電阻在進(jìn)行傳感器信號(hào)的校正的時(shí) 候是可變的。寬帶傳感器的這種連線方式需要六條連線。
為了減少連線的數(shù)量，在基于本發(fā)明的圖3中所示的氣體傳感器 專(zhuān)門(mén)把外部泵電極與加熱線23，可導(dǎo)電地連接在一起。該加熱線23， 又接到電氣裝置的公用接地端251上，例如控制儀器200的接地。第 二條加熱線24，通過(guò)高端場(chǎng)效應(yīng)管與傳感器加熱器的加熱電阻連接在 一起，其中該高端場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)脈沖發(fā)生器270的計(jì)時(shí)來(lái)控制的。 在該氣體傳感器中，泵電流經(jīng)測(cè)量線17，供給以及在該處測(cè)量。為了測(cè)量位于內(nèi)泵電極15和第三電極19之間的能斯托電壓，測(cè)量線17， 與差分放大器220的正向輸入端連接在一起。參考泵電流經(jīng)參考泵電 流線20，以原本已知的方法供給，其中該參考泵電流使用電流源240。 因?yàn)楸秒姵乇仨毐惠斔拓?fù)的泵電流，由此泵電流轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)成雙極性 的。能斯托電壓通過(guò)位于第二電極與第三電極之間儀器放大器分接， 其中第二電極也就是內(nèi)部泵電極。在這種情況下，參考電壓源232與 差分放大器220的反向輸入端連接在一起。不僅在圖2所示的基于背景技術(shù)的氣體傳感器中，而且圖3所示 的基于本發(fā)明的氣體傳感器中，氣體傳感器的內(nèi)部電阻的測(cè)量都可以 通過(guò)電路裝置230在電容231上進(jìn)行。根據(jù)能斯托電池的內(nèi)電阻的測(cè) 量可以完成氣體傳感器的溫度測(cè)量。另外，通過(guò)熱電阻的測(cè)量確定溫 度的方法也是可能的。作為泵汲參考的泵電流通過(guò)參考泵電流線20， 引向第三電極19且流過(guò)外部泵電極11。因此外部泵電極中的氧氣被 泵汲出來(lái)，而其中不含有泵電流信號(hào)的偏移，該偏移是內(nèi)部泵電極15 的泵汲的結(jié)果。也就是說(shuō)參考泵電流信號(hào)不帶有偏移。和基于背景技術(shù)并與上述圖2相聯(lián)系的氣體傳感器相比，上述的 與圖3相關(guān)的氣體傳感器包括下列的優(yōu)點(diǎn)，即，與六條連線相比這里 只需要5條。雖然計(jì)時(shí)加熱線的電壓降改變了所需的泵電壓，但測(cè)得 的泵電流只進(jìn)一 步流過(guò)泵電池。
權(quán)利要求
1.一種用于在混合氣體、尤其是內(nèi)燃機(jī)釋放的廢氣中確定氧氣濃度的氣體傳感器，所述氣體傳感器包括泵電池，該泵電池包括暴露于混合氣體中的外部泵電極(11)、通過(guò)擴(kuò)散壁壘(13)暴露于混合空氣中的內(nèi)部泵電極(15)和設(shè)置于外部泵電極(11)及內(nèi)部泵電極之間的固態(tài)電解體，該氣體傳感器還包括暴露于參考?xì)怏w中的參考電極(19)和傳感器加熱器(22)，其中，外部泵電極(15)通過(guò)泵電流線(16；16’)、內(nèi)部泵電極(15)通過(guò)測(cè)量線(17；17’)、參考電極(19)通過(guò)參考泵電流線(20；20’)而傳感器加熱器(22)通過(guò)兩條加熱線(23，24；23’，24’)分別與電路布置(200)連接到一起，其特征在于，泵電流線(16’)和加熱線(23’)相互可導(dǎo)電地連接并接在地(251)上，泵電流可經(jīng)測(cè)量線(17’)供給，能斯托電壓可分接在測(cè)量線(17’)與參考泵電流線(20’)之間，而參考泵電流經(jīng)參考泵電流線(20’)引向參考電極(19)，然后又從該參考電極(19)流到外部泵電極(11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于，所述傳感 器加熱器(22)可以由通過(guò)高端場(chǎng)效應(yīng)管計(jì)時(shí)的電壓供電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于，能斯 托電壓可以通過(guò)位于所述測(cè)量線(17，)和所述參考泵電流線(20，)之間 安置的儀器放大器測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定氣體混合中氧氣濃度的氣體傳感器，尤其是內(nèi)燃機(jī)排放的廢氣。該氣體傳感器包括泵電池，該泵電池具有暴露于混合氣體中的外部泵電極和通過(guò)擴(kuò)散壁壘暴露于混合氣體中的內(nèi)部泵電極，該傳感器還包括介于外部泵電極和內(nèi)部泵電極之間的固態(tài)的電解體。該氣體傳感器還包括暴露于參考?xì)怏w中的參考電極和傳感器加熱裝置。外部泵電極通過(guò)泵電流線、內(nèi)部泵電極通過(guò)測(cè)量線、參考電極通過(guò)參考電流線、傳感器加熱裝置通過(guò)兩條加熱線，分別與電路裝置連接在一起。其特征在于，泵電流線和加熱線是相互可導(dǎo)電地連接和接地的，泵電流可以經(jīng)測(cè)量線供給，而能斯托電壓可以分接在測(cè)量線和參考泵電流線之間，而且參考泵電流從參考電極流向外部泵電極。
文檔編號(hào)G01N27/406GK101410712SQ200780010730
公開(kāi)日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者H·賴(lài)因沙根, L·迪爾, M·謝費(fèi)爾, T·塞勒 申請(qǐng)人:羅伯特.博世有限公司