專利名稱：氧傳感器加熱控制方法及采用該方法的加熱控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧傳感器，尤其涉及氧傳感器內(nèi)部溫度加熱控制方法及控制電路。
背景技術(shù)：
氧濃度檢測在軍用、民用、醫(yī)療等領(lǐng)域都有需求，如監(jiān)測車輛排氣中的氧濃度大 小。對氧濃度的監(jiān)測采用氧傳感器，氧傳感器通常由敏感元件和加熱元件組成，其中，敏感 元件主要由氧化鋯材料制成，加熱元件采用具有良好溫度特性的鉬材料制成。敏感元件需 要在達到設(shè)定溫度(例如60(TC )之后才能進行有效地工作。具體工作原理是利用氧化鋯 陶瓷在高溫(500°C 700°C)條件下，對氧分子產(chǎn)生電離作用，即電離為氧原子，帶負電的 氧離子吸附在氧化鋯的內(nèi)外表面上。由于大氣中的氧氣比廢氣中的氧氣多，兩側(cè)離子的濃 度差產(chǎn)生電動勢，經(jīng)后續(xù)電路處理以分析出排氣中的氧濃度。而被電離的氧分子數(shù)量與氧 濃度、傳感器內(nèi)部加熱溫度等相關(guān)，為保證氧傳感器檢測得到的數(shù)據(jù)準確性，必須要保證其 加熱溫度穩(wěn)定，且不受外圍環(huán)境影響?？梢娨箓鞲衅鞣€(wěn)定、可靠工作，檢測數(shù)據(jù)準確，加熱 溫度控制至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種能夠使得氧傳感器內(nèi)部加熱溫度穩(wěn)定從而保證傳感器測 量結(jié)果準確性的加熱控制方法。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種氧傳感器加熱控制方法，所 述的氧傳感器包括敏感元件和加熱元件，該方法通過對所述加熱元件的電阻值進行恒定控 制，實現(xiàn)氧傳感器內(nèi)部加熱溫度的穩(wěn)定控制。進一步地，所述的加熱元件由具有良好溫度特性的鉬材料制成的加熱電阻，從而 使得該加熱元件還可以具有測溫元件的作用。根據(jù)需要達到的溫度，程控地設(shè)定所述加熱元件的電阻值。本發(fā)明還提供一種氧傳感器加熱控制電路，其所采用的技術(shù)方案為一種氧傳感 器加熱控制電路，它包括電橋電路，其包括第一固定電阻、第二固定電阻、可變電阻，所述的第一固定電阻 與可變電阻相連接形成設(shè)定橋臂，所述的第二固定電阻與氧傳感器內(nèi)的加熱元件相電連接 形成加熱橋臂，且設(shè)定橋臂與加熱橋臂相并聯(lián)；電壓調(diào)整電路，其與設(shè)定橋臂及加熱橋臂的一共同連接端相電連接，用于為電橋 電路提供加熱電壓；誤差放大電路，其電連接在電橋電路和電壓調(diào)整電路之間，用于采集設(shè)定橋臂上 第一固定電阻和加熱橋臂上第二固定電阻的電壓并對采集的兩電壓值進行對比以向電壓 調(diào)整電路輸出電壓調(diào)控信號；根據(jù)氧傳感器內(nèi)部要達到的加熱溫度，設(shè)定所述可變電阻的大小，所述的電壓調(diào)
3整電路向電橋電路提供加熱電壓，并通過誤差放大電路調(diào)節(jié)輸出電壓大小，控制所述的氧 傳感器的加熱元件的電阻值恒定。根據(jù)上述技術(shù)方案所具體實施的方式中，所述的可變電阻為可編程電阻，根據(jù)氧 傳感器內(nèi)部需要達到的溫度，程控地設(shè)定可變電阻的電阻值。在氧傳感器初始工作時，所述的可變電阻阻值通過程控調(diào)節(jié)使其緩慢地增大到設(shè) 定的阻值。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明利用氧傳感器的加熱元件 具有良好的溫度特性，對加熱元件進行恒電阻值控制，使得氧傳感器能夠穩(wěn)定的處在設(shè)定 的溫度下，即保證了氧傳感器加熱溫度的穩(wěn)定，為氧傳感器檢測的可靠性奠定基礎(chǔ)。


附圖1為本發(fā)明氧傳感器加熱控制電路原理框圖；其中1、電橋電路；2、電壓調(diào)整電路；3、誤差放大電路；
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明優(yōu)選的具體實施例進行說明本發(fā)明的氧傳感器為氧化鋯型傳感器，其內(nèi)部還設(shè)置有加熱元件，加熱元件由具 有良好溫度特性的鉬材料制成，該加熱元件具有電阻值Rd，該電阻值Rd與溫度具有式(1) 所示的關(guān)系Rd = (Ι+k · T) · RdO(I)式中T為溫度；RdO為加熱元件在0°C條件下的阻值；K為常數(shù)，與鉬材料相關(guān)；由此我們可以看出，加熱元件的阻值Rd與溫度T成正比，而加熱溫度與施加在該 加熱元件上的電壓有關(guān)，電壓越高，產(chǎn)生的熱量就越多，相應加熱溫度就會升高，同時，加熱 元件的電阻值也會增大。根據(jù)上述原理，為了達到氧傳感器能夠穩(wěn)定的處于一設(shè)定的溫度下，本發(fā)明提供 了一種加熱控制方法，其通過對所述加熱元件的電阻值進行恒定控制，來實現(xiàn)氧傳感器內(nèi) 部加熱溫度的穩(wěn)定控制，即當氧傳感器需要達到某一溫度，如600°C，只要控制加熱元件的 電阻值，使得其電阻值恒定處于該溫度下所應對應的電阻值即可。為了適應氧傳感器應用在不同的工作溫度下，本發(fā)明加熱控制方法，加熱元件的 電阻值可進行程控調(diào)整，從而可根據(jù)使用的需要靈活設(shè)定加熱元件的電阻值。根據(jù)上述控制方法，本發(fā)明還提供了一種氧傳感器加熱控制電路，如圖1所示，為 了清楚介紹電路原理，在圖1所示的電路中，將氧傳感器加熱元件用電阻表示，下稱加熱電 阻Rd。整個加熱控制電路主要由電橋電路1、電壓調(diào)整電路2以及誤差放大電路3組成，其 中，電橋電路1由可變電阻Re、加熱電阻Rd、以及第一固定電阻Ra和第二固定電阻Rb組成， 其中，第一固定電阻Ra與可變電阻Rc形成設(shè)定橋臂，第二固定電阻Rb與加熱電阻Rd加熱 工作橋臂，設(shè)定橋臂與加熱工作橋臂相并聯(lián)形成橋式電路。電壓調(diào)整電路2的輸出端與設(shè) 定橋臂和加熱工作橋臂的一公共連接端相連接，誤差放大電路3連接在電橋電路1與電壓調(diào)整電路2之間，具體地，誤差放大電路3具有兩個輸入端，其中一個輸入端與第一固定電 阻Ra的電壓端相連接，用于采集第一固定電阻Ra上的電壓值，另一個輸入端與第二固定電 阻Rb的電壓端相連接，用于采集第二固定電阻Rb上的電壓值。誤差放大電路3的輸出端 與電壓調(diào)整電路2相電連接，工作時，其根據(jù)第一固定電阻Ra上的電壓與第二固定電阻Rb 的電壓之間的差值輸出控制信號至電壓調(diào)整電路2，該電壓調(diào)整電路2根據(jù)接收信號調(diào)整 其輸出電壓Vo的大小。根據(jù)上述電路，我們可以推導出第一固定電阻Ra上電壓Va以及第二固定電阻Rb 上電壓Vb與輸出電壓Vo的關(guān)系，見式(2):Va = Re/ (Ra+Rc) · Vo (2)Vb = Rd/ (Rb+Rd) · Vo (3)那么，當橋路平衡時有Ra/Rc = Rb/Rd (4)由式(4)我們可以看出，在第一固定電阻Ra與第二固定電阻Rb阻值固定的情況 下，加熱電阻Rd阻值的大小僅與可變電阻Rc的阻值大小有關(guān)。故，通過從外部改變可變電 阻Rc的大小，使得其與加熱電阻Rd待達到溫度相對應的電阻值相同，即可實現(xiàn)加熱電阻Rd 阻值的恒定，保證了氧傳感器加熱元件電阻值的穩(wěn)定，即通過可變電阻實現(xiàn)對加熱電阻的 恒電阻值控制。本實施例中，第一固定電阻Ra與第二固定電阻Rb的阻值相同，可變電阻Rc為可 編程電阻，即根據(jù)設(shè)定需要的加熱穩(wěn)定，程控地設(shè)定可變電阻的電阻值，保證氧傳感器在不 同溫度下的靈活應用性。具體控制過程為首先，根據(jù)氧傳感器要求的溫度設(shè)定可變電阻Rc的電阻值，該電阻值的設(shè)定可通 過式(2)獲得；然后，啟動電壓調(diào)整電路2，其向電橋電路輸出電壓，誤差放大電路在此過程 中不斷檢測橋路電壓Va、Vb，并對其差值進行放大，當檢測到電壓Va > Vb時，表明電阻Rd < Re，溫度低于設(shè)定要求，電壓調(diào)整電路將升高加熱電壓，以提高加熱溫度；當檢測到電壓 Va < Vb時，表明電阻Rd > Re，溫度高于設(shè)定要求，電壓調(diào)整電路將降低加熱電壓，以降低 加熱溫度。從控制過程可知當可變電阻Rc設(shè)定后，無論外部環(huán)境做何種變化，如溫度變化， 流量變化等，引起加熱溫度變化時，本發(fā)明加熱控制電路都可通過調(diào)節(jié)加熱電壓以改變加 熱溫度的控制過程，使氧傳感器的加熱元件的阻值Rd始終穩(wěn)定于設(shè)定值。由于可變電阻采用可編程電阻，故初始工作時，通過適時編程調(diào)節(jié)可編程電阻Rc 的阻值，使其緩慢增大，電壓調(diào)整電路對應地控制加熱溫度與之對應的上升，使得該加熱控 制電路具有軟啟動的功能。氧傳感器加熱控制的目的是保證其內(nèi)部加熱溫度符合設(shè)定要求，并且穩(wěn)定，本發(fā) 明加熱控制電路，只需調(diào)整可變電阻阻值大小，使得電橋電路處于平衡狀態(tài)，即可實現(xiàn)加熱 電阻穩(wěn)定在設(shè)定值上，也就是實現(xiàn)加熱電阻的恒電阻控制。本實施例加熱控制電路對氧傳感器的控制具有如下優(yōu)點1)初始工作時，采用軟啟動模式，即溫度緩慢上升，可在30s左右時間達到設(shè)定溫度。
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2)工作期間，保持溫度穩(wěn)定，不受外圍環(huán)境溫度、氣體流量等因素影響，具有自動 溫度控制功能。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本發(fā)明 精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種氧傳感器加熱控制方法，所述的氧傳感器包括敏感元件和加熱元件，其特征在于該方法通過對所述加熱元件的電阻值進行恒定控制，實現(xiàn)氧傳感器內(nèi)部加熱溫度的穩(wěn)定控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧傳感器加熱控制方法，其特征在于所述的加熱元件由具 有良好溫度特性的鉬材料制成的加熱電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氧傳感器加熱控制方法，其特征在于根據(jù)需要達到的 溫度，程控地設(shè)定所述加熱元件的電阻值。
4.一種采用權(quán)利要求1所述的氧傳感器加熱控制方法的加熱控制電路，其特征在于 它包括電橋電路(1)，其包括第一固定電阻(Ra)、第二固定電阻(Rb)、可變電阻(Re)，所述的 第一固定電阻(Ra)與可變電阻(Re)相連接形成設(shè)定橋臂，所述的第二固定電阻(Rb)與氧 傳感器內(nèi)的加熱元件(Rd)相電連接形成加熱橋臂，且設(shè)定橋臂與加熱橋臂相并聯(lián)；電壓調(diào)整電路(2)，其與設(shè)定橋臂及加熱橋臂的一共同連接端相電連接，用于為電橋電 路⑴提供加熱電壓；誤差放大電路(3)，其電連接在電橋電路⑴和電壓調(diào)整電路(2)之間，用于采集設(shè)定 橋臂上第一固定電阻(Ra)和加熱橋臂上第二固定電阻(Rb)的電壓并對采集的兩電壓值進 行對比以向電壓調(diào)整電路(2)輸出電壓調(diào)控信號；根據(jù)氧傳感器內(nèi)部要達到的加熱溫度，設(shè)定所述可變電阻(Re)的大小，所述的電壓調(diào) 整電路(2)向電橋電路(1)提供加熱電壓，并通過誤差放大電路(3)調(diào)節(jié)輸出電壓大小，控 制所述的氧傳感器的加熱元件(Rd)的電阻值恒定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧傳感器加熱控制電路，其特征在于所述的第一固定電阻 (Ra)與第二固定電阻(Rb)的阻值相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的氧傳感器加熱控制電路，其特征在于所述的可變電阻 (Re)為可編程電阻，根據(jù)氧傳感器內(nèi)部需要達到的溫度，程控地設(shè)定可變電阻(Re)的電阻 值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氧傳感器加熱控制電路，其特征在于在氧傳感器初始工作 時，所述的可變電阻(Re)阻值通過程控調(diào)節(jié)使其緩慢地增大到設(shè)定的阻值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧傳感器加熱控制方法及加熱控制電路，其中，加熱控制電路包括電橋電路、電壓調(diào)整電路、誤差放大電路，根據(jù)氧傳感器內(nèi)部要達到的加熱溫度，設(shè)定電橋電路中可變電阻的大小，電壓調(diào)整電路向電橋電路提供加熱電壓，并通過誤差放大電路調(diào)節(jié)輸出電壓大小，控制氧傳感器的加熱元件的電阻值恒定。本發(fā)明利用氧傳感器的加熱元件具有良好的溫度特性，對加熱元件進行恒電阻值控制，使得氧傳感器能夠穩(wěn)定的處在設(shè)定的溫度下，即保證了氧傳感器加熱溫度的穩(wěn)定，為氧傳感器檢測的可靠性奠定基礎(chǔ)。
文檔編號G05D23/19GK101976086SQ20101052419
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者葉結(jié)伢, 孫邦東, 馬紅星 申請人:中國兵器工業(yè)集團第二一四研究所蘇州研發(fā)中心