CN102841113A - 氮氧传感器氧泵极限电流测量电路 - Google Patents

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尹亮亮
宋巍
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Abstract

本发明公开了一种氮氧传感器氧泵极限电流测量电路，包括控制器，所述氮氧传感器的主泵、辅助泵以及测量泵两端分别并联一测量支路，所述测量支路包括串联连接的精密电阻和二极管，所述精密电阻两端的电压采样信号端连接控制器的输入端。本发明应用在氮氧传感器中，用于测量氧泵的极限电流，无论氧泵的工作电压多高，均能够精确地测量出流过氧泵的极限电流，从而使控制器能够准确地为氧泵提供工作电压，以进一步保证氮氧传感器的测量精度。

Description

氮氧传感器氧泵极限电流测量电路
技术领域
本发明涉及电流测量电路，特别是一种氮氧传感器中氧泵极限电流的测量电路。
背景技术
节能减排已成为当今社会面临的共同问题，各国对空气质量的要求也越来越高，机动车尾气排放已经成为主要的大气污染物。目前，汽车发动机后处理系统中通常选用氮氧传感器来测量所排放的尾气中含有NOx的浓度，并根据氮氧传感器测量的NOx浓度值来采取相应的措施，降低NOx气体的排放，从而使排放的尾气符合国家标准的要求。
氮氧传感器芯片如图2所示，由数层氧化锆陶瓷压制而成，在第二层氧化锆压层中设置有两个空腔——第一空腔和第二空腔，第一空腔内设置有主泵，第二空腔内设置有辅助泵和测量泵，主泵、辅助泵和测量泵用于去除尾气中的O2、HC、CO、CO2等对最终NOx测试结果有影响的气体。氮氧传感器陶瓷芯片采用双空腔多电池结构，通过对空腔内的测量气体进行分室、分级控制，实现对NOx的测量，原理如下：
气体通过第一扩散障7进入第一空腔室5，在该室中由主泵正极1和主泵负极2组成的主泵可以泵入或者泵出第一空腔室5中的O2，并将排气中没有完全氧化的成分（HC、CO和H2）进行氧化。这样，排气在第一空腔室中5只剩下没有分解的NOx和浓度很低（几个ppm）的O2。剩余气体经过第二扩散障8进入第二空腔室6，此时，由主泵正极1和辅助泵负极3组成的辅助泵进一步将剩余的氧离子泵出，使得气体中只剩下没有分解的NOx，此时，由主泵正极1和测量泵负极4组成的测量泵可以将NOx还原成N2和O2。 在测量电极上NOx被分解出来的O2被测量泵不断抽走，产生泵电流，而被抽走的O2与被分解的NOx有一定的关系，此时因抽走O2而产生的泵电流，即代表了气体中的NOx含量，即完成了NOx氮氧传感器对NOx气体的测量。
在主泵、辅助泵、测量泵的工作过程中，由控制器对各个氧泵施加的VP0、VP1、VP2电压，以控制主泵、辅助泵、测量泵泵氧的能力，控制器通过读取电流表IP0、IP1、IP2的电流值来确定各个回路的的极限电流值。但在电压的施加过程中，由于控制策略的要求，经常会出现施加的电压大于氧泵达到饱和电流所需的电压，当电压远远大于氧泵所需极限电流电压时，极限电流会发生突变，此时通过IP0、IP1、IP2读取的电流并不等于极限电流，因此会产生较大误差，影响氮氧传感器的测量精度。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种氮氧传感器氧泵极限电流的测量电路，能够准确测量氧泵的极限电流值，进一步保证氮氧传感器的测量精度。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
氮氧传感器氧泵极限电流测量电路，包括控制器，所述氮氧传感器的主泵、辅助泵以及测量泵两端分别并联一测量支路，所述测量支路包括串联连接的精密电阻和二极管，所述精密电阻两端的电压采样信号端连接控制器的输入端。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明应用在氮氧传感器中，用于测量氧泵的极限电流，无论氧泵的工作电压多高，均能够精确地测量出流过氧泵的极限电流，从而使控制器能够准确地为氧泵提供工作电压，以进一步保证氮氧传感器的测量精度。
附图说明
图1为本发明的电路图。
图2为本发明在氮氧传感器芯片中的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合具体附图对本发明进行进一步详细说明。
氮氧传感器氧泵保护电路，其电路图如1所示，包括控制器M和三个测量支路，测量支路包括串联连接的精密电阻和二极管，所述精密电阻两端的电压采样信号端连接控制器M 的输入端。
其中测量支路Ⅰ包括串联连接的精密电阻R1和二极管D1，精密电阻R1的一端连接控制器的A1输出端，精密电阻R1的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接控制器的A2输出端。精密电阻R1两端的电压采样信号端连接控制器M的输入端AD1和AD2，控制器M用于根据AD1和AD2端采集的信号，计算精密电阻R1的端电压。
测量支路Ⅱ包括串联连接的精密电阻R2和二极管D2，精密电阻R2的一端连接控制器的A1输出端，精密电阻R2的另一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极连接控制器的A3输出端。精密电阻R2两端的电压采样信号端连接控制器M的输入端AD3和AD4，控制器M用于根据AD3和AD4端采集的信号，计算精密电阻R2的端电压。
测量支路Ⅲ包括串联连接的精密电阻R3和二极管D3，精密电阻R3的一端连接控制器的A1输出端，精密电阻R3的另一端连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接控制器的A4输出端。精密电阻R3两端的电压采样信号端连接控制器M的输入端AD5和AD6，控制器M用于根据AD5和AD6端采集的信号，计算精密电阻R3的端电压。
极限电流测量电路应用在氮氧传感器芯片中的结构示意图如图2所示。A1端接主泵正极1，A2端接主泵负极2，A3端接辅助泵负极3，A4端接测量泵负极4。主泵正极1、主泵负极2组成主泵氧泵，主泵正极1、辅助泵负极3组成辅助泵氧泵、主泵正极1、测量泵负极4组成测量泵氧泵。
控制器M分别通过A1A2端、A1A3端、A1A4端给各氧泵施加电压，并且施加的电压在很小的范围内即可保证各氧泵的正常泵氧工作。其中A1端的电压固定且电压高于A2端、A3端、A4端电压，控制器M通过反馈信号控制A2端、A3端、A4端输出控制电压的大小。
测试时，当各氧泵施加电压VP0、VP1、VP2的电压小于二极管的死区电压时，测量支路的旁通电流I2、I5、I8等于0，此时测量的IP0=I1=I3、IP1=I4=I6、IP2=I7=I9。也就是说，电流表IP0、IP1、IP2测量的电流值即为氧泵的极限电流。
当控制器M对主泵施加的电压VP0的电压大于二极管D1的死区电压时，二极管D1导通，此时，控制器M通过采集精密电阻R1两端的电压信号AD1、AD2的值，计算出精密电阻R1的端电压，然后根据精密电阻R1的阻值计算出流过精密电阻R1的电流，即得到二极管D1的旁通电流I2的大小。最后通过公式：I3=IP0-I2计算得出主泵的极限电流值I3。
同理，当控制器M对辅助泵施加的电压VP1大于二极管D2的死区电压时二极管D2导通，此时，控制器M通过采集精密电阻R2两端的电压信号AD3、AD4的值，计算出精密电阻R2的端电压，然后根据精密电阻R2的阻值计算出流过精密电阻R2的电流，即得到二极管D2的旁通电流I5的大小。最后通过公式：I6=IP1-I5计算得出辅助泵的极限电流值I6。
当控制器M对测量泵施加的电压VP2大于二极管D3的死区电压时二极管D3导通，此时，控制器M通过采集精密电阻R3两端的电压信号AD5、AD6的值，计算出精密电阻R3的端电压，然后根据精密电阻R3的阻值计算出流过精密电阻R3的电流，即得到二极管D3的旁通电流I8的大小。最后通过公式： I9=IP2-I8计算得出测量泵的极限电流值I9。

Claims (1)

1.一种氮氧传感器氧泵极限电流测量电路，包括控制器，其特征在于：所述氮氧传感器的主泵、辅助泵以及测量泵两端分别并联一测量支路，所述测量支路包括串联连接的精密电阻和二极管，所述精密电阻两端的电压采样信号端连接控制器的输入端。
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