CN102854393A - 氮氧传感器加热检测电路及加热检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮氧传感器的加热检测电路及加热检测方法，加热检测电路包括分离设置的加热电路和检测电路，以保证能够精确地测量加热器的电阻值。本发明通过单片机对电路的控制，可以使电路输出占空比可调的加热电压，并通过检测电路实时反馈加热器的阻值大小，达到精确控制加热器温度的目的。采用本发明能够精确控制氮氧传感器的加热温度，使氮氧传感器始终在稳定的温度值下工作。

Description

氮氧传感器加热检测电路及加热检测方法

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机后处理系统中的氮氧传感器，尤其涉及一种氮氧传感器的加热检测电路。

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的NOx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。

氮氧传感器芯片由信号功能层与加热器组合而成，信号功能层主要完成一系列的电化学及催化分解反应，以实现对NOx气体的测量；加热器主要给芯片加热，使之达到信号功能层电化学及催化反应所需要的温度。目前氮氧传感器的加热器多采用三线式热电偶结构，即在热电偶的头部和电源线引线接头处连接一用于采集热电偶头部电阻值的测量电极；然后根据测量的电阻值进一步控制氮氧传感器的工作温度，以保证氮氧传感器的正。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种氮氧传感器加热检测电路，用于控制氮氧传感器中三线式热电偶加热器的工作状态，以保证氮氧传感器能够在特定的温度下精确测量尾气中Nox的含量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种氮氧传感器加热检测电路，所述连接在氮氧传感器加热器三个接线端（H+、H-、A）的加热检测电路包括单片机、以及受单片机控制的加热电路和检测电路；

所述加热电路用于为加热器加热，包括加热电源，加热电源经三极管T1与加热器的正极H+连接，加热器的负极H-接地；三极管T1的基极经电阻R6与单片机连接；

所述检测电路用于实时监测加热器的电阻值，包括标准电源模块，标准电源模块依次经三极管T2、二极管D4、精密电阻R1与加热器的正极H+连接，三极管T2的基极经电阻R7与单片机连接；所述精密电阻R1的两端分别连接检测支路Ⅰ和检测支路Ⅱ，加热器的测量极A连接一检测支路Ⅲ，检测支路Ⅰ、检测支路Ⅱ和检测支路Ⅲ的输出端均经三极管T3接地，三极管T3的基极经电阻R8与单片机连接。

所述检测支路的具体结构为：所述检测支路Ⅰ包括串联连接在二极管D4和三极管T3集电极之间的电阻R2和二极管D1，二极管D1的正极与单片机的AD1端连接；检测支路Ⅱ包括串联连接在加热器正极H+和三极管T3集电极之间的电阻R3和二极管D2，二极管D2的正极与单片机的AD2端连接；检测支路Ⅲ包括串联连接在加热器测量极A和三极管T3集电极之间的电阻R4和二极管D3，二极管D3的正极与单片机的AD3端连接；所述二极管D1、二极管D2和二极管D3的负极均经电阻R5与标准电源模块（IC）的输出端连接。

氮氧传感器加热检测方法，包括以下步骤：

1）单片机按照固定频率向加热器发送检测电压U1和加热电压U2，所述检测电压U1为标准电压Vcc，加热电压U2为可调电压；

2）加热时，单片机控制三极管T2关断、三极管T1和三极管T 3导通，加热电源U经过三极管T1到达加热器的正极H﹢，然后经过加热器负极H﹣到达参考地，完成加热过程；

3）检测时，单片机M控制三极管T2导通、三极管T1和T3关断，电压模块IC输出标准电压Vcc，标准电压Vcc依次经三极管T2、二极管D4、精密电阻R1到达加热器；此时，单片机根据采样点AD1、AD2采样得到精密电阻R1两端的电压Ue，通过公式I=Ue/R1计算流经精密电阻R1的电流I；单片机根据采样点AD2、AD3采样得到加热器的两端电压U_T，根据公式R=U_T/I计算得出加热器的电阻值；

4）单片机根据计算的加热器电阻值，控制加热电路启动，并根据电阻值与标准电阻值的差值调节加热电压U2，使加热器保持稳定的工作温度。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明的加热检测电路将加热电路和检测电路分开设置，并通过单片实现加热过程以及检测过程处于分离的工作状态，从而使加热器的电阻值计算更为精确。单片机根据计算得知的电阻值控制加热电路的工作状态，可靠地保证了氮氧传感器始终工作在稳定的温度下，以进一步提高尾气中Nox的测量。

附图说明

图1为本发明的电路图。

图2为本发明所施加的加热占空比电压和检测电压示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。

一种氮氧传感器加热检测电路，如图1所示。加热检测电路连接在氮氧传感器加热器三个接线端（H+、H-、A），包括单片机M、加热电路和检测电路；单片机M用于控制加热电路和检测电路的工作状态。

加热电路，用于为加热器提供加热电压升温，使氮氧传感器达到工作温度。加热电路包括加热电源U和三极管T1，加热电源U经三极管T1与加热器的正极H+连接，加热器的负极H-接地；三极管T1的基极经电阻R6与单片机M连接。

检测电路，用于检测加热器的实时阻值，即反馈加热器实时温度给单片机，通过单片机不断调节，使氮氧传感器始终处于固定的工作温度。检测电路包括标准电源模块IC，标准电源模块IC依次经三极管T2、二极管D4、精密电阻R1与加热器的正极H+连接，三极管T2的基极经电阻R7与单片机M连接。在精密电阻R1和三极管T2之间串联连接的二极管D4，用于防止反向电流和反向电压对三极管T2、单片机M造成影响。

上述精密电阻R1的两端分别连接检测支路Ⅰ和检测支路Ⅱ，加热器的测量极A连接一检测支路Ⅲ，检测支路Ⅰ、检测支路Ⅱ和检测支路Ⅲ的输出端均经三极管T3接地，三极管T3的基极经电阻R8与单片机M连接。检测支路的设置为防止单片机的AD转换端口在加热阶段的电压大大超过其本身最大允许输入电压而损坏单片机。

检测支路Ⅰ包括串联连接在二极管D4和三极管T3集电极之间的电阻R2和二极管D1，二极管D1的正极与单片机M的AD1端连接；检测支路Ⅱ包括串联连接在加热器正极H+和三极管T3集电极之间的电阻R3和二极管D2，二极管D2的正极与单片机M的AD2端连接；单片机根据采样点AD1和AD2采集的电压信号，确定精密电阻R1两端的电压值Ue。检测支路Ⅲ包括串联连接在加热器测量极A和三极管T3集电极之间的电阻R4和二极管D3，二极管D3的正极与单片机M的AD3端连接；单片机根据采样点AD2和AD3采集的电压信号，确定加热器两端的电压值U_T。上述二极管D1、二极管D2和二极管D3的负极均经电阻R5与标准电源模块IC的输出端连接，用于防止在检测时，电阻R2、电阻R3、电阻R4上产生电流，对测量的结果产生影响。

本发明所述的氮氧传感器加热检测方法，基于上述加热检测电路，包括以下步骤：

1）单片机按照固定频率向加热器发送检测电压U1和加热电压U2，如图2所示。检测电压U1为标准电压Vcc，占空比固定不变，以防对最终的测量结果产生影响；加热电压U2为可调电压，其占空比大小的调节是由单片机M通过检测反馈的加热器的实时阻值进行控制。

2）加热时，单片机控制三极管T2关断、三极管T1和三极管T 3导通，加热电源U经过三极管T1到达加热器的正极H﹢，然后经过加热器负极H﹣到达参考地，完成加热过程。

由于分压电阻R2、R3、R4，二极管D1、D2、D3和三极管T2、T3的共同作用，使得采样点AD1、AD2、AD3处的电压不超过1.5V，从而很好地保护了单片机M的AD转换端口。

加热过程中，加热电压采用占空比电压施加方式，加热电压U2的大小由单片机M控制三极管T1的导通时间决定。加热初期，占空比较大，即加载在氮氧传感器加热器两端的加热电压较大，这样能够使氮氧传感器陶瓷芯片迅速升温，尽快使氮氧传感器达到工作状态；随着加热的进行，氮氧传感器的加热器电阻值变小，所以施加的加热电压U2不断变小，以防止过大的电流对加热器造成损伤；当加热器阻值到达一设定值，即氮氧传感器已加热到所需的工作温度时，单片机M控制加热电压U2固定。

氮氧传感器工作过程中，当氮氧传感器所处的环境温度有所波动时，单片机也会适时控制加热电压U2进行适当的增大或降低，以维持加热器的阻值，使得氮氧传感器的工作温度稳定为一定值。

3）检测时，单片机M控制三极管T2导通、三极管T1和T3关断，即加热电压U2被三极管T1从电路中断开停止工作，而此时电压模块IC输出标准电压Vcc，标准电压Vcc依次经三极管T2、二极管D4、精密电阻R1到达加热器正极H﹢、测量极A、加热器负极H﹣接地。检测过程中，单片机根据采样点AD1、AD2采样得到精密电阻R1两端的电压Ue，通过公式I=Ue/R1计算流经精密电阻R1的电流I；此时，流经R1的电流等于流经加热器T的电流，单片机根据采样点AD2、AD3采样得到加热器的两端电压U_T，根据公式R=U_T/I计算得出加热器的电阻值；由于加热器的电阻值与氮氧传感器的工作温度具有一一对应关系，因此得出加热器的电阻值，即可得出当前氮氧传感器的工作温度。

4）单片机根据计算的加热器电阻值，控制加热电路启动，并根据电阻值与标准电阻值的差值调节加热电压U2，使加热器保持稳定的工作温度。本发明中单片机M通过控制功率三极管T1导通时间的长短达到控制加热电压U2的占空比大小。

Claims (3)

1.一种氮氧传感器加热检测电路，其特征在于：所述连接在氮氧传感器加热器三个接线端（H+、H-、A）的加热检测电路包括单片机（M）、以及受单片机（M）控制的加热电路和检测电路；

所述加热电路用于为加热器加热，包括加热电源（U），加热电源（U）经三极管T1与加热器的正极H+连接，加热器的负极H-接地；三极管T1的基极经电阻R6与单片机（M）连接；

所述检测电路用于实时监测加热器的电阻值，包括标准电源模块（IC），标准电源模块（IC）依次经三极管T2、二极管D4、精密电阻R1与加热器的正极H+连接，三极管T2的基极经电阻R7与单片机（M）连接；所述精密电阻R1的两端分别连接检测支路Ⅰ和检测支路Ⅱ，加热器的测量极A连接一检测支路Ⅲ，检测支路Ⅰ、检测支路Ⅱ和检测支路Ⅲ的输出端均经三极管T3接地，三极管T3的基极经电阻R8与单片机（M）连接。

2.根据权利要求1所述的氮氧传感器加热检测电路，其特征在于：所述检测支路Ⅰ包括串联连接在二极管D4和三极管T3集电极之间的电阻R2和二极管D1，二极管D1的正极与单片机（M）的AD1端连接；检测支路Ⅱ包括串联连接在加热器正极H+和三极管T3集电极之间的电阻R3和二极管D2，二极管D2的正极与单片机（M）的AD2端连接；检测支路Ⅲ包括串联连接在加热器测量极A和三极管T3集电极之间的电阻R4和二极管D3，二极管D3的正极与单片机（M）的AD3端连接；所述二极管D1、二极管D2和二极管D3的负极均经电阻R5与标准电源模块（IC）的输出端连接。

3.一种氮氧传感器加热检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1）单片机按照固定频率向加热器发送检测电压U1和加热电压U2，所述检测电压U1为标准电压Vcc，加热电压U2为可调电压；

2）加热时，单片机控制三极管T2关断、三极管T1和三极管T 3导通，加热电源U经过三极管T1到达加热器的正极H﹢，然后经过加热器负极H﹣到达参考地，完成加热过程；

3）检测时，单片机M控制三极管T2导通、三极管T1和T3关断，电压模块IC输出标准电压Vcc，标准电压Vcc依次经三极管T2、二极管D4、精密电阻R1到达加热器；此时，单片机根据采样点AD1、AD2采样得到精密电阻R1两端的电压Ue，通过公式I=Ue/R1计算流经精密电阻R1的电流I；单片机根据采样点AD2、AD3采样得到加热器的两端电压U_T，根据公式R=U_T/I计算得出加热器的电阻值；

4）单片机根据计算的加热器电阻值，控制加热电路启动，并根据电阻值与标准电阻值的差值调节加热电压U2，使加热器保持稳定的工作温度。

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