CN115184543A - 尾气测量设备及其温度控制装置和方法 - Google Patents

尾气测量设备及其温度控制装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115184543A
CN115184543A CN202110370667.0A CN202110370667A CN115184543A CN 115184543 A CN115184543 A CN 115184543A CN 202110370667 A CN202110370667 A CN 202110370667A CN 115184543 A CN115184543 A CN 115184543A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
reference element
measurement reference
measurement
sensing unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110370667.0A
Other languages
English (en)
Inventor
季绪飞
丁晓蕊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Automotive Changchun Co Ltd
Original Assignee
Vitesco Automotive Changchun Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Automotive Changchun Co Ltd filed Critical Vitesco Automotive Changchun Co Ltd
Priority to CN202110370667.0A priority Critical patent/CN115184543A/zh
Publication of CN115184543A publication Critical patent/CN115184543A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0037—NOx
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0073—Control unit therefor
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
    • G05D23/24—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及尾气测量设备及其温度控制装置和方法。该温度控制装置包括导通占空比可调的测量基准元件，所述测量基准元件连接到所述尾气测量设备的感知单元，以及处理器，所述处理器被配置为使得在所述测量基准元件导通期间经由所述测量基准元件执行所述感知单元内部温度的温度控制和温度测量两者，其中，所述处理器被配置为基于感知单元内部的测量温度与目标温度之间的温度差来调节所述测量基准元件的导通占空比。

Description

尾气测量设备及其温度控制装置和方法
技术领域
本发明涉及汽车尾气测量。更具体地说，本发明涉及用于汽车尾气测量的温度控制。
背景技术
随着环境污染问题的不断加剧，作为主要污染源之一的汽车尾气排放污染物治理已经受到广泛的重视，并且对汽车尾气排放制定了越来越高的排放标准。因此，尾气测量将会对于配件的保护和尾气处理越来越重要。
氮氧传感器(NOx sensor)依然是一种重要的尾气测量工具，其可用来检测发动机尾气中如N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5等氮氧化物(NOx)的含量。
图1示出了示例性的氮氧传感器，其可由感知单元、控制模块(ECU)、和连接电缆组成。感知单元用于检测发动机尾气中的NOX浓度和/或氧气的浓度，并将相应的信号传输给ECU，以供进行控制。
除非另有说明，否则不应假定本节中描述的任何方法和装置仅仅因为包含在本节中而成为现有技术。同样，除非另有说明，否则关于一种或多种方法和装置所认识出的问题不应在本节的基础上假定在任何现有技术中都认识到。
发明内容
本发明提出了改进的用于汽车尾气(诸如氮氧化物)测量的设备，以实现汽车尾气的精确测量。
本发明还提出了改进的用于汽车尾气测量的温度控制。特别地，通过采用工作占空比可调的基准元件来同步地执行温度测量和加热控制两者，能够以在成本和效率方面都有益的方式实现气体精确测量。
根据一个方面，本发明涉及一种用于尾气测量设备的温度控制装置，所述温度控制装置包括导通占空比可调的测量基准元件，所述测量基准元件连接到所述尾气测量设备的感知单元，以及处理器，所述处理器被配置为使得在所述测量基准元件导通期间经由所述测量基准元件执行所述感知单元内部温度的温度控制和温度测量两者，其中，所述处理器被配置为基于感知单元内部的测量温度与目标温度之间的温度差来调节所述测量基准元件的导通占空比。
根据本发明的另一方面，提供了一种尾气测量设备，包括前述的温度控制装置，以及感知单元，所述感知单元用于进行尾气测量，其中，所述温度控制装置进行所述感知单元内部的温度测量和温度控制。
本发明的温度控制装置和尾气测量设备还具有其它有利的技术特征，这些技术特征可以单独应用或者以技术上可能的方式进行任意组合。
从参照附图的示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
下面参照附图说明本发明的优选实施例，在附图中：
图1是氮氧传感器的示意图；
图2示出一种常规氮氧传感器的示意性结构图；
图3示出另一种常规氮氧传感器的示意性结构图；
图4示出常规氮氧传感器的操作时序图。
图5示出根据本发明的实施例的温度控制装置的示意性结构图；
图6示出根据本发明的尾气测量设备的操作时序图。
图7示出根据本发明的第一实施例的尾气测量设备的示意性结构图；
图8示出根据本发明的第二实施例的尾气测量设备的示意性结构图；
图9示出根据本发明的第三实施例的尾气测量设备的示意性结构图；
图10示出根据本发明的第四实施例的尾气测量设备的示意性结构图；
图11示出根据本发明的第五实施例的尾气测量设备的示意性结构图；
图12示出根据本发明的第六实施例的尾气测量设备的示意性结构图。
图13示出根据本发明的第七实施例的尾气测量设备的示意性结构图；
图14示出根据本发明的第八实施例的尾气测量设备的示意性结构图；
图15示出根据本发明的第九实施例的尾气测量设备的示意性结构图；
图16示出根据本发明的温度控制方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例并且结合附图对本发明的技术方案做进一步的具体说明，所述说明旨在对本发明的总体构思进行解释，而不应当理解为对本发明的限制。
此外，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与至少根据本发明的方案密切相关的处理步骤和/或设备结构，而省略了与本发明关系不大的其他细节。还应注意，在附图中相似的附图标记和字母指示相似的项目，并且因此一旦一个项目在一个附图中被定义，则对于随后的附图无需再对其进行论述。
为了实现氮氧化物高精度测量，氮氧传感器感知单元内部，包括陶瓷体及其催化还原电极，需要工作在较高且稳定的温度下。为此，通过采用加热控制装置来实现氮氧传感器感知单元内部温度的测量与加热控制(高温恒温控制)。感知单元内部常常集成一个加热电阻，通过测量该加热电阻阻值来获取感知单元内部温度，测量的温度与目标温度对比，进而调节通过加热电阻的能量实现氮氧传感器感知单元内部恒温控制。
为了测量加热电阻阻值，需要在加热回路上串联一个参考电阻，测量该参考电阻两端电压，然后除以其阻值得到该回路上的电流，再将测得的加热电阻两端电压除以该电流得到加热电阻阻值，进而得知加热电阻的温度，最后进行温度控制。
取决于参考电阻的应用方式，当前主要采用以下的方案来实现传感器温度的测量与控制。
方案一：恒流或恒压源与标准参考电阻串联实现传感器温度的控制与温度的测量。
图2示出了该方案中的传感器的示意性结构图。如图2所示，外部电源为氮氧传感器温度测量与控制系统(ECU)供电，电压调整器调节外部供电电压(Ubatt)并输出恒定电压(Vcc)为微处理器模块供电，RS为参考电阻，微处理器模块测量加热电阻阻值并输出控制信号(Control)控制恒流或恒压源的电流或电压输出，恒流源或恒压源接受控制信号输出稳定的电流或电压(Output)。
RH是集成在传感器感知单元的加热电阻，RL是加热电阻RH引到控制系统(ECU)的等效引线电阻，共两个。微处理器模块基于参考电阻Rs通过三线法测取加热电阻阻值RH，根据加热电阻阻值与其温度的关系得到传感器感知单元内部温度，经过相关计算输出控制信号到恒流或恒压源，使其输出受控的电流或者电压，调节能量输出，最终实现恒温控制。
在该方案中，参考电阻需要一直串联在加热回路中，无论是加热阶段还是测量阶段，这样参考电阻都会一直消耗系统能量，并产生热量，不节能环保。另外，该方案中采用了恒压源或者恒流源，而且对恒压源或者恒流源的控制精度要求较高，这样导致系统复杂，成本高。
方案二：双开关分时控制实现传感器温度的控制与温度的测量。
图3示出了方案二中的传感器的示意性结构图。如图3所示，外部电源为氮氧传感器温度测量与控制系统(ECU)供电，电压调整器调节外部供电电压(Ubatt)使其输出恒定电压(Vcc)为微处理器模块供电。RS为参考电阻，K1为温度测量回路控制开关，K2为加热回路控制开关，电流或电压激励源为温度测量回路提供电流或电压激励，二极管D1提供防反保护，保护K1断开K2闭合时外部电源电压流入电流或电压激励源的输出端，微处理器模块分时打开K1和K2实现加热的控制与温度的测量。RH是集成在传感器感知单元的加热电阻，RL是加热电阻RH引到控制系统(ECU)的等效引线电阻，共两个。
该方案通过开关分时控制加热与电阻测量，即分配两个独立的时间段完成加热的控制和温度的测量，其中开关常用MOSFET或者晶体管实现。在温度测量阶段，微处理器模块接通温度测量回路控制开关K1,断开加热控制回路控制开关K2,外部电源电压流入电流或电压激励源，电流或电压激励源输出稳定且幅值较小的电流或电压为测量回路供电，微处理器模块基于参考电阻Rs通过三线法测取加热电阻阻值RH,再根据加热电阻阻值与温度的关系得到传感器感知单元内部温度。温度测量阶段完成后，微处理器模块断开开关K1,接通加热控制开关K2，系统进入加热控制阶段，外部电源的能量通过K2传递到加热电阻，微处理器对比测得的温度与目标温度，经过相关计算得到开关K2的导通时间，调节外部电源的能量传递，最终实现恒温控制。
该方案中，参考电阻没有一直串联到加热回路中，在加热阶段的加热的大电流没有流经参考电阻，且温度测量阶段的电流或电压激励源输出幅值较小且导通时间较短，减少了参考电阻浪费系统能量的问题，但测量阶段测量回路需要供电，尤其是需要专门的电流源/电压源模块进而仍存在一定的系统能量浪费。电流或电压激励源的使用尽管为电阻的测量提供稳定的电流或电压，提高了电阻的测量精度，但也增加了系统的复杂性和成本。
另外，该方案的温度测量需要分配独立的时间段，浪费系统时间，进而会降低整个氮氧传感器的响应速度，对法规要求的快速响应提出了挑战。此外，在方案二中，由传统的一路温度测量控制方式变换成两路分时测量与控制方式，系统复杂、成本高。分时控制浪费传感器机器时间，微处理器做时间管理时需要分配一个专用且较长的时间段完成开关的切换和温度的测量与控制，传感器的响应时间变长，降低了传感器的响应速度，对于需要快速响应的氮氧传感器影响尤为严重。
图4示出了现有技术中的根据方案二的常规氮氧传感器的操作时序图。如图4所示，T1为加热控制时间，T3为温度测量时间，T4为氮氧化物测量时间，T2为整个传感器的响应时间。由此可见，专门分配的温度测量时间T3导致系统响应时间增加。
鉴于此，本发明提出了采用导通时间(占空比)可调的器件作为连接到传感器的感知单元的测量基准元件来执行感知单元的温度测量和加热控制两者，能够以在成本和效率方面都有益的方式实现汽车尾气精确测量。特别地，根据本发明的实施例，该器件的导通时间(占空比)被适当控制为仅占工作周期的一部分，并且在该器件的导通期间，能够经由该器件执行温度测量和加热控制两者，这样能够节省能量消耗和时间浪费，并且提高了测量的精度。
根据本发明的实施例，提供了一种用于尾气测量设备的温度控制装置，包括：导通占空比可调的测量基准元件，所述测量基准元件连接到所述尾气测量设备的感知单元，以及处理器，所述处理器被配置为使得在所述测量基准元件导通期间经由所述测量基准元件执行所述感知单元内部的温度控制和温度测量两者，其中，所述处理器被配置为基于感知单元内部的测量温度与目标温度之间的温度差来调节所述测量基准元件的导通占空比。
根据本发明的实施例，所述感知单元包括加热元件，并且所述测量基准元件连接到所述加热元件。这样，在测量基准元件导通期间，一方面能够获取该加热元件的相关信息以供检测传感器的感知单元内部的温度，另一方面能够经由测量基准元件向加热元件提供能量，从而控制检测传感器的感知单元内部的温度接近或者到达目标温度。该加热元件能够实现为各种形式。作为示例，该加热元件可以是加热电阻。特别地，根据本发明的实施例，所述处理器被配置为在所述测量基准元件导通期间基于所述测量基准元件获取所述加热电阻的电阻值以测量所述感知单元内部的温度，并且其中，在所述测量基准元件导通期间经由所述测量基准元件向所述加热电阻供电来对所述感知单元内部的温度进行控制。
图5示出了根据本发明的实施例的温度测量装置的示意性结构图。其中，如图中的虚线所示，温度测量装置至少包含处理器和测量基准元件。电压调整器调节来自外部电源的供电电压，并输出恒定电压为处理器供电。应指出，尽管附图中所示的电压调整器没有被包含在温度测量装置中，但是根据本发明的另外实现，电压调整器也可以包含在温度测量装置中。另外，应指出，电压调整器也不是必需的。例如，如果外部电源的供电电压输出稳定且适当的情况下，则可以直接由外部电源直接供电，而无需电压调整器。
如图5中所示，处理器能够通过输入接口IN 1获取基准元件的与感知单元内部的温度测量有关的信息，以及通过输入接口IN 2获取感知单元的、即加热元件的与感知单元内部的温度测量有关的信息，并且通过CTRL接口与基准元件连接以对基准元件进行控制。应指出，接口IN 1、IN 2、CTRL仅是示例性的，其可以包含各种实现方式，例如简单的I/O接口，或者包含各种适当数据处理单位的接口电路/芯片等。
根据本发明的实施例，所获取的信息可以为各种类型的信息，例如取决于温度测量所采用的方式。特别地，在通过确定加热元件的电阻值来测量感知单元内部的温度的情况下，该信息可以是用于确定加热元件的电阻值的任何信息，例如基准元件和加热元件的电压的相关信息，流经基准元件和加热元件的电流的相关信息等等。
根据本发明的实施例，所述测量基准元件的用于温度测量的信息是与所述测量基准元件两端的电压有关的信息；并且其中，所述感知单元的用于温度测量的信息是与所述感知单元中的加热元件两端的电压有关的信息。根据一个实施例，测量基准元件/加热元件的电压有关的信息可以是测量基准元件/加热元件两端的电压本身，或者能够从中获取测量基准元件/加热元件两端的电压的其它电压信息。作为示例，在存在加热元件连接到温度控制装置的等效引线电阻的情况下，所采集的电压信息可能例如包括与引线电阻有关的电压信息，而从该电压信息能够得出加热元件两端的电压。
根据本发明的实施例，所述测量基准元件与所述加热电阻串联，并且所述处理器被配置为在所述测量基准元件导通期间，基于测量基准元件两端的电压确定流经所述测量基准元件和所述加热电阻的电流；并且基于所述加热电阻两端的电压和所述电流来计算加热电阻的电阻值，其中，所述测量温度基于所述加热电阻的电阻值被确定。
根据本发明的实施例，处理器通过CTRL接口与基准元件连接，并且经由该接口对基准元件进行控制，特别地是导通时间(占空比)的控制。根据一个实施例，测量基准元件的导通占空比基于感知单元内部的测量温度与目标温度之间的温度差被设定/调节，从而能够适应性地调整经由测量基准元件的能量供给以便控制感知单元内部的温度接近或者达到目标温度。在此情况下，根据本发明的实施例，处理器可包含占空比控制单元，其能够控制基准元件的导通时间，例如PWM单元，其能够根据所测量温度与预期温度之间的温度差来控制基准元件的导通脉冲宽度。这样所设定的导通占空比(时间)可被称为加热时间，而根据本发明的实施例，在此时间段内还经由测量基准元件进行感知单元内部的温度测量。
应理解，图5仅仅是温度控制装置的概略性结构配置，可选地，温度控制装置还可以包括未示出的其它部件，诸如存储器等。例如，处理器可以直接或间接(例如，中间可能连接有其它部件)连接到存储器，以进行数据的存取。存储器可以存储由处理器获取的和产生的各种信息、用于处理器操作的程序和数据等。存储器还可以位于温度控制装置内但在处理器之外，或者甚至位于温度控制装置之外。存储器可以是易失性存储器和/或非易失性存储器。例如，存储器可以包括但不限于随机存储存储器(RAM)、动态随机存储存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、闪存存储器。
应指出，上述的处理器可采用多种其它形式来实现，例如可以是通用处理器，也可以是专用处理器，例如ASIC。此外，处理器上可以承载用于使电路(硬件)或中央处理设备工作的程序(软件)。该程序能够存储在存储器(诸如，布置在存储器中)或从外面连接的外部存储介质中，以及经由网络(诸如，互联网)下载。
图6示出了根据本发明的尾气测量设备的操作时序图，其中T1为加热控制时间，T3为温度测量时间，T4为氮氧化物测量时间，T2为整个传感器的响应时间。如图6所示，温度测量(T3)被包含在加热控制时间段内(T1)的导通时间中，即测量基准元件导通进行控温时，同步实现温度测量，提高了系统响应速度，降低了系统时间浪费。
根据本发明的实施例，T1可以被适当地设定，主要考虑满足最大工况控制，也就是说在最大工作负载下仍能够实现稳定控制。例如可以根据先验经验、根据实验数据，根据温度控制和加热是否超调等等被适当地设定。此外，在操作期间T2的时长能够基本保持固定，这样能够使得系统响应保持稳定，而且相比于之前所述的现有技术，系统响应得到提高。
根据本发明的实施例，T3可在T1中被适当的布置。优选地，测量T3最好处于T1刚开始，例如T3的上升沿与T1开始对齐，如图6所示，这样就可以通过简单的方式保证每次测量的时间间隔相同，从而减小温度控制误差。
应指出，图6仅仅是示例性的，其中T3被包含在T1中主要旨在说明温度测量是在加热控制期间发生的，而它们的位置关系并不构成限制。在实际操作中，温度测量操作可以在加热控制期间的导通时段中的适当处执行，也即是说，T3可以包含在T1的导通占空比中的任意位置处，例如可以在执行一定时间的加热控制之后执行温度测量，甚至T3的结束时间可以与导通占空比的下降沿对齐。
根据本发明的实施例，所述温度控制装置可通过至少一个控制周期来控制所述感知单元内部的温度以达到目标温度，其中，在每个控制周期中所述温度控制装置的测量基准元件的导通占空比基于前一控制周期中所确定的温度差被设定。特别地，初始控制周期中测量基准元件的导通占空比可以是被预先设定的初始值，例如其可以根据经验设定。
特别地，感知单元的温度加热和测量可以是分段式进行的。也即是说，可能存在一个或多个加热控制时间周期，例如存在多个时间周期为T1，在每个时间周期中能够例如步进式地逐段地进行温度测量和控制，这样能够通过阶段时控制来实现温度地稳步升高，避免了由于温度突然升高到目标温度对于器件造成不利影响。每个时间周期中所对应的目标控制温度可以是根据最终的目标控制温度被设定的，例如按照周期数目均匀划分目标控制温度，或者按照特定分布形式被设定。作为一个示例，图6所示的T2为一个传感器测量操作周期，并且对应于分段式感知单元的温度加热和测量，可以相应地存在多个传感器测量操作周期，即存在多个T2，每个T2如图6所示。作为另一示例，一个传感器测量操作周期T2中可以包含多个加热控制时间周期T1，其中在通过加热控制达到目标温度后执行尾气测量。
根据本发明的实施例，基准元件可以指示任何适当形式的导通时间(占空比)可控的器件，例如可以是MOSFET晶体管，双极晶体管，或者其它适当类型的的导通时间(占空比)可控的元件。作为一个示例，利用MOSFET作为基准元件，其体电阻作为参考电阻，成本低。
在本发明中，能够控制该测量基准元件的导通时间长度来控制经由测量基准元件向感知单元内部的能量供给，从而在测量基准元件导通时实现感知单元内部的温度控制，并且该测量基准元件本身可用作参考电阻来帮助确定感知单元内部的温度。这样传感器感知单元工作温度的测量在加热控制过程中同步完成，不用另外分配专用时间，减小系统时间浪费，大大节省了系统时间，提高了传感器的响应速度，而且无需外接参考电阻，电路简单可靠，将温度测量阶段的能量损耗降到最低。
特别地，相比与前述方案一，本发明无需使用恒流或恒压源也无需使得固定参考电路一直接入到加热回路中，大大降低了能量消耗，电路的复杂性和成本都大大降低；相比于前述方案二，本发明实现了加热控制与温度测量同步完成，而无需采用额外的控制回路和额外的操作周期来进行温度测量，降低了系统复杂性与成本，提高了传感器的响应速度。
根据本发明的实施例，温度控制装置还可以包含其他适当的模块，以便进一步提高操作的精度。
根据本发明的实施例，温度控制装置还可以包括模数转换器(ADC)，其用于对所获取的所述测量基准元件和/或所述感知单元的用于温度测量的信息进行模数转换，并且其中，所述处理器基于所述经模数转换的信息来确定所述感知单元内部的测量温度。这样，通过数字方式进行处理，能够提高处理精度，减小处理开销。根据一个实施例，模数转换器(ADC)可包含分别与测量基准元件和加热元件对应的ADC。作为示例，ADC可以位于处理器之外，例如将测量基准元件和加热元件的信息进行数字化并发送给处理器。作为另一示例，ADC可以被集成在处理器中。
根据本发明的实施例，温度控制装置还可以包含其他的模数转换器，以用于对其他可能的输入信息进行数字化处理。
根据本发明的实施例，基准元件和加热元件的电压信息可以采用适当的方式来获取。
根据本发明的一个实施例，可以通过分压电路来获得基准元件两端的电压以及与加热元件有关的电压。特别地，例如在外部供电电源相对稳定、干扰较小或者对成本管控高的情况，可用电阻分压方式来将分压电压传递给微处理器。
图7示出了根据本发明的第一实施例的尾气测量设备的结构图，其中氮氧传感器温度测量与控制系统为本发明的温度控制装置的示例，微处理器模块为本发明的处理器的示例，MOSFET为测量基准元件的示例，传感器加热电阻RH为加热元件的示例。其中采用分压模块来获取测量基准元件以及加热元件有关的电压并输入处理器。应指出，图7中的附图标记的含义可以等同地应用于本发明的其它附图，在其他附图的说明中更将不再详细描述。
此外，考虑到传感器加热电阻阻值的测量在加热控制阶段完成，外部电源电压的波动和干扰会影响电阻测量精度。根据本发明的实施例，为了提高测量的精度，可以进一步对基准元件两端的电压进行更精确的采集，例如采用放大器电路来放大所采集的电压信号。
根据本发明的实施例，温度控制装置还可包括放大模块，其中，所述放大模块对所获取的所述测量基准元件和/或所述感知单元的用于温度测量的信息进行放大，其中，所述处理器基于所述经放大的信息来确定所述感知单元内部的测量温度。优选地，放大模块可以是差分放大模块。这样滤除了外部电源干扰，方法简单可靠，提高了温度测量精度。
根据本发明的实施例，温度控制装置还可包括滤波模块，其中，所述滤波模块对所获取的所述测量基准元件和/或所述感知单元的用于温度测量的信息进行滤波，其中，所述处理器基于所述经滤波的信息来确定所述感知单元内部的测量温度。这样滤除了信号噪声干扰，提高了温度测量精度。滤波模块可以采用本领域中已知的多种滤波操作进行滤波，这里将不再详细描述。根据本发明的另一实施例，更优选地，滤波模块可以与放大模块相组合，从而能够实现对用于温度测量的信息进行放大和滤波。作为一个示例，可以首先对该信息进行放大，然后对放大后的信息进行滤波，继而基于得到的信息来确定温度。作为另一示例，可以首先对该信息进行过滤，然后对过滤后的信息进行放大，继而基于得到的信息来确定温度。
根据本发明的实施例，用于温度测量的信息可以是例如基准元件和加热元件的电压的相关信息。根据一个实施例，放大模块可以包括分别对应于基准元件和加热元件的放大模块，分别对于基准元件两端的电压以及与加热元件有关的电压进行的放大。
放大模块可以采用各种适当的方式来实现，例如基于MOSFET晶体管的放大模块，基于双极性晶体管的放大模块，或者任何能够起到放大作用的电路结构。放大模块的放大倍数可以被预先设定，例如可以考虑处理精度、处理效率、功耗等的折中而被适当设定。
根据本发明的实施例，放大模块可以位于处理器之外，如图8所示，将测量元件和加热元件的信息进行放大并将放大后的信息提供给处理，也可被集成在处理器内，如图9所示，例如作为差分放大/差分采样单元。这样可以根据功能要求与成本控制进行筛选，进而降低了系统复杂性和成本。
此外，考虑到基准元件所提供的参考电阻值可能受温度影响，这样在加热控制周期中利用该参考电阻进行加热元件的电阻测量时，可能导致测量不准确。特别地，在加热过程中进行温度测量时，电阻值的变化可能导致所计算得到的电流不准确，继而由此计算得到的加热元件的电阻值不准确。例如，在采用MOSFET作为测量基准元件时，MOSFET体电阻的阻值易受工作温度影响，可能会对于加热电阻的测量造成不利影响。
根据本发明的实施例，温度控制装置还包括测量基准元件温度补偿模块，被配置用于在导通占空比导通期间感测所述测量基准元件的温度，并且其中，所述测量基准元件的基准电阻根据所感测的测量基准元件的温度被补偿。测量基准元件温度补偿模块能够考虑到温度与电阻之间的关联性，来根据所感测的温度来测量基准元件的基准电阻进行温度补偿，从而能够体统更加精确的基准电阻，使得测量更加精确。
根据本发明的实施例，测量基准元件温度补偿模块可以采用任何适当的方式来实现。根据一个实施例，可以采用负温度系数(NTC)热敏电阻器来进行温度补偿，其具有灵敏度高,稳定性好,成本低和体积小等优点。作为示例，NTC模块用于测量作为测量基准元件的MOSFET的工作温度，在已知MOSFET体电阻阻值与其工作温度的关系条件下，可根据NTC模块测得的温度为体电阻提供温度补偿，抵消了温度对体电阻阻值的影响，提高了电阻RH的测量准确性。当然，温度补偿方案不限于NTC方案，还可以采用其他适当的手段来实现温度补偿，只要能够精确地感测基准元件的工作温度以实现精确补偿即可。
根据本发明的实施例，测量基准元件温度补偿模块，例如NTC，可以被包含在处理器之外，或者可以被包含在处理器中。这样可以根据成本预算和功能要求进行筛选，降低了系统复杂性和成本。另外，如果MOSFET的工作温度相对稳定，可根据实际需要，去掉该测温功能。
根据本发明的实施例，模数转换单元、放大模块和测量基准元件温度补偿模块中的至少两者可以相组合地使用，从而实现更加高精度地温度测量与控制。图10-15示出了模数转换单元、放大模块和测量基准元件温度补偿模块的各种组合实施例。特别地，图10示出了外接NTC模块与分压模块的组合的实施例，图11示出了处理器内部NTC模块与分压模块的组合的实施例。图12示出了外接NTC单元与外接差分放大模块的组合的实施例。图13示出了处理器内部NTC单元与外接差分放大模块的组合的实施例。图14示出了外接NTC模块、分压模块、和处理器内部差分放大/差分采样单元的组合的实施例。图15示出了处理器内部NTC模块、分压模块、和处理器内部差分放大/差分采样单元的组合的实施例。
应指出，上述各个模块仅是根据其所实现的具体功能划分的逻辑模块，而不是用于限制具体的实现方式，例如可以以软件、硬件或者软硬件结合的方式来实现。在实际实现时，上述各个模块可被实现为独立的物理实体，或者也可由单个模块(例如，处理器(CPU或DSP等)、集成电路等)来实现。作为示例，模块可以并不实际存在，而它们所实现的操作/功能可由处理器本身来实现。
以下将参照图16描述根据本发明的温度控制方法，该图示出了根据本发明的用于尾气测量设备的温度控制方法的流程图，该温度控制方法可以由适当的设备来执行，特别地能够由根据本发明的用于尾气测量设备的温度控制装置来执行。应指出，在本发明中，温度控制可以按照加热控制周期循环地执行。这里所示的温度控制方法的流程图主要指示在一个加热控制周期中执行的操作。
在步骤1601，使得温度控制装置中的测量基准元件导通，导通时间可以是预先设定的，例如在初始加热控制周期；或者可以是所计算的加热时间，例如前一控制周期中所计算的导通时间。
在步骤1602，获取测量基准元件的电压信息以便计算流经测量基准元件的电流，该电压信息可以是与基准元件两端的电压有关的信息，例如可以是基准元件两端的电压值本身，或者是能够得出基准元件两端的电压值的其它电压值，或者是经过特定处理(例如放大、模数变换等)的电压值。并且，根据基准元件两端的电压以及测量基准元件的基准电阻，计算出流经测量基准元件的电流。
在步骤1603，获取加热元件的电压信息以便计算加热元件的电阻值和温度，该电压信息可以是与加热元件两端的电压有关的信息，例如可以是加热元件两端的电压值本身，或者是能够得出加热元件两端的电压值的其它电压值，或者是经过特定处理(例如放大、模数变换等)的电压值。而且，考虑到加热元件与测量基准元件是串联连接，因此流经测量基准元件的电流即为流经加热元件的电流，这样可以基于该电流和加热元件两端的电压而计算出加热元件的电阻值，并且根据加热元件的电阻值与温度之间的特定而得出加热元件的温度。
在步骤1604，计算加热元件的温度与目标温度之差，并且在步骤1605，基于计算加热元件的温度与目标温度之差来控制下一温度控制操作中的导通占空比。
从而，能够在加热控制过程中适当地设定温度控制操作中的导通占空比，继而能够在多周期的操作中稳定且准确地进行温度测量和温度控制。
应指出，图16所示的流程图仅仅是示例性的，其中所示的步骤/操作的执行顺序仅是示例而不是限制。例如，其中的一些步骤/操作可以按其他顺序来执行，甚至并行执行。例如，获取基准元件的电压信息和获取加热元件的电压信息可以按照颠倒的顺序执行，或者并行地执行。
以下将结合图12来详细描述根据本发明的温度控制装置以及尾气测量设备的示例性实施例及其操作。
系统框图如图12所示，外部电源为整个系统供电。电压调整器调整外部电源电压为微处理器模块、NTC模块、差分放大模块1、差分放大模块2供电。微处理器模块通过占空比调节(PWM)端口控制MOSFET的导通与关闭。NTC模块用于测量MOSFET的工作温度，微处理器通过模数转换单元ADC4测量NTC模块的输出电压，进而获取MOSFET的工作温度。差分放大模块1差分放大MOSFET栅极与源极之间体电阻两端的电压VSD，其输出电压V1传递给微处理器模块ADC1进行模数转换。差分放大模块2差分放大引线电阻RL和加热电阻RH之间的电压VHL，其输出电压V2传递给微处理器模块ADC2进行模数转换。引线电阻与地之间的电压V3传递给微处理器模块ADC3进行模数转换。RH是集成在传感器感知单元的加热电阻，RL是加热电阻RH引到温度控制装置(ECU)的等效引线电阻，共两个。
MOSFET在该系统中的主要作用：获取微处理器的PWM控制信号,控制加热电阻的能量消耗，进而控制加热电阻的温度；MOSFET的体电阻为加热电阻阻值的测量提供参考电阻，替换了外接参考电阻。NTC模块用于测量MOSFET的工作温度，MOSFET体电阻的阻值易受工作温度影响，在已知MOSFET体电阻阻值与其工作温度的关系条件下，可根据NTC模块测得的温度为体电阻提供温度补偿，抵消了温度对体电阻阻值的影响，提高了电阻RH的测量准确性。传感器加热电阻阻值的测量在加热控制阶段完成，外部电源电压的波动和干扰会影响电阻测量精度，差分放大模块1与差分放大模块2减小了外部电源波动和干扰对电阻测量的影响，并对有用信号做差分放大，处理后的干净信号再传递给微处理器模数转换单元(ADC)，进而提高了电阻的测量精度。
集成在感知单元内部的加热电阻RH的阻值会随着温度的变化而变化，在已知加热电阻阻值和其温度的关系条件下，可以通过测量加热电阻的阻值获取传感器感知单元的实时工作温度。微处理器对比实时温度与目标工作温度，通过相关算法调节PWM输出，最终实现恒温控制。具体操作如下：
微处理器根据设定的或计算的加热时间通过PWM接口控制MOSFET导通，外部电源能量通过MOSFET体电阻RS流入传感器感知单元内部的加热电阻RH上。
微处理器通过ADC4接口测量NTC模块输出电压V4，测得MOSFET工作温度，根据MOSFET体电阻阻值与其工作温度的关系，对体电阻做温度补偿，得到当前温度下的体电阻阻值RS。
微处理器通过ADC1测量差分放大模块1的输出电压V1，V1除以差分放大模块的放大系数A1，得到体电阻RS两端(MOSFET源极S与漏极D之间)的差分电压VSD。
Figure BDA0003009171410000161
微处理器通过ADC2测量差分放大模块2的输出电压V2，V2除以差分放大模块的放大系数A2，得到加热电阻RH与引线电阻RL之间的差分电压VHL，即：
Figure BDA0003009171410000162
微处理器通过ADC3测量得引线电阻RL对地电压V3。
计算加热电阻阻值RH
Figure BDA0003009171410000171
根据加热电阻阻值与其工作温度的关系，计算加热电阻的温度，即得到了传感器感知单元内部温度Tt。
对比测量的温度Tt与目标控制温度T0，基于相关算法计算出下一次MOSFET导通的时间(加热时间)，继而得到PWM控制信号的占空比。完成温度采集及加热控制信号的计算。
等待加热功能结束，完成加热控制。
开启氮氧化物测量功能，并等待其结束，完成一次系统时间。
下一次控制周期开启，重复执行上述操作，例如从控制MOSFET导通直到氮氧化合物测量结束，实现恒温控制。
应指出，以上的描述仅仅是示例性的，应指出，本发明还可以包含其他的实施例，诸如单独地或者与本发明的上述实施例的组合。
应指出，上述对于汽车尾气测量设备以及温度控制装置的这些实施例的结构和构思同样可以应用于其它类型的车辆气体检测设备，例如车辆进气检测设备，甚至是其它类型的检测设备，只要这些检测设备的感知单元需要温度控制即可。
虽然已经结合实施例说明了本发明的总体构思，但本领域技术人员可以理解，在不背离本发明总体构思的原则和精神的情况下，可以对这些实施例做出各自改变和变型。

Claims (14)

1.一种用于尾气测量设备的温度控制装置，包括：
导通占空比可调的测量基准元件，所述测量基准元件连接到所述尾气测量设备的感知单元，以及
处理器，所述处理器被配置为使得在所述测量基准元件导通期间经由所述测量基准元件执行所述感知单元内部的温度控制和温度测量两者，
其中，所述处理器被配置为基于感知单元内部的测量温度与目标温度之间的温度差来调节所述测量基准元件的导通占空比。
2.根据权利要求1所述的温度控制装置，其中，所述感知单元包括加热电阻，并且所述测量基准元件连接到所述加热电阻，
其中，所述处理器被配置为在所述测量基准元件导通期间基于所述测量基准元件获取所述加热电阻的电阻值以测量所述感知单元内部的温度，并且
其中，在所述测量基准元件导通期间经由所述测量基准元件向所述加热电阻供电来对所述感知单元内部的温度进行控制。
3.根据权利要求2所述的温度控制装置，其中，所述测量基准元件与所述加热电阻串联，并且所述处理器被配置为在所述测量基准元件导通期间：
基于测量基准元件两端的电压确定流经所述测量基准元件和所述加热电阻的电流；并且
基于所述加热电阻两端的电压和所述电流来计算加热电阻的电阻值，
其中，所述测量温度基于所述加热电阻的电阻值被确定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的温度控制装置，其中，
所述测量基准元件是MOSFET晶体管，并且
所述MOSFET晶体管的导通时间基于所述温度差被设定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的温度控制装置，
其中，所述温度控制装置通过至少一个控制周期来控制所述感知单元内部的温度以达到目标温度，
其中，在每个控制周期中所述温度控制装置的测量基准元件的导通占空比基于前一控制周期中所确定的温度差被设定。
6.根据前述权利要求中任一项所述的温度控制装置，还包括测量基准元件温度补偿模块，它被配置用于在导通占空比导通期间感测所述测量基准元件的温度，并且
其中，所述测量基准元件的基准电阻根据所感测的测量基准元件的温度被补偿。
7.根据前述权利要求中任一项所述的温度控制装置，还包括差分放大模块，
其中，所述差分放大模块对所获取的所述测量基准元件和/或所述感知单元的用于温度测量的信息进行差分放大，并且
其中，所述处理器基于经差分放大的所述信息来确定所述感知单元内部的测量温度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的温度控制装置，还包括模数转换模块，
其中，所述模数转换模块对所获取的所述测量基准元件和/或所述感知单元的用于温度测量的信息进行模数转换，并且
其中，所述处理器基于经模数转换的所述信息来确定所述感知单元内部的测量温度。
9.根据权利要求7或8所述的温度控制装置，
其中，所述测量基准元件的用于温度测量的信息是与所述测量基准元件两端的电压有关的信息；并且
其中，所述感知单元的用于温度测量的信息是与所述感知单元中的加热电阻两端的电压有关的信息。
10.一种尾气测量设备，包括：
根据权利要求1-9中任一项所述的温度控制装置，以及
感知单元，所述感知单元用于进行尾气测量，
其中，所述温度控制装置进行所述感知单元内部的温度测量和温度控制。
11.一种用于尾气测量设备的温度控制方法，包括以下步骤：
使得温度控制装置中的测量基准元件导通；
获取测量基准元件的电压信息；
基于测量基准元件的电压信息计算流经测量基准元件的电流；
获取加热元件的电压信息；
基于加热元件的电压信息和流经测量基准元件的电流计算加热元件的电阻值；
基于加热元件的电阻值确定加热元件的温度；
计算加热元件的温度与目标温度之差；并且
基于计算加热元件的温度与目标温度之差来控制下一温度控制操作中的导通占空比。
12.根据权利要求11所述的温度控制方法，进一步包括以下步骤：
对测量基准元件的电压信息和加热元件的电压信息中的至少一者进行放大。
13.根据权利要求11所述的温度控制方法，进一步包括以下步骤：
对测量基准元件的电压信息和加热元件的电压信息中的至少一者进行模数变换。
14.根据权利要求11所述的温度控制方法，进一步包括：
在导通占空比导通期间感测所述测量基准元件的温度；并且
基于所感测的所述测量基准元件的温度来补偿所述测量基准元件的基准电阻。
CN202110370667.0A 2021-04-07 2021-04-07 尾气测量设备及其温度控制装置和方法 Pending CN115184543A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110370667.0A CN115184543A (zh) 2021-04-07 2021-04-07 尾气测量设备及其温度控制装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110370667.0A CN115184543A (zh) 2021-04-07 2021-04-07 尾气测量设备及其温度控制装置和方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115184543A true CN115184543A (zh) 2022-10-14

Family

ID=83512144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110370667.0A Pending CN115184543A (zh) 2021-04-07 2021-04-07 尾气测量设备及其温度控制装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115184543A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117539302A (zh) * 2023-12-20 2024-02-09 四川智感蔚蓝科技有限公司 一种氮氧传感器的温度控制方法、装置、介质和设备

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117539302A (zh) * 2023-12-20 2024-02-09 四川智感蔚蓝科技有限公司 一种氮氧传感器的温度控制方法、装置、介质和设备
CN117539302B (zh) * 2023-12-20 2024-03-22 四川智感蔚蓝科技有限公司 一种氮氧传感器的温度控制方法、装置、介质和设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101685078A (zh) 运行可加热的废气探测器的方法
CN103940507B (zh) 一种偏置电压补偿电路
CN108731833A (zh) 一种远端cmos温度测量电路
CN110735699B (zh) 一种氮氧化物传感器控制器
CN105159359B (zh) 宽域氧传感器加热方法及其控制电路
CN102854393A (zh) 氮氧传感器加热检测电路及加热检测方法
CN115184543A (zh) 尾气测量设备及其温度控制装置和方法
CN108896641A (zh) 传感器装置及传感器单元
CN100458375C (zh) 气体流量传感器的集成控制方法
CN105548262A (zh) 一种氮氧化物传感器控制系统
CN117539302A (zh) 一种氮氧传感器的温度控制方法、装置、介质和设备
CN209673705U (zh) 一种双热敏电阻微水密度数据采集电路
CN104897966B (zh) 一种氮氧传感器芯片铂电阻零度阻值检测系统及方法
JP2000028575A (ja) 酸素濃度センサ素子インピーダンス検出装置
CN110488889A (zh) 一种呼吸支持设备温度采集控制方法及系统
CN109039070B (zh) 一种buck型dcdc输出恒流检测控制电路及方法
JP4016814B2 (ja) 酸素センサ素子インピーダンス検出装置
CN108255112A (zh) 氮氧传感器加热装置
CN205785249U (zh) 桥式电路测量电阻式传感器的系统
CN214067011U (zh) 一种氧气浓度传感器的控制装置
CN216696437U (zh) 一种提高电阻采样电流精度的电路
JP2000329730A (ja) 酸素濃度センサの素子インピーダンス検出方法及び素子インピーダンス検出装置
JP5991202B2 (ja) 酸素濃度センサの制御装置
CN115561609A (zh) 一种应用于SiC功率器件的温度采样方法、装置及系统
US11255881B2 (en) Inductor current detecting circuit

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination