CN1443306A - 纤丝控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种控制设备(70)，用于控制设计为供电给纤丝(R_a)的电源(60)，其中，纤丝(R_a)的温度非线性地依赖于提供给纤丝(R_a)的功率。控制设备(70)被设计为接收温度控制指令，并且控制电源(60)，从而根据指令控制纤丝(R_a)的温度。控制设备(70)还被设计为考虑纤丝温度与输入到纤丝(R_a)中的功率之间的非线性关系，从而根据指令控制纤丝温度。温度控制指令是所检测的纤丝温度变化的函数，并且控制设备(70)控制纤丝(R_a)的温度，从而延长纤丝寿命。

Description

纤丝控制器

技术领域

本发明涉及一种用于供电给导电纤丝(filament)的方法和装置。

背景技术

纤丝通常是设计为电流通过时发热的小直径导电材料。很多设备都采用纤丝。例如，白炽灯使用细丝状纤丝，当足够的电流通过该纤丝时，发射可见光。

催化烃气传感器采用存在气体时电阻性发热的纤丝。在这种情况下，该传感器包括覆盖有催化剂的纤丝，该催化剂在高温下与一定范围的烃气发生反应。气体-催化剂反应是放热的，并且导致纤丝的额外加热。由于导体的电阻率随着温度而增加，因此放热反应导致纤丝电阻的成比例增加。通过(例如，使用惠斯通电桥(Wheatstone bridge)电路)准确地测量纤丝电阻的变化，可以估计由放热反应产生的纤丝温度的变化。纤丝温度的变化又可以用来测量气体浓度，因为在放热反应中所产生的热量与周围烃气的类型和浓度相关。

大多数纤丝设备的问题是纤丝的寿命有限并且它最终会出现故障。虽然通常纤丝本身并不昂贵，但是在一些情况下更换纤丝可能是非常昂贵的，如当使用纤丝的设备在远处工作时。例如，催化烃气传感器通常用于海上石油钻塔，在这种情况下，检查或更换纤丝是非常昂贵的。因此需要平均故障间隔时间(MTBF，Mean Time Between Failure)更长的纤丝。

发明内容

本发明的第一方面是提供一种用于控制设计为供电给纤丝的电源的控制设备，其中，纤丝温度非线性地依赖于提供给纤丝的功率，其中，控制设备设计为接收温度控制指令，并且控制电源，从而根据指令控制纤丝温度，其中，控制设备被设计为考虑纤丝温度和输入到纤丝中的功率之间的非线性关系，从而根据指令控制纤丝温度。

控制设备可以包括计算设备，设计为计算加热纤丝到一定范围内的任一纤丝温度所需的输入功率。

纤丝最好由金属导电材料形成。补偿纤丝温度与输入功率之间的非线性关系的能力是在现有技术中没有描述的特性。本发明基于本发明人的这一认识：在提供给纤丝的功率与所导致的纤丝温度之间存在非线性关系。例如，已经发现，金属纤丝温度典型地是提供给纤丝的功率的对数函数。在现有技术的纤丝控制器中，假定纤丝温度是输入功率的线性函数。由于现有技术纤丝控制器没有补偿非线性功率函数关系的能力，因此这种纤丝控制器不能准确地根据任何给定温度控制指令改变纤丝温度。由于纤丝电阻是纤丝温度的线性函数是已知的，因此本发明还可以用来响应因温度导致的电阻变化，而控制纤丝的电阻。可替换地，本发明可以用来响应对纤丝的热能波动输入，保持纤丝温度在恒定的水平。

温度控制指令可以包括指示电源根据预定的数学函数改变纤丝温度。该预定的函数可以是任何数学函数，如线性函数、指数函数、抛物线函数等。预定的数学函数可以依赖于预定的参数。该参数可以是控制设备本身的属性，即“内部参数”如电压、电流或纤丝温度。可替换地，该参数对于控制设备可以是外部的，即“外部参数”如时间或者外部电路的电压或电流。该数学函数可以是具有多个预定参数的函数。

在一个实施例中，控制设备被设计为控制电源通过产生第二纤丝温度变化来响应第一纤丝温度变化，其中，第二纤丝温度变化是第一纤丝温度变化的线性函数。控制设备可以被设计为至少部分抵消(counteract)第一温度变化。换句话说，控制设备可以通过分别降低或升高纤丝温度来响应纤丝温度的升高或降低。第一温度变化可以是由于气体传感器如催化烃气传感器的活性(active)纤丝的放热反应而产生的温度升高。第二纤丝温度变化可以部分或完全抵消第一纤丝温度变化。例如，第一和第二纤丝温度变化的关系可以是如下所示的线性关系：

ΔT₂＝αΔT₁                         (1)

其中，ΔT₁是第一纤丝温度变化，ΔT₂是第二纤丝温度变化，并且α是比例常数。在α＝-1的情况下，控制设备被设计为完全抵消第一纤丝温度变化。在特定应用中，仅部分抵消纤丝温度变化，在这种情况下-1＜α＜0，可能是有利的。

本发明第一方面的控制设备可以用来以受控的方式改变纤丝温度，如用于白炽灯泡或催化传感器中的纤丝，并且可以用来延长纤丝寿命。控制设备可以包括软件和/或硬件。控制设备可以通过精确地控制纤丝温度来延长纤丝寿命。

本发明可以用来在比较感应温度与基准温度的仪器中，准确地控制基准纤丝的温度。例如，感热导弹具有被设计为检测红外线波段的特定波长的热量传感器。各种固定基准传感器传统地用来保持稳定性和重复性。使用本发明的控制设备控制的基准纤丝可以提供具有稳定且可编程的温度的纤丝优点。这种基准纤丝还可以应用于进行紫外线和红外线测量并且需要不受气体存在影响的基准热源的气体检测仪器中。本发明还可以用来以受控方式控制基准纤丝的温度，因此允许可重复的敏感度调节。可替换地，纤丝可以是催化烃气传感器的活性纤丝，并且控制设备可以被设计为控制该活性纤丝的温度，从而防止不必要的加热，并且延长纤丝的寿命。

本发明第一方面的控制设备还可以用来控制纤丝的热离子发射，因为热离子发射是依赖于温度的现象。例如，控制设备可以用来通过控制温度而在无线电真空管和阴极射线管中提供从纤丝的恒定发射，并且可以有助于这种设备的稳定性和MTBF。

准确控制包含纤丝的灯在很多应用中是重要的，包括航空仪器和跑道照明。本发明可以用于关键性国防应用，其中，可以改善灯的MTBF。本发明还可以用来允许准确控制灯的色温，这在如摄影和舞台照明的应用中会很重要。

本发明第一方面的控制部件的其他可能应用包括：加热元件、导热性传感器、电(催化)气照明器、工业安全灯、电池充电器以及红外线加热元件。

本发明的第二方面提供一种用于感应烃气的气体传感器，包括：

-活性纤丝，具有指示活性纤丝温度的电阻率，该活性纤丝被设计为响应于对烃气的暴露，用来通过催化气体中的放热反应而改变温度和电阻率，其中，活性纤丝温度非线性地依赖于输入到活性纤丝中的电功率和热功率；

-惰性(passive)纤丝，具有对应于惰性纤丝温度的电阻率，惰性纤丝的温度非线性地依赖于输入到惰性纤丝中的电功率和热功率；

-电源，被设计为供电给活性和惰性纤丝，从而在使用期间这两种纤丝的温度都升高；

-传感部件，被设计为感应活性纤丝电阻率相对于惰性纤丝电阻率的变化；以及

-控制设备，被设计为控制电源提供给活性和惰性纤丝的电功率，其中，控制设备还被设计为通过改变输入到活性纤丝中的电功率，至少部分抵消由传感部件感应的活性纤丝电阻率的任何相对变化；

其中，该装置被设计为考虑活性纤丝温度和纤丝功率之间的非线性关系，从而改善气体感应准确度。

控制设备可以采用在本发明第一方面描述的控制设备。传感部件可以直接或间接感应电阻率的变化。最好，传感部件通过如使用电压计或电流计感应活性纤丝消耗的电功率的变化，而感应电阻率的变化。该方法假定活性纤丝工作于纤丝温度与纤丝电阻率之间存在已知关系的条件下。最好，纤丝温度与纤丝电阻率成正比。传感部件可以采用惠斯通电桥的形式，它被设计为感应活性纤丝相对于惰性纤丝的电阻率的变化。

最好，电源不完全抵消因放热反应而导致的温度升高，因为如果工作温度太低，则纤丝寿命将缩短。例如，控制设备可以设计为以固定的温度变化比例减小活性纤丝的温度(例如，15％)。

在一个实施例中，活性纤丝覆盖有催化材料(例如，铂)，它在存在烃气的情况下被加热时催化放热反应。惰性纤丝也暴露于与活性纤丝相同的烃气，但是不具有催化覆盖层，并且不能催化与气体的放热反应。由于在惰性纤丝不发生放热反应，因此仅有的热源来自电阻发热。惰性和活性纤丝与一个分压器并联，从而形成惠斯通电桥电路。传感部件包括电压计，测量分压器的一部分和活性纤丝之间的输出电压V_o。随着活性纤丝温度由于放热反应而升高，活性纤丝的电阻率也提高，这就导致活性纤丝消耗的电功率增加。控制设备通过减小输入到活性纤丝中的功率电平而使纤丝温度降低来响应V_o的提高。

使用本发明来控制催化气体传感器中的纤丝已被发现大大改善常见烷烃之间的响应变化到小于±10％。现有技术催化烃气传感器产生大得多的气体间变化，特别是使用重烃。

本发明的第三方面提供一种供电给纤丝的装置，该装置包括电源和用于对电源进行开关的开关部件，其中，开关部件被设计为通过对电源进行开关而使纤丝温度以受控速率发生变化，从而延长纤丝寿命。

可以认为，由于快速开关电源而产生的对纤维的热冲击的累积会缩短纤丝的寿命。该装置可以用来控制开关白炽灯时其纤丝温度的变化速率。开关部件可以被设计为根据预定速率改变温度。开关部件可以被设计为当纤丝接通电源时，温度随着时间而线性升高，直到功率电平到达预定峰值电平，并且当纤丝切断电源时，温度以线性方式降低，直到它达到预定温度。线性控制纤丝温度的能力还允许精细地控制纤丝的光亮度。

所述开关部件可以包括控制设备，它采用在本发明第一方面描述的控制设备。现有技术没有考虑纤丝温度是提供给纤丝的功率的对数函数这一事实。

本发明的第四方面提供一种控制设计为供电给纤丝的电源的方法，纤丝的纤丝温度非线性地依赖于所提供的功率，从而将纤丝加热到预定温度，该方法包括如下步骤：

-确定将纤丝加热到预定温度所需的输入功率；

-控制电源以补偿温度与功率之间的非线性关系，从而将所需的输入功率提供给纤丝。

该方法可以使用在本发明第一方面描述的控制部件来实现。

确定输入功率的步骤可以包括计算将纤丝加热到预定温度所需的输入功率。例如，如果输入功率与纤丝温度之间的关系是已知的，则可以通过处理器为每个预定温度计算输入功率。

可替换地，确定输入功率的步骤可以包括，参考将一定范围的各个纤丝温度与一定范围的各个输入功率相关的预记录数据。

本发明的第五方面提供一种在催化烃气传感器中操作活性纤丝的方法，该传感器还包括惰性纤丝和被设计为供电给这两种纤丝的电源，该方法包括如下步骤：

-供电给活性和惰性纤丝，从而将它们电阻性加热到至少一个预定的温

度；

-至少部分抵消活性纤丝因暴露于烃气而产生的任何温度的变化。

根据本发明第五方面的方法可以使用在本发明第二方面描述的气体传感器来实现。

本发明的第六方面提供一种开关对纤丝的电源，从而用来延长纤丝寿命的方法，包括如下步骤：对电源进行开关，从而以受控速率改变纤丝温度。

根据本发明第六方面的方法可以使用在本发明第三方面描述的装置来实现。

在本说明书的全篇范围内，除非上下文另外要求，用词“包括”，将理解为意味着包括所述单元或整体，或者单元或整体组，但并不排除任何其他单元或整体，或者单元或整体组。

现在将参照附图对本发明的实施例进行描述，其中，这些实施例只是起示例作用。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的包括控制电路的催化传感器的电路图；

图2是图1所示实施例的纤丝电阻与输入到活性纤丝中的功率之间的关系图；

图3示出图1所示的催化传感器的电气特性的一个例子；

图4示出图1所示的催化传感器的电气特性的第二例子；

图5是用于使用受电压控制的电流源来控制图1所示的气体传感器的控制部件的一个实施例的示意图；

图6是示出图5的控制部件的补偿级的示意图；

图7是用于使用受电压控制的电压源来控制图1所示的气体传感器的控制部件的第二实施例的示意图；

图8是示出图7的控制部件的补偿级的示意图。

具体实施方式

图1示出其中活性纤丝20和惰性纤丝30连接在惠斯通电桥电路中以形成催化传感器的电路10。活性纤丝20具有电阻R_a，并且覆盖有铂催化剂，而惰性纤丝30具有电阻R_p，并且没有催化剂覆盖层。这些纤丝通过电阻均为R_c的两根电缆40连接到分压器50，分压器50被设计为形成具有已知电阻的两个电阻R₁和R₂，其中R₁＝R₂。这两个纤丝20、30都暴露于未知浓度的烃气中，而电阻R₁和R₂不暴露于该气体。以受电流控制的电压源60形式的电源将电压V的电流I提供给串联的电阻器R₁和R₂。将电流I施加于电路10使惰性和活性纤丝30、20由于阻热而发热。电阻性发热纤丝典型的温度约为800℃。催化剂的存在导致存在氧的情况下在活性纤丝20的表面发生与烃气的放热反应。惰性纤丝30没有催化剂覆盖层则不产生这种反应。因此，烃气将使活性纤丝温度升高，而惰性纤丝温度大致保持不变。在现有技术催化传感器中，根据气体类型和浓度，放热反应可以使活性纤丝的温度从800℃升到约1400℃。可以认为，纤丝由于在这样高的温度下工作其寿命会缩短。

本发明通过当活性纤丝20发生放热反应时使用控制部件70来减小提供给电路的功率从而降低这两个纤丝20、30的温度，而避免让活性纤丝20在过高的温度下工作。控制部件70测量惠斯通电桥电路的输出电压V_o，从而控制电流源的电流I和电压V，以调节输入功率。

从图2A可以看出，纤丝电阻率与输入功率之间存在非线性关系。至少在催化传感器的工作范围内，纤丝电阻与纤丝温度之间存在线性关系是已知的。而且，至少在催化传感器的工作范围内，纤丝温度是输入到纤丝中的功率的对数函数也是已知的。因此，可以推出纤丝电阻是纤丝功率的对数函数。图2A所示的数据点已拟合为对数曲线来说明纤丝电阻确实是纤丝功率的对数函数。

为了更好地理解本发明，图2B示出当假定非线性纤丝为线性时将会出现的误差。如同图2A，图2B示出活性纤丝电阻Ra相对于输入到纤丝中的总功率(电功率加热功率)的非线性曲线72。为比较起见，虚线73示出根据线性纤丝所预期的特性。考虑活性纤丝的放热反应使纤丝电阻从R₀增加到R₁的情况。为了使纤丝温度回到它的原始温度位从而将纤丝电阻改变ΔR而回到R₀，将需要将输入到活性纤丝的功率减小ΔP。然后，可以使用ΔP值来估计所检测的气体浓度。然而，如果假定纤丝表现为线性，则ΔP大于为线性纤丝预期的功率预期变化ΔP_LIN。因此，在这种情况下，如果假定纤丝表现为线性，将过高估计所检测的气体量。

为了使功率控制器产生与因放热反应而产生的温度变化具有线性函数关系的温度变化，需要使功率控制器考虑纤丝温度与功率之间的对数关系。

电压V_o的输出是R_a、R_p和I的函数：

V_o＝I(R_a-R_p)/2                        (2)

然而，不可能直接测量纤丝电阻R_a和R_p或者纤丝温度。因此本实施例使用一种间接确定纤丝电阻的方法，其中，根据输出电压V_o的变化计算纤丝功率的变化。该计算是简化的，这是因为放热反应只能在活性纤丝的表面发生，从而任何功率变化都归因于R_a的变化。一旦活性纤丝的总功率是已知的，则可以使用图2B的曲线确定R_a值。使用该信息，功率控制器被设计为通过减小电压V从而使R_a减为其原始值的预定分数来响应R_a的增加。

图3示出暴露于为甲烷爆炸下限的50％浓度(Lower Explosion Limit，LEL)(空气中含有5％甲烷的浓度为100％LEL)的甲烷/空气混合物的催化传感器的电气特性。图3(a)和3(b)示出随着活性纤丝从与甲烷的放热反应吸收热量，输出电流与输入功率的变化。当传感器开始暴露于气体(0-10秒的区间)时，开始的输出电流急剧增加。可以看出，输入功率由功率控制器减小以响应输出电流的增加。在大约30-32秒传感器从气体移走。此时，输出电流和电阻急剧下降，并且输入功率相应增加。图3(c)和3(d)示出活性纤丝电阻Ra和R_a百分比随时间变化的曲线。可以看出，在0-10秒的区间内，初期的电功率减小阻止R_a值急剧增加，从而R_a最终返恢复到大约其原始值。

图4是催化传感器暴露于大于130％LELC₄H₁₀的第二例子。同样可以看到，在0到约10秒的区间内输入电功率被功率控制器减小以响应输出电流的增加。在大约2秒到15秒的区间内，这产生电阻减小。当在约15秒当传感器被从气体移走时，电流急剧降低，并且功率控制器通过增加功率来响应。

图5和6示意性示出用于控制受电流控制的电压源60的图1所示的控制部件70的一个实施例。本实施例被设计为通过调节从电压源60提供的当前电压V来控制提供给电阻器R_a和R_p的功率。控制部件70通过对控制电流I_rcf进行控制来控制由电压源60提供的当前电压V。传感器的惠斯通电桥包括电阻器R₁、R₂、R_a、R_p和R_c，用图5的“传感器桥”级80来表示。如上所述，当传感器10暴露于烃气时，电阻R_a增大。随着V_o的增大，检测到R_a也增大。在这种情况下，控制部件70通过减小控制电流I_ref，并因此减小由电压源60输出的电压V，进行响应。减小I_ref的程度由根据V_o和所测量的流经R_a和R_p的实际电流I计算理论补偿电流I_comp的补偿级90来确定。下面将更详细地讨论I_comp的计算。级“Q”100接收I_comp的计算值，并且根据下面方程计算I_ref的新值： $I_{\mathrm{ref}}=\sqrt{I_0^2-I_{\mathrm{comp}}^2}$ 其中，I₀为预定的额定电流值。当传感器10不暴露于气体时，I_comp＝0，并且I_ref恢复到额定电流值，从而I_ref＝I0。受电流控制的电压源60包括控制级110和比例积分调节器或“PI”调节器120。控制级110包括用于控制电流I_ref的第一输入130和用于输入从电压源输出的测量电流I的第二输入140。控制级110重复比较控制电流I_ref与电压源60的测量输出电流I。如果I_ref和I之间存在任何差别，则控制级110计算差值(I_ref-I)，并且将该差值(如图5的“误差”所示)输出到PI调节器120。PI调节器120与控制级110的输出成比例改变输出电压V。

图6更详细地示意性示出补偿级90。如上所述，气体传感器10使用输出电压V_o来测量气体浓度，因为V_o值将反映电阻R_a的任何变化。然而，由于输出电压V_o还由流经电阻R_a和R_p的电流I确定，因此I的改变也会引起V_o的改变。换句话说，改变电流I的副效应是基于V_o的气体浓度测量也被改变。补偿级90通过根据下面公式计算经过补偿的输出电压V_o，comp来校正这一效应： $V_{o,\mathrm{comp}}=V_o*\frac{I_0}{I}$

V_o，comp的值不受I变化的影响，但与R_a成比例，并且可以用来测量气体浓度。V_o，comp是在补偿级90内通过计算I₀/I的除法级150和将V_o乘以除法级150的输出以产生V_o ^*I₀/I的乘法级160算出的。V_o，comp值传到带预定增益β的放大器170，它输出补偿电流I_comp。

现在将参照图7和8描述控制部件200的第二实施例。不同于图5和6所示的实施例，图7和8所示的控制部件200被设计为控制受电压控制的电压源210。电压源210的输出电压V_pwm通过由控制部件200生成的控制电压V_ref来控制。传感器的惠斯通电桥包括电阻器R₁、R₂、R_a、R_p和R_c，再次用图7的“传感器桥”级80来表示。控制部件通过改变控制电压V_ref来抵消输出电压V_o的变化。补偿级220重复对V_o进行采样，并且计算理论补偿电压V_comp。算出的V_comp值从补偿级220输出到级“Q”230，它根据下面方程计算_Vref的新值： $V_{\mathrm{ref}}=\sqrt{V_{\mathrm{nom}}^2-V_{\mathrm{comp}}^2}$ 其中，V_nom为预定的额定电压值。当气体传感器不暴露于气体时，V_comp＝0，并且V_ref恢复到额定电压值，从而V_ref＝V_nom。

电压源210包括控制级240和PI调节器250。控制级240重复比较控制电压V_ref与电压源210的测量输出电压V。如果V_ref和V之间存在任何差别，控制级240计算差值(V_ref-V)，并且将该差值(如图7的“误差”所示)输出到PI调节器250。PI调节器250与控制级240的输出成比例改变输出电压V_pwm。

图8更详细地示意性示出补偿级220。如同前面实施例，图8所示的补偿级220通过根据下面公式计算经过补偿的输出电压V_o，comp来校正电流I变化所对应的测量电压V_o： $V_{o,\mathrm{comp}}=V_o\frac{I_0}{I}$ 其中，I₀为预定的额定电流值。V_o，comp的值不受I变化的影响，但与R_a成比例，并且可以用来测量气体浓度。V_o，comp是在补偿级260内通过计算I₀/I的除法级260和将V_o乘以除法级260的输出以产生V_o ^*I₀/I的乘法级270算出的。V_o，comp值传到带预设增益χ的放大器280，它输出补偿电压V_comp。

虽然在此描述的控制部件用于气体传感器，但是应该理解，可以实现类似的控制部件以使用各种其他类型的纤丝，如用于灯泡的灯丝或基准温度纤丝。

本领域的技术人员应该理解，在不脱离广泛描述的本发明的精神和范围的情况下，可以对如特定实施例所示的本发明进行各种改变和/或修改。因此，本实施例被认为在所有方面都只是说明性的，而并不起限制作用。

Claims (25)

1.一种用于控制设计为供电给纤丝的电源的控制设备，其中，纤丝温度非线性地依赖于提供给纤丝的功率，其中，控制设备被设计为接收温度控制指令，并且控制电源，从而根据指令控制纤丝的温度，其中，该控制设备被设计为考虑纤丝温度和输入到纤丝中的功率之间的非线性关系，从而根据指令控制纤丝温度。

2.如权利要求1所述的控制设备，其中，所述控制设备包括被设计为计算加热纤丝到一定纤丝温度范围内的任一纤丝温度所需的输入功率的计算设备。

3.如权利要求2所述的控制设备，其中，所述计算设备包括模拟电路。

4.如权利要求2或3所述的控制设备，其中，所述计算设备包括数字电路。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的控制设备，其中，所述温度控制指令是所检测的纤丝温度变化的函数。

6.如前面权利要求中的任一项所述的控制设备，其中，所述控制设备被设计为控制纤丝的温度，从而延长纤丝寿命。

7.如前面权利要求中的任一项所述的控制设备，其中，所述温度控制指令包括加热纤丝到预定温度的指令，并且所述控制设备被设计为控制电源，从而保持纤丝在大致预定温度。

8.如前面权利要求中的任一项所述的控制设备，其中，所述纤丝包括气体传感器中的活性纤丝，该活性纤丝设计为当暴露于烃气时产生温度变化，所述控制设备被设计为通过改变电源提供给活性纤丝的电功率来至少部分抵消温度变化。

9.如权利要求1至7中的任一项所述的控制设备，其中，所述纤丝包括设计为向设备提供基准温度的基准纤丝，所述控制设备被设计为根据温度控制指令保持纤丝在大致不变的温度。

10.如权利要求1至7中的任一项所述的控制设备，其中，所述纤丝被设计为产生热离子发射，所述控制设备被设计为控制纤丝温度，从而热离子发射大致不变。

11.如权利要求1至7中的任一项所述的控制设备，其中，所述纤丝为灯泡(light globe)的灯丝，并且所述控制设备被设计为通过控制灯丝温度来控制灯丝发光。

12.一种用于检测烃气的气体传感器，包括：

-活性纤丝，具有表示活性纤丝温度的电阻率，该活性纤丝被设计为响应于对烃气的暴露，用来通过催化气体中的放热反应而改变温度和电阻率，其中，活性纤丝温度非线性地依赖于输入到活性纤丝中的电功率和热功率；

-惰性纤丝，具有对应于惰性纤丝温度的电阻率，惰性纤丝的温度非线性地依赖于输入到惰性纤丝中的电功率和热功率；

-电源，被设计为供电给活性和惰性纤丝，从而在使用期间这两种纤丝的温度都升高；

-传感部件，被设计为感应活性纤丝电阻率相对于惰性纤丝电阻率的变化；以及

-控制部件，被设计为控制电源提供给活性和惰性纤丝的电功率，其中，控制设备还被设计为通过改变输入到活性纤丝中的电功率，至少部分抵消由传感部件感应的活性纤丝电阻率的任何相对变化；

其中，所述装置被设计为考虑活性纤丝温度和纤丝功率之间的非线性关系，从而改善气体感应准确度。

13.如权利要求12所述的气体传感器，其中，所述控制部件被设计为通过产生相反的纤丝温度变化来部分抵消活性纤丝的温度变化，相反变化为温度变化的固定比例。

14.如权利要求12或13所述的气体传感器，其中，所述活性纤丝包括催化材料覆盖层，当加热并暴露于烃气时，催化烃气中的放热反应。

15.一种供电给纤丝的装置，所述装置包括电源和用于对电源进行开关的开关部件，其中，所述开关部件被设计为通过对电源进行开关而使纤丝温度以受控速率发生变化，来延长纤丝寿命。

16.如权利要求15所述的装置，其中，所述开关部件被设计为当纤丝接通电源时，温度随着时间而线性升高，直到功率电平到达预定的峰值温度，并且当纤丝被切断电源时，温度以线性方式降低，直到它达到预定温度。

17.一种控制设计为供电给纤丝的电源的方法，其中，纤丝的纤丝温度非线性地依赖于所提供的功率，从而将纤丝加热到预定温度，所述方法包括如下步骤：

-确定将纤丝加热到预定温度所需的输入功率；

-控制电源以补偿温度与功率之间的非线性关系，从而将所需的输入功率提供给纤丝。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述方法使用如权利要求1-11中的任一项所述的控制部件来实现。

19.一种在催化烃气传感器中操作活性纤丝的方法，所述传感器还包括惰性纤丝和被设计为供电给这两种纤丝的电源，所述方法包括如下步骤：

-供电给活性和惰性纤丝，从而将它们电阻性加热到至少一个预定的温度；

-至少部分抵消活性纤丝因暴露于烃气而产生的任何温度的变化。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述方法使用如权利要求10-12中的任一项所述的气体传感器来实现。

21.一种用来开关对纤丝的电源，从而延长纤丝寿命的方法，包括如下步骤：对电源进行开关，从而以受控速率改变纤丝温度。

22.如权利要求21所述的方法，其中，所述方法使用如权利要求15或16所述的装置来实现。

23.一种控制部件，大致如以上参照附图所述。

24.一种传感器，大致如以上参照附图所述。

25.一种供电给纤丝的装置，所述装置包括电源和用于对电源进行开关的开关部件，大致如以上参照附图所述。

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