JP2000055862A - 酸素センサの自己診断方法 - Google Patents

酸素センサの自己診断方法

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JP2000055862A
JP2000055862A JP10232288A JP23228898A JP2000055862A JP 2000055862 A JP2000055862 A JP 2000055862A JP 10232288 A JP10232288 A JP 10232288A JP 23228898 A JP23228898 A JP 23228898A JP 2000055862 A JP2000055862 A JP 2000055862A
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oxygen sensor
amplifier
voltage
inverting input
cell voltage
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JP10232288A
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Masaru Tanabe
大 田辺
Masaya Kaneko
昌也 金子
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Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】限界電流式酸素センサの経年変化を診断する。 【解決手段】第1増幅器36の反転入力端及び出力端間
に第1抵抗38が接続され、前記反転入力端に第1酸素
センサ37が接続されて、第1酸素センサ37の間にセ
ル電圧が印加され得る。第2増幅器46の反転入力端及
び出力端間に第2抵抗48が接続され、前記反転入力端
に第2酸素センサ47が接続されて、第2酸素センサ4
7の間に前記セル電圧が印加され得ると共に、同じ酸素
濃度下で前記出力端の電圧が前記第1増幅器36のそれ
と同じになるように利得が予め調整される。例えば、第
1酸素センサ37の診断時には、第2増幅器46の出力
端の電圧に基づいたセル電圧を第1酸素センサ37に印
加して第1及び第2増幅器36及び46の出力を比較す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、限界電流式酸素セ
ンサの自己診断方法に関する。
【0002】
【従来の技術】限界電流式酸素センサはジルコニア系固
体電解質の酸素イオンポンプ機能を応用した酸素濃度を
広範囲に検知できる酸素センサである。この酸素センサ
は、検出されるガスが拡散抵抗層を経て通過するジルコ
ニア固体電解質を備える。
【0003】所定の高温条件において固体電解質を挟む
白金電極間にセル電圧を印加した時には、酸素分子が白
金陰極面で酸素イオンとなり、同イオンが固体電解質内
を移動することによって電流が流れる。この電流の値は
拡散抵抗層を拡散する酸素分子の量によって律速され
る。この酸素分子の量は検出ガスの酸素濃度に比例して
いる。
【0004】また、セル電圧対出力電流の関係は図1に
示すように、出力電流が所定範囲のセル電圧で略一定と
なる定電流特性を示す。この定電流値は、検出ガス中の
酸素濃度に比例し、従って酸素濃度が検出できる。
【0005】特願昭60−53600号には、セル電圧
を印加した時点で出力限界電流のオーバーシュートを観
測する酸素センサの自己診断方法が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は、所定のセル電圧を急激に印加すると、安定状態に
入るまでの時間が長くなり、従ってスタンバイ時間が長
くなる。また、急激なセル電圧の印加は酸素センサを劣
化させる問題がある。
【0007】更に、1つの酸素センサだけで、セル電圧
を変化させて出力限界電流値の変動により自己診断を行
う方法も提案されているが、自己診断中に酸素濃度が変
化すると誤診断となってしまう。
【0008】本発明は前述の問題に鑑み、誤診断の恐れ
をなくすると共に、信頼性の高い限界電流式酸素センサ
の自己診断方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明による酸素センサ
の自己診断方法は、反転入力端及び出力端間に第1抵抗
が接続され前記反転入力端に第1酸素センサが接続され
て前記第1酸素センサの電極間にセル電圧が印加され得
る第1増幅器と、反転入力端及び出力端間に第2抵抗が
接続され前記反転入力端に第2酸素センサが接続されて
前記第2酸素センサの電極間に前記セル電圧が印加され
得ると共に同じ酸素濃度下で前記出力端の電圧が前記第
1増幅器のそれと同じになるように利得が予め調整され
る第2増幅器とを備え、前記第1酸素センサの診断時に
は、前記第2増幅器の出力端の電圧に基づいたセル電圧
を前記第1酸素センサに印加して前記第1及び第2増幅
器の出力を比較することを特徴とする。
【0010】前記診断時において前記第1増幅器の出力
が前記第2増幅器の出力より10%低下した時に前記第
1酸素センサが劣化したとみなすことを特徴とする。
【0011】即ち、本発明においては、セル電圧が限界
電流式酸素センサに個別に印加できるセル回路を2個用
い、寿命診断を行う一方のセル回路には、酸素濃度下で
他方のセル回路の出力値に対応して変化させられた通常
のセル電圧より低いセル電圧が印加され、その時の出力
変化量を所定の基準値と比較することによって自己診断
をアナログ的又はデジタル的に行っている。他方の酸素
センサの自己診断を行う場合も、同様にセル電圧が他方
のセル回路の出力値に対応して変化させられる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。
【0013】まず、限界電流式酸素センサは、経年変化
などで劣化すると図1の点線で示すように肩特性がなだ
らかになる。従って、セル電圧をVCO電圧以下にした
肩領域の出力電流は、セル電圧をVCO電圧にした測定
時の出力電流より10%程低く、これらを比較すること
によって、肩特性に変化即ち劣化現象が現れたかどうか
を知ることができる。
【0014】また、セル電圧は、酸素濃度に無関係にV
CO電圧より低い所定の診断セル電圧に設定した場合
に、高い酸素濃度での診断が不正確になる恐れがある。
従ってVCO電圧対診断セル電圧の比率を一定にせず
に、その時の酸素濃度に応じて変化させた時には、信頼
性の高い自己診断が行えることが判明した。勿論、その
時の酸素濃度は他方の酸素センサが測定し、酸素濃度が
高い時にはセル電圧の変化量を小さくしている。他方、
酸素濃度が低い時にはセル電圧の変化量を大きくしてい
る。
【0015】図2は、酸素センサの寿命診断用の基本回
路を示す。図2において、クリップ回路を構成する演算
増幅器12は、非反転入力端にVCO電圧源14が接続
されており、出力端がダイオード16を経て反転入力端
に接続されている。この増幅器12は、ダイオード16
の代りにオープンコレクタ又はオープンドレインの出力
端を持つOPアンプで置換されてもよい。
【0016】従って、ダイオード16のアノードTP1
は、セル回路20の入力端に接続されている。酸素濃度
の測定時はスイッチ22がオフである。この時、酸素セ
ンサ37には通常のセル電圧VCOが印加され、寿命診
断は行われていない。また、酸素センサ47にも通常の
セル電圧VCOがセル回路24を経て印加されて、酸素
センサ37と同様に酸素濃度が二重に測定されて高信頼
の測定が可能になる。
【0017】基準電圧VrefがVCOより大きい時
に、セル電圧VceAはVCOに等しい。また、基準電
圧ライン26及び端子TP1間には抵抗28が接続さ
れ、端子TP1及びスイッチ22の一端間には抵抗30
が接続されている。スイッチ22の他端及び接地間には
抵抗32が接続され、スイッチ22の他端及びセル回路
24の出力端間には抵抗34が接続されている。
【0018】次に、寿命診断時はSW制御信号によって
スイッチ22がオンとなり、酸素センサ37に印加され
るセル電圧VceAは、酸素センサ47のセル回路24
の出力電圧Vbと抵抗28〜34及び基準電圧Vref
により次のように低下する。即ち、抵抗28〜34の抵
抗値を各々R1、R2、R3、R4と仮定すると、診断
時のセル電圧VceAは次の通りである。
【0019】VceA=(Vref−Vy)・R2/
(R1+R2)+Vy=[Vref−Vb・R3/(R
3+R4)]・R2/(R1+R2)+Vy 但し、R3、R4≪R1、R2、
【0020】従って、R1、R2、R3、R4及び基準
電圧Vrefを適宜選択することによって、図1の一点
鎖線で示すように診断時のセル電圧VceAを設定する
ことができる。
【0021】図3は、本発明による限界電流式酸素セン
サの濃度検出回路図である。この図において、図2に示
す部品と類似するものには同じ符号を付してある。トラ
ンジタQ1は、図2のスイッチ22に対応し、オン時に
はコレクタ・エミッタ間の抵抗がゼロオームであるとみ
なしている。セル回路20の演算増幅器36は第1限界
電流式酸素センサ37の限界電流を電圧に変換するI/
V変換回路を構成している。
【0022】即ち、第1増幅器36は、セル電圧Vce
Aが電圧フォロア(省略されてもよい)を介して非反転
入力端に印加され、反転入力端及び接地間に第1限界電
流式酸素センサ37が接続されている。また、反転入力
端及び出力端間に接続された可変抵抗38は、このセル
回路20の利得を調整して、第1限界電流式酸素センサ
37のバラツキを補償し或いは利得を調整するものであ
る。なお、定電圧回路40は、出力端から例えば5ボル
トの基準電圧Vrefと、分圧回路を経てVCO電圧と
を各々供給する3端子定電圧ICである。
【0023】これの代りに、セル電圧VceAは、電圧
フォロアの位置に配置されるインバータ(反転器)を介
して第1限界電流式酸素センサ37の他端に供給されて
もよい。この場合、第1増幅器36は、非反転入力端が
接地され、反転入力端に第1限界電流式酸素センサ37
の一端が接続されている。
【0024】更に、第2限界電流式酸素センサ47の濃
度検出回路は、第1限界電流式酸素センサ37の濃度検
出回路と同じである。即ち、第2増幅器46は、非反転
入力端にセル電圧VceBが印加され、反転入力端及び
接地間に第2限界電流式酸素センサ47が接続されてい
る。また、反転入力端及び出力端間に接続された第2可
変抵抗48は、このセル回路24の利得を調整して、酸
素センサ47のバラツキを補償するものである。
【0025】次に、これら濃度検出回路の出力Va及び
Vbは、図示しない比較器によって比較される。例え
ば、出力Va及びVbは、A/D変換後ワンチップマイ
コンに入力されてデジタル的に比較される。これらの出
力Va及びVbは、測定時において出力誤差が2%以内
に収まった時に総和平均が測定値として出力される。或
は、酸素センサAの自己診断時において、出力Vaが出
力Vbより10%低下した時に、酸素センサAが劣化し
たとみなしている。
【0026】これの代わりに、濃度検出回路の出力Va
及びVbは、図示しない除算器に入力され、出力がウイ
ンドウ比較器によって比較されてもよい。このウインド
ウ比較器は、測定時における出力が0.98〜1.02
以内に収まった時に総和平均が測定値として出力され
る。或は、酸素センサAの自己診断時において、0.9
〜1.1の範囲外にある時に、酸素センサAが劣化した
とみなしている。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の限界電流
式酸素センサの自己診断方法は、2つの酸素センサを用
いているため、自己診断の信頼性が従来の方法に比べて
極めて高い利点が得られる。また、セル電圧は他方の酸
素センサによる酸素濃度の測定値に応じて変えているた
め、自己診断の精度が高く、一方の酸素センサの自己診
断を行っている間でも、他方の酸素センサによって酸素
濃度の測定が可能である等の特徴を持っている。
【0028】また、酸素センサヘの突入電流を極めて小
さくすることができるため、酸素センサの信頼性を確保
でき、酸素濃度測定の応答速度が低下することもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】限界電流式酸素センサの出力電流特性図であ
る。
【図2】本発明による酸素センサの自己診断方法の基本
回路図である。
【図3】本発明による酸素センサの濃度検出回路の一実
施例を示す回路図である。
【符号の説明】
20 セル回路 22 スイッチ 24 第2セル回路 36 第1増幅器 37 第1酸素センサ 38 第1抵抗 46 第2増幅器 47 第2酸素センサ 48 第2抵抗

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反転入力端及び出力端間に第1抵抗が接続
    され、前記反転入力端に第1酸素センサが接続されて、
    前記第1酸素センサの間にセル電圧が印加され得る第1
    増幅器と、 反転入力端及び出力端間に第2抵抗が接続され、前記反
    転入力端に第2酸素センサが接続されて、前記第2酸素
    センサの間に前記セル電圧が印加され得ると共に、同じ
    酸素濃度下で前記出力端の電圧が前記第1増幅器のそれ
    と同じになるように利得が予め調整される第2増幅器と
    を備え、 前記第1酸素センサの診断時には、前記第2増幅器の出
    力端の電圧に基づいたセル電圧を前記第1酸素センサに
    印加して前記第1及び第2増幅器の出力を比較すること
    を特徴とする限界電流式酸素センサの自己診断方法。
  2. 【請求項2】前記診断時において前記第1増幅器の出力
    が前記第2増幅器の出力より10%低下した時に前記第
    1酸素センサが劣化したとみなすことを特徴とする請求
    項1に記載の方法。
JP10232288A 1998-08-04 1998-08-04 酸素センサの自己診断方法 Pending JP2000055862A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103529096A (zh) * 2013-10-31 2014-01-22 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 氧分压传感器信号处理电路

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103529096A (zh) * 2013-10-31 2014-01-22 中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心 氧分压传感器信号处理电路

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