JPH01307652A - Temperature controller for heater for oxygen sensor - Google Patents

Temperature controller for heater for oxygen sensor

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Publication number
JPH01307652A
JPH01307652A JP63137858A JP13785888A JPH01307652A JP H01307652 A JPH01307652 A JP H01307652A JP 63137858 A JP63137858 A JP 63137858A JP 13785888 A JP13785888 A JP 13785888A JP H01307652 A JPH01307652 A JP H01307652A
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JP
Japan
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heater
temperature
pulse
circuit
oxygen sensor
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Application number
JP63137858A
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Japanese (ja)
Inventor
Jun Usami
宇佐美 諄
Akinobu Hattori
服部 秋信
Yuichi Sasaki
雄一 佐々木
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01307652A publication Critical patent/JPH01307652A/en
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Abstract

PURPOSE:To realize a long service life of the title controller and to execute a temperature control with high reliability and with high accuracy by controlling the heating power supplied to a heater for heating an oxygen sensor by turning on and off a switching element. CONSTITUTION:A heater temperature (oxygen sensor temperature) of a thermocouple 9 of a temperature controller 60 is detected as thermoelectromotive force, and this thermoelectromotive force is compared with a set temperature of a setting device in a PID controller 41, a PID operation is performed and inputted as a control operation output signal S to a pulse width modulating circuit 50, a control of a pulse duty ratio is executed, and a high frequency pulse signal of this pulse width is outputted to a power transistor (switching element) 15 through a photocoupler 55. An output of a DC current supply circuit 11 receives switching of the TR 15, is provided to a primary winding 16a of a high frequency transformer 16 as high frequency power, and high frequency AC power from a secondary winding 16b is inputted to a heater 7 as DC power by a smoothing circuit 18. By the signal S, a temperature of the heater 7 is maintained at a set temperature.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は排ガス等の酸素濃度を検出する酸素センサに
用いるヒータの温度制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a temperature control device for a heater used in an oxygen sensor that detects the oxygen concentration of exhaust gas or the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

排ガス中のiS!2累i11度検出用ヒータは、センサ
素子の温度が測定精度に大きく影響するため、使用時に
センサ素子の温度を一定の高温度、たとえば500℃以
上の一定温度に維持する必要がある。
iS in exhaust gas! Since the temperature of the sensor element greatly affects the measurement accuracy of the heater for detecting 2-11 degrees, it is necessary to maintain the temperature of the sensor element at a constant high temperature, for example, 500 degrees Celsius or higher during use.

このための温度制御装置としては、交i電源を用いるも
のとしてはリレーによるオンオフ制御やサイリスターに
よる位相角制御方式のものが一般的であり、また直流電
源を用いるものとしては特開昭60−260842号公
報に開示されているように、ヒータに直列に接続したシ
リーズトランジスタを用い、ヒータ電流を加減調節する
方式のものが一般に採用されている。
Temperature control devices for this purpose are generally those that use an AC i power source for on/off control or phase angle control using a thyristor. As disclosed in the above publication, a system in which a series transistor connected in series with a heater is used to adjust the heater current is generally adopted.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが上記従来の温度制御回路のうち前者の交流電源
を用いるものは、小型で熱容Rの小さい酸素センサの場
合、脈動電力がそのままセン勺の′fA度変動となって
現われ、さらに公知のネルンス]−のセンサの発生起電
力の式(下記)から6明らかなように、センサの温度T
の変動は発生起電力の変動となって現われ、従って酸素
11度測定精度が劣るという問題がある。
However, among the conventional temperature control circuits mentioned above, those that use an AC power source are small in size and have a small heat capacity R, and in the case of an oxygen sensor, the pulsating power directly appears as a fluctuation in temperature of FA degrees. ] - From the equation (below) for the electromotive force generated by the sensor, it is clear that the temperature T of the sensor
Fluctuations in this appear as fluctuations in the generated electromotive force, and therefore there is a problem in that the accuracy of oxygen 11 degree measurement is poor.

但しE:発生起電力 R:気体常数 T:センサの絶対温度 n:イオン価数(n=4) F:ファラデ一定数 P 02(A’:基Q参照空気の酸素分圧PO2、被測
定ガス中のM累分圧 また111のシリーズl−ランラスタを用いる場合は、
シリーズトランジスタは可変抵抗として使用されるため
、その発熱量が大きく、この放熱による変換器の温度上
昇をもたらし、変換器内に用いられている電子部品の寿
命が短く信頼度が低いという問題があった。
However, E: Generated electromotive force R: Gas constant T: Absolute temperature of sensor n: Ion valence (n=4) F: Faraday constant P 02 (A': Base Q Reference oxygen partial pressure PO2 of air, measured gas M cumulative partial pressure in
Since series transistors are used as variable resistors, they generate a large amount of heat, and this heat dissipation causes the temperature of the converter to rise, leading to short lifespans and low reliability of the electronic components used in the converter. Ta.

この発明は上記従来の問題点を解決するもので、発熱量
が小さく、長寿命で信頼性が高く、高精度の温度制御が
できる酸素センサ用ヒータの温度制御装置を提供しよう
とするものである。
This invention solves the above-mentioned conventional problems, and aims to provide a temperature control device for an oxygen sensor heater that generates a small amount of heat, has a long life, is highly reliable, and is capable of highly accurate temperature control. .

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この出願の第1発明は、酸素センサのセンサ素子加熱用
ヒータに供給する加熱電力を制御I!iるヒータの温度
制御装置であって、直流電流供給回路にスイッチング素
子を介して高周波トランスの一次巻線を接続し、この高
周波トランスの二次巻線を整流回路および平滑化回路を
介してヒータに接続するとともに、設定温度とヒータ温
度との偏差信号に応じた制御油わ出力信号を発する温度
調節出力装置と、この制御部0出力信号に応じた高周波
パルス信号を前記スイッチング素子にオンオフ信号とし
て与え、前記制御演算出力信号大のとき前記スイッチン
グ素子の単位時間当りのオン時間が大となるように前記
高周波パルスのパルス巾および/またはパルス周期の制
御をおこなうパルス発生装置とを具備したことを特徴と
する酸素センサ用ヒータの温度制御装置である。
The first invention of this application controls the heating power supplied to the heater for heating the sensor element of the oxygen sensor. A temperature control device for a heater in which a primary winding of a high frequency transformer is connected to a DC current supply circuit via a switching element, and a secondary winding of the high frequency transformer is connected to a DC current supply circuit through a rectifying circuit and a smoothing circuit to control the temperature of a heater. and a temperature control output device that outputs a control oil level output signal in accordance with a deviation signal between the set temperature and the heater temperature, and a high frequency pulse signal in accordance with the control unit 0 output signal to the switching element as an on/off signal. and a pulse generator that controls the pulse width and/or pulse period of the high-frequency pulse so that when the control calculation output signal is large, the on time of the switching element becomes large. This is a temperature control device for a heater for an oxygen sensor.

またこの出願の第2発明は、前記高周波トランスの三次
巻線に磁気増巾器の一次巻線を接続するとともに、この
磁気増巾器の制御巻線を前記平滑化回路の出力側に接続
し、前記磁気増巾器の二次巻線に直流定電圧回路を接続
して成る補助用電源を、第1発明の装置に付設した酸素
センサ用ヒータの温度制御装置である。
Further, a second invention of this application connects the primary winding of a magnetic amplifier to the tertiary winding of the high-frequency transformer, and connects the control winding of this magnetic amplifier to the output side of the smoothing circuit. , a temperature control device for an oxygen sensor heater, in which an auxiliary power source formed by connecting a DC constant voltage circuit to the secondary winding of the magnetic amplifier is attached to the device of the first invention.

またこの出願の第3発明は、酸素センサのセンサ素子加
熱用ヒータに供給する加熱電力を制御するヒータの温度
制御装置であって、直流電流供給回路にスイッチング素
子を介して転流ダイオードと平滑化回路を接続し、この
平滑化回路の出力側をヒータに接続するとともに、設定
温度とヒータ温度との偏差信号に応じた制御演算出力信
号を発する温度調節出力1!置と、この制御演算出力信
号に応じた高周波パルス信号を前記スイッチング素子に
オンオフ信号として与え、前記制御演算出力信号大のと
き前記スイッチング素子の中位時間当りのオン時間が大
となるように前記高周波パルスのパルス巾および/また
はパルス周期の制御をおこなうパルス発生装置とを具備
したことを特徴とする酸素センサ用ヒータの温度制御2
11装置である。
Further, a third invention of this application is a heater temperature control device for controlling heating power supplied to a heater for heating a sensor element of an oxygen sensor, the device having a DC current supply circuit connected to a commutating diode and a smoothing device via a switching element. The circuit is connected, and the output side of this smoothing circuit is connected to the heater, and a temperature adjustment output 1 that emits a control calculation output signal according to the deviation signal between the set temperature and the heater temperature! and a high-frequency pulse signal corresponding to this control calculation output signal is applied to the switching element as an on/off signal, and when the control calculation output signal is large, the on time of the switching element per medium time is large. Temperature control of an oxygen sensor heater 2 characterized in that it is equipped with a pulse generator that controls the pulse width and/or pulse period of high-frequency pulses.
There are 11 devices.

この発明において、設定温度とヒータ温度との偏差信号
に応じた制御演界出力信号とは、前記偏差信号に比例制
御部綿または比例−積分制御波口または比例−徹分制御
油葬または比例−積分一徹分制御演算を施した出力信号
をいう。
In this invention, the control field output signal corresponding to the deviation signal between the set temperature and the heater temperature is defined as the control field output signal corresponding to the deviation signal from the proportional control part, proportional-integral control wave mouth, proportional-integral control oil filling or proportional- This refers to the output signal that has been subjected to integral-integral control calculations.

〔作用〕[Effect]

この発明のヒータの温度制御装置においては、ヒータ温
度と設定温度との偏差信号に応じて温度調節出力5A′
FKが発する制御波ロ出力信号により、パルス発生装置
の発する高周波パルス信号のパルス巾および/またはパ
ルス周期の制御がおこなわれる。直流°上流供給回路の
直流出力は、前記高周波パルス信号によりオンオフされ
るスイッチング素子によって高周波交流電力に変換され
、高周波トランスを介して整流回路および平滑化回路に
より、あるいは直接転流ダイオードと平滑化回路により
、直流化され、ヒータに供給される。
In the heater temperature control device of the present invention, the temperature control output is 5A' in accordance with the deviation signal between the heater temperature and the set temperature.
The control wave output signal emitted by the FK controls the pulse width and/or pulse period of the high frequency pulse signal emitted by the pulse generator. The DC output of the DC upstream supply circuit is converted into high frequency AC power by a switching element that is turned on and off by the high frequency pulse signal, and is converted to high frequency AC power via a high frequency transformer, then by a rectifier circuit and a smoothing circuit, or directly by a commutating diode and a smoothing circuit. The current is converted into direct current and supplied to the heater.

また第2発明のヒータの温度制御装置においては、補助
用電源の磁気増巾器の制御巻線には、ヒータ電流に比例
した直流電流が流れて鉄心を偏磁する。これにより、高
周波!・ランスの一次側入力電力が大のときも、磁気増
巾器の鉄心の非直線性により、磁気増巾器二次側電圧の
上界が制御され、直流定電圧回路に高電圧がかかること
が防止される。
Further, in the heater temperature control device of the second aspect of the invention, a direct current proportional to the heater current flows through the control winding of the magnetic amplifier of the auxiliary power supply to bias the iron core. This allows high frequency!・Even when the primary side input power of the lance is large, the upper limit of the secondary side voltage of the magnetic amplifier is controlled due to the nonlinearity of the iron core of the magnetic amplifier, and a high voltage is applied to the DC constant voltage circuit. is prevented.

〔実施例〕〔Example〕

以下第1図および第2図によりこの発明の一実施例を説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

第2図において1は酸素センサで、ジルコニア等の固体
電解質から成る有底円筒体2の表裏両面に多孔質の白金
電極3.4を被着し、外面をセラミックフィルタ膜5で
被覆して成り、6は排気管などへ取付けるためのフラン
ジである。7は抵抗線から成る管状のヒータで、セラミ
ック製のリング8を介して酸素センサ1の内面に固着さ
れている。また9は熱雷対で、その検出端9aは酸素セ
ンサ1の内面に接近して配置され、中間部を耐熱セメン
ト10によりヒータ7の内面に固着しである。
In FIG. 2, reference numeral 1 denotes an oxygen sensor, which consists of a bottomed cylindrical body 2 made of a solid electrolyte such as zirconia, with porous platinum electrodes 3.4 adhered to both the front and back surfaces, and the outer surface covered with a ceramic filter membrane 5. , 6 is a flange for attachment to an exhaust pipe or the like. Reference numeral 7 denotes a tubular heater made of a resistance wire, which is fixed to the inner surface of the oxygen sensor 1 via a ceramic ring 8. Reference numeral 9 denotes a thermal lightning pair, the detection end 9a of which is placed close to the inner surface of the oxygen sensor 1, and the intermediate portion thereof is fixed to the inner surface of the heater 7 with heat-resistant cement 10.

また第1図において、11は直流電流供給回路で、交流
電源12に整流器13と平滑化用のコンデンサ14を接
続して成り、スイッチング素子であるパワートランジス
タ15を介して高周波トランス16の一次巻線16aに
接続されている。17は高周波トランス16の二次巻線
16bに接続した整流回路、18はりアクタンス19と
コンデンサ20.21から成り、整流回路17の出力側
に接続した平滑化回路である。平滑化回路18の出力側
はヒータ7に接続されるとともに、磁気増巾器31の1
IJtl1巻線31bに接続されている。30は補助用
電源で、磁気増巾器31の出力側に直流定電圧回路32
を接続して成る。磁気増巾器31の一次巻線31aは、
高周波1−ランス16の三次巻線16Gに接続されてい
る。また直流定電圧回路32は、整流器33の出力側に
コンデンサ34、三端子レギュレータ35、およびコン
デンサ36を接続して成る公知の構成のもので、その出
力端子37および38にはそれぞれ例えば+15 ′V
および一15Vの直流定電圧を発生するものである。
In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a DC current supply circuit, which is made up of an AC power supply 12 connected to a rectifier 13 and a smoothing capacitor 14. 16a. 17 is a rectifier circuit connected to the secondary winding 16b of the high frequency transformer 16; 18 is a smoothing circuit consisting of an actance 19 and a capacitor 20.21 and connected to the output side of the rectifier circuit 17; The output side of the smoothing circuit 18 is connected to the heater 7 and also to one of the magnetic amplifiers 31.
It is connected to the IJtl1 winding 31b. 30 is an auxiliary power supply, and a DC constant voltage circuit 32 is connected to the output side of the magnetic amplifier 31.
It consists of connecting The primary winding 31a of the magnetic amplifier 31 is
It is connected to the tertiary winding 16G of the high frequency 1-lance 16. Further, the DC constant voltage circuit 32 has a known configuration in which a capacitor 34, a three-terminal regulator 35, and a capacitor 36 are connected to the output side of a rectifier 33, and output terminals 37 and 38 each have a voltage of +15'V, for example.
It also generates a DC constant voltage of -15V.

一方40は温度調節出力装置で、熱電対9にP10調節
器41を接続して成る。また50はパルス発生装置であ
るパルス巾変調回路であり、高周波(たとえば10KH
z )の三角波を発生する三角波発生回路51と、この
三角波とPID調節器41の発する制御演惇出力信号S
を比較して、この制御演篩出力信号が大のときパルス中
が大となる高周波パルス信号Pを発する比較352とか
ら成り、この比較器52の出力端は、ホトカブラ55を
介して両回路を光結合しかつ電気的絶縁をして、パワー
トランジスタ15のベースに接続されている。
On the other hand, 40 is a temperature control output device, which is made up of a thermocouple 9 and a P10 regulator 41 connected thereto. Further, 50 is a pulse width modulation circuit which is a pulse generator, and is a pulse width modulation circuit which is a pulse generator, and is a pulse width modulation circuit which is a pulse generator.
A triangular wave generating circuit 51 that generates a triangular wave of
A comparator 352 generates a high-frequency pulse signal P whose pulse is large when the control sieve output signal is large. It is optically coupled and electrically insulated and connected to the base of the power transistor 15.

上記構成のヒータの温度制御装置60においては、熱電
対9によりヒータ温度(=酸素センサ温度)が熱起電力
として検出され、この熱起電力はPID調節器41にお
いて内蔵する設定器の設定温度(詳しくは該温度に相当
する熱電対9の熱起電力)と比較され、PID演わを施
されて制御油n出力信号Sとしてパルスf1」変調回路
50に出力される。パルス巾変調回路50においては、
制御演算出力信号Sが大のときパルス巾が大となるよう
にパルスデューティ−比の制御がおこなわれ、このパル
ス巾の高周波パルス信QPがホトカプラ55を介してパ
ワートランジスタ15に与えられる。直流電流供給回路
11の出力は、パワートランジスタ15の前記パルス信
号Pによるスイッチングを受けて、高周波交流電力とし
て高周波トランス16の一次巻1!i!16aに与えら
れ、二次8線16b側に移送された高周波交流電力は、
整流回路17および平滑化回路18により直流電力に変
換され、ヒータ7に与えられる。ヒータ7が温度上昇し
て設定温度に近づけば、温度調節出力装置40の制御演
算出力信号Sが減少して、パルス巾変調回路50は高周
波パルス信号Pのパルス巾を減少させ、パワートランジ
スタ15のスイッチングによりヒータ7に与えられる電
力を減少させ、ヒータ7の温度を設定温度に維持する。
In the heater temperature control device 60 configured as described above, the heater temperature (=oxygen sensor temperature) is detected by the thermocouple 9 as a thermoelectromotive force, and this thermoelectromotive force is used as the set temperature ( Specifically, it is compared with the thermoelectromotive force of the thermocouple 9 corresponding to the temperature, subjected to PID processing, and output as the control oil n output signal S to the pulse f1 modulation circuit 50. In the pulse width modulation circuit 50,
The pulse duty ratio is controlled so that the pulse width becomes large when the control calculation output signal S is large, and a high frequency pulse signal QP having this pulse width is applied to the power transistor 15 via the photocoupler 55. The output of the DC current supply circuit 11 is switched by the pulse signal P of the power transistor 15, and the primary winding 1! of the high frequency transformer 16 is output as high frequency AC power. i! The high frequency AC power given to the secondary 8 wire 16a and transferred to the secondary 8 wire 16b side is
The rectifier circuit 17 and the smoothing circuit 18 convert the DC power into DC power, which is then applied to the heater 7 . When the temperature of the heater 7 rises and approaches the set temperature, the control calculation output signal S of the temperature adjustment output device 40 decreases, the pulse width modulation circuit 50 decreases the pulse width of the high frequency pulse signal P, and the power transistor 15 The switching reduces the power given to the heater 7 and maintains the temperature of the heater 7 at the set temperature.

一方補助用電源30においては、ヒータ7の電流に比例
した直流電源が、磁気増巾′:?A31の制御巻線31
bに流れるため、高周波トランス16の一次巻線16a
の入力電力が大(従ってヒータ電流ら大)の時、磁気増
中器31の鉄心の非直線性により、二次巻線31cに発
生する交流電圧の上界が抑制され、従って三端子レギュ
レータ35に高電圧がかかることが防止される。この補
助用電源30は、温度調節出力装置40やパルス中変調
回路50等の直流定電圧電源として使用することができ
る。
On the other hand, in the auxiliary power supply 30, a DC power supply proportional to the current of the heater 7 has a magnetic amplification ':? A31 control winding 31
b, the primary winding 16a of the high frequency transformer 16
When the input power of the three-terminal regulator 35 is large (therefore, the heater current is large), the nonlinearity of the iron core of the magnetic multiplier 31 suppresses the upper limit of the AC voltage generated in the secondary winding 31c, and therefore the three-terminal regulator 35 This prevents high voltage from being applied to the This auxiliary power source 30 can be used as a DC constant voltage power source for the temperature control output device 40, the pulse modulation circuit 50, and the like.

次に第3図はこの発明の他の実施例を示し、図中、第1
図と同一または相当部分には、第1図と同一符号を付し
である。
Next, FIG. 3 shows another embodiment of the present invention.
Components that are the same or corresponding to those in the figures are given the same reference numerals as in FIG. 1.

すなわち、この実施例においては、交流電源12の電圧
を商用周波数用の変圧器71で一旦降圧させたのち整流
器13およびコンデンサ14により整、流して直流電源
を供給する直流電流供給回路72を用い、パワートラン
ジスタ15によりスイッチングした高周波交流電圧を、
転流ダイオード73と平滑化回路74により整流しτヒ
ータ7に与えるようにした点が、前記実施例と異なる。
That is, in this embodiment, a DC current supply circuit 72 is used that once steps down the voltage of an AC power supply 12 using a commercial frequency transformer 71, and then rectifies and flows the voltage through a rectifier 13 and a capacitor 14 to supply DC power. The high frequency AC voltage switched by the power transistor 15 is
This embodiment differs from the previous embodiment in that the commutation diode 73 and the smoothing circuit 74 provide rectification to the τ heater 7.

このヒータの温度制御装置70においても、前記実施例
と同様に、ヒータ7の温度と設定温度との偏差信号に応
じた制御演算出力信号Sにもとづいてパルス巾変調回+
1850が発生ずる高周波パルス信号Pにより、ホ+−
カブラ55を介してパワートランジスタ15がスイッチ
ングされ、ヒータ温度と設定温度の偏差に応じた制御演
算出力信号にもとづく直流電力がヒータ7に与えられ、
ヒータ7を設定温度に維持する。
In this heater temperature control device 70 as well, as in the above embodiment, the pulse width modulation circuit +
The high frequency pulse signal P generated by the 1850 causes the
The power transistor 15 is switched via the coupler 55, and DC power is given to the heater 7 based on a control calculation output signal corresponding to the deviation between the heater temperature and the set temperature.
Maintain the heater 7 at the set temperature.

なおこの実施例においては定電圧電源のイり設は省略し
であるが、変圧器71の三次巻線に、第1図における直
流定電圧回路32を接続して定電圧電源とすることもで
きる。またこの実施例において、変圧器71を省略して
交流電源12を直接整流器13およびコンデンサ1/I
に接続した直流電流供給回路を用いることもできる。
Although the setting of the constant voltage power supply is omitted in this embodiment, the DC constant voltage circuit 32 shown in FIG. 1 can be connected to the tertiary winding of the transformer 71 to form a constant voltage power supply. . Further, in this embodiment, the transformer 71 is omitted and the AC power supply 12 is directly connected to the rectifier 13 and the capacitor 1/I.
It is also possible to use a direct current supply circuit connected to the

この発明は上記各実施例に限定されるものではなく、た
とえばパルス発生回路としては、前記パルス111変調
回路50のほか、周波数変調回路を用いて制御演算出力
信号Sが大のときパルス巾一定で周波数が人となるよう
高周波パルス信号Pの制御をおこなってもよいし、ディ
ジタル信号処理回路によりパルス発生装置を構成するこ
ともできる。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. For example, in addition to the pulse 111 modulation circuit 50, a frequency modulation circuit may be used as the pulse generation circuit to maintain a constant pulse width when the control calculation output signal S is large. The high-frequency pulse signal P may be controlled so that the frequency is constant, or the pulse generator may be configured with a digital signal processing circuit.

また前記各実施例では、ヒータ温度の検出は熱電対9に
よりおこなう構成としたが、第4図に示すように、温度
によって変化するヒータ7の抵抗値を利用して温度を検
出し設定温度との偏差に応じた制御演算出力信号を求め
る方式の温度調節出力装r!t81を用いることもでき
る。図中、82はヒータ電流検出用の抵抗、83および
84はヒータ7に並列に接続した分圧用の高抵抗値の抵
抗、85および86は増巾器であり、所定の比率で分圧
されたヒータ電圧V  J3よびヒータ電流’I+は増
巾器85.86により増巾後、Δ/D変換各87により
ディジタル変換され、V、、/r、の演算を施されてヒ
ータ抵抗RHとしてマイクロブロセツサ88に取込まれ
る。マイクロプロセッサ88においては、あらかじめ電
源投入時制御予想ヒータ電圧の約1/10のヒータ電圧
をヒータ7に印加して、常温時のヒータ抵抗R8をC1
測しておき、次にヒータ電圧を温度制御の電圧に切換え
て、前記のヒータ抵抗RをC1測し、抵抗比R,,/R
8を求めて以後の信号処理をおこなう。この抵抗比は、 但しα:ヒータ抵抗の温度係数 t:ヒータ抵抗の測定時の温度 to:ヒータ抵抗の常温δ11測の温度であられされ、
ヒータ温度に比例した信号となり、センサ交換時のヒー
タ抵抗のばらつきの影フでを受【jることかない。ヒー
タの設定湯度t3に対するヒータ抵抗RSは、 により求められ、マイクロプロセッサ88の比較部口部
88aにおいては、抵抗比R,,/Roと抵抗比R/R
oとの比較がおこなわれ、その抵抗比の差として求めた
制御演篩出力信号Sは、マイクロプロセッサ88のデユ
ーティ比演算部88b〈パルス発生装置〉に送られ、偏
差信号Sに応じてパルス中変調演棹が施され、高周波パ
ルス信号Pとしてホトカブラ55を介してパワートラン
ジスター5に与えられるのである。
Furthermore, in each of the above embodiments, the heater temperature is detected using the thermocouple 9, but as shown in FIG. Temperature control output device that calculates a control calculation output signal according to the deviation of r! t81 can also be used. In the figure, 82 is a resistor for detecting the heater current, 83 and 84 are high resistance resistors connected in parallel to the heater 7, and 85 and 86 are amplifiers, which divide the voltage at a predetermined ratio. Heater voltage V J3 and heater current 'I+ are amplified by amplifiers 85 and 86, then digitally converted by Δ/D conversion 87, subjected to calculations of V, , /r, and converted into microblock as heater resistance RH. It is taken into the setter 88. In the microprocessor 88, a heater voltage approximately 1/10 of the expected control heater voltage at power-on is applied to the heater 7 in advance, and the heater resistance R8 at room temperature is set to C1.
Then, switch the heater voltage to the temperature control voltage, measure the heater resistance R, C1, and obtain the resistance ratio R, , /R.
8 and performs subsequent signal processing. This resistance ratio is, however, α: Temperature coefficient of heater resistance t: Temperature at the time of measurement of heater resistance to: Room temperature δ of heater resistance
The signal is proportional to the heater temperature, and is not affected by variations in heater resistance when replacing the sensor. The heater resistance RS for the set hot water temperature t3 of the heater is determined by
The control sieve output signal S obtained as the difference in resistance ratio is sent to the duty ratio calculating section 88b (pulse generator) of the microprocessor 88, and the pulse generator output signal S is compared with the difference signal S. The signal is subjected to modulation and is applied as a high-frequency pulse signal P to the power transistor 5 via the photocoupler 55.

さらに前記各実施例では、直流電流供給回路の電源とし
て交流電源を用いているが、電池あるいは直流発電機を
電源とする直流電流供給回路を用いてもよく、この場合
は整流器や平滑化回路は不要となり装置が簡潔となる。
Further, in each of the above embodiments, an AC power source is used as the power source of the DC current supply circuit, but a DC current supply circuit using a battery or a DC generator as the power source may also be used. In this case, the rectifier and smoothing circuit are not used. This eliminates the need and the device becomes simpler.

またスイッチング素子としては、パワートランジスタの
ほかにパワーFETなどを用いることもできる。
Further, as the switching element, a power FET or the like can be used in addition to the power transistor.

(発明の効果) 以上説明したようにこの発明によれば、スイッチング素
子はオンオフスイッチングのみに用いられるので、その
発熱量は少なく、長寿命で信頼度が高いヒータ温度制御
装置が得られる。またヒータには直流電流が供給される
ので温度の変動が少なく、高精度の温度制御をおこなう
ことができる。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, since the switching element is used only for on/off switching, a heater temperature control device that generates less heat, has a long life, and is highly reliable can be obtained. Further, since direct current is supplied to the heater, there is little variation in temperature, and highly accurate temperature control can be performed.

請求項1のヒータの温度制御装置においては、高周波ト
ランスを用いるため、装置が小形軽量化できる。
In the heater temperature control device according to the first aspect, since a high frequency transformer is used, the device can be made smaller and lighter.

請求項2のヒータの温度制御装置においては、ヒータ電
流大のときにおいても、補助用電源における磁気増1]
器の二次側電圧の上昇が抑制され、三端子レギュレータ
に高電圧がかかることがないので、該レギュレータ(I
C)の熱負荷が軽減化され、補助用電源の長寿命化と信
頼性向上が達成できる。
In the heater temperature control device according to claim 2, even when the heater current is large, the magnetic increase in the auxiliary power supply [1]
The rise in the secondary side voltage of the regulator is suppressed, and high voltage is not applied to the three-terminal regulator.
The heat load of C) is reduced, and the lifespan and reliability of the auxiliary power source can be extended and improved.

請求項3のヒータの温度制御装置においては、電源ON
時の突入電流が少なく、またスイッチングの0N−OF
Fデユーデイ比を0〜100%まで大きく変化させるこ
とができる。
In the heater temperature control device according to claim 3, when the power is turned on,
The inrush current during switching is small, and the switching is 0N-OF.
The F duty ratio can be greatly changed from 0 to 100%.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例を示すヒータの温度制御装
置の回路図、第2図は同じく酸素センサの縦断面図、第
3図はこの発明の他の実施例を示すヒータの温度制御装
置の回路図、第4図は温度調節出力装置とパルス発生装
置の他の実施態様を示す回路図である。 1・・・酸素センサ、7・・・ヒータ、9・・・熱電対
、11・・・直流電流供給回路、15・・・パワートラ
ンジスタ(スイッチング素子)、16・・・高周波トラ
ンス、16a・・・−次巻線、16b・・・二次巻線、
16c・・・三次巻線、17・・・整流回路、18・・
・平滑化回路、30・・・補助用電源、31・・・磁気
増巾器、31a・・・−次巻線、31b・・・制御巻線
、31c・・・二次巻線、32・・・直流定電圧回路、
40・・・温度調節出力装置、41・・・PID調節器
、50・・・パルス巾変調回路(パルス発生装置)、5
1・・・三角波発生回路、52・・・比較器、55・・
・ホトカブラ、60・・・ヒータの温度制御装置、70
・・・ヒータの温度制m装置、72・・・直流電流供給
回路、73・・・転流ダイオード、74・・・平滑化回
路、81・・・湿度調節出力装置、88・・・マイクロ
プロセッサ、88a・・・比較演算部、88b・・・デ
ユーティ比較演算部(パルス発生装置)。 手続ン1rJ正早) 平成1イ[6J]30日 昭和63年特許願第137858号 2、発明の名称 酸素センリ用ヒータの温度制御装置 3、補正をする者 事f1との関係  特許出願人 住 所 名古屋市瑞穂区須田町2番56号名称 (40
6)日本碍子株式会社 代表者小原敏人 4、代理人 〒460 5、補正命令のEl付  自 発 6、補正により増加する請求項の数  な し7、補+
[の対免 明細書の特許請求の範囲、発明の詳細な説明J3よび8
、補正の内容 (1)明m書の特許請求の範囲の記載を別紙のとおり補
i′Eする。 ・ (2)明細書第5頁第10行の1直流電流供給回路
Jを「直流電力供給回路」と補正する。 (3)明III書第6頁第13行乃至第14行の「直流
電流供給装置Jを「、直流電力供給回路」と補正する。 (4)明III内第7頁第17行の「直流電流供給回路
」を[直流電力供給回路1と補正する。 にI)明lII内第9頁第5行の「直流電流供給回路」
を1直流電力供給回路1と補正する。 (6)明111古第11頁第10行の「直流電流供給回
路」を「直流電力供給回路」と補正する。 (7)明11[1m第12頁第20行の「直流電流供給
回路、jを「直流電力供給回路」と、補正する。 (8)明細書第13頁第19行乃至第20行の1i!1
流電流供給回路」を「直流電力供給回路]と補正する。 (9)明細書第16頁第9行の1直流電流供給回路」を
「直流電力供給回路」と補正する。 (10)明lll1占第16頁第11行、の「直流電流
供給回路」を1直流電力供給回路」と補正する。 (11)明細書第17頁第1行の「直流電流」を1直流
電力」と補正する。 (12)明111J第18頁第5行の「直流電流供給回
路」を「ti直流電力供給回路と補正する。 (13)明Ill書第18頁第16行の「直流電流供給
回路」を「0流電力供給回路」と補正する。 特許請求の範囲 1、酸素センサのセン()素子加熱用ヒータに供給する
加熱電力を制御するヒータの温度制御11装置であって
、Lλ虱hl互旦丘にスイッチング素子を介して高周波
トランスの一次巻線を接続し、この^周波トランスの二
次巻線を整流回路および平滑化回路を介してヒータに接
続するとともに、設定温度とヒータ温度との偏差信号に
応じた制御演算出力信号を発する温度調節出力装置と、
このilJ御演算演算出力信号じた高周波パルス信号を
前記スイッチング素子にオンオフ信号として与え、前記
制御演算出力信号大のとき前記スイッチング素子の単位
時間当りのオン時間が大となるように前記n周波パルス
のパルス巾J3よび/またはパルス周期の制御をおこな
うパルス発生装置とを具備したことを特徴とする酸素セ
ンサ用ヒータの温度制御装置。 2、前記高周波トランスの三次巻線に磁気増巾器の一次
巻線を接続するとともに、この磁気増巾器のR,lI御
巻線を前記平滑化回路の出力側に接続し、前記磁気増巾
器の二次巻線に直流定電圧回路を接続して成る補助用電
源を具備する請求1n1記載の酸素センサ用ヒータの温
度制m装置。 3、酸素センサのセンサ索子加熱用ヒータに供給する加
熱電力を制御lIするヒータの4■り御¥装置であって
、1え虱九爽亙旦1にスイッチング素子を介して転流ダ
イオードと平滑化回路を接続し、この平滑化回路の出力
側をヒータに接続するとともに、設定温度とヒータ温度
との偏差信号に応じた制御演算出力信号を発する温度調
節出力装置と、この制御演算出力信号に応じた高周波パ
ルス信号を前記スイッチング素子にオンオフ信号として
与え、前記制御演算出力信号大のとき前記スイッチング
素子の中位時間当りのオン時間が大となるように前記高
周波パルスのパルス巾および/またはパルス周期の11
11御をおこなうパルス発生装置とを只備したことを特
徴とする酸素センサ用ヒータの瀉度制girt。
Fig. 1 is a circuit diagram of a heater temperature control device showing one embodiment of the present invention, Fig. 2 is a vertical cross-sectional view of an oxygen sensor, and Fig. 3 is a heater temperature control device showing another embodiment of the invention. Circuit diagram of the device. FIG. 4 is a circuit diagram showing another embodiment of the temperature control output device and the pulse generator. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Oxygen sensor, 7... Heater, 9... Thermocouple, 11... DC current supply circuit, 15... Power transistor (switching element), 16... High frequency transformer, 16a...・-Secondary winding, 16b...Secondary winding,
16c... Tertiary winding, 17... Rectifier circuit, 18...
- Smoothing circuit, 30... Auxiliary power supply, 31... Magnetic amplifier, 31a...-Next winding, 31b... Control winding, 31c... Secondary winding, 32...・DC constant voltage circuit,
40... Temperature control output device, 41... PID controller, 50... Pulse width modulation circuit (pulse generator), 5
1... Triangular wave generation circuit, 52... Comparator, 55...
・Hotokabura, 60... Heater temperature control device, 70
... Heater temperature control device, 72 ... DC current supply circuit, 73 ... Commutation diode, 74 ... Smoothing circuit, 81 ... Humidity control output device, 88 ... Microprocessor , 88a... Comparison calculation unit, 88b... Duty comparison calculation unit (pulse generator). Procedure 1rJ Masahaya) 1989 1st [6J] 30th Patent Application No. 137858 2, Title of Invention Temperature Control Device for Oxygen Sensor Heater 3, Relationship with Person Making Correction f1 Patent Applicant Residence Location 2-56 Suda-cho, Mizuho-ku, Nagoya Name (40
6) Nippon Insulators Co., Ltd. Representative Toshito Ohara 4, Agent 〒460 5, Amendment order attached with El Voluntary action 6, Number of claims increased by amendment None 7, Supplementary +
[Claims of the patent specification, detailed description of the invention J3 and 8
, Contents of amendment (1) The description of the claims in the statement of claim is supplemented as shown in the attached sheet. - (2) 1 DC current supply circuit J on page 5, line 10 of the specification is corrected to "DC power supply circuit." (3) "DC current supply device J" in Mei III, page 6, lines 13 to 14 is corrected to "DC power supply circuit." (4) Correct "DC current supply circuit" on page 7, line 17 of Mei III to "DC power supply circuit 1." I) "DC current supply circuit" on page 9, line 5 in Akira II
is corrected as 1 DC power supply circuit 1. (6) Correct "DC current supply circuit" on page 11, line 10 of Mei 111 Old to read "DC power supply circuit." (7) Bright 11 [1m, page 12, line 20, "DC current supply circuit", j is corrected to "DC power supply circuit". (8) 1i on page 13, lines 19 and 20 of the specification! 1
"Current current supply circuit" is corrected to "DC power supply circuit." (9) "1 DC current supply circuit" on page 16, line 9 of the specification is corrected to "DC power supply circuit." (10) Correct ``DC current supply circuit'' in page 16, line 11 of Akirall 1 Dictionary to ``1 DC power supply circuit''. (11) "DC current" in the first line of page 17 of the specification is corrected to "1 DC power." (12) Correct “DC current supply circuit” on page 18, line 5 of Mei 111J to “ti DC power supply circuit.” (13) Correct “DC current supply circuit” on page 18, line 16 of Mei Ill. 0 current power supply circuit”. Claim 1: A heater temperature control 11 device for controlling heating power supplied to a heater for heating a sensor element of an oxygen sensor, wherein a high frequency transformer is connected to the primary of a high frequency transformer via a switching element to an Lλ The secondary winding of this frequency transformer is connected to the heater via a rectifier circuit and a smoothing circuit, and the temperature at which a control calculation output signal is generated according to the deviation signal between the set temperature and the heater temperature is determined. A control output device;
A high-frequency pulse signal corresponding to this ilJ control calculation output signal is applied to the switching element as an on/off signal, and the n-frequency pulse is set so that when the control calculation output signal is large, the on time of the switching element becomes large. 1. A temperature control device for a heater for an oxygen sensor, comprising: a pulse generator for controlling a pulse width J3 and/or a pulse period. 2. Connect the primary winding of a magnetic amplifier to the tertiary winding of the high frequency transformer, and connect the R and II windings of this magnetic amplifier to the output side of the smoothing circuit, and The temperature control device for an oxygen sensor heater according to claim 1n1, further comprising an auxiliary power source formed by connecting a DC constant voltage circuit to the secondary winding of the hood. 3. A heater control device that controls the heating power supplied to the heater for heating the sensor cord of the oxygen sensor, and 1. A temperature control output device to which a smoothing circuit is connected, the output side of this smoothing circuit is connected to a heater, and which emits a control calculation output signal according to a deviation signal between a set temperature and a heater temperature, and this control calculation output signal. A high frequency pulse signal corresponding to the switching element is applied as an on/off signal to the switching element, and the pulse width of the high frequency pulse and/or 11 of pulse period
1. A temperature control girt for an oxygen sensor heater, characterized in that it is equipped with a pulse generator that performs 11 control.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、酸素センサのセンサ素子加熱用ヒータに供給する加
熱電力を制御するヒータの温度制御装置であつて、直流
電流供給回路にスイッチング素子を介して高周波トラン
スの一次巻線を接続し、この高周波トランスの二次巻線
を整流回路および平滑化回路を介してヒータに接続する
とともに、設定温度とヒータ温度との偏差信号に応じた
制御演算出力信号を発する温度調節出力装置と、この制
御演算出力信号に応じた高周波パルス信号を前記スイッ
チング素子にオンオフ信号として与え、前記制御演算出
力信号大のとき前記スイッチング素子の単位時間当りの
オン時間が大となるように前記高周波パルスのパルス巾
および/またはパルス周期の制御をおこなうパルス発生
装置とを具備したことを特徴とする酸素センサ用ヒータ
の温度制御装置。 2、前記高周波トランスの三次巻線に磁気増巾器の一次
巻線を接続するとともに、この磁気増巾器の制御巻線を
前記平滑化回路の出力側に接続し、前記磁気増巾器の二
次巻線に直流定電圧回路を接続して成る補助用電源を具
備する請求項1記載の酸素センサ用ヒータの温度制御装
置。 3、酸素センサのセンサ素子加熱用ヒータに供給する加
熱電力を制御するヒータの温度制御装置であつて、直流
電流供給回路にスイッチング素子を介して転流ダイオー
ドと平滑化回路を接続し、この平滑化回路の出力側をヒ
ータに接続するとともに、設定温度とヒータ温度との偏
差信号に応じた制御演算出力信号を発する温度調節出力
装置と、この制御演算出力信号に応じた高周波パルス信
号を前記スイッチング素子にオンオフ信号として与え、
前記制御演算出力信号大のとき前記スイチツング素子の
単位時間当りのオン時間が大となるように前記高周波パ
ルスのパルス巾および/またはパルス周期の制御をおこ
なうパルス発生装置とを具備したことを特徴とする酸素
センサ用ヒータの温度制御装置。
[Claims] 1. A heater temperature control device for controlling heating power supplied to a heater for heating a sensor element of an oxygen sensor, which includes a DC current supply circuit connected to a primary winding of a high-frequency transformer via a switching element. and a temperature control output device which connects the secondary winding of the high frequency transformer to the heater via a rectifier circuit and a smoothing circuit, and which emits a control calculation output signal according to a deviation signal between the set temperature and the heater temperature. , a high-frequency pulse signal corresponding to this control calculation output signal is applied to the switching element as an on/off signal, and the high-frequency pulse is applied so that when the control calculation output signal is large, the ON time of the switching element per unit time is large. 1. A temperature control device for an oxygen sensor heater, comprising a pulse generator that controls pulse width and/or pulse period. 2. Connect the primary winding of a magnetic amplifier to the tertiary winding of the high frequency transformer, and connect the control winding of this magnetic amplifier to the output side of the smoothing circuit, and 2. The temperature control device for an oxygen sensor heater according to claim 1, further comprising an auxiliary power source comprising a DC constant voltage circuit connected to the secondary winding. 3. A heater temperature control device that controls the heating power supplied to the heater for heating the sensor element of an oxygen sensor, in which a commutation diode and a smoothing circuit are connected to the DC current supply circuit via a switching element, and this smoothing a temperature control output device that connects the output side of the conversion circuit to the heater and generates a control calculation output signal according to a deviation signal between the set temperature and the heater temperature; Give it to the element as an on/off signal,
It is characterized by comprising a pulse generator that controls the pulse width and/or pulse period of the high-frequency pulse so that when the control calculation output signal is large, the on-time per unit time of the switching element is large. Temperature control device for oxygen sensor heater.
JP63137858A 1988-06-04 1988-06-04 Temperature controller for heater for oxygen sensor Pending JPH01307652A (en)

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Cited By (3)

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