JPH11201934A - 酸素濃度測定回路 - Google Patents
酸素濃度測定回路Info
- Publication number
- JPH11201934A JPH11201934A JP10015036A JP1503698A JPH11201934A JP H11201934 A JPH11201934 A JP H11201934A JP 10015036 A JP10015036 A JP 10015036A JP 1503698 A JP1503698 A JP 1503698A JP H11201934 A JPH11201934 A JP H11201934A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- inverting input
- input terminal
- oxygen sensor
- amplifier
- resistor
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】酸素センサへの突入電流を極めて小さくして、
酸素センサの高信頼性を確保する。 【解決手段】増幅器３０の非反転入力端を接地し、前記
増幅器３０の反転入力端及び出力端間に抵抗３２を接続
し、前記増幅器の前記反転入力端及び基準電源３３間に
限界電流式酸素センサ３４を接続する。
酸素センサの高信頼性を確保する。 【解決手段】増幅器３０の非反転入力端を接地し、前記
増幅器３０の反転入力端及び出力端間に抵抗３２を接続
し、前記増幅器の前記反転入力端及び基準電源３３間に
限界電流式酸素センサ３４を接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、限界電流式酸素セ
ンサの限界電流を測定して酸素濃度を決定する回路に関
する。
ンサの限界電流を測定して酸素濃度を決定する回路に関
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利用した、広範囲の
酸素濃度を検知できるセンサである。その基本原理は、
図１に示すように、ジルコニア固体電解質を挟んだ電極
間にセル電圧を印加すると、拡散抵抗層を介して検出ガ
ス側の負電極に供給された酸素分子が電極面で酸素イオ
ンとなり、固体電解質内を移動することによって電流が
生じる。この電流値は、拡散抵抗層を拡散する酸素分子
によって律速される。
体電解質の酸素イオンポンプ機能を利用した、広範囲の
酸素濃度を検知できるセンサである。その基本原理は、
図１に示すように、ジルコニア固体電解質を挟んだ電極
間にセル電圧を印加すると、拡散抵抗層を介して検出ガ
ス側の負電極に供給された酸素分子が電極面で酸素イオ
ンとなり、固体電解質内を移動することによって電流が
生じる。この電流値は、拡散抵抗層を拡散する酸素分子
によって律速される。
【０００３】従って、拡散抵抗層を拡散する酸素分子の
量は検出ガスの酸素濃度に比例するので、酸素濃度が一
定の場合、印加セル電圧及び電流特性は図２に示すよう
に、出力電流が一定の値で飽和する電流特性を示す。こ
の飽和電流値は検出ガス中の酸素濃度に比例した値にな
り、この電流値を読み取ることによって酸素濃度を検出
できる。
量は検出ガスの酸素濃度に比例するので、酸素濃度が一
定の場合、印加セル電圧及び電流特性は図２に示すよう
に、出力電流が一定の値で飽和する電流特性を示す。こ
の飽和電流値は検出ガス中の酸素濃度に比例した値にな
り、この電流値を読み取ることによって酸素濃度を検出
できる。
【０００４】従来の一般に利用されている酸素濃度測定
回路は、接地された限界電流式酸素センサの出力端に、
負荷抵抗を介して一定電圧を供給し、酸素センサに流れ
る電流値を負荷抵抗における電圧降下分として検出し
て、酸素濃度を求めている。この回路は、酸素濃度によ
って出力電圧即ちセル電圧が変化してしまうため、正確
な酸素濃度を検出することが困難である。
回路は、接地された限界電流式酸素センサの出力端に、
負荷抵抗を介して一定電圧を供給し、酸素センサに流れ
る電流値を負荷抵抗における電圧降下分として検出し
て、酸素濃度を求めている。この回路は、酸素濃度によ
って出力電圧即ちセル電圧が変化してしまうため、正確
な酸素濃度を検出することが困難である。
【０００５】図３は、特開平９−１６６５７３号公報に
開示された酸素センサの濃度検出回路を示す。この図に
おいて、演算増幅器１０は、非反転入力端及び接地間に
可変の基準電圧源１２が接続されている。また、反転入
力端及び接地間に酸素センサ１４が接続され、反転入力
端及び出力端間に検出抵抗１６が接続されている。
開示された酸素センサの濃度検出回路を示す。この図に
おいて、演算増幅器１０は、非反転入力端及び接地間に
可変の基準電圧源１２が接続されている。また、反転入
力端及び接地間に酸素センサ１４が接続され、反転入力
端及び出力端間に検出抵抗１６が接続されている。
【０００６】従って、酸素センサ１４に一定のセル電圧
が印加されると共に、その電流値を検出抵抗１６の電圧
降下によって求めようとしている。しかしながら、酸素
濃度に対応した電圧降下を取り出すためには、演算増幅
器１０の出力電圧から酸素センサのセル電圧を引算する
引算器が必要になる。
が印加されると共に、その電流値を検出抵抗１６の電圧
降下によって求めようとしている。しかしながら、酸素
濃度に対応した電圧降下を取り出すためには、演算増幅
器１０の出力電圧から酸素センサのセル電圧を引算する
引算器が必要になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この公開公報に開示さ
れた引算器は、差動増幅器１８の非反転入力端に接続さ
れた不必要な抵抗２０を開示しながら、差動増幅器１８
の出力端及び反転入力端間に帰還抵抗を設けていない点
で未完成の発明と思われる。この差動増幅器１８の付加
は、オフセットのずれや、温度変化・経年変化による抵
抗値変動によって測定誤差が増大する原因になる。ま
た、検出回路の構成部品が増加してコストが上昇するこ
とは言うまでもない。
れた引算器は、差動増幅器１８の非反転入力端に接続さ
れた不必要な抵抗２０を開示しながら、差動増幅器１８
の出力端及び反転入力端間に帰還抵抗を設けていない点
で未完成の発明と思われる。この差動増幅器１８の付加
は、オフセットのずれや、温度変化・経年変化による抵
抗値変動によって測定誤差が増大する原因になる。ま
た、検出回路の構成部品が増加してコストが上昇するこ
とは言うまでもない。
【０００８】更に、検出回路の電源のオン・オフを繰り
返した場合には、酸素センサに突入電流が流れることが
ある。突入電流が大きいとセンサが正常状態に復帰する
時間が長くなってしまう。また、希に突入電流によって
酸素センサが破壊されてしまう恐れもある。従って、図
３において、差動増幅器１８の存在を鑑みると、検出抵
抗１６の値を大きくすることには限界がある。即ち、こ
の抵抗値が小さいほど差動増幅器の出力は正確になる
が、酸素センサの突入電流に対する保護は段々難しくな
る。
返した場合には、酸素センサに突入電流が流れることが
ある。突入電流が大きいとセンサが正常状態に復帰する
時間が長くなってしまう。また、希に突入電流によって
酸素センサが破壊されてしまう恐れもある。従って、図
３において、差動増幅器１８の存在を鑑みると、検出抵
抗１６の値を大きくすることには限界がある。即ち、こ
の抵抗値が小さいほど差動増幅器の出力は正確になる
が、酸素センサの突入電流に対する保護は段々難しくな
る。
【０００９】本発明は前述の問題に鑑み、測定誤差を極
力小さくし、低コストで、信頼性を向上させた酸素濃度
測定回路を提供することを目的とする。
力小さくし、低コストで、信頼性を向上させた酸素濃度
測定回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による酸素濃度測
定回路は、増幅器の非反転入力端を接地し、前記増幅器
の反転入力端及び出力端間に抵抗を接続し、前記増幅器
の前記反転入力端及び基準電源間に限界電流式酸素セン
サを接続したことを特徴とする。
定回路は、増幅器の非反転入力端を接地し、前記増幅器
の反転入力端及び出力端間に抵抗を接続し、前記増幅器
の前記反転入力端及び基準電源間に限界電流式酸素セン
サを接続したことを特徴とする。
【００１１】この増幅器は、反転入力端の電圧が接地電
位と常に等しくなるように動作するため、酸素濃度によ
って限界電流値が変動しても酸素センサに印加されるセ
ル電圧は常に一定である。また、演算増幅器の入力イン
ピーダンスは極めて高いので、酸素センサに流れる限界
電流は殆ど全て抵抗を通して流れる。従って、演算増幅
器の出力電圧は酸素センサの限界電流値（酸素濃度）に
正確に対応する。
位と常に等しくなるように動作するため、酸素濃度によ
って限界電流値が変動しても酸素センサに印加されるセ
ル電圧は常に一定である。また、演算増幅器の入力イン
ピーダンスは極めて高いので、酸素センサに流れる限界
電流は殆ど全て抵抗を通して流れる。従って、演算増幅
器の出力電圧は酸素センサの限界電流値（酸素濃度）に
正確に対応する。
【００１２】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
【００１３】図４は、本発明による酸素濃度測定回路の
一実施例を示す回路図である。図において、通常汎用の
演算増幅器が用いられる増幅器３０は、非反転入力端が
接地され、反転入力端及び出力端間に検出抵抗３２が接
続され、反転入力端及び負の基準電源３３間に限界電流
式酸素センサ３４が接続されている。
一実施例を示す回路図である。図において、通常汎用の
演算増幅器が用いられる増幅器３０は、非反転入力端が
接地され、反転入力端及び出力端間に検出抵抗３２が接
続され、反転入力端及び負の基準電源３３間に限界電流
式酸素センサ３４が接続されている。
【００１４】この回路の基本的な動作は前述の通りであ
る。酸素センサ３４には所定のセル電圧Ｅｓが印加され
ている。また、演算増幅器３０は、非反転入力端が接地
されているので、反転入力端の電圧が０ボルトになるよ
うに、検出電流が抵抗３２及び酸素センサ３４を経由し
て流れる。従って、セル電圧は酸素センサ３４の限界電
流値ｉ（酸素濃度）が変化しても変動することはない。
る。酸素センサ３４には所定のセル電圧Ｅｓが印加され
ている。また、演算増幅器３０は、非反転入力端が接地
されているので、反転入力端の電圧が０ボルトになるよ
うに、検出電流が抵抗３２及び酸素センサ３４を経由し
て流れる。従って、セル電圧は酸素センサ３４の限界電
流値ｉ（酸素濃度）が変化しても変動することはない。
【００１５】この結果、演算増幅器３０の出力電圧ｅ０
（ｅ０＝Ｒｆ・ｉ）は酸素センサ３４の限界電流値ｉに
正確に対応した値になる。 （ｉ＝ｅ０／Ｒｆ） また、負帰還抵抗３２の抵抗値Ｒｆを大きくすると測定
回路の感度が上昇すると同時に、酸素センサ３４に流れ
る突入電流を小さく制限できるため、酸素センサ３４の
高信頼性を確保できる。
（ｅ０＝Ｒｆ・ｉ）は酸素センサ３４の限界電流値ｉに
正確に対応した値になる。 （ｉ＝ｅ０／Ｒｆ） また、負帰還抵抗３２の抵抗値Ｒｆを大きくすると測定
回路の感度が上昇すると同時に、酸素センサ３４に流れ
る突入電流を小さく制限できるため、酸素センサ３４の
高信頼性を確保できる。
【００１６】実施例において、Ｒｆ＝１００ｋΩ、電源
電圧を±１５Ｖに設定している。従って、酸素センサ３
４には１５Ｖ／１００ｋΩ［Ａ］＝１５０［μＡ］以上
の電流が流れることはない。
電圧を±１５Ｖに設定している。従って、酸素センサ３
４には１５Ｖ／１００ｋΩ［Ａ］＝１５０［μＡ］以上
の電流が流れることはない。
【００１７】図４において、酸素センサ３４の電極を正
・負逆にしてセル電圧を逆向き（＋Ｅｓ）に印加しても
同様な機能が得られる。この場合、出力電圧は酸素セン
サＳの限界電流値に対して負側に発生する。
・負逆にしてセル電圧を逆向き（＋Ｅｓ）に印加しても
同様な機能が得られる。この場合、出力電圧は酸素セン
サＳの限界電流値に対して負側に発生する。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の酸素濃度
測定回路は、酸素センサの限界電流値に拘らず、セル印
加電圧が一定であり、出力電圧が酸素センサの限界電流
値（酸素温度）に対応している。従って、酸素濃度を正
確に測定できると共に、比較的低コストで酸素濃度測定
装置を構成することができる。
測定回路は、酸素センサの限界電流値に拘らず、セル印
加電圧が一定であり、出力電圧が酸素センサの限界電流
値（酸素温度）に対応している。従って、酸素濃度を正
確に測定できると共に、比較的低コストで酸素濃度測定
装置を構成することができる。
【００１９】また、酸素センサへの突入電流を極めて小
さくすることができるため、酸素センサの高信頼性を確
保でき、しかも酸素濃度応答速度が低下することもな
い。
さくすることができるため、酸素センサの高信頼性を確
保でき、しかも酸素濃度応答速度が低下することもな
い。
【図１】限界電流式酸素センサの基本原理図である。
【図２】限界電流式酸素センサの出力電流特性図であ
る。
る。
【図３】特開平９−１６６５７３号公報の酸素センサの
濃度検出回路図である。
濃度検出回路図である。
【図４】本発明による酸素濃度測定回路の一実施例を示
す回路図である。
す回路図である。
３０ 増幅器 ３２ 抵抗 ３３ 基準電源 ３４ 酸素センサ
Claims (1)
- 【請求項１】増幅器の非反転入力端を接地し、前記増幅
器の反転入力端及び出力端間に抵抗を接続し、前記増幅
器の前記反転入力端及び基準電源間に限界電流式酸素セ
ンサを接続したことを特徴とする酸素濃度測定回路。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10015036A JPH11201934A (ja) | 1998-01-09 | 1998-01-09 | 酸素濃度測定回路 |
| DE19860815A DE19860815A1 (de) | 1998-01-09 | 1998-12-30 | Sauerstoffkonzentration-Meßschaltung |
| US09/227,103 US6290828B1 (en) | 1998-01-09 | 1999-01-07 | Circuit for measuring oxygen concentration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10015036A JPH11201934A (ja) | 1998-01-09 | 1998-01-09 | 酸素濃度測定回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11201934A true JPH11201934A (ja) | 1999-07-30 |
Family
ID=11877620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10015036A Pending JPH11201934A (ja) | 1998-01-09 | 1998-01-09 | 酸素濃度測定回路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6290828B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11201934A (ja) |
| DE (1) | DE19860815A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19947240B4 (de) * | 1999-09-30 | 2004-02-19 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betrieb einer Mischpotential-Abgassonde und Schaltungsanordnungen zur Durchführung der Verfahren |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6042368Y2 (ja) * | 1979-10-25 | 1985-12-26 | 日産自動車株式会社 | 空燃比制御装置 |
| JPS61180427A (ja) * | 1985-02-06 | 1986-08-13 | Canon Inc | 集積回路基板 |
| JPS6355453A (ja) * | 1986-08-27 | 1988-03-09 | Hitachi Ltd | 空燃比測定装置 |
| US5423963A (en) * | 1992-09-30 | 1995-06-13 | The Foxboro Company | Fouling compensation in an oxygen analyzer |
-
1998
- 1998-01-09 JP JP10015036A patent/JPH11201934A/ja active Pending
- 1998-12-30 DE DE19860815A patent/DE19860815A1/de not_active Withdrawn
-
1999
- 1999-01-07 US US09/227,103 patent/US6290828B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6290828B1 (en) | 2001-09-18 |
| DE19860815A1 (de) | 1999-07-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040910 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050729 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050929 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060202 |