WO2004051261A1 - Schaltungsanordnung zum betreiben eines sensors mit einem heizelement - Google Patents

Schaltungsanordnung zum betreiben eines sensors mit einem heizelement Download PDF

Info

Publication number
WO2004051261A1
WO2004051261A1 PCT/DE2003/003952 DE0303952W WO2004051261A1 WO 2004051261 A1 WO2004051261 A1 WO 2004051261A1 DE 0303952 W DE0303952 W DE 0303952W WO 2004051261 A1 WO2004051261 A1 WO 2004051261A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit arrangement
sensor
arrangement according
pulse generator
operating temperature
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/003952
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Steinert
Original Assignee
Paragon Ag
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 Paragon Ag filed Critical Paragon Ag
Priority to AU2003294643A priority Critical patent/AU2003294643A1/en
Publication of WO2004051261A1 publication Critical patent/WO2004051261A1/de

Links

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
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/122—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
    • G01N27/123—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits for controlling the temperature

Definitions

  • Circuit arrangement for operating a sensor with a heating element
  • the invention relates to a circuit arrangement for operating a sensor with a heating element.
  • the proposed circuit arrangement for operating a sensor with an electrical heating element can be used in motor vehicles.
  • air quality sensors control the air recirculation flap of the air conditioning system. If the outside air is bad, the air recirculation flap is closed and only opened again when the outside air is better again. Poor outside air is present, for example, if the concentration of polluted air is too high for the vehicle occupants. For this purpose, for example, the NOx concentration and / or the concentration of hydrocarbons and / or the concentration of carbon monoxide in the air surrounding the vehicle is measured. Whether the air recirculation flap should be closed or opened depends on the quality of the vehicle's ambient air. For this purpose, certain leading gases in the air are constantly monitored.
  • the air conditioning system can cause the air recirculation flap to close if other data relevant to the air conditioning system permit this.
  • a sensor is used to record the quality of the ambient air, the resistance of which changes depending on the composition of the air surrounding the sensor.
  • This sensor also referred to below as a chemical gas sensor, requires an activation energy in order to be able to detect the concentration of a certain gas in the ambient air, which energy is supplied to it in the form of heat.
  • the sensor is provided with an electrical heating element.
  • the gas concentration is detected with the aid of a layer sensitive to this gas, which is applied to a silicon membrane.
  • the resistance of the gas-sensitive layer which changes as a function of the gas concentration, is detected via two electrodes which are connected to the gas-sensitive layer.
  • the gas-sensitive layer is designed as a semiconductor metal oxide layer. The accuracy in detecting the gas concentration with the help of such a sensor depends heavily on how accurate it is desired temperature, hereinafter referred to as the operating temperature, can be maintained.
  • the sensor is first brought to a first operating temperature, then the concentration of the first gas to be detected is measured, then the sensor is brought to a second operating temperature in order to then measure the concentration of the second gas to be detected. Finally, the sensor is brought back to the first operating temperature in order to measure the concentration of the first gas to be detected again.
  • the gas concentrations are thus alternatively recorded periodically.
  • circuit arrangement according to the invention for operating a sensor with a heating element offers the advantage that both the absolute value of the operating temperature and the temporal accuracy when switching between two or even more different operating temperatures can be exactly maintained.
  • the circuit arrangement according to the invention for operating a sensor with a heating element has the features according to patent claim 1.
  • the circuit arrangement according to the invention for operating a sensor with a heating element has a control circuit for regulating the operating temperature of the sensor via the heating element, the control circuit having a pulse generator for generating a pulse signal with a variable pulse width.
  • the pulse generator is connected on the output side to the heating element.
  • the circuit arrangement has a control unit for specifying one or more target operating temperatures, the control unit being connected on the output side to the control circuit. This means that the concentrations of different gases can be measured with a single sensor.
  • the pulse generator is provided in the control loop with a counter, the counting range of which specifies the period of the pulse signal.
  • the pulse generator has a carry register for a carry value in order to specify the counting range. The counting range can thus be increased or decreased in a simple manner. If the counting range is increased by reducing the carry value in the carry register, the frequency of the pulse signal is reduced. Conversely, if the counting range in which the carry value is increased is reduced, the frequency of the pulse signal is increased.
  • the circuit arrangement according to the invention can have a comparator register for a comparator value in the pulse generator, the comparator value specifying the point in time of a level change in the pulse signal.
  • the pulse width of the pulse signal can thus be set in a simple manner. The pulse signal maintains its level as long as the counter value falls below the comparator value. As soon as the counter value corresponds to the comparator value, the level of the pulse signal changes.
  • a correction unit can advantageously be provided in the circuit arrangement according to the invention, in order to form a correction value from the target operating temperature and the actual operating temperature of the sensor.
  • an analog-to-digital converter is provided in order to Digitize the actual temperature of the sensor and feed it to the correction unit.
  • control unit the pulse generator and the analog-digital converter are part of a microcontroller.
  • control unit is designed and operable in such a way that the circuit arrangement can be operated in a measuring mode or a heating mode. To do this, the heating is switched off in measuring mode.
  • FIG. 1 shows in the form of a block diagram the basic structure of the circuit arrangement according to the invention for operating a sensor with a heating element.
  • FIG. 2 shows in the form of a state diagram the control in the circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 3 shows the basic structure of a gas sensor suitable for the circuit arrangement according to the invention in plan view.
  • FIG. 4 shows the basic structure of the gas sensor shown in FIG. 3 with a gas-sensitive layer in the top view.
  • a first value can be applied to a first input 2.1 of a control unit 14, which represents a first setpoint operating temperature T1.
  • a second value can be applied to a second input 2.2 of the control unit 14, which represents a second target operating temperature T2.
  • the two inputs 2.1 and 2.2 are also the inputs of a unit for temperature specification 2. Further set temperatures can also be made available at the input Tn.
  • logic 3 which is connected with its first output 3.1 to the control input 2.3 of the unit for the temperature specification 2, it is selected which of the two temperatures T1 or T2, which are present at the two inputs 2.1 and 2.2, as the setpoint for the operating temperature on Output 2.4 of the unit for temperature specification 2 should be present.
  • the logic 3 is also Be ⁇ standing part of the control unit 14.
  • a unit at the time controller 4 is connected via its output to the control input 4.1 3.3 of the logic. 3
  • the logic 3 is triggered via the time control 4 to generate a control signal at output 3.2 corresponding to the corresponding control times, which is received by a unit for measurement control 5 at its input 5.1.
  • the unit for the measurement control 5 controls an analog-digital converter 7, a pulse generator 9 and a switching element 8.
  • the unit for the measurement control 5, with its output 5.2, is connected to the control input 7.2 of the analog-digital converter 7, the control input 9.3 of the pulse generator 9 and a control output 15.1 of the circuit 1.
  • the control output 15.1 is in turn connected to the control input of the switching element 8.
  • an electronically controllable switch which can be designed as a transistor, can be used as the switching element 8.
  • the switching outputs of the switching element 8 are connected on the one hand to a supply voltage, for example 5 V, and on the other hand to a first connection of a measuring resistor 11 for detecting the temperature of a gas sensor Measuring resistor 11 can either be connected to or disconnected from the supply voltage.
  • the second connection of the measuring resistor 11 is connected on the one hand to a first connection of a heating resistor 12, a measurement input 15.2 of the circuit 1 and a further control output 15.3 of the circuit 1, which is also referred to below as a port.
  • the measurement input 15.2 of the circuit 1 is in turn connected to the input 7.1 of the analog-digital converter 7. As soon as the analog-to-digital converter 7 has the corresponding command via its control input 7.
  • An oscillator 13 is connected to the input 9.2 of the pulse generator 9, which generates a reference signal, or also referred to as a clock signal, with a constant frequency and thus specifies the counting speed of the counter integrated in the pulse generator 9.
  • the pulse generator 9 generates a pulse signal 9.6 at its output 9.4, the pulse width and frequency of which can be set via the correction value KW.
  • the control input of the switching element 10 is connected to the output 9.4 of the pulse generator 9.
  • the switching element 10 On the output side, the switching element 10 is connected with its one switching output to the supply voltage or heating voltage, for example 5 volts.
  • switching element 10 With its second switching output, switching element 10 is via control output 15.3 Circuit 1 connected to the heating resistor 12 of the sensor.
  • the second connection of the heating resistor 12 of the sensor is connected to a reference potential GND.
  • the heating element of the sensor is thus controlled via the switching element 10, in that the heating resistor 12 is connected to the heating voltage via the switching element 10, if necessary.
  • the circuit identified by reference number 1 in FIG. 1 can preferably be designed as a microcontroller. This makes the entire structure compact, the number of components is reduced and the flexibility of the control system is increased.
  • a gas sensor can be operated with two different operating modes.
  • the first mode is that the gas sensor is controlled at a constant temperature. This makes it possible to sensitize the gas sensor to a special gas.
  • the second mode is that the gas sensor is cyclically controlled to at least two different operating temperatures. This makes it possible to detect the concentrations of several different gases with one and the same sensor element.
  • the concentration of the gas is advantageously recorded very precisely. This is made possible by regulating the operating temperature of the gas sensor exactly to a certain value.
  • the cyclical switching between the individual operating temperatures also takes place at precisely defined times, which further increases the accuracy in the detection of the concentrations of several different gases in this operating mode.
  • measuring and heating modes occur in both the first and the second operating mode.
  • FIG. 2 shows in the form of a state diagram the control with the individual successive steps as a state machine in the circuit arrangement according to the invention.
  • the system begins at step 21, which is the start. First, in state 22, the period with which the measurements are repeated is set to, for example, 1 s. Then a change is made to state 23, in which the setpoint of the operating temperature T1 or T2 is determined. The system then jumps back to state 22. The measurement of the actual operating temperature is now started in state 24. As soon as the actual operating temperature has been measured, the system jumps back to state 22 and then switches to state 25. In state 25, the measured actual operating temperature is evaluated. After this, too, there is a jump back to state 22 in order to then calculate the control deviation in state 26.
  • the setpoint of the operating temperature in state 23 is determined by the fact that in state 231 the period of the timing control, which is identified by the reference symbol 4 in FIG. 1, is set to 10 ms. Now jump to state 232 in order to configure the two ports or output connections 15.1 and 15.3 of the microcontroller 1, that is to say to bring them into the measurement mode. This means that the switching element 8 becomes conductive and the switching element 10 becomes high-resistance, see above - That the heating resistor 12 does not continue to heat. After switching to state 233, the actual value of the operating temperature is determined by evaluating the measuring resistor 11 by means of the analog-digital converter 7.
  • the two ports 15.1 and 15.3 are then configured again in state 234 and this time brought into heating mode.
  • the heating is switched on again and the measurement via the measuring resistor 11 is switched off.
  • the control deviation is calculated. This is done with the aid of the correction unit 6 from FIG. 1.
  • the corresponding correction value KW is loaded into the pulse generator 9 and jumped back to the state 231. If a new setpoint is to be used for the operating temperature T1 or T2, this is specified in state 237 and loaded in pulse generator 9 in state 236.
  • the operating system calls up defined functions in certain chronological and logical sequences. This ensures that a measurement is always started in the same interval with defined states.
  • a self-sufficient timer of a microcontroller is a prerequisite for such an operating system. This controls the timing of the operating system via a so-called timer tick.
  • the above-mentioned advantages can nevertheless be realized with a simple and inexpensive microcontroller with a reduced instruction set and slow machine cycles.
  • the Auto Reload Timer a constant pulse signal 9.6 with a constant frequency and a constant pulse width is generated according to its configuration, without stressing the processor.
  • the analog-to-digital converter uses a signal to indicate the end of the measuring cycle to the microcontroller, so that there is no load on the processor.
  • the operating system is described further below.
  • the tasks are divided as follows. Controlled by its software, the microcontroller 1 takes over the control of the two ports 15.1 and 15.3, depending on the particular task that results from the chronological and logical sequence. In addition, he different processes one after the other. An example of such a process is the regular periodic measurement of the operating temperature of the gas sensor, for example after every 10 ms.
  • the measuring cycle begins in which the voltage divider, which is formed from the two resistors 11 and 12, is switched on via port 15.1 and the analog-digital converter 7 via control input 7.2 in order to carry out a voltage measurement.
  • the voltage across the platinum resistance heating coil 12 of the gas sensor represents the operating temperature of the sensor.
  • the prerequisite for this is that the port 15.3, which outputs the pulse signal 9.6 to the heating resistor 12 of the gas sensor, has been switched off beforehand.
  • the microcontroller 1 can, for example, carry out the evaluation of an earlier sensor measurement for the duration of the measurement.
  • the resistor 11 can also be the heating resistor.
  • This moment is communicated to the microcontroller 1 via an interrupt flag.
  • the interrupt flag is set, the two ports 15.1 and 15.3 are switched back, that is, brought into heating mode.
  • the heater 12 is switched on again with the old setpoint.
  • the new setpoint for the operating temperature is then calculated.
  • the control deviation is calculated from the current measured operating temperature of the sensor and the currently valid setpoint of the operating temperature (Tl, T2 ... Tn).
  • the recalculated value for the operating temperature is then written into the register of the pulse generator 9.
  • the pulse generator 9 adjusts to the new values after an internal interrupt that occurs cyclically. After the data have been written to the register of the pulse generator 9, the microcontroller 1 again has all the computing resources available in order to subsequently carry out a measurement of the gas concentration or a communication with the air conditioning system, for example.
  • the pulse generator 9 and the analog-digital converter 7 work together as follows.
  • the pulse generator 9 is a free-running high-speed counter, which is connected directly to the oscillator 13 and which triggers an internal interrupt in the event of an overflow.
  • the pulse generator 9 independently generates a pulse signal 9.6 that does not represent any load on the computing core during operation.
  • the pulse signal 9.6 of the pulse generator 9 is routed to the port 15.3 of the microcontroller 1.
  • the pulse generator 9 has the comparator register for the comparator value K and the reload register for the initial value R, also referred to below as the reload or carry value.
  • the level at the output 15.3 is set to high. This state is maintained until the counter of the pulse generator 9 reaches the comparator value K. Then the level at port 15.3 is pulled low. Port 15.3 remains in the low state until the counter has reached its maximum value Z. At this time the level at port 15.3 is set high again and the counting cycle starts again at the initial value. Because the values are stored in the comparator register as parameters, it is possible to change the pulse-pause ratio of the pulse signal 9.6.
  • the frequency of the pulse signal 9.6 generated by the pulse generator 9 can also be changed by the transfer value that is stored in the transfer register. If the counter reaches its overflow, the carry value R is added to the current counter value from the carry register. The counter thus reaches its overflow faster than would be the case without the carry value R and thus increases the frequency of the pulse signal 9.6.
  • the microcontroller 1 can heat the sensor element with a pulse signal with a low frequency.
  • the heat capacity of the sensor balances the pulse-pause ratio of the pulse signal 9.6, so that an almost constant temperature is established.
  • the frequency of the pulse signal 9.6 must be adjusted accordingly and thus increased in order to achieve linearization via the low heat capacity. In order to operate the sensor at several different operating temperatures and to exactly achieve the desired operating temperature, the procedure is as just described.
  • the change in the pulse width then enables either a strong overshoot of the sensor temperature or an asymptotic approach of the sensor temperature to the desired operating temperature.
  • the sensor element shown in FIGS. 3 and 4 can be used as the sensor element.
  • the basic "construction is shown a semi-conductor sensor element without the gas-sensitive layer in plan view.
  • the sensor element is disposed on a silicon substrate on which a membrane 30, constructed.
  • a heating structure 32 as well as a Embedded electrode structure 33.
  • the electrode structure 33 is provided with a feed line 35 and the heating structure 32 with feed lines 37.1 and 37.2 for connection to a voltage source.
  • the heating structure 32 and the electrode structure 33 are covered by a sensitive layer 34, which is made, for example, of tin there is dioxide and is doped with 0.1 percent copper and 0.1 percent silver and gold.
  • the composition of the sensitive layer 34 depends on the gas to be detected. Different sensitive layers can therefore be used for different gases to be detected.
  • the operating temperature of the sensitive layer 34 is between 100 and 400 degrees Celsius. This temperature is set by means of the heating structure 32, which corresponds to the heating resistor 12 in FIG. 1. If the gas to be detected is in the vicinity of the semiconductor gas sensor, the electrical resistance of the gas-sensitive layer 34 changes, which is measured by means of the electrode structure 33 and evaluated by means of an evaluation unit.
  • the measuring resistor 12 for temperature detection from FIG. 1 corresponds in FIGS. 3 and 4 to the temperature sensor 31 with the corresponding supply line 38.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem Heizelement. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem Heizelement (12) weist einen Regelkreis (6, 7, 9) zur Regelung der Betriebstemperatur des Sensors über das Heizelement (12) auf, wobei der Regelkreis einen Pulsgenerator (9) zur Erzeugung eines Pulssignals (9.6) mit veränderbarer Pulsweite aufweist. Der Pulsgenerator (9) ist ausgangsseitig mit dem Heizelement (12) verbunden.

Description

Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem Heizelement
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem Heizelement. Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem elektrischen Heizelement ist in Kraftfahrzeugen (Kfz) einsetzbar.
Stand der Technik
In modernen Fahrzeugen steuern Luftgütesensoren die Umluftklappe der Klimaanlage. Bei schlechter Außenluft wird die Umluftklappe geschlossen und erst dann wieder geöffnet, wenn die Außenluft wieder besser ist. Schlechte Außenluft liegt beispielsweise dann vor, wenn die Konzentration an schadstoff- haltiger Luft für den Fahrzeugeninsassen zu hoch ist. Gemessen wird dazu beispielsweise die NOx- Konzentration und/oder die Konzentration an Kohlenwasserstoffen und/oder die Konzentration an Kohlen- monoxid in der das Fahrzeug umgebenden Luft. Ob die Umluftklappe geschlossen oder geöffnet werden soll, hängt somit von der Qualität der Umgebungsluft des Fahrzeugs ab. Dazu werden ständig bestimmte Leitgase in der Luft überwacht. Steigt die Konzentration eines Leitgases über einem vordefinierten Pegel oder Schaltgradienten, rauss das Innere des Fahrzeugs gegen das in der Umgebung des Fahrzeugs befindliche schädliche Gas, im folgenden auch als Schadgas bezeichnet, geschützt werden. Da- zu kann die Klimaanlage das Schließen der Umluftklappe veranlassen, falls andere für die Klimaanlage relevante Daten dies zulassen.
Zur Erfassung der Qualität der Umgebungsluft wird ein Sensor verwendet, dessen Widerstand sich je nach Zusammensetzung der den Sensor umgebenden Luft ändert. Dieser, im folgenden auch als chemischer Gassensor bezeichnete Sensor benötigt, um die Konzentration eines bestimmten Gases in der Umgebungs- luft erfassen zu können, eine Aktivierungsenergie, die ihm in Form von Wärme zugeführt wird. Der Sensor ist dazu mit einem elektrischen Heizelement versehen. Die Erfassung der Gaskonzentration erfolgt mit Hilfe einer auf dieses Gas sensitiven Schicht, die auf einer Silizium-Membran aufgebracht ist. Der sich in Abhängigkeit von der Gaskonzentration ändernde Widerstand der gassensitiven Schicht wird über zwei mit der gassensitiven Schicht in Verbindung stehenden Elektroden erfasst. Die gas- sensitive Schicht ist dabei als Halbleiter- Metalloxid-Schicht ausgebildet. Die Genauigkeit bei der Erfassung der Gaskonzentration mit Hilfe eines solchen Sensors hängt stark davon ab, wie genau die gewünschte Temperatur, im folgenden als Betriebstemperatur bezeichnet, eingehalten werden kann.
Des weiteren ist es möglich, mit nur einem Sensor die Konzentrationen von zwei unterschiedlichen Gasen zu erfassen. Der Sensor wird dazu zuerst auf eine erste Betriebstemperatur gebracht, dann wird die Konzentration des ersten zu erfassenden Gases gemessen, anschließend wird der Sensor -auf eine zweite Betriebstemperatur gebracht, um dann die Konzentration des zweiten zu erfassenden Gases zu messen. Schließlich wird der Sensor wieder auf die erste Betriebstemperatur gebracht, um erneut die Konzentration des ersten zu erfassenden Gases zu messen. Die Gaskonzentrationen werden somit periodisch alternativ erfasst. Hierbei muss neben der exakten Einhaltung der für das jeweilige Gas erforderlichen Betriebstemperatur auch eine hohe zeitliche Genauigkeit bei der • Umschaltung zwischen den verschiedenen Betriebstemperaturen gewährleistet werden.
Darstellung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem Heizelement bietet den Vorteil, dass sowohl der absolute Wert der Betriebstemperatur als auch die zeitliche Genauig- keit bei der Umschaltung zwischen zwei oder noch mehr verschiedenen Betriebstemperaturen exakt eingehalten werden kann. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem Heizelement weist dazu die Merkmale gemäß Patentanspruch 1 auf.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem Heizelement weist einen Regelkreis zur Regelung der Betriebstemperatur des Sensors über das Heizelement auf, wobei der Regelkreis einen Pulsgenerator zur Erzeugung eines Pulssignals mit veränderbarer Pulsweite aufweist. Der Pulsgenerator ist ausgangsseitig mit dem Heizelement verbunden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den abhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Schaltungsanordnung eine Steuereinheit zur Vorgabe einer oder mehrerer Soll-Betriebstemperaturen auf, wobei die Steuereinheit ausgangsseitig mit dem Regelkreis verbunden ist. Damit können mit einem einzelnen Sensor die Konzentrationen von verschiedenen Gasen erfasst werden.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist im Regelkreis der Pulsgenerator mit einem Zähler versehen, dessen Zählbereich die Periode des Pulssig- nals vorgibt. Dies hat den Vorteil, dass neben der Möglichkeit zur Veränderung der Pulsweite auch die Frequenz des Pulssignals verändert werden kann. Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weist der Pulsgenerator ein Ü- bertragsregister für einen Übertragswert auf, um den Zählbereich vorzugeben. Damit kann auf einfache Art und Weise der Zählbereich vergrößert oder verkleinert werden. Wird der Zählbereich vergrößert, in dem der Übertragswert im Übertragsregister verkleinert wird, wird damit die Frequenz des Pulssignals verringert. Wird im umgekehrten Fall der Zähl- bereich verkleinert, in dem der Übertragswert vergrößert wird, wird damit die Frequenz des Pulssignals vergrößert.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Schal- tungsanordnung im Pulsgenerator ein Komparatorre- gister für einen Komparatorwert aufweisen, wobei der Komparatorwert den Zeitpunkt eines Pegelwechsels des Pulssignals vorgibt. Damit lässt sich auf eine einfache Art und Weise die Pulsweite des Puls- Signals einstellen. So lange der Zählerwert den Komparatorwert unterschreitet behält das Pulssignals seinen Pegel bei. Sobald der Zählerwert dem Komparatorwert entspricht, wechselt der Pegel des Pulssignals .
Vorteilhafterweise kann bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine Korrektureinheit vorgesehen seien, um aus der Soll-Betriebstemperatur und der Ist-Betriebstemperatur des Sensors einen Kor- rekturwert zu bilden.
Bei einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem Heizelement ist ein Analog-Digital-Umsetzter vorgesehen, um die Ist-Temperatur des Sensors zu digitalisieren und der Korrektureinheit zuzuführen.
Darüber hinaus kann bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehen sein, dass die Steuereinheit, der Pulsgenerator und der Analog- Digital-Wandler Teil eines MikroControllers sind. Dies hat den Vorteil, dass die Schaltung mit wenigen Bauelementen auskommt, wenig Platz benötigt, flexibel programmierbar und kostengünstiger realisierbar ist.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltung ist die Steuereinheit derart ausgebildet und betreibbar, dass damit die Schaltungsanordnung in einem Messmodus oder einem Heizmodus betrieben werden kann. Dazu wird im Messmodus die Heizung abgeschaltet .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in Form eines Blockdiagramms den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemä- ßen Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem Heizelement.
Figur 2 zeigt in Form eines Zustandsdiagramms die Steuerung bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Figur 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung geeigneten Gassensors in der Draufsicht. Figur 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau des in Figur 3 gezeigten Gassensors zusätzlich mit einer gassensitiven Schicht in der Drauf- sieht.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In Figur 1 ist eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben ' eines Sensors mit einem Heizelement in vereinfachter Form als Blockdiagramm dargestellt. An einen ersten Eingang 2.1 einer Steuereinheit 14 ist ein erster Wert anlegbar, der eine erste Soll- Betriebstemperatur Tl repräsentiert. An einen zweiten Eingang 2.2 der Steuereinheit 14 ist ein zweiter Wert anlegbar, der eine zweite Soll- Betriebstemperatur T2 repräsentiert. Die beiden Eingänge 2.1 und 2.2 sind zudem die Eingänge einer Einheit zur Temperaturvorgabe 2. Es können auch weitere Soll-Temperaturen am Eingang Tn zur Verfügung gestellt werden. Mittels einer Logik 3, welche mit ihrem ersten Ausgang 3.1 mit dem Steuereingang 2.3 der Einheit zur Temperaturvorgabe 2 verbunden ist, wird ausgewählt, welche der beiden Temperaturen Tl oder T2, die an den beiden Eingängen 2.1 und 2.2 anliegen, als Sollwert für die Betriebstemperatur am Ausgang 2.4 der Einheit zur Temperaturvorga- be 2 anliegen soll. Die Logik 3 ist ebenfalls Be¬ standteil der Steuereinheit 14. Eine Einheit zur Zeitsteuerung 4 ist über ihren Ausgang 4.1 mit dem Steuereingang 3.3 der Logik 3 verbunden. Über die Zeitsteuerung 4 wird die Logik 3 veranlasst, zu entsprechenden Steuerzeitpunkten ein Steuersignal am Ausgang 3.2 zu erzeugen, welches von einer Einheit zur Messsteuerung 5 an dessen Eingang 5.1 empfangen wird. Entsprechend den von der Zeitsteuerung erzeugten Befehlen steuert die Einheit zur Messsteuerung 5 einen Analog-Digital-Umsetzter 7, einen Pulsgenerator 9 sowie ein Schaltelement 8» Die Einheit zur Messsteuerung 5 ist dazu mit ihrem Ausgang 5.2 mit dem Steuereingang 7.2 des Analog-Digital- Umsetzers 7, dem Steuereingang 9.3 des Pulsgenerators 9 sowie einem Steuerausgang 15.1 der Schaltung 1 verbunden. Der Steuerausgang 15.1 wiederum ist mit dem Steuereingang des Schaltelements 8 verbunden. Als Schaltelement 8 kann beispielsweise ein elektronisch steuerbarer Schalter, welcher als Transistor ausgebildet sein kann, verwendet werden. Die Schaltausgänge des Schaltelements 8 sind einerseits mit einer Versorgungsspannung, beispielsweise 5 V, und andererseits mit einem ersten Anschluss eines Messwiderstands 11 zur Erfassung der Temperatur eines Gassensors verbunden.^ Damit kann über den Ausgang 15.1 der Schaltung 1 bzw. den Steuereingang des Schaltelements 8 der Messwiderstand 11 wahlweise mit der Versorgungsspannung verbunden oder von dieser getrennt werden. Der zweite Anschluss des Messwiderstands 11 ist einerseits mit einem ersten Anschluss eines Heizwiderstands 12, einem Messeingang 15.2 der Schaltung 1 sowie einem weiteren Steuerausgang 15.3 der Schaltung 1, der im folgen- den auch als Port bezeichnet wird, verbunden. Der Messeingang 15.2 der Schaltung 1 wiederum ist mit dem Eingang 7.1 des Analog-Digital-Umsetzers 7 verbunden. Sobald der Analog-Digital-Umsetzter 7 über seinen Steuereingang 7. 2 den entsprechenden Befehl zur Signalumsetzung erhält, wird die am Eingang 7.1 des Analog-Digital-Umsetzers 7 anliegende analoge Spannung, welche dem Istwert der Betriebstemperatur des Gassensors entspricht, in einen digitalen Be- triebstemperaturwert T umgesetzt. Da der Ausgang 7.3 des Analog-Digital-Umsetzers 7 mit einem Eingang 6.2 einer Korrektureinheit 6 verbunden ist, kann die Korrektureinheit 6 zusammen mit dem an ihren anderen Eingang 6.1 anliegenden Wert- für die Soll-Betriebstemperatur einen entsprechenden Korrekturwert KW berechnen. Der Korrekturwert KW ist dann am Ausgang 6.3 der Korrektureinheit 6 abgreifbar. Über eine Verbindung des Ausgangs 6.3 mit einem Korrekturwert-Eingang 9.1 des Pulsgenerators 9 wird der Korrekturwert KW dem Pulsgenerator 9 zugeführt. Am Eingang 9.2 des Pulsgenerators 9 ist ein Oszillator 13 angeschlossen, der ein Referenzsignal, oder auch als Taktsignal bezeichnet, mit einer konstanten Frequenz erzeugt und damit die Zählge- schwindigkeit des im Pulsgenerator 9 integrierten Zählers vorgibt. Der Pulsgenerator 9 erzeugt an seinem Ausgang 9.4 ein Pulssignal 9.6 dessen Pulsweite und Frequenz über den Korrekturwert KW eingestellt werden kann. Über das Pulssignal 9.6 wird ein zweites Schaltelement 10, welches ebenso wie das Schaltelement 8 ein elektronisch steuerbarer Schalter in Form eines Transistors sein kann, gesteuert. Der Steuereingang des Schaltelements 10 ist dazu mit dem Ausgang 9.4 des Pulsgenerators 9 verbunden. Ausgangsseitig ist das Schaltelement 10 mit seinem einen Schaltausgang mit der Versorgungsspannung oder Heizspannung, beispielsweise 5 Volt, verbunden. Mit seinem zweiten Schaltausgang ist das Schaltelement 10 über den Steuerausgang 15.3 der Schaltung 1 mit dem Heizwiderstand 12 des Sensors verbunden. Der zweite Anschluss des Heizwiderstands 12 des Sensors ist mit einem Bezugspotenzial GND verbunden. Somit wird über das Schaltelement 10 das Heizelement des Sensors gesteuert, indem der Heizwiderstand 12 bedarfsweise über das Schaltelement 10 mit der Heizspannung verbunden wird.
Der Pulsgenerator 9, welcher auch als Autor Reload Timer bezeichnet wird, beinhaltet den bereits erwähnten Zähler, der kontinuierlich von einem An- fangswert R, beispielsweise von Null, bis zu einem maximalen Zählerwert Z zählt. Anschließend beginnt der Zähler wieder beim einem Anfangswert R, bei- spielsweise bei Null, um erneut bis zum maximalen Zählerwert Z zu zählen. Dieser Vorgang wiederholt sich beliebig oft.
Um die Zähldauer, welche sich aus der Differenz zwischen maximalem Zählerwert Z und Anfangswert R ergibt, verändern zu können, besteht die Möglichkeit, dem Pulsgenerator 9 über den Steuereingang 9.1 mit Hilfe des Korrekturwerts KW den Anfangswert R vorzugeben. Je größer der Anfangswert R ist, des- to kleiner wird die Differenz zwischen maximalem Zählerwert Z und Anfangswert R, und desto niedriger wird die Frequenz und die Periode P des Pulssignals 9.6 am Ausgang 9.4 des Pulsgenerators 9.
Zur Einstellung der Pulsweite des Pulssignals 9.6 ist ein Komparatorwert K vorgesehen, bei dessen Er¬ reichen das Pulssignal 9.6 seinen Pegel wechselt. Dies ist bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel zu den beiden Zeitpunkten t2 und t4 der Fall. Je höher der Komparatorwert K gewählt wird, desto länger befindet sich das Pulssignal 9.6 im Zustand high. Um ein Pulsbreitenverhältnis von 50 Prozent zu erhalten, ist der Komparatorwert K=(Z-R)/2 zu wählen. Sobald der Zähler des Pulsgenerators 9 wieder mit dem Anfangswert R zu zählen beginnt, wechselt das Pulssignal 9.6 am Ausgang 9.4 des Pulsgenerators 9 vom Zustand low in den Zustand high.
Die in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Schaltung kann vorzugsweise als Mikrocontrol- ler ausgeführt sein. Dadurch wird der gesamte Aufbau kompakt, die Anzahl der Bauelemente reduziert sich und die Flexibilität der Steuerung wird er- höht.
Mit der in Figur 1 beschriebenen Schaltungsanordnung kann ein Gassensor mit zwei unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden. Der erste Modus be- steht darin, dass der Gassensor auf einer konstanten Temperatur geregelt wird. Dadurch ist es möglich, den Gassensor gegenüber einem speziellen Gas zu sensibilisieren. Der zweite Modus besteht darin, dass der Gassensor zyklisch auf mindestens zwei verschiedenen Betriebstemperaturen geregelt wird. Dadurch ist es möglich, die Konzentrationen mehrerer unterschiedlicher Gase mit ein und demselben Sensorelement zu erfassen.
Vorteilhafterweise erfolgt bei beiden Betriebsarten die Erfassung der Konzentration des Gases sehr exakt. Dies wird dadurch möglich, dass die Betriebstemperatur des Gassensors exakt auf einen bestimmten Wert geregelt wird. Bei dem zweiten Betriebsmodus erfolgt die zyklische U schaltung zwischen den einzelnen Betriebstemperaturen zudem zu zeitlich exakt definierten Zeitpunk- ten, was bei dieser Betriebsart die Genauigkeit bei der Erfassung der Konzentrationen mehrerer verschiedener Gase weiter erhöht.
Unabhängig von den beiden Betriebsmodi gibt es noch zwei weitere Modi, nämlich den Messmodus und den Heizmodus. Mess- und Heizmodus kommen sowohl beim ersten als auch beim zweiten Betriebsmodus vor.
Figur 2 zeigt in Form eines Zustandsdiagramms die Steuerung mit den einzelnen aufeinander folgenden Schritten als Statemachine bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Das System beginnt bei Schritt 21, welcher den Start darstellt. Zunächst wird beim Zustand 22 die Periode mit der die Mes- sungen wiederholt werden, auf beispielsweise 1 s festgelegt. Dann wird zu Zustand 23 gewechselt bei dem der Sollwert der Betriebstemperatur Tl oder T2 festgelegt wird. Anschließend wird zu Zustand 22 zurück gesprungen. Nun wird im Zustand 24 die Mes- sung der Ist-Betriebstemperatur begonnen. Sobald die Ist-Betriebstemperatur gemessen wurde, wird zurück zu Zustand 22 gesprungen und dann zu Zustand 25 gewechselt. Bei Zustand 25 erfolgt die Auswertung der gemessenen Ist-Betriebstemperatur. Auch hiernach erfolgt ein Rücksprung zu Zustand 22, um dann im Zustand 26 die Regelabweichung zu berechnen. Schließlich wird zu Zustand 27 gewechselt, um im Bedarfsfall das Pulssignal 9.6 entsprechend anzupassen. Die Festlegung des Sollwerts der Betriebstemperatur im Zustand 23 erfolgt dadurch, dass im Zustand 231 die Periode der Zeitsteuerung, welche in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 4 versehen ist, auf 10 ms festgelegt wird. Nun wird zum Zustand 232 gesprungen, um dort die beiden Ports oder Ausgangsanschlüsse 15.1 und 15.3 des MikroControllers 1 zu konfigurieren, das heißt in den Messmodus • zu brin- gen. Dies bedeutet, dass das Schaltelement 8 leitend und das Schaltelement 10 hochohmig wird, so- dass der Heizwiderstand 12 nicht weiter heizt. Nachdem zum Zustand 233 gewechselt wurde, wird mittels des Analog-Digital-Umsetzers 7 der Istwert der Betriebstemperatur durch Auswertung des Messwiderstands 11 bestimmt. Anschließend werden im Zustand 234 die beiden Ports 15.1 und 15.3 erneut konfiguriert und dieses Mal in den Heizmodus gebracht. Dabei wird die Heizung wieder eingeschaltet und die Messung über den Messwiderstand 11 ausgeschaltet. Im nächsten Zustand 235 wird die Regelabweichung berechnet. Dies geschieht mit Hilfe der Korrektureinheit 6 aus Figur 1. Schließlich wird der entsprechende Korrekturwert KW in den Pulsgenerator 9 geladen und zum Zustand 231 zurück gesprungen. Falls ein neuer Sollwert für die Betriebstemperatur Tl oder T2 verwendet werden soll, wird dieser im Zustand 237 vorgegeben und im Zustand 236 in dem Pulsgenerator 9 geladen.
Durch die Verwendung eines Betriebssystems und eines MikroControllers mit einem integrierten Auto Reload Timer 9, einem integrierten Analog-Digital- Umsetzer 7 und mindestens einem Timer 4, ist es möglich ein System anzugeben, welches die oben genannten Anforderungen erfüllt und kostengünstig zu fertigen ist.
Das Betriebssystem ruft definierte Funktionen in bestimmten zeitlichen und logischen Abfolgen auf. Dadurch ist sichergestellt, dass eine Messung immer im gleichen Intervall mit definierten Zuständen gestartet wird. Voraussetzung für ein solches Be- triebssystem ist ein autark arbeitender Timer eines Mikrocontrollers. Dieser steuert die zeitlichen Abläufe des Betriebssystems über einen sogenannten Timertick. Mit Hilfe der weiteren Komponenten lassen sich mit einem einfachen und kostengünstigen MikroController mit einem reduzierten Befehlssatz und langsamen Maschinenzyklen trotzdem die oben genannten Vorteile realisieren. Mit Hilfe des Auto Reload Timers wird nach seiner Konfiguration ein gleichbleibendes Pulssignal 9.6 mit konstanter Fre- quenz und gleichbleibender Pulsweite erzeugt, ohne dabei den Prozessor zu belasten. Der Analog- Digital-Umsetzter zeigt nach Beendigung des Messzyklus mittels eines Signals die Beendigung des Messzyklus dem MikroController an, sodass dadurch ebenfalls keine Belastung für den Prozessor entsteht .
Im folgenden wird das Betriebssystem weiter beschrieben. Die Aufgaben werden wie folgt aufge- teilt. Der Mikrocontroller 1 übernimmt durch seine Software gesteuert, abhängig von der jeweiligen Aufgabe., die sich aus der zeitlichen und logischen Abfolge ergibt, die Steuerung der beiden Ports 15.1 und 15.3. Außerdem stößt er zeitlich richtig unter- schiedliche Prozesse nacheinander an. Ein Beispiel für einen solchen Prozess ist die regelmäßige periodische Messung der Betriebstemperatur des Gassensors, beispielsweise nach jeweils 10 ms.
Der Messzyklus beginnt, in dem der Spannungsteiler, welcher aus den beiden Widerständen 11 und 12 gebildet wird, über den Port 15.1 und der Analog- Digital-Umsetzter 7 über den Steuereingang 7.2 ein- geschaltet werden, um eine Spannungsmessung durchzuführen. Die Spannung über dem Platin-Widerstand Heizwendel 12 des Gassensors repräsentiert die Betriebstemperatur des Sensors. Voraussetzung dafür ist, dass der Port 15.3, der das Pulssignal 9.6 auf den Heizwiderstand 12 des Gassensors gibt, vorher abgeschaltet worden ist. Nachdem die beiden Ports 15.1 und 15.3 umgeschaltet worden sind und die Messung des Widerstands 12 angestoßen worden ist, kann der Mikrocontroller 1 für die Dauer der Messung beispielsweise die Auswertung einer früheren Sensor-Messung durchführen. Je nach Anordnung kann der Widerstand 11 auch der Heizwiderstand sein. Dieser Moment wird dem Mikrocontroller 1 über einen Inter- ruptflag mitgeteilt. Sobald das Interruptflag ge- setzt ist, werden die beiden Ports 15.1 und 15.3 wieder zurück geschaltet, das heißt in den Heizmodus gebracht. Um ein weiteres Abkühlen des Sensors zu verhindern, wird die Heizung 12 wieder mit dem alten Sollwert eingeschaltet. Anschließend wird der neue Sollwert für die Betriebstemperatur berechnet. Die Regelabweichung errechnet sich aus der aktuellen gemessenen Betriebstemperatur des Sensors und dem zur Zeit gültigen Sollwert der Betriebstemperatur (Tl, T2 ... Tn) . Der neu berechnete Wert für die Betriebstemperatur wird anschließend in das Register des Pulsgenerators 9 geschrieben. Der Pulsgenerator 9 stellt sich nach einem internen Interrupt, der zyklisch auftritt, auf die neuen Werte ein. Nach dem Schreiben der Daten in das Register des Pulsgenerators 9 stehen dem Mikrocontroller 1 wieder alle Rechenressourcen zur Verfügung, um anschließend eine Messung der Gaskonzentration bzw. eine Kommunikation mit der Klimaanlage beispiels- weise durchzuführen.
Der Pulsgenerator 9 und der Analog-Digital- Umsetzter 7 arbeiten wie folgt zusammen. Der Pulsgenerator 9 ist ein freilaufender schneller Zähler, welcher direkt mit dem Oszillator 13 verbunden ist und der bei einem Überlauf einen internen Interrupt auslöst. Der Pulsgenerator 9 generiert selbständig ein Pulssignal 9.6, dass keinerlei Belastung des Rechenkerns während des Betriebs darstellt. Das Pulssignal 9.6 des Pulsgenerators 9 wird auf den Port 15.3 des Microcontrollers 1 geführt. Zusätzlich weist der Pulsgenerator 9 das bereits erwähnte Komparatorregister für den Komparatorwert K und das ebenfalls bereits erwähnte Reload-Register für den Anfangswert R, im folgenden auch als Reload- oder Übertragswert bezeichnet, auf.
Sobald der Pulsgenerator 9 gestartet wird, wird der Pegel am Ausgang 15.3 auf high gesetzt. Dieser Zu- stand wird beibehalten, bis der Zähler des Pulsgenerators 9 den Komparatorwert K erreicht. Dann wird der Pegel am Port 15.3 auf low gezogen. Der Port 15.3 verweilt im low-Zustand, bis der Zähler seinen maximalen Wert Z erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt wird der Pegel am Port 15.3 wieder auf high gelegt und der Zählzyklus beginnt wieder beim Anfangswert. Dadurch, dass die Werte im Komparatorregister als Parameter abgelegt werden, ist es möglich, das Puls-Pausen-Verhältnis des Pulssignals 9.6 zu verändern.
Daneben lässt sich auch die Frequenz des vom Pulsgenerator 9 erzeugten Pulssignals 9.6 durch den Ü- bertragswert, der im Übertragsregister gespeichert ist, verändern. Erreicht der Zähler seinen Überlauf, wird aus dem Übertragsregister der Übertragswert R auf den aktuellen Zählerwert addiert. Der Zähler erreicht somit schneller seinen Überlauf als dies ohne den Übertragswert R der Fall wäre und erhöht somit die Frequenz des Pulssignals 9.6.
In Abhängigkeit von der thermischen Zeitkonstante des Sensorelements ist es möglich, ein Pulssignal 9.6 mit einer entsprechend angepassten Frequenz zu generieren. Falls der Sensor eine große thermische Zeitkonstante aufweist, kann der Mikrocontroller 1 das Sensorelement mit einem Pulssignal mit einer niedrigen Frequenz heizen. Die Wärmekapazität des Sensors gleicht das Puls-Pausen-Verhältnis des Pulssignals 9.6 aus, sodass sich eine nahezu konstante Temperatur einstellt. Besitzt das Sensorelement allerdings eine geringe thermische Zeitkonstante, muss die Frequenz des Pulssignals 9.6 ent- sprechend angepasst und damit höher werden, um die Linearisierung über die geringe Wärmekapazität zu erreichen. Um den Sensor bei mehreren verschiedenen Betriebstemperaturen zu betreiben, sowie um die gewünschte Betriebstemperatur exakt zu erreichen, wird wie gerade beschrieben, vorgegangen. Die Veränderung der Pulsweite ermöglicht dann entweder ein starkes Ü- berschwingen der Sensortemperatur bzw. eine asymptotische Annäherung der Sensortemperatur an die gewünschte Betriebstemperatur. Mit der vorgeschlagenen Vorgehensweise ist es möglich, die Besonder- heiten von unterschiedlichen Gassensoren durch einen entsprechenden Abgleich zu kompensieren, ohne dass eine Modifikation der Hardware oder der Software erforderlich wäre.
• Als Sensorelement kann beispielsweise das in den Figuren 3 und 4 gezeigte Sensorelement verwendet werden.
In Figur 3 ist der prinzipielle "Aufbau eines Halb- leiter-Sensorelements ohne die gassensitive Schicht in der Draufsicht gezeigt. Das Sensorelement ist auf einem Siliziumsubstrat, auf welchem eine Membran 30 angeordnet ist, aufgebaut. In die Membran 30 ist eine Heizstruktur 32 sowie eine Elektroden- Struktur 33 eingebettet. Die Elektrodenstruktur 33 ist, wie in den beiden Figuren 3 und 4 gezeigt, mit einer Zuleitung 35 und die Heizstruktur 32 mit Zuleitungen 37.1 und 37.2 zum Anschluss an eine Spannungsquelle versehen.
Die Heizstruktur 32 und die Elektrodenstruktur 33 sind, wie in Figur 4 gezeigt, von einer sensitiven Schicht 34 überdeckt, die beispielsweise aus Zinn- dioxid besteht und mit 0,1 Prozent Kupfer sowie mit 0,1 Prozent Silber und Gold dotiert ist.
Die Zusammensetzung der sensitiven Schicht 34 hängt vom zu erfassende Gas ab. Daher können für unterschiedliche zu erfassende Gase verschiedene sensitiven Schichten verwendet werden.
Die Betriebstemperatur der sensitiven Schicht 34 liegt zwischen 100 und 400 Grad Celsius. Diese Temperatur wird mittels der Heizstruktur 32, die in Figur 1 dem Heizwiderstands 12 entspricht, eingestellt. Befindet sich in der Umgebung des Halbleiter-Gassensors das zu erfassende Gas, so ändert sich der elektrische Widerstand der gassensitiven Schicht 34, was mittels der Elektrodenstruktur 33 gemessen und mittels einer Auswerteeinheit ausgewertet wird.
Der Messwiderstand 12 zur Temperaturerfassung aus Figur 1 entspricht in den Figuren 3 und 4 dem Temperatursensor 31 mit der entsprechenden Zuleitung 38.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem Heizelement, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelkreis (6, 7, 9) zur Regelung der Betriebstemperatur des Sensors (11, 12) über das • Heizele- ment (12) vorgesehen ist, wobei der Regelkreis (6, 7, 9) einen Pulsgenerator (9) zur Erzeugung eines Pulssignals (9.6) mit veränderbarer Pulsweite aufweist, welcher mit dem Heizelement (9) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (2,
3. 4, 5) zur Vorgabe einer oder mehrerer Soll- Betriebstemperaturen (Tl, T2) vorgesehen ist, wel- ehe ausgangsseitig mit dem Regelkreis (6, 7, 9) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (9) einen Zähler aufweist, dessen Zählbereich (Z-R) die Periode (P) des Pulssignals (9.6) vorgibt.
4. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (9) ein Übertragsregister für einen Übertragswert (R) aufweist, um den Zählbereich (Z-R) vorzugeben.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Puls- generator (9) ein Komparatorregister für einen Komparatorwert (K) aufweist, wobei der Komparatorwert (K) den Zeitpunkt (t2, t4) eines Pegelwechsels des Pulssignals (9.6) vorgibt.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektureinheit (6) vorgesehen ist, um aus der Soll- Betriebstemperatur (Tl, T2) und der Ist- Betriebstemperatur (T) des Sensors (11, 12) einen Korrekturwert (KW) zu bilden.
7. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Analog-Digital- Umsetzter (7) vorgesehen ist, um eine die Ist- Betriebstemperatur (T) des Sensors repräsentierende Messgröße zu digitalisieren und der Korrektureinheit (6) zuzuführen.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (11, 12) als Gassensor ausgebildet ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorigen Pa- tentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2, 3, 4, 5), der Pulsgenerator (6) und der Analog-Digital-Wandler (7) Teil eines Mik- rocontrollers (1) sind.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2, 3, 4, 5) derart ausgebildet und betreibbar ist, dass damit die Schaltungsanordnung in einen Messmodus oder einen Heizmodus gebracht werden kann.
11. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, zur Steuerung einer Umluftklappe in einem Kraftfahrzeug.
PCT/DE2003/003952 2002-11-29 2003-11-28 Schaltungsanordnung zum betreiben eines sensors mit einem heizelement WO2004051261A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2003294643A AU2003294643A1 (en) 2002-11-29 2003-11-28 Circuit arrangement for operating a sensor comprising a heating element

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10255703.9 2002-11-29
DE2002155703 DE10255703A1 (de) 2002-11-29 2002-11-29 Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Sensors mit einem Heizelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004051261A1 true WO2004051261A1 (de) 2004-06-17

Family

ID=32403670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2003/003952 WO2004051261A1 (de) 2002-11-29 2003-11-28 Schaltungsanordnung zum betreiben eines sensors mit einem heizelement

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2003294643A1 (de)
DE (1) DE10255703A1 (de)
WO (1) WO2004051261A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7461540B2 (en) * 2006-04-29 2008-12-09 Moenkemoeller Ralf Metal-oxide gas sensor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4399684A (en) * 1981-11-27 1983-08-23 Sierra Monitor Corporation Gas measurement method
DE19543296A1 (de) * 1995-11-21 1997-05-22 Itvi Inttech Venture Investa Apparat und Verfahren zur Ermittlung absoluter Gaskonzentrationen unter Verwendung halbleitender Gassensoren
US6276192B1 (en) * 1999-04-14 2001-08-21 Auto Electronic Corporation Gas detecting sensor and device for controlling ventilation systems
DE10111269A1 (de) * 2001-03-09 2002-09-12 Bosch Gmbh Robert Sensor zur Detektion von Gasen

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4399684A (en) * 1981-11-27 1983-08-23 Sierra Monitor Corporation Gas measurement method
DE19543296A1 (de) * 1995-11-21 1997-05-22 Itvi Inttech Venture Investa Apparat und Verfahren zur Ermittlung absoluter Gaskonzentrationen unter Verwendung halbleitender Gassensoren
US6276192B1 (en) * 1999-04-14 2001-08-21 Auto Electronic Corporation Gas detecting sensor and device for controlling ventilation systems
DE10111269A1 (de) * 2001-03-09 2002-09-12 Bosch Gmbh Robert Sensor zur Detektion von Gasen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7461540B2 (en) * 2006-04-29 2008-12-09 Moenkemoeller Ralf Metal-oxide gas sensor

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003294643A1 (en) 2004-06-23
DE10255703A1 (de) 2004-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19818050B4 (de) Verfahren zur Steuerung einer in einem Gaskonzentrationssensor enthaltenen Heizeinrichtung
DE3106211C2 (de) Regelungsvorrichtung mit Rückführung für das Kraftstoff/Luftverhältnis eines einer Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff/Luftgemisches
DE3933517C2 (de) Regeleinrichtung für ein Heizelement eines Sauerstoffsensors
DE3841637C1 (de)
DE19817761B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung einer Fehlfunktion in einem Gaskonzentrationserfassungssystem
DE3800910A1 (de) Stromdetektor-schaltungsanordnung fuer eine hubmagnet-treiberanordnung
DE2528914C2 (de) Einrichtung zum Bestimmen des Sauerstoffgehalts in Abgasen, insbesondere von Verbrennungskraftmaschinen
EP0506668B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung der funktionsfähigkeit einer sonden-heizeinrichtung
DE2444334A1 (de) Verfahren und einrichtung zur ueberwachung der aktivitaet von katalytischen reaktoren
WO2009135862A1 (de) Die erfindung betrifft eine auswerte- und steuereinheit
DE2740289A1 (de) Vorrichtung zur ueberwachung des niveaus einer in einem behaelter enthaltenen fluessigkeit
DE102012017832A1 (de) Sensorsteuervorrichtung und Sensorsteuersystem
DE3928709A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ueberpruefung der funktionsfaehigkeit einer abgassondenheizung und deren zuleitungssystem
DE19728466A1 (de) Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelvorrichtung mit einer Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sollwertumschaltfunktion
EP0741345A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Prozesses
EP0266501B1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erkennung der Betriebsbereitschaft einer Sauerstoffmesssonde
EP0877159B1 (de) Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der elektrischen Heizung einer Lambda-Sonde im Abgasrohr einer Brennkraftmaschine
WO2004051261A1 (de) Schaltungsanordnung zum betreiben eines sensors mit einem heizelement
DE19818332B4 (de) Verfahren zur Erfassung eines Elementenwiderstands eines Gaskonzentrationssensors
DE3325044C2 (de) Stromregler für einen elektromagnetischen Verbraucher in Verbindung mit Brennkraftmaschinen
DE3014633A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur rueckkopplungssteuerung einer brennkraftmaschine
EP0134466B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur lambda-Regelung des Kraftstoffgemisches für eine Brennkraftmaschine
DE3628535A1 (de) Anordnung zur betaetigung eines stellgliedes
DE2444511C3 (de) Thermischer Strömungsmesser für gasförmige Medien
DE3738055A1 (de) Verfahren zur temperaturregelung von gluehkerzen bei dieselmotoren und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO OM PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP