一种氮氧传感器定氧腔室泵氧控制电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于传感器技术领域，更具体地，涉及一种氮氧传感器定氧腔室泵氧控制电路。
【背景技术】
[0002]随着经济增长，使用柴油发动机的车辆逐渐增多，排放超标导致我国城市空气环境污染严重；因此排放达标已成为我国社会的一项长期而紧迫的任务。氮氧传感器主要用于测量柴油车尾气的NOx排放含量，是柴油发动机后处理系统的关键部件。
[0003]在NOx排放含量检测过程中，将氮氧传感器加热后，排出NOx检测腔室里的氧气，使NOx检测腔室内氧气浓度保持在5ppm以内；在NOx气氛环境下，含NOx的待检气氛经由定氧腔室进入检测腔室进行NOx排放含量检测；其中，NOx检测腔室是指氮氧传感器芯片的还原腔室；这种检测方法对检测腔室氧气浓度敏感，若外部氧气随NOx气体混进检测腔室，导致检测腔室氧气浓度超限，则会在很大程度上影响NOx排放含量检测结果的准确性；由于待检气氛是经由定氧腔室进入NOx检测腔室的，因此在采用氮氧传感器芯片进行NOx排放含量检测的过程中，定氧腔室里的氧气浓度至为关键，需要将其控制在I?5ppm范围内。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种氮氧传感器定氧腔室泵氧控制电路，其目的在于，通过在泵氧过程中控制氮氧传感器还原腔室与参考腔室之间的氧浓度电势差，以控制泵氧电压，从而将氮氧传感器还原腔室与参考腔室之间的氧气浓度差维持在特定浓度差上，实现对定氧腔室氧气浓度的实时控制。
[0005]为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种氮氧传感器定氧腔室泵氧控制电路，包括第一接收模块、电压叠加模块、第二接收模块、信号处理模块和泵氧模块；
[0006]其中，电压叠加模块的输入端连接第一接收模块的输出端；信号处理模块的第一信号输入端连接电压叠加模块的输出端，第二信号输入端连接第二接收模块的输出端，反馈信号输入端连接泵氧模块的负反馈端；泵氧模块的输入端连接信号处理模块的输出端，泵氧模块的输出端作为泵氧电压输出端；
[0007]其中，第一接收模块的输入端作为比较电极信号输入端；所述第二接收模块的输入端作为参考电极信号输入端；
[0008]电压叠加模块在比较电极信号上加上一个叠加电压后获取校正电压，所述信号处理模块根据校正电压与参考电极信号的比较结果获取泵氧控制信号，泵氧模块根据所述泵氧控制信号输出泵氧电压，驱动泵氧。
[0009]优选的，叠加电压为430mV?600mV。
[0010]优选的，电压叠加模块包括稳压二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3 ;稳压二极管Dl采用精密稳压管；以使得通过电阻R2，R3分压获得的叠加电压更稳定；
[0011]其中，第一电阻的第一端连接5V电压源，第二电阻R2的第一端连接第一电阻Rl的第二端，第三电阻R3的第一端连接第二电阻R2的第二端；所述稳压二极管Dl的正极连接第三电阻R3的第二端；
[0012]其中，稳压二极管Dl的负极连接第一电阻Rl与第二电阻R2的串联端；稳压二极管Dl的正极作为电压叠加模块的输入端，第二电阻R2与第三电阻R3的串联端作为电压叠加模块的输出端。
[0013]优选的，第一接收模块包括第一运算放大器0P1，其输入正端作为第一接收模块的输入端，其输入负端连接电压叠加模块中第三电阻R3的第二端，其第一输出端作为第一接收模块的输出端，连接电压叠加模块的输入端，第二输出端连接电压叠加模块中第三电阻R3的第二端；
[0014]其中，第一运算放大器OPl用作电压跟随器，根据运算放大器的虚短原理，第一运算放大器OPl的输出信号等于OPl输入正端的比较电极电压信号。
[0015]优选的，信号处理模块包括第二运算放大器0P2、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6 ；
[0016]其中，第二运算放大器0P2的输入负端作为信号处理模块的第一信号输入端，其输入正端作为信号处理模块的第二信号输入端，用于输入参考电极电压；
[0017]第四电阻R4的第一端连接第二运算放大器0P2的输出端；第六电阻R6的第一端连接第四电阻R4的第二端，第六电阻R6的第二端接地；第五电阻R5的第一端连接第二运算放大器0P2的输入负端；
[0018]第四电阻R4与第六电阻R6的串联端作为信号处理模块的输出端，与氮氧传感器的定氧电极连接；第五电阻R5的第二端作为信号处理模块的反馈信号输入端，与氮氧传感器的定氧电极与连接；
[0019]第二运算放大器0P2根据其正端输入信号与负端输入信号的比较结果输出泵氧控制信号；泵氧时，泵氧控制信号从负值逐渐升高，泵氧电压则逐渐减小。
[0020]优选的，第一电阻取值为IkQ?5kQ ;若电阻小于该范围，则使得通过Dl的电流太大，引起Dl发热产生温漂；若大于该范围，则可能导致Dl无足够电流失去稳压作用。
[0021]优选的，第五电阻R5的阻值在兆欧姆量级；第五电阻R5用于确保第二运算放大器0P2的稳定输出，而在兆欧姆量级取其阻值，可最大程度地减小第五电阻R5上流过的电流，以消除第五电阻R5自身对第二运算放大器0P2输入负端的影响。
[0022]采用上述氮氧传感器定氧腔室泵氧控制电路进行泵氧控制的具体步骤如下:
[0023](I)通过控制加热电压，将氮氧传感器的工作区域加热到目标温度；
[0024](2)通过控制泵氧电压将定氧腔室内的氧气排出定氧腔室外，使得定氧腔室与还原腔室内的氧气含量相等；
[0025]由于还原腔室与定氧腔室仅相隔一层扩散障，因此在定氧腔室氧气排空后，还原腔室内的氧气在扩散作用下进入定氧腔室随后被排出定氧腔室外；由此，定氧腔室与还原腔室内的氧气含量相等；
[0026]而还原腔室与参考腔室内之间具有氧浓度差，因此比较电极与参考电极之间存在由氧气浓度差产生的电势差；其中，比较电极设置在还原腔室内，参考电极设置在参考腔室内，参考电极与大气相通；
[0027](3)根据上述氧浓度电势差调整泵氧电压以驱动泵氧，将定氧腔室内氧气排出，直到定氧腔室氧气浓度减小到浓度阈值；
[0028]随着泵氧进行，定氧腔室里氧气浓度逐渐减小，定氧腔室与参考腔室之间的氧浓度差逐渐增大，比较电极与参考电极之间氧浓度电势差随之逐渐加大，泵氧电压逐渐减小，泵氧减缓；当该电势差增大430mV?600mV，定氧腔室氧气浓度达到浓度阈值；其中，氧浓度电势差是由两个腔室内氧气浓度差而产生的氧化锆电解质浓差电势差；
[0029]随着泵氧减缓，比较电极与参考电极之间的氧浓度电势差逐渐减小；当定氧腔室内氧气浓度高于浓度阈值，通过氧浓度电势差控制泵氧电压自调整，加大驱动泵氧，将定氧腔室内多余的氧气泵出腔室外，将定氧腔室内氧气浓度维持在浓度阈值。
[0030]定氧腔室内氧气浓度的阈值为Ippm?5ppm，定氧腔室内氧气浓度达到Ippm?5ppm，则达到了尾气NOx含量检测的要求；此后，定氧腔室的泵氧量与外界进入到定氧腔室的氧气量达到动态平衡。
[0031]总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0032](I)本实用新型提供的氮氧传感器定氧腔室泵氧控制电路，模块简单、元件少、体积小，可嵌入毫米量级的氮氧传感器中，实现对定氧腔室氧浓度的快速稳定控制；
[0033](2)由于本实用新型提供的氮氧传感器定氧腔室泵氧控制电路，实现了对定氧腔室内氧气浓度的动态自适应实时调节:一旦定氧腔室的氧气浓度大于阈值，就会将多余的氧气泵出定氧腔室外，由此将定氧腔室中氧浓度维持在阈值内。
【附图说明】
[0034]图1是氮氧传感器陶瓷芯片结构示意图；
[0035]图2是本实用新型实施例提供的一种氮氧传感器定氧腔室泵氧控制电路的系统框图；
[0036]图3是本实用新型实施例提供的一种氮氧传感器定氧腔室泵氧控制电路。
【具体实施方式】
[0037]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0038]如图1是氮氧传感器陶瓷芯片结构示意图，图1中，IPl与IP2均表示电流测量装置，El表示接地端，Vf表示氧浓度电压差；陶瓷芯片为六层氧化锆材质，第一层与第二层中的灰色区域为扩散障；陶瓷芯片分为3个腔室:参考腔室:该腔室充盈空气，该腔室内引入参考电极；定氧腔室:该腔室内气体氛围可变，该腔室内引入定氧电极，通过定氧电极与主电极的电压差确定泵氧电压的大小，对定氧腔室泵氧；还原腔室:与定氧腔室相隔一层扩散障，腔室内部的气体氛围因扩散作用与定氧腔室的气体氛围相似。
[0039]在进行泵氧以及测量氧气含量时陶瓷芯片有3对电极参与工作:比较电极和参考电极，用于测量还原腔室与参考腔室氧气浓度差；主电极和定氧电极，用于将定氧腔室和还原腔室的氧气浓度控制在一定范围内；测量电极和主电极，测量电极获得的电压反应尾气中NOx的浓度。
[0040]在尾气NOx含量检测开始前，将氮氧传感器的工作区域加热到目标温度，通过比较电极与定氧电极之间形成的泵氧电压将定氧腔室内的氧气排出定氧腔室外；还原腔室内的氧气在扩散作用下进入定氧腔室随后被排出定氧腔室外，由此，定氧腔室与还原腔室内的氧气含量近似相等；而还原腔室与参考腔室内之间具有氧气浓度差；
[0041]根据能斯特方程的原理，设置在还原腔室内的比较电极与设置在参考腔室内的参考电极之间具有氧浓度电压差AU，由泵氧控制电路自动控制该氧浓度电压差AU，使之保