專利名稱：氮氧傳感器加熱檢測電路及加熱檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車發動機后處理系統中的氮氧傳感器，尤其涉及一種氮氧傳感器的加熱檢測電路。
背景技術：
節能減排已成為當今社會面臨的共同問題，各國對空氣質量的要求也越來越高，機動車尾氣排放已經成為主要的大氣污染物。目前，汽車發動機后處理系統中通常選用氮氧傳感器來測量所排放的尾氣中含有的NOx濃度，并根據氮氧傳感器測量的NOx濃度值來采取相應的措施，降低NOx氣體的排放，從而使排放的尾氣符合國家標準的要求。氮氧傳感器芯片由信號功能層與加熱器組合而成，信號功能層主要完成一系列的 電化學及催化分解反應，以實現對NOx氣體的測量；加熱器主要給芯片加熱，使之達到信號功能層電化學及催化反應所需要的溫度。目前氮氧傳感器的加熱器多采用三線式熱電偶結構，即在熱電偶的頭部和電源線引線接頭處連接一用于采集熱電偶頭部電阻值的測量電極；然后根據測量的電阻值進一步控制氮氧傳感器的工作溫度，以保證氮氧傳感器的正。
發明內容
本發明解決的技術問題是提供一種氮氧傳感器加熱檢測電路，用于控制氮氧傳感器中三線式熱電偶加熱器的工作狀態，以保證氮氧傳感器能夠在特定的溫度下精確測量尾氣中Nox的含量。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案如下。一種氮氧傳感器加熱檢測電路，所述連接在氮氧傳感器加熱器三個接線端(H+、H_、A)的加熱檢測電路包括單片機、以及受單片機控制的加熱電路和檢測電路；
所述加熱電路用于為加熱器加熱，包括加熱電源，加熱電源經三極管Tl與加熱器的正極H+連接，加熱器的負極H-接地；三極管Tl的基極經電阻R6與單片機連接；
所述檢測電路用于實時監測加熱器的電阻值，包括標準電源模塊，標準電源模塊依次經三極管T2、二極管D4、精密電阻Rl與加熱器的正極H+連接，三極管T2的基極經電阻R7與單片機連接；所述精密電阻Rl的兩端分別連接檢測支路I和檢測支路II，加熱器的測量極A連接一檢測支路III，檢測支路I、檢測支路II和檢測支路III的輸出端均經三極管T3接地，三極管T3的基極經電阻R8與單片機連接。所述檢測支路的具體結構為所述檢測支路I包括串聯連接在二極管D4和三極管T3集電極之間的電阻R2和二極管D1，二極管Dl的正極與單片機的ADl端連接；檢測支路II包括串聯連接在加熱器正極H+和三極管T3集電極之間的電阻R3和二極管D2，二極管D2的正極與單片機的AD2端連接；檢測支路III包括串聯連接在加熱器測量極A和三極管T3集電極之間的電阻R4和二極管D3，二極管D3的正極與單片機的AD3端連接；所述二極管D1、二極管D2和二極管D3的負極均經電阻R5與標準電源模塊(IC)的輸出端連接。氮氧傳感器加熱檢測方法，包括以下步驟1)單片機按照固定頻率向加熱器發送檢測電壓Ul和加熱電壓U2，所述檢測電壓Ul為標準電壓Vcc，加熱電壓U2為可調電壓；
2)加熱時，單片機控制三極管T2關斷、三極管Tl和三極管T3導通，加熱電源U經過三極管Tl到達加熱器的正極H +，然后經過加熱器負極H -到達參考地，完成加熱過程；
3)檢測時，單片機M控制三極管T2導通、三極管Tl和T3關斷，電壓模塊IC輸出標準電壓Vcc，標準電壓Vcc依次經三極管T2、二極管D4、精密電阻Rl到達加熱器；此時，單片機根據采樣點ADI、AD2采樣得到精密電阻Rl兩端的電壓Ue，通過公式I=Ue/Rl計算流經精密電阻Rl的電流I ;單片機根據采樣點AD2、AD3采樣得到加熱器的兩端電壓Ut，根據公式R=Ut/I計算得出加熱器的電阻值；
4)單片機根據計算的加熱器電阻值，控制加熱電路啟動，并根據電阻值與標準電阻值的差值調節加熱電壓U2，使加熱器保持穩定的工作溫度。由于采用了以上技術方案，本發明所取得技術進步如下。本發明的加熱檢測電路將加熱電路和檢測電路分開設置，并通過單片實現加熱過程以及檢測過程處于分離的工作狀態，從而使加熱器的電阻值計算更為精確。單片機根據計算得知的電阻值控制加熱電路的工作狀態，可靠地保證了氮氧傳感器始終工作在穩定的溫度下，以進一步提高尾氣中Nox的測量。
圖I為本發明的電路圖。圖2為本發明所施加的加熱占空比電壓和檢測電壓示意圖。
具體實施例方式下面將結合具體實施例和附圖，對本發明進行進一步詳細說明。一種氮氧傳感器加熱檢測電路，如圖I所示。加熱檢測電路連接在氮氧傳感器加熱器三個接線端(H+、H-、A)，包括單片機M、加熱電路和檢測電路；單片機M用于控制加熱電路和檢測電路的工作狀態。加熱電路，用于為加熱器提供加熱電壓升溫，使氮氧傳感器達到工作溫度。加熱電路包括加熱電源U和三極管Tl，加熱電源U經三極管Tl與加熱器的正極H+連接，加熱器的負極H-接地；三極管Tl的基極經電阻R6與單片機M連接。檢測電路，用于檢測加熱器的實時阻值，即反饋加熱器實時溫度給單片機，通過單片機不斷調節，使氮氧傳感器始終處于固定的工作溫度。檢測電路包括標準電源模塊1C，標準電源模塊IC依次經三極管T2、二極管D4、精密電阻Rl與加熱器的正極H+連接，三極管T2的基極經電阻R7與單片機M連接。在精密電阻Rl和三極管T2之間串聯連接的二極管D4，用于防止反向電流和反向電壓對三極管T2、單片機M造成影響。上述精密電阻Rl的兩端分別連接檢測支路I和檢測支路II，加熱器的測量極A連接一檢測支路III，檢測支路I、檢測支路II和檢測支路III的輸出端均經三極管T3接地，三極管T3的基極經電阻R8與單片機M連接。檢測支路的設置為防止單片機的AD轉換端口在加熱階段的電壓大大超過其本身最大允許輸入電壓而損壞單片機。檢測支路I包括串聯連接在二極管D4和三極管T3集電極之間的電阻R2和二極管Dl，二極管Dl的正極與單片機M的ADl端連接；檢測支路II包括串聯連接在加熱器正極H+和三極管T3集電極之間的電阻R3和二極管D2，二極管D2的正極與單片機M的AD2端連接；單片機根據采樣點ADl和AD2采集的電壓信號，確定精密電阻Rl兩端的電壓值Ue。檢測支路III包括串聯連接在加熱器測量極A和三極管T3集電極之間的電阻R4和二極管D3，二極管D3的正極與單片機M的AD3端連接；單片機根據采樣點AD2和AD3采集的電壓信號，確定加熱器兩端的電壓值UT。上述二極管D1、二極管D2和二極管D3的負極均經電阻R5與標準電源模塊IC的輸出端連接，用于防止在檢測時，電阻R2、電阻R3、電阻R4上產生電流，對測量的結果產生影響。本發明所述的氮氧傳感器加熱檢測方法，基于上述加熱檢測電路，包括以下步驟
I)單片機按照固定頻率向加熱器發送檢測電壓Ul和加熱電壓U2，如圖2所示。檢測電壓Ul為標準電壓Ncc,占空比固定不變，以防對最終的測量結果產生影 響；加熱電壓U2為可調電壓，其占空比大小的調節是由單片機M通過檢測反饋的加熱器的實時阻值進行控制。2)加熱時，單片機控制三極管T2關斷、三極管Tl和三極管T 3導通，加熱電源U經過三極管Tl到達加熱器的正極H +，然后經過加熱器負極H -到達參考地，完成加熱過程。由于分壓電阻R2、R3、R4，二極管Dl、D2、D3和三極管T2、T3的共同作用，使得采樣點ADl、AD2、AD3處的電壓不超過I. 5V，從而很好地保護了單片機M的AD轉換端口。加熱過程中，加熱電壓采用占空比電壓施加方式，加熱電壓U2的大小由單片機M控制三極管Tl的導通時間決定。加熱初期，占空比較大，即加載在氮氧傳感器加熱器兩端的加熱電壓較大，這樣能夠使氮氧傳感器陶瓷芯片迅速升溫，盡快使氮氧傳感器達到工作狀態；隨著加熱的進行，氮氧傳感器的加熱器電阻值變小，所以施加的加熱電壓U2不斷變小，以防止過大的電流對加熱器造成損傷；當加熱器阻值到達一設定值，即氮氧傳感器已加熱到所需的工作溫度時，單片機M控制加熱電壓U2固定。氮氧傳感器工作過程中，當氮氧傳感器所處的環境溫度有所波動時，單片機也會適時控制加熱電壓U2進行適當的增大或降低，以維持加熱器的阻值，使得氮氧傳感器的工作溫度穩定為一定值。3)檢測時，單片機M控制三極管T2導通、三極管Tl和T3關斷，即加熱電壓U2被三極管Tl從電路中斷開停止工作，而此時電壓模塊IC輸出標準電壓Vcc，標準電壓Vcc依次經三極管T2、二極管D4、精密電阻Rl到達加熱器正極H +、測量極A、加熱器負極H -接地。檢測過程中，單片機根據采樣點AD1、AD2采樣得到精密電阻Rl兩端的電壓Ue，通過公式I=Ue/Rl計算流經精密電阻Rl的電流I ;此時，流經Rl的電流等于流經加熱器T的電流，單片機根據采樣點AD2、AD3采樣得到加熱器的兩端電壓Ut，根據公式R=UT/I計算得出加熱器的電阻值；由于加熱器的電阻值與氮氧傳感器的工作溫度具有一一對應關系，因此得出加熱器的電阻值，即可得出當前氮氧傳感器的工作溫度。4)單片機根據計算的加熱器電阻值，控制加熱電路啟動，并根據電阻值與標準電阻值的差值調節加熱電壓U2，使加熱器保持穩定的工作溫度。本發明中單片機M通過控制功率三極管Tl導通時間的長短達到控制加熱電壓U2的占空比大小。
權利要求
1.一種氮氧傳感器加熱檢測電路，其特征在于所述連接在氮氧傳感器加熱器三個接線端(H+、H-、A)的加熱檢測電路包括單片機(Μ)、以及受單片機(M)控制的加熱電路和檢測電路； 所述加熱電路用于為加熱器加熱，包括加熱電源(U)，加熱電源(U)經三極管TI與加熱器的正極H+連接，加熱器的負極H-接地；三極管Tl的基極經電阻R6與單片機(M)連接； 所述檢測電路用于實時監測加熱器的電阻值，包括標準電源模塊(1C)，標準電源模塊(IC)依次經三極管Τ2、二極管D4、精密電阻Rl與加熱器的正極H+連接，三極管Τ2的基極經電阻R7與單片機(M)連接；所述精密電阻Rl的兩端分別連接檢測支路I和檢測支路II，加熱器的測量極A連接一檢測支路III，檢測支路I、檢測支路II和檢測支路III的輸出端均經三極管Τ3接地，三極管Τ3的基極經電阻R8與單片機(M)連接。
2.根據權利要求I所述的氮氧傳感器加熱檢測電路，其特征在于所述檢測支路I包括串聯連接在二極管D4和三極管Τ3集電極之間的電阻R2和二極管D1，二極管Dl的正極與單片機(M)的ADl端連接；檢測支路II包括串聯連接在加熱器正極H+和三極管Τ3集電極之間的電阻R3和二極管D2，二極管D2的正極與單片機(M)的AD2端連接；檢測支路III包括串聯連接在加熱器測量極A和三極管Τ3集電極之間的電阻R4和二極管D3，二極管D3的正極與單片機(M)的AD3端連接；所述二極管D1、二極管D2和二極管D3的負極均經電阻R5與標準電源模塊(IC)的輸出端連接。
3.一種氮氧傳感器加熱檢測方法，其特征在于包括以下步驟 1)單片機按照固定頻率向加熱器發送檢測電壓Ul和加熱電壓U2，所述檢測電壓Ul為標準電壓Vcc，加熱電壓U2為可調電壓； 2)加熱時，單片機控制三極管Τ2關斷、三極管Tl和三極管T3導通，加熱電源U經過三極管Tl到達加熱器的正極H +，然后經過加熱器負極H -到達參考地，完成加熱過程； 3)檢測時，單片機M控制三極管Τ2導通、三極管Tl和Τ3關斷，電壓模塊IC輸出標準電壓Vcc，標準電壓Vcc依次經三極管T2、二極管D4、精密電阻Rl到達加熱器；此時，單片機根據采樣點ADI、AD2采樣得到精密電阻Rl兩端的電壓Ue，通過公式I=Ue/Rl計算流經精密電阻Rl的電流I ;單片機根據采樣點AD2、AD3采樣得到加熱器的兩端電壓Ut，根據公式R=UT/I計算得出加熱器的電阻值； 4)單片機根據計算的加熱器電阻值，控制加熱電路啟動，并根據電阻值與標準電阻值的差值調節加熱電壓U2，使加熱器保持穩定的工作溫度。
全文摘要
本發明公開了一種氮氧傳感器的加熱檢測電路及加熱檢測方法，加熱檢測電路包括分離設置的加熱電路和檢測電路，以保證能夠精確地測量加熱器的電阻值。本發明通過單片機對電路的控制，可以使電路輸出占空比可調的加熱電壓，并通過檢測電路實時反饋加熱器的阻值大小，達到精確控制加熱器溫度的目的。采用本發明能夠精確控制氮氧傳感器的加熱溫度，使氮氧傳感器始終在穩定的溫度值下工作。
文檔編號G01R27/08GK102854393SQ20121033150
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月8日 優先權日2012年9月8日
發明者談宏亮, 尹亮亮, 宋巍, 倪銘, 于政 申請人:無錫隆盛科技股份有限公司