一種用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及氣體傳感器技術領域，尤其涉及一種用于氣體傳感器的精準恒溫控制 方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 氣體傳感器的化學響應特性通常與溫度有關，因此為提高氣體傳感器的檢測精度 需要對傳感器的敏感芯體進行恒溫控制。溫度控制作為自動控制中誤差控制技術應用的一 種，目前通常是采用帶測溫反饋形成的閉環恒溫控制方式，即獲得需要控制點的溫度，然后 與設點的目標溫度比較獲得溫度差值，根據該差值進行調整，使控制點溫度保持恒定。
[0003] 上述恒溫控制方式能夠精準控制實際上僅為測溫點的溫度，當應用于氣體傳感器 中進行控溫時，由于敏感芯體通常不能同時用于溫度與氣體濃度測量，需要增加額外的測 溫器件來測量溫度，由測溫器件的測量溫度來表征敏感芯體的溫度，但是不可避免地溫度 場存在不一致，且會隨環境溫度變化而變化，測溫器件的測量溫度并不能完全表征敏感芯 體控制點的溫度，因而采用上述恒溫控制方式無法對敏感芯體的溫度進行精準的控制。具 體的說，在氣體傳感器中應用閉環恒溫控制方式時，只能單溫度點保證設定點與控溫點重 合，而在其他溫度則會發生偏移，同時整體控溫的精度很大程度上需要依賴于溫度測量的 準確性，且這種準確性又依賴于測溫器件與敏感芯體的位置關系，當兩者相距越遠時，測量 點與需要控制點的溫差可能較大；當兩者相距越近時，溫差則可能較小，導致氣體傳感器恒 溫控制的精度不高。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題就在于：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一 種控制實現簡單、能夠實現氣體傳感器的恒溫控制且控制精準的用于氣體傳感器的精準恒 溫控制方法及裝置。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：
[0006] 本發明公開一種用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法，步驟包括：
[0007] 1)在氣體傳感器的敏感芯體所在區域內布置測溫組件；啟動控制，以預設溫度值 作為溫度目標值，轉入執行步驟2);
[0008] 2)根據所述測溫組件輸出的測量溫度值控制調節敏感芯體所在區域的溫度，直至 恒定達到溫度目標值，轉入執行步驟3);
[0009] 3)實時檢測氣體傳感器所處的當前環境溫度，并根據檢測到的當前環境溫度對溫 度目標值進行修正，返回執行步驟2)，直至退出控制。
[0010] 作為本發明方法的進一步改進：所述步驟2)中具體采用閉環控制調節敏感芯體 所在區域的溫度，所述閉環控制調節的具體步驟為：實時獲取所述測溫組件輸出的測量溫 度值，并計算所述測量溫度值與溫度目標值之間的差值，根據所述差值進行控制調節。
[0011] 作為本發明方法的進一步改進：所述步驟2)中具體通過調節布置在敏感芯體所 在區域內的加熱制冷組件的輸出功率，調節敏感芯體所在區域的溫度。
[0012] 作為本發明方法的進一步改進，所述步驟3)中對溫度目標值進行修正具體為：根 據當前環境溫度獲取對應的測量溫差值，并以所述測量溫差值作為修正值對溫度目標值進 行修正，所述測量溫差值為測溫組件所在測溫點與敏感芯體間的溫差值。
[0013] 作為本發明方法的進一步改進：根據預先建立的環境溫度與測量溫差值之間的關 系獲取所述當前環境溫度對應的測量溫度差值。
[0014] 作為本發明方法的進一步改進，所述環境溫度與測量溫差值之間的關系的建立步 驟為：分別獲取不同環境溫度下所述測溫組件輸出的測量溫度值、敏感芯體的溫度值，計算 不同環境溫度下的所述測量溫差值；由不同環境溫度下的所述測量溫差值建立環境溫度與 測量溫差值之間的關系。
[0015] 作為本發明方法的進一步改進：所述不同環境溫度下的所述測量溫差值，具體采 用函數擬合或分段線性插值建立環境溫度與測量溫差值之間的關系。
[0016] -種用于氣體傳感器的精準恒溫控制裝置，包括溫度控制模塊、以及分別與所述 溫度控制模塊連接的用于實時檢測氣體傳感器內環境溫度的環境溫度測量組件、布置在氣 體傳感器的敏感芯體所在區域內的測溫組件，所述溫度控制模塊包括控制執行單元以及溫 度修正單元，所述控制執行單元根據所述測溫組件輸出的測量溫度值控制調節敏感芯體所 在區域的溫度，直至恒定達到溫度目標值；所述溫度修正單元用于在所述控制執行單元執 行達到預設溫度值的溫度目標值時，根據所述環境溫度測量組件檢測到的環境溫度對溫度 目標值進行修正，輸出至所述控制執行單元。
[0017] 作為本發明裝置的進一步改進：還包括布置在氣體傳感器的敏感芯體所在區域內 的加熱制冷組件，所述加熱制冷組件與所述溫度控制模塊連接，所述加熱制冷組件在所述 溫度控制模塊的控制下調節輸出功率。
[0018] 作為本發明裝置的進一步改進：所述測溫組件、加熱制冷組件采用一體化的薄膜 半導體結構。
[0019] 與現有技術相比，本發明的優點在于：
[0020] 1)本發明用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法及裝置，通過布置測溫組件測量氣 體傳感器中敏感芯體所在區域溫度，基于測溫組件的測量溫度值對氣體傳感器進行恒溫預 控制，恒定達到預設溫度值的穩定狀態時，再根據實時環境溫度對溫度目標值進行修正，以 基于環境溫度補償溫度控制點，從而能夠減小環境溫度變化引起的控制點溫度偏移，實現 不同環境溫度下敏感芯體溫度的精準控制；
[0021] 2)本發明用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法及裝置，進一步根據環境溫度獲取 對應的測量溫差值，即測溫組件所在測溫點與敏感芯體間的溫差值，并以測量溫差值作為 修正值對溫度目標值進行修正，從而能夠結合環境溫度能夠有效補償測溫點與敏感芯體間 的溫差值，使得能夠精準的控制氣體傳感器中敏感芯體的保持恒定；
[0022] 3)本發明用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法及裝置，進一步采用閉環控制調節 敏感芯體所在區域的溫度，以基于閉環控制調節精準的控制測溫點的溫度，從而保證環境 溫度不變時測溫點溫度的恒定；
[0023] 4)本發明用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法及裝置，進一步通過建立環境溫度 與測量溫差值之間的關系，可以獲得各環境溫度下的測量溫差值，從而根據當前環境溫度 值即可獲取對應的測量溫差值以對溫度目標值進行修正，使得氣體傳感器中環境溫度改變 時仍然能夠實現精準控制。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本實施例用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法的實現流程示意圖。
[0025] 圖2是本實施例用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法的實現原理示意圖。
[0026] 圖3是本實施例精準恒溫控制方法所采用的恒溫控制裝置的結構示意圖。
[0027] 圖4是本實施例恒溫控制裝置執行恒溫預控制的實現原理示意圖。
[0028] 圖5是本實施例恒溫控制裝置執行恒溫控制的實現原理示意圖。
[0029] 圖例說明：1、敏感芯體；2、溫度控制模塊；3、環境溫度測量組件；4、測溫組件；5、 加熱制冷組件。
【具體實施方式】
[0030] 以下結合說明書附圖和具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但并不因此而 限制本發明的保護范圍。
[0031] 如圖1所示，本實施例用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法，步驟包括：
[0032] 1)在氣體傳感器的敏感芯體所在區域內布置測溫組件；啟動控制，以預設溫度值 作為溫度目標值，轉入執行步驟2);
[0033] 2)根據測溫組件輸出的測量溫度值控制調節敏感芯體所在區域的溫度，直至恒定 達到溫度目標值，轉入執行步驟3);
[0034] 3)實時檢測氣體傳感器所處的當前環境溫度，并根據檢測到的當前環境溫度對溫 度目標值進行修正，返回執行步驟2)，直至退出控制。
[0035] 氣體傳感器中敏感芯體具有隨溫度變化的溫度特性（類似鉑電阻），因而實際所 獲得的氣體化學響應特性還疊加有敏感芯體的溫度特性，本實施例通過對氣體傳感器的敏 感芯體進行恒溫控制，以固定敏感芯體的溫度，可以消除敏感芯體的溫度特性影響，從而獲 得精準的氣體傳感器特性。
[0036] 本實施例通過布置測溫組件測量氣體傳感器中敏感芯體所在區域溫度，基于測溫 組件的測量溫度值對氣體傳感器進行恒溫預控制，直至恒定達到預設溫度值的穩定狀態 時，再根據實時環境溫度對溫度目標值進行修正，以基于環境溫度補償溫度控制點，從而能 夠減小環境溫度變化引起的控制點溫度偏移，實現不同環境溫度下敏感芯體溫度的精準控 制。
[0037] 本實施例在氣體傳感器中，測溫組件與敏感芯體具體采用基于一體化薄膜技術的 敏感探頭，測溫組件與敏感芯體緊密耦合，使得測溫組件的測量區域與敏感芯體之間的溫 差較小，測溫組件具體可以采用標準測溫鉑電阻或者一體化封裝的感溫電阻。
[0038] 本實施例中，步驟2)中具體采用閉環控制調節敏感芯體所在區域的溫度，閉環控 制調節的具體步驟為：實時獲取測溫組件輸出的測量溫度值，并計算測量溫度值與溫度目 標值之間的差值，根據差值控制調節敏感芯體所在區域的溫度。基于閉環控制調節可以精 準的控制測溫點的溫度，從而保證環境溫度不變時測溫點溫度的恒定。
[0039] 本實施例中，步驟2)中具體通過調節布置在敏感芯體所在區域內的加熱制冷組 件的輸出功率，調節敏感芯體所在區域的溫度。
[0040] 本實施例中，步驟3)中對溫度目標值進行修正具體為：根據當前環境溫度獲取對 應的測量溫差值，并以測量溫差值作為修正值對溫度目標值進行修正，測量溫差值為測溫 組件所在測溫點與敏感芯體間的溫差值。由于在氣體傳感器中，特別是采用一體化薄膜技 術的氣體傳感器中，測量組件所在的測溫點與敏感芯體所在的控制點的溫度存在溫差且與 隨著環境溫度變化會發生偏移，本實施例在閉環控制的基礎上，實時根據環境溫度對溫度 目標值進行修正，以環境溫度對應的溫差值作為修正值，從而能夠結合環境溫度有效補償 測溫點與敏感芯體間的溫差值，使得能夠精準的控制氣體傳感器中敏感芯體的保持恒定。
[0041] 本實施例中，根據預先建立的環境溫度與測量溫差值之間的關系獲取當前環境溫 度對應的測量溫度差值。測溫點與控制點之間的溫差會隨環境溫度改變，本實施例通過學 習環境溫度與測量溫差值之間的關系，可以獲得各環境溫度