用于改进混合气体测量的信号输出稳定性的传感器调节方法与流程

本发明总体涉及本发明人在相关技术领域中所要求保护的方法或技术的改进，该方法或技术通过应用脉冲放电调节气体传感器，从而调节用于检测燃烧排气中通常发现的气体的混合电势气体传感器。

背景技术：

氧化锆氧传感器中使用的感测元件通常由具有内部和外部金属涂层的氧化锆顶针状物形成，该涂层通常为铂，从而形成电极。电极接着被用于测量顶针状物外部上的测量气体和顶针状物内部上的参考气体(通常为大气)之间的氧浓度差。通过测量两个电极之间的电压能够计算氧浓度差。

由分离两个导电(pt)电极的不透气氧化锆陶瓷构成的固体电解质氧传感器广泛用于电厂以及汽车内燃机的排气中进行燃烧控制。为了利用氧传感器进行工业燃烧控制，传感器必须显示特定性能准则，即通常在3-5％之间的相对精度(或0.1-0.2％的绝对精度)、小于10秒的响应时间以及通常大于1年的预期寿命。

用于激活这类传感器的改进方法在发明人自己的相关现有技术中进行了描述，该相关现有技术反映在美国专利号7,585,402和2005年6月15日提交的部分接续案美国序列号11/152,971(仍然在审)中。脉冲放电技术的典型示意图在下面的图1中示出，其为根据之前的发明进行传感器调节的代表。

利用发明人自己的激活方法制造的传感器获得性能上的大量改进。这类顶针状传感器作为氧传感器在使用时不仅能够与平面类型设计相比具有竞争性，它们还能够用作混合电势传感器以利用相同传感器电极直接测量nox和o2。尽管对于目前的汽车应用(即排气氧传感器(ego))来说，混合电势传感器的这种双重功能能够具有相关领域中描述的、超过平面类型o2传感器的那些优势，已经发现来自顶针状类型传感器的传感器读数的稳定性面临由顶针状设计本身的几何形状和取向引起的一些操作性困难。鉴于这些传感器的稳定性和它们的输出受湿度的不利影响，它们仅在高露点环境中有效。尽管平面类型传感器一般在传感器表面包含加热元件使得传感器表面温度已知或受控，顶针状传感器的三维几何形状的变化使得这类方案不实际。

因此，为了获得在非常低的浓度且用于混合气体的稳定传感器分辨率的益处，能够在传感器阻抗在合适范围内时测量并且优选地将传感器阻抗控制在这类合适范围内是有益的。

技术实现要素：

通过在高温下连续测量气体传感器阻抗(电阻)暗示对脉冲放电技术的改进。测量的阻抗值被用于将传感器的工作温度控制在规定温度范围内或者用于经由阻抗监测来监测传感器工作温度。通过将阻抗控制在工作草书内，所暗示的改进提供并允许在燃烧排气中利用含氧传感器(lambdasensor)作为宽域传感器，而不需要直接临近传感器的位置安装的热电偶。

附加改进经暗示以利用含氧传感器进行nox、co和氧气的组合测量。

附加改进提供通过在传感器电极之间施加交流(ac)正弦波测量传感器阻抗。这利用含氧传感器进行实际和精确o2测量。在替代应用中，交流(ac)正弦波能够用正负直流(dc)脉冲波替代以实现类似结果。

附图说明

通过参考下面更详细的描述和权利要求书并结合附图，本发明的优势和特征将变得更易于理解，其中相似的元件利用相似的附图标记识别，并且其中：

图1是根据现有技术的传感器调节的示意性代表；

图2是根据本发明的一个示例性实施例的所暗示的改进图示，其中所暗示的改进包括与气体传感器串联连接的附加已知电阻器2(rb)的设置；

图3是传感器电极之间的电压和充电电流；

图4是传感器电阻相对于温度的校正曲线；

图5是no的变化浓度的含氧传感器响应；

图6是no＝0ppm(百万分之一)时的氧气的变化浓度的含氧传感器响应；以及

图7是响应于施加到测量电极的正电压通过使用传感器进行的氧浓度测量的传感器校正。

具体实施方式

用于实施本发明的最好模式在其优选实施例中呈现，本文在图2-7中进行描绘，其中脉冲放电技术的改进通过在高温下连续测量气体传感器阻抗(电阻)暗示。测量的阻抗值被用于将传感器工作温度控制在规定温度范围内或者用于经由阻抗监测来监测传感器工作温度。

所暗示的改进允许在燃烧排气中利用含氧传感器作为宽域传感器，而不需要直接邻近传感器的位置安装的热电偶。

附加改进提供利用含氧传感器进行nox、co和o2的组合测量。在过程的充电阶段(阶段i和阶段iii)期间，利用数据采集系统连续测量已知电阻器上的压降。通过在所述已知电阻器值上分压，能够计算充电电流。还利用数据采集系统在过程的充电阶段期间测量传感器电极之间的压降。

附加改进通过在传感器电极之间施加交流(ac)正弦波，提供传感器阻抗的测量。这利用含氧传感器进行实际和精确o2测量。

充电电流和传感器电极之间的电压的测量曲线在图3中示出。获得两个传感器电极之间的测量电压。该测量电压除以测量电流。该除法运算的结果确定并提供传感器阻抗。

传感器阻抗与传感器工作温度直接相关。通过将含氧传感器的陶瓷测量单元定位在外部炉子中并利用直接临近传感器元件定位的外部热电偶监测所述炉子及其单元温度，发现在传感器阻抗及其工作温度之间建立关系的校正曲线(参见图4)。

图5示出在2％的恒定氧浓度下、针对不同水平的no的脉冲放电技术的含氧传感器响应。图6示出在no＝0下氧气的变化浓度的传感器响应。

当向测量电极施加负电压(图表中的阶段iii)时，传感器响应仅对no灵敏，而对o2不灵敏。替代地，当向测量电极施加正电压时，传感器响应不具备no灵敏度，而是仅对o2灵敏。no和o2的组合测量可能在图7中看到。

通过从正电压中减去负电压(vpos-vneg)，能够测量净no响应。当使用vpos时，能够测量o2浓度。

出于说明和描述目的，已经呈现了本发明的具体实施例的上述描述。它们不旨在穷尽或将本发明限制到所公开的精确形式，并且明显地，在上述教导下很多修改和变形是可能的。实施例被选择和描述以便最佳地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够适于特定的使用目的最佳地利用本发明和具有各种修改的各种实施例。本发明的范围旨在由 随附权利要求书及其等效物限定。因此，本发明的范围仅由随附权利要求限定。

技术特征：

技术总结
本申请涉及用于改进混合气体测量的信号输出稳定性的传感器调节方法。提供一种改进的脉冲放电技术，其在高温下连续测量气体传感器的阻抗。本发明的特征在于，测量的阻抗值用于将所述传感器的工作温度控制在规定温度范围内或者经由阻抗监测来监测所述传感器的工作温度。

技术研发人员：B·法珀尔
受保护的技术使用者：美国锆公司
技术研发日：2016.03.01
技术公布日：2017.09.08