专利名称：测定混合气体组分浓度的装置的制作方法
现有技术本发明是一混合气体组分浓度的测定装置。这一发明主要涉及的是用于内燃机的发动机燃料/空气混合物成分调节的探测器。这类探测器感受内燃机废气中的氧气含量，并由此提供给控制电路一个输入信号，以将混合物成分调整到预定值。
本发明对象是这样一个装置，它原则上是按美国汽车工程师学会标准(SAE-Paper)920234中介绍的通用氧气探针那样设计的。
标准中介绍的这类探针具有一第一部分体积，在这个部分体积中，氧气浓度通过扩散阻抗与废气中的氧气浓度耦合；在第二部分体积中，充满着带有基准氧气浓度的大气。对于两个部分体积间的浓度差异，设于第一与第二部分体积间的能斯脱传感器给出一个独特的输出信号，将输出信号与预先给定值加以比较，便可确定在与废气相连的第一部分体积内的氧气浓度与额定值的偏差。氧气抽吸装置将取决于已确定偏差量的气流强度中的氧粒子，而压入到第一部分体积中或从第一部分体积中抽出，这样使得那里的氧气浓度不受通过扩散阻抗与废气中氧气浓度进行耦合的影响，而保持恒定不变。
被测定的参数，即废气中的氧气浓度可以通过计算泵电流Ip确定。
这种类型氧气探针的优点在于其近似的线性特性曲线Ip＝f(λ)，它从混合物成分λ缓慢、持续不断的变化过程中得出。然而，如果混合物成分变化较快的话，如通常内燃机混合物调节那样，那么，当λ＝1时在特性曲线上出现滞后现象。换言之，即在λ＝1附近的探测器输出信号值取决于混合物成分变化的方向。
本发明的目的在于消除这一滞后效应，即在开头提到的那类探测器的说明中，其特性曲线没有干扰性的滞后效应。
这一目的通过对气体混合物中组分浓度的测定装置和第一部分体积的说明来完成，在第一部分体积中，组分浓度不受通过扩散阻抗与气体混合物浓度进行耦合的影响而保持恒定不变，其中上述耦合影响由一可控制的组分泵电流通过一位于第一部分体积与混合气体之间的、用作抽吸装置的固体电解质予以补偿，这样，上述泵电流的量度即是气体混合物所要求浓度的量度，而且上述泵电流作为位于第一部分体积与基准气体体积之间的能斯脱传感器的输出电压的偏差函数受一额定值的控制，本装置对上述作为抽吸装置的固体电解质两端可测电压的函数的额定值产生影响。
在有害物质转换的基本混合物化学成分(λ＝1)范围内，这一发明装置的使用尤其提高了调节参数总依赖于调节偏差的控制电路的准确度。
下面借助于实例和有关附图对本发明进行详细说明。
图1是发明装置的实施例，图2比较了现有技术条件下氧气测量装置输出信号的特性曲线形状与本发明中氧气测量装置输出信号的特性曲线形状。
图3是图1所示装置条件下，基准电压为450毫伏，混合物成分在λ＝0.7～1.3之间波动时，抽吸装置的电解质两端的可测电压。
图4揭示了根据本发明对额定值施加影响的不同途径。
图1中的装置由传感器1和传感器的布线2组成。传感器1具有一第一部分体积3，通过扩散阻抗4-这里是一个小孔-与废气5相连。在第二部分体积6中充满着基准大气，它可以通过例如与室外空气相连，或者用其他方式形成。这两个部分体积都受到氧离子传导的电解质7的限制，它设有电极8，9，10和11。由于部分体积3和6中的不同氧气浓度而出现的能斯脱电压UN供给第一运算放大器12的负入口，那么预定的基准电压例如450毫伏则供给运算放大器的正入口，用基准电压来确定第一部分体积中氧气浓度的额定值。如果能斯脱电压UN低于450毫伏，那么，运算放大器12的输出为正，并且驱动正极电流通过由电极8，9和它们之间的电解质组成的泵单元。换言之，即与第一部分体积中氧气余量相对应的相对较低的能斯脱电压使得氧离子(负)从第一部分体积传送给废气。类似地，相对较高的能斯脱电压使得氧粒子从废气流向第一部分体积，从而使第一部分体积中预先给定的氧气浓度达到稳定状态。由于这一浓度受通过扩散阻抗4的耦合的干扰，为了维持稳定状态所必需的泵电流Ip最终是废气中氧气浓度的量度。
如图1中所介绍的那样，泵电流Ip可作为测量电阻13两端的电压降由第二运算放大器14测量。
至此所描述的即为现有技术的装置，这一装置提供了如图2中特性曲线上虚线所示的输出信号。λ＝1时所不希望出现的滞后效应与λ＝1时泵单元的电动势的EMK的跃跃式变化有关(参阅附图3)。通过这种结构型式条件下的泵单元与能斯脱传感器(元件)的耦合，在能斯脱电压UN上形成跃跃式变化的干扰性寄生耦合，能斯脱电压UN的改变通过泵电流予以调节，这将使得探测器在运算放大器14测得的输出信号产生不希望出现的变化。因此，输出信号的滞后效应也表明了λ的变化，即它并不是当前的λ。为了阻止这一现象的发生，根据本发明，泵单元电动势EMK的一部分在装置15上寄生耦合上基准电压。装置15可以例如通过欧姆电阻Rmit16来实现。Rmit值以这样有利的方式选择，即在泵单元电动势EMK变化时，基准电压以与能斯脱电压UN相同的大小变化。这样，当λ＝1时，在废气中的氧气浓度通路上不会出现任何干扰性泵电流变化，使得根据本发明制造的探测器的输出电压在这一点上是很明确的。
在这一例子中，比较电压可简明地通过电阻R17和R18来确定。寄生耦合M定义为M=R17*R18R17+R18Rmit+R17*R18R17+R18,]]>例如，当泵单元电动势EMK变化量为500毫伏，且寄生耦合M＝0.02，Rmit＝980千欧，R17/R18＝20千欧时，基准电压的变化量为10毫伏。
在图4中介绍了借助于欧姆电阻16进行成比例耦合的另一些方法。这些方法是通过用电容17取代Rmit(图4a)构成积分寄生耦合或通过由一个电容和一个取代Rmit(图4b)的欧姆电阻组成串联电路。
发明的探测器不只局限用于氧气浓度的测定。通过可传导其他气体组分离子的电解质的使用，本发明也能用来测定其他浓度。
权利要求
1.用于测定气体混合物组分浓度的装置，-具有一第一部分体积，在这一体积中，组分浓度不受通过扩散阻抗与混合气体浓度进行耦合的影响而保持恒定不变，-上述耦合影响可由一可控制的组分泵电流通过处于第一部分体积和气体混合物之间用作抽吸装置的固体电解质予以补偿，这样上述泵电流的量度即是气体混合物中所要浓度的量度，-上述泵电流可作为介于第一部分体积与上述组分基准浓度范围之间的能斯脱传感器(元件)输出电压的偏差函数，其特征是所述装置对作为抽吸装置的固体电解质两端可测电压的函数的上述额定值产生影响。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，固体电解质抽吸装置两端的部分可测电压在欧姆电阻Rmit两端耦合到额定值。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征是，电解质抽吸装置两端的部分可测电压在电容C两端耦合到额定值。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，电解质抽吸装置两端的部分可测电压在由欧姆电阻和电容C组成的串联电路两端耦合到额定值。
5.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征是，耦合装置是这样确定的，在抽吸装置电解质两端的可测电压变化时，基准电压以与能斯脱电压相同的大小变化。
全文摘要
一种测定混合物组分浓度的装置，具有一第一部分体积，在这一体积中，组分浓度不受通过扩散阻力与混合气体中浓度进行耦合的影响而保持恒定不变。上述耦合影响由一可控制的组分泵电流通过处于第一部分体积和气体混合物之间用作抽吸装置的固体电解质予以补偿。泵电流的强度是气体混合物中所要求浓度的量度。上述泵电流可作为第一部分体积与基准气体体积之间的能斯脱传感器输出电压的偏差函数而受到额定值的控制。这一装置特征是，可有目的地影响依赖于抽吸装置固体电解质两端可测电压的额定值。
文档编号G01N27/417GK1152353SQ96190402
公开日1997年6月18日 申请日期1996年3月29日 优先权日1995年5月3日
发明者埃里希·荣金格尔 申请人:罗伯特·博施有限公司