一种NOx传感器加热检测电路及加热检测方法-发明资料

1、说明书摘要本发明公开了一种 NOx 传感器的加热检测电路及加热检测方法，包括一 种给 三线式加热 NOx 传感器的加 热检 测电路，和 一种 加热检测的方法。为了更为精确地测量加热电偶阻值以及保护电路，加热、检测分离，电路中，分为加热部分与检测部分。通过单片机对电路的控制，可以使电路输出占空比可调的加热电压，并通过检测电路实时反馈加热电偶的阻值大小，达到精确控制加热电偶温度的目的。通 过本 发明的电路 和方 法，能够精 确控 制 NOx 传感 器的 加热温度，使 加热 的温度一直 稳定 在某一要求 值。1摘要附图UICVccT1R6T2R7D4R2R1HR3AR4H-AD1MAD2AD3R5A

2、D1R8D1AD2T3D2AD3D31权利要求书1、一种NOx传感器 的加热 检测 电路及加热检测 方法 ，其特 征在于：包括一种NOx传感 器的加 热检测电路，一种 NOx 传感器 的加热检测方法。2、如权利要求 1 所述的一种NOx 传感器 的加热 检测 电路包括加 热部分和检测部分电路，单片机M，以及受单片机 M 控制的三极管T1 构成了加热 部分，单片机 M ，以及受单片机M 控制的三极管 T2 、T3，及其周边采集点和保护器件构成了检测部分电路，保证了电路加热过程和检测 过程分离 ，互不 干扰影响 ，并且 有效地保护 了电 路 。3、如权利要求 1 所述的一种 NOx 传感器 的加热

3、 检测 方法包括加 热电压为一受单片 机 M 控制可调的占空比信号，检 测电压为电源模 块输出的标准电压 Vcc ，检 测电压在占空比加热电压 低电平时输出。1说明书一种 NOx 传感器加 热检测电路 及加 热检测方法技术领域本发明涉及 一种 NOx 传感器 的加 热检测策略 ，更 具体地说，是涉及一种 NOx 传感器 的加热 检测 电路及加热 检测 方法 。背景技术节能减排已成为当今社会面临的共同问题，各国对空气质量的要求也越来越高，机动车尾 气排 放已成为主 要的 大气污染物 ，目 前，发动机后处理系 统用 NOx（氮 氧化 物）传感器测 量尾 气中 NOx 浓度，并通过 NOx 传感 器

4、获取到的NOx 值来采取相应的 措施来降低 NOx气体的排放，使 尾气排放符合国 家标准。目前， NOx传感 器的加热装 置结 构是三线式 热电 偶结构，通 过控制，固定最终 加热电偶的阻值来 使 NOx 传感 器工 作在一固定 温度 ，使得 NOx 传感器 能够正常工作，现迫切需要一种 适合三线式 结构 加热电偶的加热电 路及加热方法使 NOx 传感器工作 在工作状态 。发明内容本发明的目的是 设计一种适合驱 动三线式热电偶 加热装置的NOx 传感器 加热 测试电路和加热 测试方法， 使得 NOx 传感器工作在特定的温度下， 使 NOx 传感 器内 部氧泵工 作，达 到测量尾气NOx含量的目

5、的 。如图 1、图 2 所示，本发明的电路 设计采用如下方 案：一种 NOx 传感器 的加热检测电路 ，其有三根线路 分别为 H、H、和 A ，分别与 NOx 传感 器的 加热正、 加热负和 测量线相连，H、加热负又与参考 地相连。因 为热 电偶不同的阻值 对应着不同的加 热温度，即得到H、 H 之间 的实 时阻值即可知道 此时传感器的加 热温度。为 了精确 测量 NOx 传感器 加热电偶阻值，在电路中 ，使用 一精密电阻 R1 ， R1 连接一功率三极管 T2 ， T2 的基极 与单片机M 连1接，当单片机M控制 T2基极导 通时，电源模块 IC 输出一标准电压Vcc 通过 T2经过 R1

6、再经过加热电 偶 T 接参 考地 。在 R1 和 T2之间 ，连接一二极管D4 ，防止反向电 流、电压对T2 、 M 的影响，在R1 的两端，各有AD1 、 AD2 两个 AD 采样点，连接到单片机 M的AD 转换端口，为了防 止 AD 转换端口 在加热阶段的电 压大大超过其本 身最大允许输入电 压，在 AD1 、 AD2 采样点前后各设置电阻R2、 R3，以及二极管D1 、 D2 ，二极管 D1 、 D2 连接功率三 极管 T3 ， T3接参考地， T3的基 极与单片机M 连接，T3的导通与 断开通过单片机M控制，当电路处 于加热阶段时，三极管T3导通，加热电压经过R2 、R3 分压经D1

7、、D2 和 T3到地，使 得 AD 采样点电 压较小，从而保护了单片机M ，测量阶段时，T3 断开， AD 采样能 够正确采集采样点的电压，同时采 样点 AD3 采集 NOx 传感器测量线A 段的电压 ，送入 AD 转换端口 ，与 AD1 、 AD2 采样一样，设置 电阻 R4 、二极管D3 ，从而达 到保 护 AD 转换端口 的目的，最后， AD1 、 AD2 、 AD3的正极通过电阻 R5 与检测电压 Vcc 输出点相连。加热电源 U由T1控制经过线路H、线路A 点、 线路 H 到 达参 考地，完成加热 的过程， T1的基 极连接单片机M ， T1 的通断与否由单片机 M 控制。功率三极管

8、T1、 T2、T3基极分别 连接电阻R6 、 R7 、 R8 ，起到限流保护的作用 。加热时， M 控制 T1导通， T2 断开 、 T3 导通，加热 电源 U 对加热电偶 T 进行加 热；检测时，M 控制 T1 断开、 T2导通、 T3断开 ，标准电压的检测 电压 Vcc 经过 T2 、 D4到精密电阻R1 ，然后经过加热电偶 T 到达参 考地，此时，流经 R1的电流等于流经加热电偶T的电流，此电流由 R1 两端的电压 与 R1 的比值算出，最终，加热电偶的阻值由加热 电偶两端的电压 和流经加热电偶 T 的电流算 出， 知道了加热电偶的 阻值，即知道了 传感器此时温度 的大小。本电路的设 计

9、包 含了两部分 电路 ，一是加热 电路 ，由功率三极管 T1 、电阻R6 、单片机 M 组成，二是检测电路，由功率三极管T2 、T3 ，电阻R1、R2 、 R3、 R4、 R5、 R7、 R8 ，二极管D1、 D2、 D3、D4 ，电源模块IC, 单片机 M 组成。2如图 3 所示，本 发明的加热检测 方法设计采用如 下方案：加热电偶的加热 与检测分开进行 ，加热的同时不 再进行检测；加热时，加热电 压采用占空比电 压施加方式，占 空比电压2 的大小由单片机M 控制功率三极管 T1 决定，加热初 期，占空比较 大，即加载在NOx 传感器加热电偶两 端的加热电压较 大，这样能够使NOx 传感器

10、陶瓷 芯片迅速升温， 尽快使 NOx 传感 器达到工作状态，随着加热的进行 ， NOx 传感 器的 加热电偶变小， 所以施加的占空 比电压 2 不断变小 ，以防止过大的 电流对加热电偶 造成损伤，当加 热电偶阻值到达一 设定值，即传感 器已加热到所需 的工作温度，此 时单片机 M控制占 空比电压2 固定，当 NOx 传感 器所 处的环境温 度有所波动时，单片 机也会适时控制 占空比电压2 进行适当的增大或 降低，以维持加热 电偶的阻值，使 得加热温度固定 。当加热占空比电 压 2 处于低电平时，单片机控制T1 断开，控制T2 导通，此时，一标准检测电压 1由电源模块IC 发出，经过D4 、精密

11、电阻R1 到达 加热电偶T ，标 准检测电压的占空 比、电压大小固定，以达到精确 测量加热电偶T 的阻值的目的， 通过计算，可以 知道流经 R1 的电流 ，此电流即等于流 经加热电偶T 的电流，知道此电流，通过加热电 偶两端的电压的 大小，即能知道 加热电偶此时的 阻值，从而得到最 终想要的参数， 加热电偶的阻值 。本发明的将加热 过程与检测 过程 分离，使最终热 电偶的计算 更为精确，同时也 对电路起到了保 护作用。附图说明图 1 为本发明的 加热检测电 路；图 2 为本发明所 用加热的 NOx 传感器加热电 偶示 意图；图 3 为本发明的 加热检测电 路的 加热检测方 法所 施加的加热 占

12、空比电压和 检测 电压示意图 。具体实施方式下面结合附图对 本发明作进一步 说明。3图 2NOx 传感器 加热电偶T 示意 图，加热电偶T 为三线式加热电偶，分别为加 热正极 H，加 热负极 H ，和 测量极 A 。NOx 传感器 加热 电偶 T 工作 分为 两种状态，一是 加热状态，二是检测状态，加 热状态负责给加 热电偶 T 提供加 热电压升温，使 传感器达到工作温 度，检测状态负 责检测加热电偶 实时阻值，即反 馈加热电偶实时温 度给控制器单片 机，通过单片机 不断调节，使NOx传感器稳定一固 定温度。如图3 所示，控 制器以固定频率 向加热电偶发送 检测电压1 和占空比加热电压 2，检

13、测电压1 为一标准电压，占空比 固定不 变，以防对最终的测量 结果产生影响， 加热占空比电压2 是一占空比可调的信号 ，由单片 机 M 通过反馈的加热电偶的实时 阻值控制占空比 的大小。如图1 所示，加 热时，单片机M 控制功率三极管 T2 断开、功率三极管T1 、 T3 导通，加热电源 U 经过功率 三极 管 T1 到达 NOx传感器加热电偶 正极 H ，然后 经过加热电偶负 极 H到达 参考 地，完成加热过程， 加热时，由于分 压电阻 R2 、 R3 、 R7 ，二极管D1 、D2 、 D3 和功率三极管的共同作用 ，使得采样点AD1 、 AD2 、 AD3处的电压不超过 1.5V ，从而

14、很好 地保护了单片机M的AD 转换端口，另外，单片机M 通过控制功率三 极管时间的长短 达到控制占空比 加热信号 2 的占空 比大小。检测时，单片机 M 控制功率三极管 T2导通、功 率三极管T1 、T3 断开，即占空比加热电压被T1从电路中断 开， 占空比加热电压处于低电平，此 时，电 压模块 IC 输出一标准电压 Vcc ，通过功 率三极管 T2 ，经过 二极管 D4 到达精密 电阻 R1 ，经 NOx 传感器加热电偶正极 H、测 量极 A 、加 热电 偶负极 H 接参 考地，此时，采 样点 AD1 、 AD2 采样得到精密电阻R1 两端的电压U1 ，AD2 、 AD3 采样得到加热电偶 的两端电压U2 ，流经精密电阻R1 的电流 I=U1/R1 ，而此电流I 即为 流经加热电 偶的 电流，所 以，加 热电偶 R=U2/I即可得出，电路