一种NOx传感器加热检测电路及加热检测方法-发明综述

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。iAD1AD2AD3H-1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

2、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。i一种NOx传感器

3、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NO

4、x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

5、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i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

6、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、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

7、与检测电压 Vcc输出点相连。力口 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 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

8、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。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，力口热电压采用占空 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

9、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 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

10、，此时，一标准检测 电压1由电源模块IC发出，经过 D4、 精密电阻 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

11、的加热检测方 法所施加的加热 占 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。图2N0x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

12、 电压2，检测电压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，从而很好 地保护了单

13、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二U1/R1 , 而此