[发明专利]一种氧气浓度传感器的控制装置与标定及控制方法

权利要求书

1.一种氧气浓度传感器的控制装置，其特征在于，所述装置包括氧气浓度传感器、控制器、电源、电子开关、滤波模块和信号采集模块；电子开关连接在滤波模块的输入端与电源正极之间，其控制端与控制器的PWM信号输出端相连；滤波模块的输出端与氧气浓度传感器的H+相连；信号采集模块的输入端分别与氧气浓度传感器的H+、H-、S-端相连，输出端与控制器相连，用于实现对H+端电压即加热电压的采样，对H-端输出电流即加热电流的采样和放大，对S-端输出电流即泵电流的采样和放大；控制器通过调整PWM信号的占空比使加热电压与加热电流的比R等于氧气浓度传感器最佳工作温度时加热电压与加热电流的比R₀。

2.根据权利要求1所述的氧气浓度传感器的控制装置，其特征在于，所述滤波模块主要由并联在H+端与地之间的两个电容C1、C2组成。

3.根据权利要求1所述的氧气浓度传感器的控制装置，其特征在于，所述电子开关主要由一个P型MOS管Q1和一个N型MOS管Q2组成；Q1的源极与电源正极相连，漏极与H+端相连，栅极与Q2的漏极和一个电阻R1的一端相连，R1的另一端与电源正极相连；Q2的源极接地，栅极与电阻R2、R3的一端相连，R3的另一端接地，R2的另一端与控制器的PWM信号输出端相连。

4.根据权利要求1所述的氧气浓度传感器的控制装置，其特征在于，所述信号采集模块包括：连接在H+端和地之间的电阻串联分压电路；连接在H-端和地之间的电阻R4，与H-端相连的第一运算放大器；连接在S-端和地之间的电阻R5，与S-端相连的第二运算放大器；电阻串联分压电路、第一运算放大器和第二运算放大器的输出端分别与控制器相连。

5.一种应用权利要求1所述装置进行标定的方法，其特征在于，包括在常温下进行的以下步骤：

步骤1，设置PWM信号的周期和初始占空比，输出初始PWM信号至电子开关，并开始记时t＝0；

步骤2，获取加热电压V_H及加热电流I_H，并计算加热功率P＝V_H×I_H；

步骤3，逐渐增加PWM信号的占空比，当P＝0.5P₀时，停止增加占空比，等待至t＝T/2时刻，P₀为氧气浓度传感器说明书提供的最佳工作温度时的功率，T为氧气浓度传感器与外界温度达到平衡需要的时间；

步骤4，继续增加占空比，当P＝P₀时，动态调整占空比：若PP₀，减小占空比，使P＝P₀；否则，增大占空比，使P＝P₀；

步骤5，当t＝T时，获取V_H、I_H，计算并记录加热电阻R₀＝V_H/I_H，获取并记录泵电流I_P0，I_P0对应常温大气中的氧气浓度a₀。

6.一种应用权利要求1所述装置进行控制的方法，其特征在于，包括应用权利要求5所述标定方法进行标定后进行的以下步骤：

实时获取V_H、I_H，计算加热电阻R＝V_H/I_H；

若RR₀，减小PWM信号的占空比，使R＝R₀；否则，增加占空比，使R＝R₀。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括氧气浓度的测量步骤：实时获取泵电流I_P，计算氧气浓度a＝a₀×I_P/I_P0。