[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

说明书

本发明公开一种氧气浓度传感器的控制装置与标定及控制方法。应用所述装置，在常温下以最佳工作温度时施加到氧气浓度传感器的电功率为调节目标值，通过调整PWM信号的占空比标定最佳工作温度时氧气浓度传感器的加热电阻R₀和常温大气氧气浓度下的泵电流I_P0；标定完成后，当氧气浓度传感器正常工作时，通过调整PWM信号的占空比，使加热电阻R等于标定好的R₀，也就是使氧气浓度传感器工作在最佳工作温度；通过实时获取泵电流I_P，根据标定好的I_P0计算氧气浓度，能够提高氧气浓度传感器的测量精度。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种氧气浓度传感器的控制装置与标定及控制方法。

背景技术

氧气浓度传感器是用于检测空气中氧含量的一种器件。可用于直接测量环境中的氧含量，也可基于空气中的氧含量可间接反映水汽含量的原理，测量环境湿度。比如，可采用以氧化锆陶瓷芯片为核心部件的氧气浓度传感器测量蒸烤一体机检测内腔湿度，其工作温度在400℃～600℃，适配设计的电控模块对覆盖在芯片表面的加热膜进行加热控制，同时通过测量其泵电流电流的大小计算出氧气浓度值，如图1所示。对于不同的氧化锆陶瓷芯片，其最佳工作温度不一样，即使是同一型号的氧化锆陶瓷芯片也存在差异性，导致电控模块对其进行加热控制时，达到的目标温度值会出现差异，造成氧化锆陶瓷芯片不能工作在最佳的温度从而影响检测的精度。所以氧化锆陶瓷芯片与电控模块需要通过一套标定方法作适配以消除此影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种氧气浓度传感器的控制装置与标定方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种氧气浓度传感器的控制装置，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。

本发明还提供一种应用所述装置进行标定的方法，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。

本发明还提供一种应用所述装置进行控制的方法，包括应用所述标定方法进行标定后进行的以下步骤：