[發明專利]一種氧氣濃度傳感器的控制裝置與標定及控制方法

在審

• 申請號: 202011203984.5
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112255295A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 羅淦恩;劉明雄;高寧
• 申請（專利權）人: 華帝股份有限公司
• 主分類號: G01N27/409
• 分類號: G01N27/409;G01N27/406;G05D23/20
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 盧業強

本發明公開一種氧氣濃度傳感器的控制裝置與標定及控制方法。應用所述裝置，在常溫下以最佳工作溫度時施加到氧氣濃度傳感器的電功率為調節目標值，通過調整PWM信號的占空比標定最佳工作溫度時氧氣濃度傳感器的加熱電阻R₀和常溫大氣氧氣濃度下的泵電流I_P0；標定完成后，當氧氣濃度傳感器正常工作時，通過調整PWM信號的占空比，使加熱電阻R等于標定好的R₀，也就是使氧氣濃度傳感器工作在最佳工作溫度；通過實時獲取泵電流I_P，根據標定好的I_P0計算氧氣濃度，能夠提高氧氣濃度傳感器的測量精度。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種氧氣濃度傳感器的控制裝置與標定及控制方法。

背景技術

氧氣濃度傳感器是用于檢測空氣中氧含量的一種器件。可用于直接測量環境中的氧含量，也可基于空氣中的氧含量可間接反映水汽含量的原理，測量環境濕度。比如，可采用以氧化鋯陶瓷芯片為核心部件的氧氣濃度傳感器測量蒸烤一體機檢測內腔濕度，其工作溫度在400℃～600℃，適配設計的電控模塊對覆蓋在芯片表面的加熱膜進行加熱控制，同時通過測量其泵電流電流的大小計算出氧氣濃度值，如圖1所示。對于不同的氧化鋯陶瓷芯片，其最佳工作溫度不一樣，即使是同一型號的氧化鋯陶瓷芯片也存在差異性，導致電控模塊對其進行加熱控制時，達到的目標溫度值會出現差異，造成氧化鋯陶瓷芯片不能工作在最佳的溫度從而影響檢測的精度。所以氧化鋯陶瓷芯片與電控模塊需要通過一套標定方法作適配以消除此影響。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提出一種氧氣濃度傳感器的控制裝置與標定方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種氧氣濃度傳感器的控制裝置，所述裝置包括氧氣濃度傳感器、控制器、電源、電子開關、濾波模塊和信號采集模塊；電子開關連接在濾波模塊的輸入端與電源正極之間，其控制端與控制器的PWM信號輸出端相連；濾波模塊的輸出端與氧氣濃度傳感器的H+相連；信號采集模塊的輸入端分別與氧氣濃度傳感器的H+、H-、S-端相連，輸出端與控制器相連，用于實現對H+端電壓即加熱電壓的采樣，對H-端輸出電流即加熱電流的采樣和放大，對S-端輸出電流即泵電流的采樣和放大；控制器通過調整PWM信號的占空比使加熱電壓與加熱電流的比R等于氧氣濃度傳感器最佳工作溫度時加熱電壓與加熱電流的比R₀。

本發明還提供一種應用所述裝置進行標定的方法，包括在常溫下進行的以下步驟：

步驟1，設置PWM信號的周期和初始占空比，輸出初始PWM信號至電子開關，并開始記時t＝0；

步驟2，獲取加熱電壓V_H及加熱電流I_H，并計算加熱功率P＝V_H×I_H；

步驟3，逐漸增加PWM信號的占空比，當P＝0.5P₀時，停止增加占空比，等待至t＝T/2時刻，P₀為氧氣濃度傳感器說明書提供的最佳工作溫度時的功率，T為氧氣濃度傳感器與外界溫度達到平衡需要的時間；

步驟4，繼續增加占空比，當P＝P₀時，動態調整占空比：若PP₀，減小占空比，使P＝P₀；否則，增大占空比，使P＝P₀；

步驟5，當t＝T時，獲取V_H、I_H，計算并記錄加熱電阻R₀＝V_H/I_H，獲取并記錄泵電流I_P0，I_P0對應常溫大氣中的氧氣濃度a₀。

本發明還提供一種應用所述裝置進行控制的方法，包括應用所述標定方法進行標定后進行的以下步驟：