專利名稱：纖絲控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于供電給導電纖絲(filament)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
纖絲通常是設計為電流通過時發(fā)熱的小直徑導電材料。很多設備都采用纖絲。例如，白熾燈使用細絲狀纖絲，當足夠的電流通過該纖絲時，發(fā)射可見光。
催化烴氣傳感器采用存在氣體時電阻性發(fā)熱的纖絲。在這種情況下，該傳感器包括覆蓋有催化劑的纖絲，該催化劑在高溫下與一定范圍的烴氣發(fā)生反應。氣體-催化劑反應是放熱的，并且導致纖絲的額外加熱。由于導體的電阻率隨著溫度而增加，因此放熱反應導致纖絲電阻的成比例增加。通過(例如，使用惠斯通電橋(Wheatstone bridge)電路)準確地測量纖絲電阻的變化，可以估計由放熱反應產(chǎn)生的纖絲溫度的變化。纖絲溫度的變化又可以用來測量氣體濃度，因為在放熱反應中所產(chǎn)生的熱量與周圍烴氣的類型和濃度相關(guān)。
大多數(shù)纖絲設備的問題是纖絲的壽命有限并且它最終會出現(xiàn)故障。雖然通常纖絲本身并不昂貴，但是在一些情況下更換纖絲可能是非常昂貴的，如當使用纖絲的設備在遠處工作時。例如，催化烴氣傳感器通常用于海上石油鉆塔，在這種情況下，檢查或更換纖絲是非常昂貴的。因此需要平均故障間隔時間(MTBF，Mean Time Between Failure)更長的纖絲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面是提供一種用于控制設計為供電給纖絲的電源的控制設備，其中，纖絲溫度非線性地依賴于提供給纖絲的功率，其中，控制設備設計為接收溫度控制指令，并且控制電源，從而根據(jù)指令控制纖絲溫度，其中，控制設備被設計為考慮纖絲溫度和輸入到纖絲中的功率之間的非線性關(guān)系，從而根據(jù)指令控制纖絲溫度。
控制設備可以包括計算設備，設計為計算加熱纖絲到一定范圍內(nèi)的任一纖絲溫度所需的輸入功率。
纖絲最好由金屬導電材料形成。補償纖絲溫度與輸入功率之間的非線性關(guān)系的能力是在現(xiàn)有技術(shù)中沒有描述的特性。本發(fā)明基于本發(fā)明人的這一認識在提供給纖絲的功率與所導致的纖絲溫度之間存在非線性關(guān)系。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，金屬纖絲溫度典型地是提供給纖絲的功率的對數(shù)函數(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)的纖絲控制器中，假定纖絲溫度是輸入功率的線性函數(shù)。由于現(xiàn)有技術(shù)纖絲控制器沒有補償非線性功率函數(shù)關(guān)系的能力，因此這種纖絲控制器不能準確地根據(jù)任何給定溫度控制指令改變纖絲溫度。由于纖絲電阻是纖絲溫度的線性函數(shù)是已知的，因此本發(fā)明還可以用來響應因溫度導致的電阻變化，而控制纖絲的電阻?？商鎿Q地，本發(fā)明可以用來響應對纖絲的熱能波動輸入，保持纖絲溫度在恒定的水平。
溫度控制指令可以包括指示電源根據(jù)預定的數(shù)學函數(shù)改變纖絲溫度。該預定的函數(shù)可以是任何數(shù)學函數(shù)，如線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、拋物線函數(shù)等。預定的數(shù)學函數(shù)可以依賴于預定的參數(shù)。該參數(shù)可以是控制設備本身的屬性，即“內(nèi)部參數(shù)”如電壓、電流或纖絲溫度?？商鎿Q地，該參數(shù)對于控制設備可以是外部的，即“外部參數(shù)”如時間或者外部電路的電壓或電流。該數(shù)學函數(shù)可以是具有多個預定參數(shù)的函數(shù)。
在一個實施例中，控制設備被設計為控制電源通過產(chǎn)生第二纖絲溫度變化來響應第一纖絲溫度變化，其中，第二纖絲溫度變化是第一纖絲溫度變化的線性函數(shù)?？刂圃O備可以被設計為至少部分抵消(counteract)第一溫度變化。換句話說，控制設備可以通過分別降低或升高纖絲溫度來響應纖絲溫度的升高或降低。第一溫度變化可以是由于氣體傳感器如催化烴氣傳感器的活性(active)纖絲的放熱反應而產(chǎn)生的溫度升高。第二纖絲溫度變化可以部分或完全抵消第一纖絲溫度變化。例如，第一和第二纖絲溫度變化的關(guān)系可以是如下所示的線性關(guān)系ΔT2＝αΔT1(1)其中，ΔT1是第一纖絲溫度變化，ΔT2是第二纖絲溫度變化，并且α是比例常數(shù)。在α＝-1的情況下，控制設備被設計為完全抵消第一纖絲溫度變化。在特定應用中，僅部分抵消纖絲溫度變化，在這種情況下-1＜α＜0，可能是有利的。
本發(fā)明第一方面的控制設備可以用來以受控的方式改變纖絲溫度，如用于白熾燈泡或催化傳感器中的纖絲，并且可以用來延長纖絲壽命?？刂圃O備可以包括軟件和/或硬件?？刂圃O備可以通過精確地控制纖絲溫度來延長纖絲壽命。
本發(fā)明可以用來在比較感應溫度與基準溫度的儀器中，準確地控制基準纖絲的溫度。例如，感熱導彈具有被設計為檢測紅外線波段的特定波長的熱量傳感器。各種固定基準傳感器傳統(tǒng)地用來保持穩(wěn)定性和重復性。使用本發(fā)明的控制設備控制的基準纖絲可以提供具有穩(wěn)定且可編程的溫度的纖絲優(yōu)點。這種基準纖絲還可以應用于進行紫外線和紅外線測量并且需要不受氣體存在影響的基準熱源的氣體檢測儀器中。本發(fā)明還可以用來以受控方式控制基準纖絲的溫度，因此允許可重復的敏感度調(diào)節(jié)?？商鎿Q地，纖絲可以是催化烴氣傳感器的活性纖絲，并且控制設備可以被設計為控制該活性纖絲的溫度，從而防止不必要的加熱，并且延長纖絲的壽命。
本發(fā)明第一方面的控制設備還可以用來控制纖絲的熱離子發(fā)射，因為熱離子發(fā)射是依賴于溫度的現(xiàn)象。例如，控制設備可以用來通過控制溫度而在無線電真空管和陰極射線管中提供從纖絲的恒定發(fā)射，并且可以有助于這種設備的穩(wěn)定性和MTBF。
準確控制包含纖絲的燈在很多應用中是重要的，包括航空儀器和跑道照明。本發(fā)明可以用于關(guān)鍵性國防應用，其中，可以改善燈的MTBF。本發(fā)明還可以用來允許準確控制燈的色溫，這在如攝影和舞臺照明的應用中會很重要。
本發(fā)明第一方面的控制部件的其他可能應用包括加熱元件、導熱性傳感器、電(催化)氣照明器、工業(yè)安全燈、電池充電器以及紅外線加熱元件。
本發(fā)明的第二方面提供一種用于感應烴氣的氣體傳感器，包括-活性纖絲，具有指示活性纖絲溫度的電阻率，該活性纖絲被設計為響應于對烴氣的暴露，用來通過催化氣體中的放熱反應而改變溫度和電阻率，其中，活性纖絲溫度非線性地依賴于輸入到活性纖絲中的電功率和熱功率；-惰性(passive)纖絲，具有對應于惰性纖絲溫度的電阻率，惰性纖絲的溫度非線性地依賴于輸入到惰性纖絲中的電功率和熱功率；-電源，被設計為供電給活性和惰性纖絲，從而在使用期間這兩種纖絲的溫度都升高；-傳感部件，被設計為感應活性纖絲電阻率相對于惰性纖絲電阻率的變化；以及-控制設備，被設計為控制電源提供給活性和惰性纖絲的電功率，其中，控制設備還被設計為通過改變輸入到活性纖絲中的電功率，至少部分抵消由傳感部件感應的活性纖絲電阻率的任何相對變化；其中，該裝置被設計為考慮活性纖絲溫度和纖絲功率之間的非線性關(guān)系，從而改善氣體感應準確度。
控制設備可以采用在本發(fā)明第一方面描述的控制設備。傳感部件可以直接或間接感應電阻率的變化。最好，傳感部件通過如使用電壓計或電流計感應活性纖絲消耗的電功率的變化，而感應電阻率的變化。該方法假定活性纖絲工作于纖絲溫度與纖絲電阻率之間存在已知關(guān)系的條件下。最好，纖絲溫度與纖絲電阻率成正比。傳感部件可以采用惠斯通電橋的形式，它被設計為感應活性纖絲相對于惰性纖絲的電阻率的變化。
最好，電源不完全抵消因放熱反應而導致的溫度升高，因為如果工作溫度太低，則纖絲壽命將縮短。例如，控制設備可以設計為以固定的溫度變化比例減小活性纖絲的溫度(例如，15％)。
在一個實施例中，活性纖絲覆蓋有催化材料(例如，鉑)，它在存在烴氣的情況下被加熱時催化放熱反應。惰性纖絲也暴露于與活性纖絲相同的烴氣，但是不具有催化覆蓋層，并且不能催化與氣體的放熱反應。由于在惰性纖絲不發(fā)生放熱反應，因此僅有的熱源來自電阻發(fā)熱。惰性和活性纖絲與一個分壓器并聯(lián)，從而形成惠斯通電橋電路。傳感部件包括電壓計，測量分壓器的一部分和活性纖絲之間的輸出電壓Vo。隨著活性纖絲溫度由于放熱反應而升高，活性纖絲的電阻率也提高，這就導致活性纖絲消耗的電功率增加?？刂圃O備通過減小輸入到活性纖絲中的功率電平而使纖絲溫度降低來響應Vo的提高。
使用本發(fā)明來控制催化氣體傳感器中的纖絲已被發(fā)現(xiàn)大大改善常見烷烴之間的響應變化到小于±10％?，F(xiàn)有技術(shù)催化烴氣傳感器產(chǎn)生大得多的氣體間變化，特別是使用重烴。
本發(fā)明的第三方面提供一種供電給纖絲的裝置，該裝置包括電源和用于對電源進行開關(guān)的開關(guān)部件，其中，開關(guān)部件被設計為通過對電源進行開關(guān)而使纖絲溫度以受控速率發(fā)生變化，從而延長纖絲壽命。
可以認為，由于快速開關(guān)電源而產(chǎn)生的對纖維的熱沖擊的累積會縮短纖絲的壽命。該裝置可以用來控制開關(guān)白熾燈時其纖絲溫度的變化速率。開關(guān)部件可以被設計為根據(jù)預定速率改變溫度。開關(guān)部件可以被設計為當纖絲接通電源時，溫度隨著時間而線性升高，直到功率電平到達預定峰值電平，并且當纖絲切斷電源時，溫度以線性方式降低，直到它達到預定溫度。線性控制纖絲溫度的能力還允許精細地控制纖絲的光亮度。
所述開關(guān)部件可以包括控制設備，它采用在本發(fā)明第一方面描述的控制設備。現(xiàn)有技術(shù)沒有考慮纖絲溫度是提供給纖絲的功率的對數(shù)函數(shù)這一事實。
本發(fā)明的第四方面提供一種控制設計為供電給纖絲的電源的方法，纖絲的纖絲溫度非線性地依賴于所提供的功率，從而將纖絲加熱到預定溫度，該方法包括如下步驟-確定將纖絲加熱到預定溫度所需的輸入功率；-控制電源以補償溫度與功率之間的非線性關(guān)系，從而將所需的輸入功率提供給纖絲。
該方法可以使用在本發(fā)明第一方面描述的控制部件來實現(xiàn)。
確定輸入功率的步驟可以包括計算將纖絲加熱到預定溫度所需的輸入功率。例如，如果輸入功率與纖絲溫度之間的關(guān)系是已知的，則可以通過處理器為每個預定溫度計算輸入功率。
可替換地，確定輸入功率的步驟可以包括，參考將一定范圍的各個纖絲溫度與一定范圍的各個輸入功率相關(guān)的預記錄數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的第五方面提供一種在催化烴氣傳感器中操作活性纖絲的方法，該傳感器還包括惰性纖絲和被設計為供電給這兩種纖絲的電源，該方法包括如下步驟-供電給活性和惰性纖絲，從而將它們電阻性加熱到至少一個預定的溫度；-至少部分抵消活性纖絲因暴露于烴氣而產(chǎn)生的任何溫度的變化。
根據(jù)本發(fā)明第五方面的方法可以使用在本發(fā)明第二方面描述的氣體傳感器來實現(xiàn)。
本發(fā)明的第六方面提供一種開關(guān)對纖絲的電源，從而用來延長纖絲壽命的方法，包括如下步驟對電源進行開關(guān)，從而以受控速率改變纖絲溫度。
根據(jù)本發(fā)明第六方面的方法可以使用在本發(fā)明第三方面描述的裝置來實現(xiàn)。
在本說明書的全篇范圍內(nèi)，除非上下文另外要求，用詞“包括”，將理解為意味著包括所述單元或整體，或者單元或整體組，但并不排除任何其他單元或整體，或者單元或整體組。
現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的實施例進行描述，其中，這些實施例只是起示例作用。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包括控制電路的催化傳感器的電路圖；圖2是圖1所示實施例的纖絲電阻與輸入到活性纖絲中的功率之間的關(guān)系圖；圖3示出圖1所示的催化傳感器的電氣特性的一個例子；圖4示出圖1所示的催化傳感器的電氣特性的第二例子；圖5是用于使用受電壓控制的電流源來控制圖1所示的氣體傳感器的控制部件的一個實施例的示意圖；圖6是示出圖5的控制部件的補償級的示意圖；圖7是用于使用受電壓控制的電壓源來控制圖1所示的氣體傳感器的控制部件的第二實施例的示意圖；圖8是示出圖7的控制部件的補償級的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出其中活性纖絲20和惰性纖絲30連接在惠斯通電橋電路中以形成催化傳感器的電路10?；钚岳w絲20具有電阻Ra，并且覆蓋有鉑催化劑，而惰性纖絲30具有電阻Rp，并且沒有催化劑覆蓋層。這些纖絲通過電阻均為Rc的兩根電纜40連接到分壓器50，分壓器50被設計為形成具有已知電阻的兩個電阻R1和R2，其中R1＝R2。這兩個纖絲20、30都暴露于未知濃度的烴氣中，而電阻R1和R2不暴露于該氣體。以受電流控制的電壓源60形式的電源將電壓V的電流I提供給串聯(lián)的電阻器R1和R2。將電流I施加于電路10使惰性和活性纖絲30、20由于阻熱而發(fā)熱。電阻性發(fā)熱纖絲典型的溫度約為800℃。催化劑的存在導致存在氧的情況下在活性纖絲20的表面發(fā)生與烴氣的放熱反應。惰性纖絲30沒有催化劑覆蓋層則不產(chǎn)生這種反應。因此，烴氣將使活性纖絲溫度升高，而惰性纖絲溫度大致保持不變。在現(xiàn)有技術(shù)催化傳感器中，根據(jù)氣體類型和濃度，放熱反應可以使活性纖絲的溫度從800℃升到約1400℃。可以認為，纖絲由于在這樣高的溫度下工作其壽命會縮短。
本發(fā)明通過當活性纖絲20發(fā)生放熱反應時使用控制部件70來減小提供給電路的功率從而降低這兩個纖絲20、30的溫度，而避免讓活性纖絲20在過高的溫度下工作?？刂撇考?0測量惠斯通電橋電路的輸出電壓Vo，從而控制電流源的電流I和電壓V，以調(diào)節(jié)輸入功率。
從圖2A可以看出，纖絲電阻率與輸入功率之間存在非線性關(guān)系。至少在催化傳感器的工作范圍內(nèi)，纖絲電阻與纖絲溫度之間存在線性關(guān)系是已知的。而且，至少在催化傳感器的工作范圍內(nèi)，纖絲溫度是輸入到纖絲中的功率的對數(shù)函數(shù)也是已知的。因此，可以推出纖絲電阻是纖絲功率的對數(shù)函數(shù)。圖2A所示的數(shù)據(jù)點已擬合為對數(shù)曲線來說明纖絲電阻確實是纖絲功率的對數(shù)函數(shù)。
為了更好地理解本發(fā)明，圖2B示出當假定非線性纖絲為線性時將會出現(xiàn)的誤差。如同圖2A，圖2B示出活性纖絲電阻Ra相對于輸入到纖絲中的總功率(電功率加熱功率)的非線性曲線72。為比較起見，虛線73示出根據(jù)線性纖絲所預期的特性。考慮活性纖絲的放熱反應使纖絲電阻從R0增加到R1的情況。為了使纖絲溫度回到它的原始溫度位從而將纖絲電阻改變ΔR而回到R0，將需要將輸入到活性纖絲的功率減小ΔP。然后，可以使用ΔP值來估計所檢測的氣體濃度。然而，如果假定纖絲表現(xiàn)為線性，則ΔP大于為線性纖絲預期的功率預期變化ΔPLIN。因此，在這種情況下，如果假定纖絲表現(xiàn)為線性，將過高估計所檢測的氣體量。
為了使功率控制器產(chǎn)生與因放熱反應而產(chǎn)生的溫度變化具有線性函數(shù)關(guān)系的溫度變化，需要使功率控制器考慮纖絲溫度與功率之間的對數(shù)關(guān)系。
電壓Vo的輸出是Ra、Rp和I的函數(shù)Vo＝I(Ra-Rp)/2(2)然而，不可能直接測量纖絲電阻Ra和Rp或者纖絲溫度。因此本實施例使用一種間接確定纖絲電阻的方法，其中，根據(jù)輸出電壓Vo的變化計算纖絲功率的變化。該計算是簡化的，這是因為放熱反應只能在活性纖絲的表面發(fā)生，從而任何功率變化都歸因于Ra的變化。一旦活性纖絲的總功率是已知的，則可以使用圖2B的曲線確定Ra值。使用該信息，功率控制器被設計為通過減小電壓V從而使Ra減為其原始值的預定分數(shù)來響應Ra的增加。
圖3示出暴露于為甲烷爆炸下限的50％濃度(Lower Explosion Limit，LEL)(空氣中含有5％甲烷的濃度為100％LEL)的甲烷/空氣混合物的催化傳感器的電氣特性。圖3(a)和3(b)示出隨著活性纖絲從與甲烷的放熱反應吸收熱量，輸出電流與輸入功率的變化。當傳感器開始暴露于氣體(0-10秒的區(qū)間)時，開始的輸出電流急劇增加?？梢钥闯觯斎牍β视晒β士刂破鳒p小以響應輸出電流的增加。在大約30-32秒傳感器從氣體移走。此時，輸出電流和電阻急劇下降，并且輸入功率相應增加。圖3(c)和3(d)示出活性纖絲電阻Ra和Ra百分比隨時間變化的曲線?？梢钥闯?，在0-10秒的區(qū)間內(nèi)，初期的電功率減小阻止Ra值急劇增加，從而Ra最終返恢復到大約其原始值。
圖4是催化傳感器暴露于大于130％LELC4H10的第二例子。同樣可以看到，在0到約10秒的區(qū)間內(nèi)輸入電功率被功率控制器減小以響應輸出電流的增加。在大約2秒到15秒的區(qū)間內(nèi)，這產(chǎn)生電阻減小。當在約15秒當傳感器被從氣體移走時，電流急劇降低，并且功率控制器通過增加功率來響應。
圖5和6示意性示出用于控制受電流控制的電壓源60的圖1所示的控制部件70的一個實施例。本實施例被設計為通過調(diào)節(jié)從電壓源60提供的當前電壓V來控制提供給電阻器Ra和Rp的功率?？刂撇考?0通過對控制電流Ircf進行控制來控制由電壓源60提供的當前電壓V。傳感器的惠斯通電橋包括電阻器R1、R2、Ra、Rp和Rc，用圖5的“傳感器橋”級80來表示。如上所述，當傳感器10暴露于烴氣時，電阻Ra增大。隨著Vo的增大，檢測到Ra也增大。在這種情況下，控制部件70通過減小控制電流Iref，并因此減小由電壓源60輸出的電壓V，進行響應。減小Iref的程度由根據(jù)Vo和所測量的流經(jīng)Ra和Rp的實際電流I計算理論補償電流Icomp的補償級90來確定。下面將更詳細地討論Icomp的計算。級“Q”100接收Icomp的計算值，并且根據(jù)下面方程計算Iref的新值Iref=I02-Icomp2]]>其中，I0為預定的額定電流值。當傳感器10不暴露于氣體時，Icomp＝0，并且Iref恢復到額定電流值，從而Iref＝I0。受電流控制的電壓源60包括控制級110和比例積分調(diào)節(jié)器或“PI”調(diào)節(jié)器120?？刂萍?10包括用于控制電流Iref的第一輸入130和用于輸入從電壓源輸出的測量電流I的第二輸入140?？刂萍?10重復比較控制電流Iref與電壓源60的測量輸出電流I。如果Iref和I之間存在任何差別，則控制級110計算差值(Iref-I)，并且將該差值(如圖5的“誤差”所示)輸出到PI調(diào)節(jié)器120。PI調(diào)節(jié)器120與控制級110的輸出成比例改變輸出電壓V。
圖6更詳細地示意性示出補償級90。如上所述，氣體傳感器10使用輸出電壓Vo來測量氣體濃度，因為Vo值將反映電阻Ra的任何變化。然而，由于輸出電壓Vo還由流經(jīng)電阻Ra和Rp的電流I確定，因此I的改變也會引起Vo的改變。換句話說，改變電流I的副效應是基于Vo的氣體濃度測量也被改變。補償級90通過根據(jù)下面公式計算經(jīng)過補償?shù)妮敵鲭妷篤o，comp來校正這一效應Vo,comp=Vo*I0I]]>Vo，comp的值不受I變化的影響，但與Ra成比例，并且可以用來測量氣體濃度。Vo，comp是在補償級90內(nèi)通過計算I0/I的除法級150和將Vo乘以除法級150的輸出以產(chǎn)生Vo*I0/I的乘法級160算出的。Vo，comp值傳到帶預定增益β的放大器170，它輸出補償電流Icomp。
現(xiàn)在將參照圖7和8描述控制部件200的第二實施例。不同于圖5和6所示的實施例，圖7和8所示的控制部件200被設計為控制受電壓控制的電壓源210。電壓源210的輸出電壓Vpwm通過由控制部件200生成的控制電壓Vref來控制。傳感器的惠斯通電橋包括電阻器R1、R2、Ra、Rp和Rc，再次用圖7的“傳感器橋”級80來表示?？刂撇考ㄟ^改變控制電壓Vref來抵消輸出電壓Vo的變化。補償級220重復對Vo進行采樣，并且計算理論補償電壓Vcomp。算出的Vcomp值從補償級220輸出到級“Q”230，它根據(jù)下面方程計算Vref的新值Vref=Vnom2-Vcomp2]]>其中，Vnom為預定的額定電壓值。當氣體傳感器不暴露于氣體時，Vcomp＝0，并且Vref恢復到額定電壓值，從而Vref＝Vnom。
電壓源210包括控制級240和PI調(diào)節(jié)器250?？刂萍?40重復比較控制電壓Vref與電壓源210的測量輸出電壓V。如果Vref和V之間存在任何差別，控制級240計算差值(Vref-V)，并且將該差值(如圖7的“誤差”所示)輸出到PI調(diào)節(jié)器250。PI調(diào)節(jié)器250與控制級240的輸出成比例改變輸出電壓Vpwm。
圖8更詳細地示意性示出補償級220。如同前面實施例，圖8所示的補償級220通過根據(jù)下面公式計算經(jīng)過補償?shù)妮敵鲭妷篤o，comp來校正電流I變化所對應的測量電壓VoVo,comp=VoI0I]]>其中，I0為預定的額定電流值。Vo，comp的值不受I變化的影響，但與Ra成比例，并且可以用來測量氣體濃度。Vo，comp是在補償級260內(nèi)通過計算I0/I的除法級260和將Vo乘以除法級260的輸出以產(chǎn)生Vo*I0/I的乘法級270算出的。Vo，comp值傳到帶預設增益χ的放大器280，它輸出補償電壓Vcomp。
雖然在此描述的控制部件用于氣體傳感器，但是應該理解，可以實現(xiàn)類似的控制部件以使用各種其他類型的纖絲，如用于燈泡的燈絲或基準溫度纖絲。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該理解，在不脫離廣泛描述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對如特定實施例所示的本發(fā)明進行各種改變和/或修改。因此，本實施例被認為在所有方面都只是說明性的，而并不起限制作用。
權(quán)利要求
1.一種用于控制設計為供電給纖絲的電源的控制設備，其中，纖絲溫度非線性地依賴于提供給纖絲的功率，其中，控制設備被設計為接收溫度控制指令，并且控制電源，從而根據(jù)指令控制纖絲的溫度，其中，該控制設備被設計為考慮纖絲溫度和輸入到纖絲中的功率之間的非線性關(guān)系，從而根據(jù)指令控制纖絲溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的控制設備，其中，所述控制設備包括被設計為計算加熱纖絲到一定纖絲溫度范圍內(nèi)的任一纖絲溫度所需的輸入功率的計算設備。
3.如權(quán)利要求2所述的控制設備，其中，所述計算設備包括模擬電路。
4.如權(quán)利要求2或3所述的控制設備，其中，所述計算設備包括數(shù)字電路。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的控制設備，其中，所述溫度控制指令是所檢測的纖絲溫度變化的函數(shù)。
6.如前面權(quán)利要求中的任一項所述的控制設備，其中，所述控制設備被設計為控制纖絲的溫度，從而延長纖絲壽命。
7.如前面權(quán)利要求中的任一項所述的控制設備，其中，所述溫度控制指令包括加熱纖絲到預定溫度的指令，并且所述控制設備被設計為控制電源，從而保持纖絲在大致預定溫度。
8.如前面權(quán)利要求中的任一項所述的控制設備，其中，所述纖絲包括氣體傳感器中的活性纖絲，該活性纖絲設計為當暴露于烴氣時產(chǎn)生溫度變化，所述控制設備被設計為通過改變電源提供給活性纖絲的電功率來至少部分抵消溫度變化。
9.如權(quán)利要求1至7中的任一項所述的控制設備，其中，所述纖絲包括設計為向設備提供基準溫度的基準纖絲，所述控制設備被設計為根據(jù)溫度控制指令保持纖絲在大致不變的溫度。
10.如權(quán)利要求1至7中的任一項所述的控制設備，其中，所述纖絲被設計為產(chǎn)生熱離子發(fā)射，所述控制設備被設計為控制纖絲溫度，從而熱離子發(fā)射大致不變。
11.如權(quán)利要求1至7中的任一項所述的控制設備，其中，所述纖絲為燈泡(light globe)的燈絲，并且所述控制設備被設計為通過控制燈絲溫度來控制燈絲發(fā)光。
12.一種用于檢測烴氣的氣體傳感器，包括-活性纖絲，具有表示活性纖絲溫度的電阻率，該活性纖絲被設計為響應于對烴氣的暴露，用來通過催化氣體中的放熱反應而改變溫度和電阻率，其中，活性纖絲溫度非線性地依賴于輸入到活性纖絲中的電功率和熱功率；-惰性纖絲，具有對應于惰性纖絲溫度的電阻率，惰性纖絲的溫度非線性地依賴于輸入到惰性纖絲中的電功率和熱功率；-電源，被設計為供電給活性和惰性纖絲，從而在使用期間這兩種纖絲的溫度都升高；-傳感部件，被設計為感應活性纖絲電阻率相對于惰性纖絲電阻率的變化；以及-控制部件，被設計為控制電源提供給活性和惰性纖絲的電功率，其中，控制設備還被設計為通過改變輸入到活性纖絲中的電功率，至少部分抵消由傳感部件感應的活性纖絲電阻率的任何相對變化；其中，所述裝置被設計為考慮活性纖絲溫度和纖絲功率之間的非線性關(guān)系，從而改善氣體感應準確度。
13.如權(quán)利要求12所述的氣體傳感器，其中，所述控制部件被設計為通過產(chǎn)生相反的纖絲溫度變化來部分抵消活性纖絲的溫度變化，相反變化為溫度變化的固定比例。
14.如權(quán)利要求12或13所述的氣體傳感器，其中，所述活性纖絲包括催化材料覆蓋層，當加熱并暴露于烴氣時，催化烴氣中的放熱反應。
15.一種供電給纖絲的裝置，所述裝置包括電源和用于對電源進行開關(guān)的開關(guān)部件，其中，所述開關(guān)部件被設計為通過對電源進行開關(guān)而使纖絲溫度以受控速率發(fā)生變化，來延長纖絲壽命。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述開關(guān)部件被設計為當纖絲接通電源時，溫度隨著時間而線性升高，直到功率電平到達預定的峰值溫度，并且當纖絲被切斷電源時，溫度以線性方式降低，直到它達到預定溫度。
17.一種控制設計為供電給纖絲的電源的方法，其中，纖絲的纖絲溫度非線性地依賴于所提供的功率，從而將纖絲加熱到預定溫度，所述方法包括如下步驟-確定將纖絲加熱到預定溫度所需的輸入功率；-控制電源以補償溫度與功率之間的非線性關(guān)系，從而將所需的輸入功率提供給纖絲。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述方法使用如權(quán)利要求1-11中的任一項所述的控制部件來實現(xiàn)。
19.一種在催化烴氣傳感器中操作活性纖絲的方法，所述傳感器還包括惰性纖絲和被設計為供電給這兩種纖絲的電源，所述方法包括如下步驟-供電給活性和惰性纖絲，從而將它們電阻性加熱到至少一個預定的溫度；-至少部分抵消活性纖絲因暴露于烴氣而產(chǎn)生的任何溫度的變化。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述方法使用如權(quán)利要求10-12中的任一項所述的氣體傳感器來實現(xiàn)。
21.一種用來開關(guān)對纖絲的電源，從而延長纖絲壽命的方法，包括如下步驟對電源進行開關(guān)，從而以受控速率改變纖絲溫度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述方法使用如權(quán)利要求15或16所述的裝置來實現(xiàn)。
23.一種控制部件，大致如以上參照附圖所述。
24.一種傳感器，大致如以上參照附圖所述。
25.一種供電給纖絲的裝置，所述裝置包括電源和用于對電源進行開關(guān)的開關(guān)部件，大致如以上參照附圖所述。
全文摘要
本發(fā)明公開一種控制設備(70)，用于控制設計為供電給纖絲(R
文檔編號G01N27/16GK1443306SQ01812910
公開日2003年9月17日 申請日期2001年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月2日
發(fā)明者拉斯·桑德加爾德 申請人:奧斯泰科儀器有限公司