本發(fā)明總體涉及本發(fā)明人在相關技術領域中所要求保護的方法或技術的改進，該方法或技術通過應用脈沖放電調節(jié)氣體傳感器，從而調節(jié)用于檢測燃燒排氣中通常發(fā)現的氣體的混合電勢氣體傳感器。

背景技術：

氧化鋯氧傳感器中使用的感測元件通常由具有內部和外部金屬涂層的氧化鋯頂針狀物形成，該涂層通常為鉑，從而形成電極。電極接著被用于測量頂針狀物外部上的測量氣體和頂針狀物內部上的參考氣體(通常為大氣)之間的氧濃度差。通過測量兩個電極之間的電壓能夠計算氧濃度差。

由分離兩個導電(pt)電極的不透氣氧化鋯陶瓷構成的固體電解質氧傳感器廣泛用于電廠以及汽車內燃機的排氣中進行燃燒控制。為了利用氧傳感器進行工業(yè)燃燒控制，傳感器必須顯示特定性能準則，即通常在3-5％之間的相對精度(或0.1-0.2％的絕對精度)、小于10秒的響應時間以及通常大于1年的預期壽命。

用于激活這類傳感器的改進方法在發(fā)明人自己的相關現有技術中進行了描述，該相關現有技術反映在美國專利號7,585,402和2005年6月15日提交的部分接續(xù)案美國序列號11/152,971(仍然在審)中。脈沖放電技術的典型示意圖在下面的圖1中示出，其為根據之前的發(fā)明進行傳感器調節(jié)的代表。

利用發(fā)明人自己的激活方法制造的傳感器獲得性能上的大量改進。這類頂針狀傳感器作為氧傳感器在使用時不僅能夠與平面類型設計相比具有競爭性，它們還能夠用作混合電勢傳感器以利用相同傳感器電極直接測量nox和o2。盡管對于目前的汽車應用(即排氣氧傳感器(ego))來說，混合電勢傳感器的這種雙重功能能夠具有相關領域中描述的、超過平面類型o2傳感器的那些優(yōu)勢，已經發(fā)現來自頂針狀類型傳感器的傳感器讀數的穩(wěn)定性面臨由頂針狀設計本身的幾何形狀和取向引起的一些操作性困難。鑒于這些傳感器的穩(wěn)定性和它們的輸出受濕度的不利影響，它們僅在高露點環(huán)境中有效。盡管平面類型傳感器一般在傳感器表面包含加熱元件使得傳感器表面溫度已知或受控，頂針狀傳感器的三維幾何形狀的變化使得這類方案不實際。

因此，為了獲得在非常低的濃度且用于混合氣體的穩(wěn)定傳感器分辨率的益處，能夠在傳感器阻抗在合適范圍內時測量并且優(yōu)選地將傳感器阻抗控制在這類合適范圍內是有益的。

技術實現要素：

通過在高溫下連續(xù)測量氣體傳感器阻抗(電阻)暗示對脈沖放電技術的改進。測量的阻抗值被用于將傳感器的工作溫度控制在規(guī)定溫度范圍內或者用于經由阻抗監(jiān)測來監(jiān)測傳感器工作溫度。通過將阻抗控制在工作草書內，所暗示的改進提供并允許在燃燒排氣中利用含氧傳感器(lambdasensor)作為寬域傳感器，而不需要直接臨近傳感器的位置安裝的熱電偶。

附加改進經暗示以利用含氧傳感器進行nox、co和氧氣的組合測量。

附加改進提供通過在傳感器電極之間施加交流(ac)正弦波測量傳感器阻抗。這利用含氧傳感器進行實際和精確o2測量。在替代應用中，交流(ac)正弦波能夠用正負直流(dc)脈沖波替代以實現類似結果。

附圖說明

通過參考下面更詳細的描述和權利要求書并結合附圖，本發(fā)明的優(yōu)勢和特征將變得更易于理解，其中相似的元件利用相似的附圖標記識別，并且其中：

圖1是根據現有技術的傳感器調節(jié)的示意性代表；

圖2是根據本發(fā)明的一個示例性實施例的所暗示的改進圖示，其中所暗示的改進包括與氣體傳感器串聯(lián)連接的附加已知電阻器2(rb)的設置；

圖3是傳感器電極之間的電壓和充電電流；

圖4是傳感器電阻相對于溫度的校正曲線；

圖5是no的變化濃度的含氧傳感器響應；

圖6是no＝0ppm(百萬分之一)時的氧氣的變化濃度的含氧傳感器響應；以及

圖7是響應于施加到測量電極的正電壓通過使用傳感器進行的氧濃度測量的傳感器校正。

具體實施方式

用于實施本發(fā)明的最好模式在其優(yōu)選實施例中呈現，本文在圖2-7中進行描繪，其中脈沖放電技術的改進通過在高溫下連續(xù)測量氣體傳感器阻抗(電阻)暗示。測量的阻抗值被用于將傳感器工作溫度控制在規(guī)定溫度范圍內或者用于經由阻抗監(jiān)測來監(jiān)測傳感器工作溫度。

所暗示的改進允許在燃燒排氣中利用含氧傳感器作為寬域傳感器，而不需要直接鄰近傳感器的位置安裝的熱電偶。

附加改進提供利用含氧傳感器進行nox、co和o2的組合測量。在過程的充電階段(階段i和階段iii)期間，利用數據采集系統(tǒng)連續(xù)測量已知電阻器上的壓降。通過在所述已知電阻器值上分壓，能夠計算充電電流。還利用數據采集系統(tǒng)在過程的充電階段期間測量傳感器電極之間的壓降。

附加改進通過在傳感器電極之間施加交流(ac)正弦波，提供傳感器阻抗的測量。這利用含氧傳感器進行實際和精確o2測量。

充電電流和傳感器電極之間的電壓的測量曲線在圖3中示出。獲得兩個傳感器電極之間的測量電壓。該測量電壓除以測量電流。該除法運算的結果確定并提供傳感器阻抗。

傳感器阻抗與傳感器工作溫度直接相關。通過將含氧傳感器的陶瓷測量單元定位在外部爐子中并利用直接臨近傳感器元件定位的外部熱電偶監(jiān)測所述爐子及其單元溫度，發(fā)現在傳感器阻抗及其工作溫度之間建立關系的校正曲線(參見圖4)。

圖5示出在2％的恒定氧濃度下、針對不同水平的no的脈沖放電技術的含氧傳感器響應。圖6示出在no＝0下氧氣的變化濃度的傳感器響應。

當向測量電極施加負電壓(圖表中的階段iii)時，傳感器響應僅對no靈敏，而對o2不靈敏。替代地，當向測量電極施加正電壓時，傳感器響應不具備no靈敏度，而是僅對o2靈敏。no和o2的組合測量可能在圖7中看到。

通過從正電壓中減去負電壓(vpos-vneg)，能夠測量凈no響應。當使用vpos時，能夠測量o2濃度。

出于說明和描述目的，已經呈現了本發(fā)明的具體實施例的上述描述。它們不旨在窮盡或將本發(fā)明限制到所公開的精確形式，并且明顯地，在上述教導下很多修改和變形是可能的。實施例被選擇和描述以便最佳地解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，從而使得本領域的其他技術人員能夠適于特定的使用目的最佳地利用本發(fā)明和具有各種修改的各種實施例。本發(fā)明的范圍旨在由 隨附權利要求書及其等效物限定。因此，本發(fā)明的范圍僅由隨附權利要求限定。

技術特征：

技術總結
本申請涉及用于改進混合氣體測量的信號輸出穩(wěn)定性的傳感器調節(jié)方法。提供一種改進的脈沖放電技術，其在高溫下連續(xù)測量氣體傳感器的阻抗。本發(fā)明的特征在于，測量的阻抗值用于將所述傳感器的工作溫度控制在規(guī)定溫度范圍內或者經由阻抗監(jiān)測來監(jiān)測所述傳感器的工作溫度。

技術研發(fā)人員：B·法珀爾
受保護的技術使用者：美國鋯公司
技術研發(fā)日：2016.03.01
技術公布日：2017.09.08