一种NOx传感器加热检测电路及加热检测方法-发明

说明书摘要
本发明公开了一种NOx传感器的加热检测电路及加热检测方法，包括一种给三线式加热NOx传感器的加热检测电路，和一种加热检测的方法。

为了更为精确地测量加热电偶阻值以及保护电路，加热、检测分离，电路中，分为加热部分与检测部分。

通过单片机对电路的控制，可以使电路输出占空比可调的加热电压，并通过检测电路实时反馈加热电偶的阻值大小，达到精确控制加热电偶温度的目的。

通过本发明的电路和方法，能够精确控制NOx传感器的加热温度，使加热的温度一直稳定在某一要求值。

摘 要 附 图
AD1AD2AD3AD1AD2AD3M IC
D1D2D3H ﹢H-
A T1T2T3D4R1
R2
R3
R4
R5
U
Vcc
R6
R7
R8
权利要求书
1、一种NOx传感器的加热检测电路及加热检测方法，其特征在于：包括一种NOx传感器的加热检测电路，一种NOx传感器的加热检测方法。

2、如权利要求1所述的一种NOx传感器的加热检测电路包括加热部分和检测部分电路，单片机M，以及受单片机M控制的三极管T1构成了加热部分，单片机M，以及受单片机M控制的三极管T2、T3，及其周边采集点和保护器件构成了检测部分电路，保证了电路加热过程和检测过程分离，互不干扰影响，并且有效地保护了电路。

3、如权利要求1所述的一种NOx传感器的加热检测方法包括加热电压为一受单片机M控制可调的占空比信号，检测电压为电源模块输出的标准电压Vcc，检测电压在占空比加热电压低电平时输出。

说明书
一种NOx传感器加热检测电路及加热检测方法
技术领域
本发明涉及一种NOx传感器的加热检测策略，更具体地说，是涉及一种NOx传感器的加热检测电路及加热检测方法。

背景技术
节能减排已成为当今社会面临的共同问题，各国对空气质量的要求也越来越高，机动车尾气排放已成为主要的大气污染物，目前，发动机后处理系统用NOx（氮氧化物）传感器测量尾气中NOx浓度，并通过NOx传感器获取到的NOx值来采取相应的措施来降低NOx 气体的排放，使尾气排放符合国家标准。

目前，NOx传感器的加热装置结构是三线式热电偶结构，通过控制，固定最终加热电偶的阻值来使NOx传感器工作在一固定温度，使得NOx传感器能够正常工作，现迫切需要一种适合三线式结构加热电偶的加热电路及加热方法使NOx传感器工作在工作状态。

发明内容
本发明的目的是设计一种适合驱动三线式热电偶加热装置的NOx传感器加热测试电路和加热测试方法，使得NOx传感器工作在特定的温度下，使NOx传感器内部氧泵工作，达到测量尾气NOx
含量的目的。

如图1、图2所示，本发明的电路设计采用如下方案：
一种NOx传感器的加热检测电路，其有三根线路分别为H﹢、H–、和A，分别与NOx传感器的加热正、加热负和测量线相连，H–、加热负又与参考地相连。

因为热电偶不同的阻值对应着不同的加热温度，即得到H﹢、H–之间的实时阻值即可知道此时传感器的加热温度。

为了精确测量NOx传感器加热电偶阻值，在电路中，使用一精密电阻R1，R1连接一功率三极管T2，T2的基极与单片机M连
接，当单片机M控制T2基极导通时，电源模块IC输出一标准电压Vcc通过T2经过R1再经过加热电偶T接参考地。

在R1和T2之间，连接一二极管D4，防止反向电流、电压对T2、M的影响，在R1的两端，各有AD1、AD2两个AD采样点，连接到单片机M的AD转换端口，为了防止AD转换端口在加热阶段的电压大大超过其本身最大允许输入电压，在AD1、AD2采样点前后各设置电阻R2、R3，以及二极管D1、D2，二极管D1、D2连接功率三极管T3，T3接参考地，T3的基极与单片机M连接，T3的导通与断开通过单片机M 控制，当电路处于加热阶段时，三极管T3导通，加热电压经过R2、R3分压经D1、D2和T3到地，使得AD采样点电压较小，从而保护了单片机M，测量阶段时，T3断开，AD采样能够正确采集采样点的电压，同时采样点AD3采集NOx传感器测量线A段的电压，送入AD转换端口，与AD1、AD2采样一样，设置电阻R4、二极管
D3，从而达到保护AD转换端口的目的，最后，AD1、AD2、AD3的正极通过电阻R5与检测电压Vcc输出点相连。

加热电源U由T1控制经过线路H﹢、线路A点、线路H﹣到达参考地，完成加热的过程，T1的基极连接单片机M，T1的通断与否由单片机M控制。

功率三极管T1、T2、T3基极分别连接电阻R6、R7、R8，起到限流保护的作用。

加热时，M控制T1导通，T2断开、T3导通，加热电源U对加热电偶T进行加热；检测时，M控制T1断开、T2导通、T3断开，标准电压的检测电压Vcc经过T2、D4到精密电阻R1，然后经过加热电偶T到达参考地，此时，流经R1的电流等于流经加热电偶T
的电流，此电流由R1两端的电压与R1的比值算出，最终，加热电偶的阻值由加热电偶两端的电压和流经加热电偶T的电流算出，知道了加热电偶的阻值，即知道了传感器此时温度的大小。

本电路的设计包含了两部分电路，一是加热电路，由功率三极管T1、电阻R6、单片机M组成，二是检测电路，由功率三极管T2、T3，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R7、R8，二极管D1、D2、D3、D4，电源模块IC,单片机M组成。

如图3所示，本发明的加热检测方法设计采用如下方案：
加热电偶的加热与检测分开进行，加热的同时不再进行检测；
加热时，加热电压采用占空比电压施加方式，占空比电压2的大小由单片机M控制功率三极管T1决定，加热初期，占空比较大，即加载在NOx传感器加热电偶两端的加热电压较大，这样能够使NOx传感器陶瓷芯片迅速升温，尽快使NOx传感器达到工作状态，随着加热的进行，NOx传感器的加热电偶变小，所以施加的占空比电压2不断变小，以防止过大的电流对加热电偶造成损伤，当加热电偶阻值到达一设定值，即传感器已加热到所需的工作温度，此时单片机M控制占空比电压2固定，当NOx传感器所处的环境温度有所波动时，单片机也会适时控制占空比电压2进行适当的增大或降低，以维持加热电偶的阻值，使得加热温度固定。

当加热占空比电压2处于低电平时，单片机控制T1断开，控制T2导通，此时，一标准检测电压1由电源模块IC发出，经过D4、精密电阻R1到达加热电偶T，标准检测电压的占空比、电压大小固定，以达到精确测量加热电偶T的阻值的目的，通过计算，可以知道流经R1的电流，此电流即等于流经加热电偶T的电流，知道此电流，通过加热电偶两端的电压的大小，即能知道加热电偶此时的阻值，从而得到最终想要的参数，加热电偶的阻值。

本发明的将加热过程与检测过程分离，使最终热电偶的计算更为精确，同时也对电路起到了保护作用。

附图说明
图1为本发明的加热检测电路；
图2为本发明所用加热的NOx传感器加热电偶示意图；
图3为本发明的加热检测电路的加热检测方法所施加的加热占空比电压和检测电压示意图。

具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。

图2NOx传感器加热电偶T示意图，加热电偶T为三线式加热电偶，分别为加热正极H﹢，加热负极H﹣，和测量极A。

NOx传感器加热电偶T工作分为两种状态，一是加热状态，二是检测状态，加热状态负责给加热电偶T提供加热电压升温，使传感器达到工作温度，检测状态负责检测加热电偶实时阻值，即反馈加热电偶实时温度给控制器单片机，通过单片机不断调节，使NOx 传感器稳定一固定温度。

如图3所示，控制器以固定频率向加热电偶发送检测电压1和占空比加热电压2，检测电压1为一标准电压，占空比固定不变，以防对最终的测量结果产生影响，加热占空比电压2是一占空比可调的信号，由单片机M通过反馈的加热电偶的实时阻值控制占空比的大小。

如图1所示，加热时，单片机M控制功率三极管T2断开、功率三极管T1、T3导通，加热电源U经过功率三极管T1到达NOx
传感器加热电偶正极H﹢，然后经过加热电偶负极H﹣到达参考地，完成加热过程，加热时，由于分压电阻R2、R3、R7，二极管D1、D2、D3和功率三极管的共同作用，使得采样点AD1、AD2、AD3
处的电压不超过1.5V，从而很好地保护了单片机M的AD转换端口，另外，单片机M通过控制功率三极管时间的长短达到控制占空比加热信号2的占空比大小。

检测时，单片机M控制功率三极管T2导通、功率三极管T1、T3断开，即占空比加热电压被T1从电路中断开，占空比加热电压处于低电平，此时，电压模块IC输出一标准电压Vcc，通过功率三极管T2，经过二极管D4到达精密电阻R1，经NOx传感器加热电偶正极H﹢、测量极A、加热电偶负极H﹣接参考地，此时，采样点AD1、AD2采样得到精密电阻R1两端的电压U1，AD2、AD3采样得到加热电偶的两端电压U2，流经精密电阻R1的电流I=U1/R1，而此电流I即为流经加热电偶的电流，所以，加热电偶R=U2/I即可得出，电路中，各采样点经二极管连接电阻R5到电源模块IC标准电压Vcc输出端，以防止在检测时，R2、R3、R4上产生电流，对
测量的结果产生影响。

电路中，三极管T1、T2、T3的基极分别接有限流电阻R6、R7、R8，防止过大的电流对功率三极管造成损伤。

AD1AD2AD3AD1AD2AD3M IC
D1D2D3H ﹢H-
A T1T2T3D4R1
R2
R3
R4R5
U
Vcc
R6
R7R8
图1
T
H ﹢H-
A
图2
U
2
1
T
图3。