專利名稱：：一種氧化鈦型氧傳感器的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種氧化鈦型氧傳感器。
背景技術：
：隨著人們生活水平的提高，汽車逐漸成為人們日常的消費品，為了達到各國排放法規的標準，現在，汽車上普遍都加裝有三元催化反應器。三元催化反應器在理論空燃比(14.7:1)附近時凈化率最高，一旦偏離理論空燃比，三元催化反應器對CO、HC和NOx的凈化能力將急劇下降，故在排氣管中安裝氧傳感器，借助氧傳感器提供的濃度反饋信息對三元催化反應器進行閉環控制，從而將混合氣的空燃比控制在理論值附近。現有的汽車氧傳感器主要有兩種類型氧化鋯型和氧化鈦型。考慮到氧化鋯型氧傳感器容易出現"鉛中毒"現象，因此國內外許多廠家把研究的重點集中到了氧化鈦型氧傳感器上。氧化鈦型氧傳感器是一種電阻型傳感器，易受溫度變化的影響，因此有必要對氧化鈦型氧傳感器進行溫度補償。在已有的電路溫度補償技術中，一般采用橋式電路，如圖4所示，電阻R15R181運算放大器A3的外衝龜路，橋式電路的對應橋臂的一側分別方iOTnir性完全相同的氧化鈦型傳感電阻R12和R14，它們的溫度相同，對應橋臂另一側分別放置電阻Rll和R13。所述傳感電阻R12放置于固定氧濃度環境中作參考電阻，所述電阻R14放置于尾氣管中作測量電阻，U3和U4分別為參考電壓和測量電壓，^n為輸出電壓，此時輸出電壓為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>從輸出電壓公式可以看出在一定溫度條件下，當氧濃度不大時，所述電阻R14的阻值與R12的阻值很小，分母近似為常數，輸出只與所述電阻R14和R12有關，并成正比關系；而當氧濃度變大時，電阻R14阻值與R12阻值成指數級增長，這時橋式電路的輸出電壓與傳感器電阻阻值成復雜的非線性關系，這為根據輸出電壓大小計算氧濃度含量加大了誤差。因此，這種方法只有在很窄的氧氣濃度變化范圍內才能夠消除溫度變化的影響，達到溫度補償的目的。但是汽車中氧濃度的變化范圍比較大，不適合利用此方法進行溫度測量和補償。
實用新型內容為解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種氧化鈦型氧傳感器，它能夠在氧氣濃度變化很寬的范圍準確消除溫度的影響，減少檢測誤差從而使根據輸出電壓大小計算氧濃度含量的數值更加精確。為實現上述目的，本實用新型提供的一種氧化鈦型氧傳感器包括氧化鈦型測量傳感電阻、氧化鈦型參考傳感電阻、信號處理單元和電源電路，其中，所述電源電路包括第一恒流源電路和第二恒流源電路，所述氧化鈦型參考傳感電阻和氧化鈦型測量傳感電阻的一端分別與所述第一恒流源電路和第二恒流源電路的輸出端連接，并分別與所述信號處理單元的兩個信號輸入端連接，所述信號處理單元的信號輸出端作為該氧化鈦型氧傳感器的信號輸出端。本實用新型提供的氧傳感器在使用時所述氧化鈦型參考傳感電阻和氧化鈦型測量傳感電阻的另一端接地，將氧化鈦型測量傳感電阻和氧化鈦型參考傳感電阻安裝在環境溫度相同的位置，所述電源電路中的第一和第二恒流源電路分別為所述氧化鈦型參考傳感電阻和氧化鈦型測量傳感電阻提供相同恒定的電流，所述氧傳感器的輸出信號與信號處理單元兩個信號輸入端電壓值的差成線性關系，又所述信號輸入端的電壓值分別與所述氧化鈦型參考傳感電阻和氧化鈦型測量傳感電阻的阻值成線性關系，因此，所述氧傳感器5的輸出信號與所述氧化鈦型參考傳感電阻和氧化鈦型測量傳感電阻的阻值的差值成線性關系，所以即便氧濃度變化很大，所述氧傳感器也能消除溫度變化對檢測結果所產生的誤差，只反映汽車尾氣中氧的濃度，達到溫度補償的目的。該氧化鈦型氧傳感器的信號輸出端可連接到汽車的ECU，輸出信號可以直接進入ECU進行控制處理，得到與溫度無關的氧濃度值。這樣，該氧傳感器能夠在氧氣濃度變化很寬的范圍準確消除溫度的影響，使檢測更加精確，且結構簡單，易于實現，所用器件少，降低了成本。圖1為本實用新型提供的氧化鈦型氧傳感器的電路原理圖；圖2為氧化鈦型參考傳感電阻R2和氧化鈦型測量傳感電阻R3的安裝位置結構圖3為第一或第二恒流源電路的電路原理圖4為具有橋式溫度補償電路的氧化鈦型氧傳感器的電路原理圖。具體實施方式以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。如圖l、圖2所示，本實用新型提供的一種氧化鈦型氧傳感器包括氧化鈦型測量傳感電阻R3、氧化鈦型參考傳感電阻R2、信號處理單元5和電源電路6，其中，所述電源電路6包括第一恒流源電路3和第二恒流源電路4，所述氧化鈦型參考傳感電阻R2和氧化釹型測量傳感電阻R3的一端分別與所述第一恒流源電路3和第二恒流源電路4的輸出端連接，并分別與所述信號處理單元5的兩個信號輸入端連接，所述信號處理單元5的信號輸出端作為該氧化鈦型氧傳感器的信號輸出端。所述氧化鈦型測量傳感電阻R3位于汽車尾氣管1內，用于檢測尾氣管1內的氧濃度，所述氧化鈦型參考傳感電阻R2位于與氧化鈦型測量傳感電阻R3環境溫度相同的尾氣管1附近。所述氧化鈦型氧傳感器的信號輸出端可以連汽車的ECU，將檢測到的氧濃度信號傳給ECU。在使用時所述氧化鈦型參考傳感電阻R2和氧化鈦型測量傳感電阻R3的另一端接地。所述氧化鈦型測量傳感電阻R3和氧化鈦型參考傳感電阻R2為本領域技術人員公知的電阻，這種電阻主要是二氧化鈦半導體材料，其阻值大小隨氧離子濃度的變化而變化，因而可以用來檢測汽車尾氣管1中的氧離子濃度。優選地，所述氧傳感器還包括密封容器2，所述氧化鈦型參考傳感電阻R2位于該密封容器2中。所述密封容器2安裝在所述氧化鈦型測量傳感電阻R3附近的汽車尾氣管1內壁上，所述密封容器2內部與氧化鈦型測量傳感電阻R3的環境溫度保持一致。所述密封容器2中氣體的氧含量是固定的，密封容器2與汽車尾氣管1內壁有良好的熱接觸，使密封容器2中的溫度和汽車尾氣管1內的溫度總是保持一致。如圖1所示，所述信號處理單元5包括電阻R4、R5、R6、R7和運算放大器A2，所述運算放大器A2的正向輸入端和地之間接電阻R6，運算放大器A2的反向輸入端和輸出端之間接電阻R7，電阻R4和R5的一端分別接所述運算放大器A2的正向輸入端和反向輸入端，另一端分別作為信號處理單元5的信號輸入端P2和Pl，并分別接所述第二恒流源電路4和第一恒流源電路3的輸出端，所述運算放大器A2的輸出端作為信號處理單元5的輸出端。如圖3所示，所述第一恒流源電路3或第二恒流源電路4包括穩壓電源VCC、穩壓二極管D1、運算放大器A1、電阻R1和三極管Q1，所述穩壓電源VCC接穩壓二極管Dl的負極和電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端接所述三極管Ql的集電極，所述穩壓二極管Dl的陽極接所述運算放大器Al的正向輸入端，運算放大器Al的輸出端接其反向輸入端，同時接所述三極管Ql的基極，三極管Ql的發射極作為所述第一恒流源電路3或第二恒流源電路4的輸出端。所述第一恒流源電路3和第二恒流源電路4共用同一個穩壓電源VCC。所述三極管Ql為NPN型三極管。所述穩壓電源VCC、穩壓二極管D1、運算放大器A1和A2、電阻R1R7和三極管Q1為本領域技術人員公知，在此不多作描述。下面闡述本實用新型的工作原理。所述穩壓二極管D1兩端的電壓為一恒定值，所述運算放大器Al實現的功能是電壓跟隨，其正向輸入端的電壓與輸出端的電壓相等，三極管Ql的基極和集電極處于動態導通，因此電阻R1兩端的電壓等于所述穩壓二極管D1兩端的電壓，且恒定。由歐姆定律可知流過電阻R1的電流也為一恒定值。由于三極管Q1的基極電流非常微弱，因此可以忽略，這樣三極管Q1的發射極輸出的電流即為一恒定值。所述信號處理單元5包括電阻R4、R5、R6、R7和運算放大器A2，所述運算放大器A2的正向輸入端和地之間接電阻R6，運算放大器A2的反向輸入端和輸出端之間接電阻R7，電阻R4和R5的一端分別接所述運算放大器A2的正向輸入端和反向輸入端，另一端分別作為信號處理單元5的信號輸入端P2和Pl，并分別接所述第二恒流源電路4和第一恒流源電路3的輸出端，所述運算放大器A2的輸出端作為信號處理單元5的輸出端。所述第一恒流源電路3輸出電流通過氧化鈦型參考傳感電阻R2，在信號處理單元5的端口Pl處可得到參考電壓U1，所述第二恒流源電路4的輸出電流通過氧化鈦型測量傳感電阻R3，在信號處理單元5的端口P2處可得到檢測電壓U2。所述電壓Ul和U2分別與所述氧化鈦型參考傳感電阻R2和氧化鈦型測量傳感電阻R3的阻值成線性關系。運算放大器A2與電阻R4、R5、R6、R7構成減法電路，運算放大器A2輸出電壓為r。=^72-"。從己知的氧化鈦型氧傳感器檢測的氧濃度與電阻值的對應關系中可以得到氧濃度與氧化鈦型氧傳感器輸出電壓的對應關系，根據對應關系可以計算出尾氣管1中氧含量為戶。+AP，其中P。為所述氧化鈦型參考傳感電阻R2處的參考氧濃度，A尸為與輸出電壓有關的氧濃度值，它是輸出電壓F。的非線性函數，即Ai^/(K。)，則尾氣管1中氧濃度為P。+Z(r。)。表1所示為封閉容器2中氧濃度(即參考氧濃度)為1%，溫度分別為60(TC和80(TC的條件下，所測得的氧化鈦型參考傳感電阻R2和氧化鈦型測量傳感電阻R3的電阻值，Ul和U2的電壓值，輸出電壓r。和尾氣氧濃度數據。從表l中可以看出由于所述氧傳感器中氧化鈦型參考傳感電阻R2和氧化鈦型測量傳感電阻R3的環境溫度相同，所述氧傳感器的測量數據與環境溫度沒有關系，因此檢測到的尾氣管1中氧含量的數據消除了溫度的影響，從而達到了溫度補償的目的。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>9權利要求1、一種氧化鈦型氧傳感器，該氧傳感器包括氧化鈦型測量傳感電阻(R3)、氧化鈦型參考傳感電阻(R2)、信號處理單元(5)和電源電路(6)，其特征在于，所述電源電路(6)包括第一恒流源電路(3)和第二恒流源電路(4)，所述氧化鈦型參考傳感電阻(R2)和氧化鈦型測量傳感電阻(R3)的一端分別與所述第一恒流源電路(3)和第二恒流源電路(4)的輸出端連接，并分別與所述信號處理單元(5)的兩個信號輸入端連接，所述信號處理單元(5)的信號輸出端作為該氧化鈦型氧傳感器的信號輸出端。2、根據權利要求1所述的氧化鈦型氧傳感器，其特征在于，所述氧傳感器還包括密封容器(2)，所述氧化鈦型參考傳感電阻(R2)位于該密封容器(2)中。3、根據權利要求1所述的氧化鈦型氧傳感器，其特征在于，所述第一恒流源電路(3)或第二恒流源電路(4)包括穩壓電源(VCC)、穩壓二極管(Dl)、運算放大器(Al)、電阻(Rl)和三極管(Ql)，所述穩壓電源(VCC)接穩壓二極管(Dl)的負極和電阻(Rl)的一端，電阻(Rl)的另一端接所述三極管(Ql)的集電極，所述穩壓二極管(Dl)的陽極接所—述運算放大器—t—AT〕的正—|^俞—入端-，-g算敬^r(A1)-,違端發其反苘輸入端，同時接所述三極管(Ql)的基極，三極管(Ql)的發射極作為所述第一恒流源電路(3)或第二恒流源電路(4)的輸出端。4、根據權利要求3所述的氧化鈦型氧傳感器，其特征在于，所述第一恒流源電路(3)和第二恒流源電路(4)共用同一個穩壓電源(VCC)。5、根據權利要求1所述的氧化鈦型氧傳感器，其特征在于，所述信號處理單元(5)包括四個電阻(R4，R5，R6，R7)和運算放大器(A2)，所述運算放大器(A2)的正向輸入端和地之間接一電阻(R6)，運算放大器(A2)的反向輸入端和輸出端之間接另一電阻(R7)，另兩個電阻(R4，R5)的一端分別接所述運算放大器(A2)的正向輸入端和反向輸入端，另一端分別作為信號處理單元(5)的兩個信號輸入端(P2，Pl)，并分別接所述第二恒流源電路(4)和第一恒流源電路(3)的輸出端，所述運算放大器(A2)的輸出端作為信號處理單元(5)的輸出端。專利摘要一種氧化鈦型氧傳感器，該氧傳感器包括氧化鈦型測量傳感電阻、氧化鈦型參考傳感電阻和電源電路，其特征在于，所述電源電路包括第一恒流源電路和第二恒流源電路，所述氧傳感器還包括信號處理單元，所述氧化鈦型測量傳感電阻和氧化鈦型參考傳感電阻的一端接地，另一端分別接所述第一恒流源電路和第二恒流源電路的輸出端，并分別接所述信號處理單元的兩個信號輸入端，所述信號處理單元的信號輸出端作為該氧化鈦型氧傳感器的信號輸出端。該氧傳感器能夠在氧氣濃度變化很寬的范圍準確消除溫度的影響，使測量更加精確，且結構簡單，易于實現，所用器件少，降低了成本。文檔編號G01N27/409GK201159726SQ200720305470公開日2008年12月3日申請日期2007年11月19日優先權日2007年11月19日發明者清宮,楊青春,范文華,陳大軍申請人:比亞迪股份有限公司