專利名稱：測定混合氣體組分濃度的裝置的制作方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明是一混合氣體組分濃度的測定裝置。這一發(fā)明主要涉及的是用于內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)燃料/空氣混合物成分調(diào)節(jié)的探測器。這類探測器感受內(nèi)燃機(jī)廢氣中的氧氣含量，并由此提供給控制電路一個輸入信號，以將混合物成分調(diào)整到預(yù)定值。
本發(fā)明對象是這樣一個裝置，它原則上是按美國汽車工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)(SAE-Paper)920234中介紹的通用氧氣探針那樣設(shè)計(jì)的。
標(biāo)準(zhǔn)中介紹的這類探針具有一第一部分體積，在這個部分體積中，氧氣濃度通過擴(kuò)散阻抗與廢氣中的氧氣濃度耦合；在第二部分體積中，充滿著帶有基準(zhǔn)氧氣濃度的大氣。對于兩個部分體積間的濃度差異，設(shè)于第一與第二部分體積間的能斯脫傳感器給出一個獨(dú)特的輸出信號，將輸出信號與預(yù)先給定值加以比較，便可確定在與廢氣相連的第一部分體積內(nèi)的氧氣濃度與額定值的偏差。氧氣抽吸裝置將取決于已確定偏差量的氣流強(qiáng)度中的氧粒子，而壓入到第一部分體積中或從第一部分體積中抽出，這樣使得那里的氧氣濃度不受通過擴(kuò)散阻抗與廢氣中氧氣濃度進(jìn)行耦合的影響，而保持恒定不變。
被測定的參數(shù)，即廢氣中的氧氣濃度可以通過計(jì)算泵電流Ip確定。
這種類型氧氣探針的優(yōu)點(diǎn)在于其近似的線性特性曲線Ip＝f(λ)，它從混合物成分λ緩慢、持續(xù)不斷的變化過程中得出。然而，如果混合物成分變化較快的話，如通常內(nèi)燃機(jī)混合物調(diào)節(jié)那樣，那么，當(dāng)λ＝1時在特性曲線上出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。換言之，即在λ＝1附近的探測器輸出信號值取決于混合物成分變化的方向。
本發(fā)明的目的在于消除這一滯后效應(yīng)，即在開頭提到的那類探測器的說明中，其特性曲線沒有干擾性的滯后效應(yīng)。
這一目的通過對氣體混合物中組分濃度的測定裝置和第一部分體積的說明來完成，在第一部分體積中，組分濃度不受通過擴(kuò)散阻抗與氣體混合物濃度進(jìn)行耦合的影響而保持恒定不變，其中上述耦合影響由一可控制的組分泵電流通過一位于第一部分體積與混合氣體之間的、用作抽吸裝置的固體電解質(zhì)予以補(bǔ)償，這樣，上述泵電流的量度即是氣體混合物所要求濃度的量度，而且上述泵電流作為位于第一部分體積與基準(zhǔn)氣體體積之間的能斯脫傳感器的輸出電壓的偏差函數(shù)受一額定值的控制，本裝置對上述作為抽吸裝置的固體電解質(zhì)兩端可測電壓的函數(shù)的額定值產(chǎn)生影響。
在有害物質(zhì)轉(zhuǎn)換的基本混合物化學(xué)成分(λ＝1)范圍內(nèi)，這一發(fā)明裝置的使用尤其提高了調(diào)節(jié)參數(shù)總依賴于調(diào)節(jié)偏差的控制電路的準(zhǔn)確度。
下面借助于實(shí)例和有關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是發(fā)明裝置的實(shí)施例，圖2比較了現(xiàn)有技術(shù)條件下氧氣測量裝置輸出信號的特性曲線形狀與本發(fā)明中氧氣測量裝置輸出信號的特性曲線形狀。
圖3是圖1所示裝置條件下，基準(zhǔn)電壓為450毫伏，混合物成分在λ＝0.7～1.3之間波動時，抽吸裝置的電解質(zhì)兩端的可測電壓。
圖4揭示了根據(jù)本發(fā)明對額定值施加影響的不同途徑。
圖1中的裝置由傳感器1和傳感器的布線2組成。傳感器1具有一第一部分體積3，通過擴(kuò)散阻抗4-這里是一個小孔-與廢氣5相連。在第二部分體積6中充滿著基準(zhǔn)大氣，它可以通過例如與室外空氣相連，或者用其他方式形成。這兩個部分體積都受到氧離子傳導(dǎo)的電解質(zhì)7的限制，它設(shè)有電極8，9，10和11。由于部分體積3和6中的不同氧氣濃度而出現(xiàn)的能斯脫電壓UN供給第一運(yùn)算放大器12的負(fù)入口，那么預(yù)定的基準(zhǔn)電壓例如450毫伏則供給運(yùn)算放大器的正入口，用基準(zhǔn)電壓來確定第一部分體積中氧氣濃度的額定值。如果能斯脫電壓UN低于450毫伏，那么，運(yùn)算放大器12的輸出為正，并且驅(qū)動正極電流通過由電極8，9和它們之間的電解質(zhì)組成的泵單元。換言之，即與第一部分體積中氧氣余量相對應(yīng)的相對較低的能斯脫電壓使得氧離子(負(fù))從第一部分體積傳送給廢氣。類似地，相對較高的能斯脫電壓使得氧粒子從廢氣流向第一部分體積，從而使第一部分體積中預(yù)先給定的氧氣濃度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。由于這一濃度受通過擴(kuò)散阻抗4的耦合的干擾，為了維持穩(wěn)定狀態(tài)所必需的泵電流Ip最終是廢氣中氧氣濃度的量度。
如圖1中所介紹的那樣，泵電流Ip可作為測量電阻13兩端的電壓降由第二運(yùn)算放大器14測量。
至此所描述的即為現(xiàn)有技術(shù)的裝置，這一裝置提供了如圖2中特性曲線上虛線所示的輸出信號。λ＝1時所不希望出現(xiàn)的滯后效應(yīng)與λ＝1時泵單元的電動勢的EMK的躍躍式變化有關(guān)(參閱附圖3)。通過這種結(jié)構(gòu)型式條件下的泵單元與能斯脫傳感器(元件)的耦合，在能斯脫電壓UN上形成躍躍式變化的干擾性寄生耦合，能斯脫電壓UN的改變通過泵電流予以調(diào)節(jié)，這將使得探測器在運(yùn)算放大器14測得的輸出信號產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的變化。因此，輸出信號的滯后效應(yīng)也表明了λ的變化，即它并不是當(dāng)前的λ。為了阻止這一現(xiàn)象的發(fā)生，根據(jù)本發(fā)明，泵單元電動勢EMK的一部分在裝置15上寄生耦合上基準(zhǔn)電壓。裝置15可以例如通過歐姆電阻Rmit16來實(shí)現(xiàn)。Rmit值以這樣有利的方式選擇，即在泵單元電動勢EMK變化時，基準(zhǔn)電壓以與能斯脫電壓UN相同的大小變化。這樣，當(dāng)λ＝1時，在廢氣中的氧氣濃度通路上不會出現(xiàn)任何干擾性泵電流變化，使得根據(jù)本發(fā)明制造的探測器的輸出電壓在這一點(diǎn)上是很明確的。
在這一例子中，比較電壓可簡明地通過電阻R17和R18來確定。寄生耦合M定義為M=R17*R18R17+R18Rmit+R17*R18R17+R18,]]>例如，當(dāng)泵單元電動勢EMK變化量為500毫伏，且寄生耦合M＝0.02，Rmit＝980千歐，R17/R18＝20千歐時，基準(zhǔn)電壓的變化量為10毫伏。
在圖4中介紹了借助于歐姆電阻16進(jìn)行成比例耦合的另一些方法。這些方法是通過用電容17取代Rmit(圖4a)構(gòu)成積分寄生耦合或通過由一個電容和一個取代Rmit(圖4b)的歐姆電阻組成串聯(lián)電路。
發(fā)明的探測器不只局限用于氧氣濃度的測定。通過可傳導(dǎo)其他氣體組分離子的電解質(zhì)的使用，本發(fā)明也能用來測定其他濃度。
權(quán)利要求
1.用于測定氣體混合物組分濃度的裝置，-具有一第一部分體積，在這一體積中，組分濃度不受通過擴(kuò)散阻抗與混合氣體濃度進(jìn)行耦合的影響而保持恒定不變，-上述耦合影響可由一可控制的組分泵電流通過處于第一部分體積和氣體混合物之間用作抽吸裝置的固體電解質(zhì)予以補(bǔ)償，這樣上述泵電流的量度即是氣體混合物中所要濃度的量度，-上述泵電流可作為介于第一部分體積與上述組分基準(zhǔn)濃度范圍之間的能斯脫傳感器(元件)輸出電壓的偏差函數(shù)，其特征是所述裝置對作為抽吸裝置的固體電解質(zhì)兩端可測電壓的函數(shù)的上述額定值產(chǎn)生影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，固體電解質(zhì)抽吸裝置兩端的部分可測電壓在歐姆電阻Rmit兩端耦合到額定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，電解質(zhì)抽吸裝置兩端的部分可測電壓在電容C兩端耦合到額定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，電解質(zhì)抽吸裝置兩端的部分可測電壓在由歐姆電阻和電容C組成的串聯(lián)電路兩端耦合到額定值。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征是，耦合裝置是這樣確定的，在抽吸裝置電解質(zhì)兩端的可測電壓變化時，基準(zhǔn)電壓以與能斯脫電壓相同的大小變化。
全文摘要
一種測定混合物組分濃度的裝置，具有一第一部分體積，在這一體積中，組分濃度不受通過擴(kuò)散阻力與混合氣體中濃度進(jìn)行耦合的影響而保持恒定不變。上述耦合影響由一可控制的組分泵電流通過處于第一部分體積和氣體混合物之間用作抽吸裝置的固體電解質(zhì)予以補(bǔ)償。泵電流的強(qiáng)度是氣體混合物中所要求濃度的量度。上述泵電流可作為第一部分體積與基準(zhǔn)氣體體積之間的能斯脫傳感器輸出電壓的偏差函數(shù)而受到額定值的控制。這一裝置特征是，可有目的地影響依賴于抽吸裝置固體電解質(zhì)兩端可測電壓的額定值。
文檔編號G01N27/417GK1152353SQ96190402
公開日1997年6月18日 申請日期1996年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月3日
發(fā)明者埃里?！s金格爾 申請人:羅伯特·博施有限公司