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专利名称：用于驱动气体传感器的电路装置的制作方法
现有技术本发明按照独立权利要求的类型，以用于驱动一个气体传感器的一种电路装置为出发点。
在专业书“Ottomotor-Management/Bosch”Vieweg出版社1998年第1版第22-23页中阐述了一种电路装置，该装置准备提供一个用一个气体传感器获得的信号，这个信号是燃烧过程废气中空气系数兰姆达(Lambda)的一个尺度。气体传感器包括一个布置在第一电极与第二电极之间的泵室(Pumpzelle)。第一电极暴露在废气中。第二电极是布置在一个测量气体室中，该测量气体室经过一个扩散栅栏用废气进气。第二电极与布置在一个基准气体室中的第三电极组成一个能斯脱室(Nernstzelle)，该能斯脱室在其第二个电极上有化学计算的气体混合物范围中准备提供几乎是跳跃式的电压变化。基准气体室充满氧气作为基准气体。基准气体室内要求的氧浓度，能用一个基准抽运电流调节，基准抽运电流被传送给布置在基准气体室中的第三电极。基准抽运电流导致从能斯脱室的测量气体室向基准气体室的氧离子输送。
差分放大器将能斯脱室上出现的电压与一个基准电压进行比较，基准电压约确定在450mV，相应地近似能斯脱室电压跃变的中间。差分放大器确定一个传送给第一电极的泵室抽运电流。泵室抽运电流导致泵室中的氧离子输送，泵室力图使测量气体室中的氧气部分保持在存在化学计算的混合物时的水平。能将泵室抽运电流用来作为气体传感器的输出信号。该泵室抽运电流相当于废气中空气系数兰姆达的一个尺度。
基准气体室中氧的浓度通过扩散过程不断在改变。一方面氧离子能从基准气体室向外扩散，而另一方面碳氢化合物能在基准气体室中向内扩散。两个过程导致不希望有的氧浓度降低，该氧浓度降低称作为基准气体室中毒。
从DE 43 33 231 A1知道一种用内部抽气的基准驱动一个氧气传感器的方法，在该方法处为了避免中毒在一定操作条件下暂时提高基准抽运电流，以便消除可能存在的中毒或预防一个有威胁的中毒。
基准气体室中不希望有的氧浓度变化，也能由于通过泄漏电流伪造基准抽运电流造成，该泄漏电流能在通向第三电极的输入线路与例如通入一个传感器加热器的输入线路之间出现。
本发明的任务在于，给出一种电路装置，该电路装置使得用一个基准气体室可靠地驱动一个气体传感器成为可能。
本发明的优点所述任务通过独立权利要求中给出的特征来解决。据此，设置一个诊断装置，该诊断装置有一个计时器。诊断装置为了确定在气体传感器的诊断运行中的基准抽运电流，输出一个电流选择信号到电流源，而为了起动计时器输出一个接通信号到计时器。诊断装置在诊断运行中与时间联系起来评估气体传感器的传感器信号。
本发明的电路装置提高气体传感器的传感器信号可靠性。取消不必要的更正或过迟的更正。此外，能将一个也许必要的例如对确定基准抽运电流的侵害限制到一个必要的程度上，致使避免能斯脱室的过载。采用传感器信号有可能使本发明的电路装置容易实现。
本发明电路装置的有利的安排和扩展方案由从属权利要求给出。
一种安排规定，诊断装置评估传感器信号的改变速度。时间上的评估，尤其是对改变速度的评估，使对一个中毒率或对一个泄漏电流的评估成为可能。
一种安排规定，诊断装置有一个比较仪，该比较仪将传感器信号与一个极限值进行比较，并依赖于比较结果准备提供一个诊断信号。诊断信号能有利地被采用以使计时器停下来。
一种扩展方案规定，一个由计时器提供的结束信号影响基准抽运电流，该结束信号反映一个已过去的时间。
一种安排规定，将由计时器可采集的时间确定到一个最大时间。用这种措施尤其是微小的中毒或中毒率以及微小的泄漏流都可以评估的，在该微小的中毒或中毒率以及微小的泄漏电流处通过传感器信号在最大时间内不会出现超越极限值。只要最大时间内出现超越极限值，那么定量评估是可能的。
通过利用一个负抽运电流驱动基准气体室的电极得到一个有说服力的诊断信号。负抽运电流应意味着，将基准气体抽掉。用这种措施能识别出已经开始的中毒或微小的泄漏电流。尤其是在最大时间内以高概率出现一个超越极限值，以致可能对中毒、中毒率或泄漏电流进行定量评估。
用电流选择信号控制电流源的一种简单的可能性是切断电流源。有利的是预先规定一个负的基准抽运电流，该负基准抽运电流导致有目的降低基准气体的浓度。可选择和/或要补充的是，能将基准电极经过一个电阻接通到一个预先规定的电位上。该电位是这样确定的，为了同样有目的地降低基准气体的浓度，流过电阻的泄漏电流不断地抽掉基准气体。
将本发明电路装置的诊断结果适当的应用于确定诊断运行之外的基准抽运电流，以抵制中毒或补偿泄漏电流。
一种安排规定，气体传感器是一个用于在燃烧过程时计算空气/燃料-比例的兰姆达传感器(Lambdasensor)。基准气体室用氧作为基准气体。
兰姆达传感器例如是布置在内燃机或加热设备的排气系统中。与在一台内燃机的排气系统中的布置联系在一起的扩展方案规定，诊断控制装置在内燃机停机后起动诊断。
有利的安排和扩展方案由其它从属权利要求和下面的说明给出。
附图示出

图1 一个气体传感器的剖面图和图2 一个本发明电路装置的方框图。
实施例说明图1中示出的气体传感器10包括第一电极11，该第一电板暴露在待检验的气体中。该待检验的气体经过气体通路12和扩散栅栏13达到测量气体室14，在该测量气体室中布置有第二电极15。在第一与第二电极11、15之间形成一个泵室。第一电极与抽运电流线路16连接，而第二电极与测量线路17连接。
气体传感器10有一个基准气体室18，在该基准气体室中布置有一个第三电极19，该第三电极与基准抽运电流线路20连接。在基准气体室18与测量气体室14之间，形成一个在其中能进行基准气体离子输送21的能斯脱室。
此外，气体传感器10有一个传感器加热器22，该传感器加热器与加热线路23连接。在加热线路23与基准抽运电流线路20之间，有一个寄生电阻24。在基准抽运电流线路20与电位25之间接有一个欧姆电阻26，泄漏电流27流过该欧姆电阻。
图2中示出的本发明电路装置的方框图展示了抽运电流线路16、测量线路17、基准抽运电流线路20以及加热线路23，前述线路与图1中相同称呼的线路完全一样。
引导第一测量信号30的测量线路17与一个补偿电压源31和与一个基准电压源32连接。基准电压源32与差分放大器33的一个不反相的输入端连接。
引导第二测量信号34的基准抽运电流线路20，同时传导一个电流源36提供的基准抽运电流35。基准抽运电流线路20与差分放大器33的一个反相输入端连接，其输出端经过一个工作电阻37提供一个抽运电流。抽运电流与传送给比较仪39的传感器信号38相等，该比较仪将传感器信号38与极限值发送器41提供的极限值40进行比较。
比较仪39输出一个诊断信号42到电流源36和到一个诊断控制装置44。
诊断控制装置44将第一电流选择信号45输出到电流源36，将一个接通信号46输出到计时器43，计时器将一个结束信号47反馈到诊断控制装置44。诊断控制装置得到一个被传送的起动信号48。
比较仪39、计时器43和诊断控制装置44共同组成一个诊断装置。加热线路23与一个加热控制器49连接。
本发明的电路装置以如下方式工作气体传感器10的第一电极11暴露在一种要检验的气体中。在该气体处涉及燃烧过程的一种废气，就像例如在用矿物燃料驱动加热设备或内燃机时排出的那样。下面就例如以内燃机的一种废气为出发点。废气经过气体通路12和通过扩散栅栏13到达测量室14中，该测量室与基准气体室18共同组成一个能斯脱室，该能斯脱室在用化学计算的空气/燃料-比(相当于兰姆达为1)的燃烧范围中有个跳跃式的电压变化。基准气体室18必须用一种基准气体充满，该基准气体在一个燃烧过程的废气时是氧气。
氧气作为基准气体时的浓度，在能斯脱室处能在一个很广的范围，因为残余氧含量的变化在经过一个化学计算的燃烧范围时包括有数十幂。然而，为了确保有正确的测量结果，要力争一个至少接近于恒定不变的基准气体浓度，从而避免浓度下降。
将在能斯脱室出现的电压，经过测量线路17和基准抽运电流线路20引导向差分放大器33。在测量线路17上出现的第一测量信号30由基准电压源32提高了约450mV。用选择这个数值达到，使差分放大器33在经过第一测量信号30的电压时，与第二测量信号34的电压相比具有与一个符号更换联系在一起的过零点，该符号更换能应用于将能斯脱室上的电压调节到相当于兰姆达为1的约450mV。
调节是借助于第一与第二电极11、15之间形成的泵室，通过测量室14中氧浓度的影响进行。
差分放大器33的输出信号经过工作电阻37产生一个抽运电流，将该抽运电流传送给第一电极11。第一与第二电极11、15之间的电位差，导致在泵室中有一个利用抽运电流确定的氧离子流。借助于扩散栅栏13达到在测量室14中建立一个平衡，致使测量气体室14的第二电极15与基准气体室18的第三电极19之间的能斯脱电压，能恒定地保持在由基准电压源32预先规定的数值，例如约450mV，前提是将基准气体室18中的氧浓度至少近似地保持在一个预先规定的数值。
为此设置有电流源36，该电流源给基准气体室18中的第三电极19传送一个基准抽运电流35。基准抽运电流35负责通过测量气体室14与基准气体室18之间的氧离子输送21维持氧浓度。
扩散过程能导致基准气体室18中毒。扩散进入基准气体室18的碳氢化合物，通过氧化过程与氧化合。从基准气体室18扩散出的氧气，直接降低氧浓度。
此外，能出现通过泄漏电流伪造基准抽运电流35。这些泄漏电流通过寄生电阻24出现，该寄生电阻在基准抽运电流线路20与结构部件之间起作用，该结构部件具有如基准抽运电流线路20上的电位一样的较低的电位。在图1中，示范性地将加热线路23作为有较低电位的结构部件画出，致使寄生电阻24在此起作用。泄漏电流与所使用材料的杂质、尤其是温度有关，致使在测量基准抽运电流35时计算在内不是轻而易举就有可能。没有被察觉的基准抽运电流35的降低，通过抽出氧气，导致在基准气体室18中未被察觉的氧气降低。
当电极11、15、18上的平均电位符合一个外壳电位时，通过所使用的补偿电压源31将该平均电位保持在一个较高的电位上，这样对扩散过程的出现有利，尤其是对泄漏电流的出现有利。补偿电压源31例如调到差分放大器33一个工作电压的一半。在工作电压为5V时，补偿电压源31的电压调到2.5V。用这个措施将第一和第二测量信号30、34的电位提高到可简单操作的数值，这些数值至少明显区别于一个外壳电位。基于结构部件之间的电压差提高到相应高的数值，电压移动附加地提高也许存在的泄漏电流。
诊断装置(39、43、44)使在基准气体室18中基准气体浓度或浓度变化的诊断或泄漏电流的诊断成为可能。
诊断过程如下进行当有一个起动信号44存在时，为了起动通过计时器43的时间采集，通过输出电流选择信号45到电流源36和输出接通信号46到计时器43，诊断控制装置44起动诊断。
在一个布置在一个没有详细展示的排气系统中的气体传感器10处，该排气系统是一个同样没有详细展示的内燃机的排气系统，起动信号48能例如在内燃机停机后触发。在这个时间点，随着被提高的扩散过程和被提高的泄漏电流的后果，在气体传感器10和线路16、17、20、23上出现一个提高的温度的概率最大。起动信号44也能在内燃机的其它适当的工作状态例如空载时触发。
电流选择信号45在诊断开始前促使电流源36去改变基准抽运电流35，优选地促使提供一个较小的基准抽运电流34。如果切断电流源36，基准抽运电流35为零，一个简单的实现就达到了。另一种可能性规定转一下基准抽运电流35的符号，并调节负的基准抽运电流35。
所降低的或完全切断的基准抽运电流35可依赖于基准气体室18的条件导致基准气体浓度的减少。无论如何负的基准抽运电流35导致基准气体浓度的减少。
比较仪39评估传向第一电极11的抽运电流，该抽运电流是气体传感器10的传感器信号38的一个尺度。代替该电流，能考虑将工作电阻37上的电压降用于评估。因此不去详谈。主要的是，将气体传感器10的传感器信号38用于诊断。
比较仪39将传感器信号38与一个由极限值发生器41提供的极限值40进行比较。在一个燃烧过程排气时，能将极限制例如确定到一个数值，该数值对应于在21％要检验的废气中氧的浓度，即最大可能的数值。如果传感器信号38超过这个极限，在基准气体室18中的氧浓度肯定太小。
计时器43优选地被确定在采集一个最大时间。最大时间过后，计时器43无论如何将结束信号47输出到诊断控制装置44。
一旦在最大时间内没有发生极限值超过，由于这个诊断结果诊断控制装置44或者将电流选择信号45保持不变，或者将其这样改变，电流源36提供一个较小的基准抽运电流35。
一旦在最大时间内有一个极限值超过，诊断信号42出现，诊断控制装置44能考虑该诊断信号用于确定电流选择信号45，该电流选择信号提高由电流源46新提供的基准抽运电流35，以便抵制中毒或提高的泄漏电流。抽运电流35要进行的升高或降低，能在诊断过程中分级进行，直至在基准气体室达到一个预先规定的状态。
在最大时间内通过传感器信号38的极限值超过，能通过预先规定一个负的基准抽运电流35来确保，该基准抽运电流导致在基准气体室18中氧浓度有目的的降低。负的基准抽运电流35，能根据一个扩展方案，与电流源36无关地通过基准抽运电流线路20的连接，经过欧姆电阻26利用一个预先规定的电位25来调节。电位25优选地是电路外壳，由于补偿电压源31，该电路外壳比存在于基准抽运电流线路20上的电位更负一些。
诊断装置39、43、44使在诊断过程期间评价传感器信号38的时间变化成为可能。尤其是能借助于计时器43定量地求出变化的速度。诊断信号42的状况使直接新确定基准抽运电流35到一个值成为可能，该值确保气体传感器10的稳定的运行。
权利要求
1.用于驱动一个气体传感器(10)的电路装置，该气体传感器有一个基准气体室(18)，在该基准气体室中布置有一个基准电极(19)，该电路装置具有给该基准电极(19)输送一个基准抽运电流(35)的电流源(36)，其特征在于设置一个诊断装置(39、43、44)，该诊断装置有一个计时器(43)；为了确定在气体传感器(10)的诊断运行中的基准抽运电流(35)，诊断装置(39、43、44)输出一个电流选择信号(45)到电流源(36)上；为了起动计时器(43)，诊断装置(39、43、44)输出一个接通信号(46)到计时器(43)上；和诊断装置(39、43、44)在诊断运行中与时间联系起来评估气体传感器(10)的传感器信号(38)。
2.如权利要求1的电路装置，其特征在于诊断装置(39、43、44)评估传感器信号(38)的改变速度。
3.如权利要求1或2的电路装置，其特征在于诊断装置(39、43、44)有一个比较仪(39)，该比较仪将传感器信号(38)与一个极限值(40)进行比较并依赖于比较结果提供一个诊断信号(42)。
4.如权利要求3的电路装置，其特征在于诊断信号(42)使计时器(43)停下来。
5.如权利要求4的电路装置，其特征在于计时器(43)提供一个反映已经过的时间的结束信号(47)；电流选择信号(45)依赖于结束信号(47)被确定，用于在诊断运行之外驱动气体传感器(10)。
6.如权利要求5的电路装置，其特征在于由计时器(43)可采集的时间被确定在一个最大时间。
7.如上述权利要求之一的电路装置，其特征在于电流选择信号(45)切断电流源(36)，或促使提供一个负的基准抽运电流(35)。
8.如上述权利要求之一的电路装置，其特征在于基准电极(19)经过一个电阻(26)持续地接通到一个预先规定的电位上，流经该电阻(26)的泄漏电流(27)抽掉基准气体。
9.如权利要求4至8之一的电路装置，其特征在于气体传感器(10)是一个兰姆达传感器，并且基准气体室(18)含有氧作为基准气体。
10.如权利要求9的电路装置，其特征在于兰姆达传感器被布置在一个内燃机的排气系统中，并且起动信号(48)在内燃机停机后起动诊断。
全文摘要
建议一种用于驱动一个气体传感器(10)的电路装置，该气体传感器有一个基准气体室(18)，在该基准气体室中布置有一个电极(19)，为了保持基准气体的浓度输入一个基准气体抽运电流(35)给该电极。诊断装置(39、43、44)，通过基准抽运电流(35)的改变和气体传感器(10)的传感器信号(38)与时间有联系的评估，算出基准气体的浓度改变。。
文档编号G01N27/417GK1643373SQ03807430
公开日2005年7月20日 申请日期2003年9月24日 优先权日2002年12月7日
发明者E·施奈贝尔, E·容金格尔, A·科林, R·戴贝尔特, H·布劳恩, L·迪尔 申请人:罗伯特-博希股份公司