一種用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氣體傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于氣體傳感器的精準恒溫控制 方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣體傳感器的化學響應(yīng)特性通常與溫度有關(guān)，因此為提高氣體傳感器的檢測精度 需要對傳感器的敏感芯體進行恒溫控制。溫度控制作為自動控制中誤差控制技術(shù)應(yīng)用的一 種，目前通常是采用帶測溫反饋形成的閉環(huán)恒溫控制方式，即獲得需要控制點的溫度，然后 與設(shè)點的目標溫度比較獲得溫度差值，根據(jù)該差值進行調(diào)整，使控制點溫度保持恒定。
[0003] 上述恒溫控制方式能夠精準控制實際上僅為測溫點的溫度，當應(yīng)用于氣體傳感器 中進行控溫時，由于敏感芯體通常不能同時用于溫度與氣體濃度測量，需要增加額外的測 溫器件來測量溫度，由測溫器件的測量溫度來表征敏感芯體的溫度，但是不可避免地溫度 場存在不一致，且會隨環(huán)境溫度變化而變化，測溫器件的測量溫度并不能完全表征敏感芯 體控制點的溫度，因而采用上述恒溫控制方式無法對敏感芯體的溫度進行精準的控制。具 體的說，在氣體傳感器中應(yīng)用閉環(huán)恒溫控制方式時，只能單溫度點保證設(shè)定點與控溫點重 合，而在其他溫度則會發(fā)生偏移，同時整體控溫的精度很大程度上需要依賴于溫度測量的 準確性，且這種準確性又依賴于測溫器件與敏感芯體的位置關(guān)系，當兩者相距越遠時，測量 點與需要控制點的溫差可能較大；當兩者相距越近時，溫差則可能較小，導(dǎo)致氣體傳感器恒 溫控制的精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一 種控制實現(xiàn)簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)氣體傳感器的恒溫控制且控制精準的用于氣體傳感器的精準恒 溫控制方法及裝置。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0006] 本發(fā)明公開一種用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法，步驟包括：
[0007] 1)在氣體傳感器的敏感芯體所在區(qū)域內(nèi)布置測溫組件；啟動控制，以預(yù)設(shè)溫度值 作為溫度目標值，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟2);
[0008] 2)根據(jù)所述測溫組件輸出的測量溫度值控制調(diào)節(jié)敏感芯體所在區(qū)域的溫度，直至 恒定達到溫度目標值，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3);
[0009] 3)實時檢測氣體傳感器所處的當前環(huán)境溫度，并根據(jù)檢測到的當前環(huán)境溫度對溫 度目標值進行修正，返回執(zhí)行步驟2)，直至退出控制。
[0010] 作為本發(fā)明方法的進一步改進：所述步驟2)中具體采用閉環(huán)控制調(diào)節(jié)敏感芯體 所在區(qū)域的溫度，所述閉環(huán)控制調(diào)節(jié)的具體步驟為：實時獲取所述測溫組件輸出的測量溫 度值，并計算所述測量溫度值與溫度目標值之間的差值，根據(jù)所述差值進行控制調(diào)節(jié)。
[0011] 作為本發(fā)明方法的進一步改進：所述步驟2)中具體通過調(diào)節(jié)布置在敏感芯體所 在區(qū)域內(nèi)的加熱制冷組件的輸出功率，調(diào)節(jié)敏感芯體所在區(qū)域的溫度。
[0012] 作為本發(fā)明方法的進一步改進，所述步驟3)中對溫度目標值進行修正具體為：根 據(jù)當前環(huán)境溫度獲取對應(yīng)的測量溫差值，并以所述測量溫差值作為修正值對溫度目標值進 行修正，所述測量溫差值為測溫組件所在測溫點與敏感芯體間的溫差值。
[0013] 作為本發(fā)明方法的進一步改進：根據(jù)預(yù)先建立的環(huán)境溫度與測量溫差值之間的關(guān) 系獲取所述當前環(huán)境溫度對應(yīng)的測量溫度差值。
[0014] 作為本發(fā)明方法的進一步改進，所述環(huán)境溫度與測量溫差值之間的關(guān)系的建立步 驟為：分別獲取不同環(huán)境溫度下所述測溫組件輸出的測量溫度值、敏感芯體的溫度值，計算 不同環(huán)境溫度下的所述測量溫差值；由不同環(huán)境溫度下的所述測量溫差值建立環(huán)境溫度與 測量溫差值之間的關(guān)系。
[0015] 作為本發(fā)明方法的進一步改進：所述不同環(huán)境溫度下的所述測量溫差值，具體采 用函數(shù)擬合或分段線性插值建立環(huán)境溫度與測量溫差值之間的關(guān)系。
[0016] -種用于氣體傳感器的精準恒溫控制裝置，包括溫度控制模塊、以及分別與所述 溫度控制模塊連接的用于實時檢測氣體傳感器內(nèi)環(huán)境溫度的環(huán)境溫度測量組件、布置在氣 體傳感器的敏感芯體所在區(qū)域內(nèi)的測溫組件，所述溫度控制模塊包括控制執(zhí)行單元以及溫 度修正單元，所述控制執(zhí)行單元根據(jù)所述測溫組件輸出的測量溫度值控制調(diào)節(jié)敏感芯體所 在區(qū)域的溫度，直至恒定達到溫度目標值；所述溫度修正單元用于在所述控制執(zhí)行單元執(zhí) 行達到預(yù)設(shè)溫度值的溫度目標值時，根據(jù)所述環(huán)境溫度測量組件檢測到的環(huán)境溫度對溫度 目標值進行修正，輸出至所述控制執(zhí)行單元。
[0017] 作為本發(fā)明裝置的進一步改進：還包括布置在氣體傳感器的敏感芯體所在區(qū)域內(nèi) 的加熱制冷組件，所述加熱制冷組件與所述溫度控制模塊連接，所述加熱制冷組件在所述 溫度控制模塊的控制下調(diào)節(jié)輸出功率。
[0018] 作為本發(fā)明裝置的進一步改進：所述測溫組件、加熱制冷組件采用一體化的薄膜 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0020] 1)本發(fā)明用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法及裝置，通過布置測溫組件測量氣 體傳感器中敏感芯體所在區(qū)域溫度，基于測溫組件的測量溫度值對氣體傳感器進行恒溫預(yù) 控制，恒定達到預(yù)設(shè)溫度值的穩(wěn)定狀態(tài)時，再根據(jù)實時環(huán)境溫度對溫度目標值進行修正，以 基于環(huán)境溫度補償溫度控制點，從而能夠減小環(huán)境溫度變化引起的控制點溫度偏移，實現(xiàn) 不同環(huán)境溫度下敏感芯體溫度的精準控制；
[0021] 2)本發(fā)明用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法及裝置，進一步根據(jù)環(huán)境溫度獲取 對應(yīng)的測量溫差值，即測溫組件所在測溫點與敏感芯體間的溫差值，并以測量溫差值作為 修正值對溫度目標值進行修正，從而能夠結(jié)合環(huán)境溫度能夠有效補償測溫點與敏感芯體間 的溫差值，使得能夠精準的控制氣體傳感器中敏感芯體的保持恒定；
[0022] 3)本發(fā)明用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法及裝置，進一步采用閉環(huán)控制調(diào)節(jié) 敏感芯體所在區(qū)域的溫度，以基于閉環(huán)控制調(diào)節(jié)精準的控制測溫點的溫度，從而保證環(huán)境 溫度不變時測溫點溫度的恒定；
[0023] 4)本發(fā)明用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法及裝置，進一步通過建立環(huán)境溫度 與測量溫差值之間的關(guān)系，可以獲得各環(huán)境溫度下的測量溫差值，從而根據(jù)當前環(huán)境溫度 值即可獲取對應(yīng)的測量溫差值以對溫度目標值進行修正，使得氣體傳感器中環(huán)境溫度改變 時仍然能夠?qū)崿F(xiàn)精準控制。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本實施例用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法的實現(xiàn)流程示意圖。
[0025] 圖2是本實施例用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法的實現(xiàn)原理示意圖。
[0026] 圖3是本實施例精準恒溫控制方法所采用的恒溫控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖4是本實施例恒溫控制裝置執(zhí)行恒溫預(yù)控制的實現(xiàn)原理示意圖。
[0028] 圖5是本實施例恒溫控制裝置執(zhí)行恒溫控制的實現(xiàn)原理示意圖。
[0029] 圖例說明：1、敏感芯體；2、溫度控制模塊；3、環(huán)境溫度測量組件；4、測溫組件；5、 加熱制冷組件。
【具體實施方式】
[0030] 以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而 限制本發(fā)明的保護范圍。
[0031] 如圖1所示，本實施例用于氣體傳感器的精準恒溫控制方法，步驟包括：
[0032] 1)在氣體傳感器的敏感芯體所在區(qū)域內(nèi)布置測溫組件；啟動控制，以預(yù)設(shè)溫度值 作為溫度目標值，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟2);
[0033] 2)根據(jù)測溫組件輸出的測量溫度值控制調(diào)節(jié)敏感芯體所在區(qū)域的溫度，直至恒定 達到溫度目標值，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟3);
[0034] 3)實時檢測氣體傳感器所處的當前環(huán)境溫度，并根據(jù)檢測到的當前環(huán)境溫度對溫 度目標值進行修正，返回執(zhí)行步驟2)，直至退出控制。
[0035] 氣體傳感器中敏感芯體具有隨溫度變化的溫度特性（類似鉑電阻），因而實際所 獲得的氣體化學響應(yīng)特性還疊加有敏感芯體的溫度特性，本實施例通過對氣體傳感器的敏 感芯體進行恒溫控制，以固定敏感芯體的溫度，可以消除敏感芯體的溫度特性影響，從而獲 得精準的氣體傳感器特性。
[0036] 本實施例通過布置測溫組件測量氣體傳感器中敏感芯體所在區(qū)域溫度，基于測溫 組件的測量溫度值對氣體傳感器進行恒溫預(yù)控制，直至恒定達到預(yù)設(shè)溫度值的穩(wěn)定狀態(tài) 時，再根據(jù)實時環(huán)境溫度對溫度目標值進行修正，以基于環(huán)境溫度補償溫度控制點，從而能 夠減小環(huán)境溫度變化引起的控制點溫度偏移，實現(xiàn)不同環(huán)境溫度下敏感芯體溫度的精準控 制。
[0037] 本實施例在氣體傳感器中，測溫組件與敏感芯體具體采用基于一體化薄膜技術(shù)的 敏感探頭，測溫組件與敏感芯體緊密耦合，使得測溫組件的測量區(qū)域與敏感芯體之間的溫 差較小，測溫組件具體可以采用標準測溫鉑電阻或者一體化封裝的感溫電阻。
[0038] 本實施例中，步驟2)中具體采用閉環(huán)控制調(diào)節(jié)敏感芯體所在區(qū)域的溫度，閉環(huán)控 制調(diào)節(jié)的具體步驟為：實時獲取測溫組件輸出的測量溫度值，并計算測量溫度值與溫度目 標值之間的差值，根據(jù)差值控制調(diào)節(jié)敏感芯體所在區(qū)域的溫度?；陂]環(huán)控制調(diào)節(jié)可以精 準的控制測溫點的溫度，從而保證環(huán)境溫度不變時測溫點溫度的恒定。
[0039] 本實施例中，步驟2)中具體通過調(diào)節(jié)布置在敏感芯體所在區(qū)域內(nèi)的加熱制冷組 件的輸出功率，調(diào)節(jié)敏感芯體所在區(qū)域的溫度。
[0040] 本實施例中，步驟3)中對溫度目標值進行修正具體為：根據(jù)當前環(huán)境溫度獲取對 應(yīng)的測量溫差值，并以測量溫差值作為修正值對溫度目標值進行修正，測量溫差值為測溫 組件所在測溫點與敏感芯體間的溫差值。由于在氣體傳感器中，特別是采用一體化薄膜技 術(shù)的氣體傳感器中，測量組件所在的測溫點與敏感芯體所在的控制點的溫度存在溫差且與 隨著環(huán)境溫度變化會發(fā)生偏移，本實施例在閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，實時根據(jù)環(huán)境溫度對溫度 目標值進行修正，以環(huán)境溫度對應(yīng)的溫差值作為修正值，從而能夠結(jié)合環(huán)境溫度有效補償 測溫點與敏感芯體間的溫差值，使得能夠精準的控制氣體傳感器中敏感芯體的保持恒定。
[0041] 本實施例中，根據(jù)預(yù)先建立的環(huán)境溫度與測量溫差值之間的關(guān)系獲取當前環(huán)境溫 度對應(yīng)的測量溫度差值。測溫點與控制點之間的溫差會隨環(huán)境溫度改變，本實施例通過學 習環(huán)境溫度與測量溫差值之間的關(guān)系，可以獲得各環(huán)境溫度