【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及氣體傳感元件，尤其涉及一種電阻型氣體傳感元件的電阻測量系統及方法。
技術介紹
1、電阻型氣體傳感元件(簡稱氣敏元件)是一種氣體傳感元件，當環境中的目標氣體分子與氣體傳感元件發生交互作用時，氣體傳感元件的自身電阻發生顯著變化，這種變化的變化程度，是對環境中該目標氣體分子數量和富集程度(濃度)的一種度量，通過定量檢測電阻的變化實現對氣體濃度的測量。電阻型氣體傳感元件一般是基于mems工藝制造的，主要由襯底、電極和氣敏材料薄層所組成，在常溫潔凈空氣條件下，其導電性主要由氣敏材料薄層決定。對于導電性較好的氣體傳感元件，其自身溫度受工作電流的影響較大，因此在檢測其電阻時，為了不影響氣體傳感元件本身的檢測精度，必須將其工作電流限制在非常低的水平，以確保氣體傳感元件自身耗散的功耗，不會造成其溫度的顯著升高。
2、其中，一類導電性較好的氣體傳感元件，在常規狀態(初始狀態)下的電阻較小(例如幾十歐姆)，隨著環境的變化其電阻能夠大幅增高(例如幾十千歐姆)。現有技術中，為了實現對該類氣體傳感元件的微小電阻的測量，一種方式是分壓式測量，將一個或多個確定阻值的匹配電阻與氣體傳感元件串聯，通過測量分壓，計算氣體傳感元件的電阻；另一種方式是電流源串聯式測量，通過電流源產生確定的電流并流過氣體傳感元件，然后直接測量氣體傳感元件兩端的電壓，通過電壓電流關系直接計算氣體傳感元件的電阻。但是這兩種方式均存在一定的缺陷，導致電阻測量的精度較低。具體來說，分壓測量的方式需要分壓電阻和氣體傳感元件的電阻相近，否則將明顯降低電壓采樣的精度，但當氣體
技術實現思路
1、鑒于上述的分析，本專利技術實施例旨在提供一種電阻型氣體傳感元件的電阻測量系統及方法，用以解決現有技術中被測氣體傳感元件的電阻大幅變化時的測量精度較低的技術問題。
2、一方面，本專利技術實施例提供了一種電阻型氣體傳感元件的電阻測量系統，所述系統包括：基準電壓產生電路和電壓反饋式電流源電路，
3、基準電壓產生電路，用于產生恒定的精密電壓；
4、電壓反饋式電流源電路包括：外部直流電源、第一運算放大器、第一mos管、電流反饋電阻和電壓放大器，
5、所述外部直流電源、第一mos管的源極和漏極、所述電流反饋電阻與所述待測氣體傳感元件依次串聯組成回路，所述第一運算放大器的輸出端與所述第一mos管的柵極相連，所述基準電壓產生電路產生的恒定的精密電壓輸入所述第一運算放大器的一個輸入端，所述電壓放大器的兩個輸入端連接在所述電流反饋電阻的兩端，所述電壓放大器的輸出端與所述第一運算放大器的另一個輸入端相連，
6、其中，測量所述待測氣體傳感元件的電阻時，通過設置電壓放大器的差模增益使流經待測氣體傳感元件的電流為恒定的精密電流。
7、基于上述系統的進一步改進，所述精密電流為微毫安級電流。
8、基于上述系統的進一步改進，所述第一mos管為n-mos管或p-mos管。
9、基于上述系統的進一步改進，所述第一運算放大器的輸出端與所述第一mos管的柵極之間設置有限流電阻。
10、基于上述系統的進一步改進，所述基準電壓產生電路包括：外部直流電源、基準電壓源、第二運算放大器、第二mos管，
11、外部直流電源分別與第二mos管的漏極和基準電壓源的輸入端相連，基準電壓源的輸出端與第二運算放大器的一個輸入端相連，第二運算放大器的輸出端與所述第二mos管的柵極相連，第二mos管的源極與第二運算放大器的另一輸入端相連；
12、其中，將所述第二mos管的柵極的電壓輸出以作為所述基準電壓產生電路產生的恒定的精密電壓。
13、基于上述系統的進一步改進，所述第二mos管為n-mos管或p-mos管。
14、基于上述系統的進一步改進，所述系統還包括：多個放大系數不同的電壓比例放大模塊，
15、各所述電壓比例放大系統的輸入端分別與所述待測氣體傳感元件兩端相連，從而使所述待測氣體傳感元件兩端的電壓經過不同的放大系數放大后輸出。
16、基于上述系統的進一步改進，所述電壓比例放大模塊包括儀表放大器或電流鏡。
17、另一方面，本專利技術實施例提供一種電阻型氣體傳感元件的電阻測量方法，所述方法包括：
18、構造用于產生恒定的精密電壓的基準電壓產生電路；
19、構造電壓反饋式電流源電路：將所述外部直流電源、第一mos管的源極和漏極、所述電流反饋電阻與所述待測氣體傳感元件依次串聯組成回路，將所述第一運算放大器的輸出端與所述第一mos管的柵極相連，將所述基準電壓產生電路產生的恒定的精密電壓輸入所述第一運算放大器的一個輸入端，將所述電壓放大器的兩個輸入端連接在所述電流反饋電阻的兩端，所述電壓放大器的輸出端與所述第一運算放大器的另一個輸入端相連；
20、測量所述待測氣體傳感元件的兩側的電壓：通過設置電壓放大器的差模增益使流經待測氣體傳感元件的電流為恒定的精密電流，然后，采集待測氣體傳感元件兩端的電壓；
21、計算待測氣體傳感元件的電阻值：根據采集到的待測氣體傳感元件兩端的電壓計算待測氣體傳感元件的電阻值。
22、基于上述方法的進一步改進，待測氣體傳感元件的電阻值根據以下公式計算：
23、rsensor＝vsensor/ig；
24、ig＝vref/(g×rg)；
25、式中，rsensor為待測氣體傳感元件的電阻值，vsensor為待測氣體傳感元件的兩端的電壓，ig為流經待測氣體傳感元件的電流，vref為基準電壓產生電路產生的恒定的精密電壓，g為電壓放大器的差模增益，rg為電流反饋電阻的電阻值。
26、與現有技術相比，本專利技術至少可實現如下有益效果之一：
27、1、本專利技術的電壓反饋式電流源電路中，通過第一運算放大器與第一mos管的配合，形成第一運算放大器的正反相輸入端電壓的負反饋，通過調整電壓放大器的差模增益，能夠使第一運算放大器的兩個輸入端的電壓趨于相等，即電壓放大器輸出的電壓等于基準電壓產生電路產生的恒定的精密電壓，同時，電壓放大器輸出的電壓為放大后的電流反饋電阻本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種電阻型氣體傳感元件的電阻測量系統，其特征在于，所述系統包括：基準電壓產生電路和電壓反饋式電流源電路，
2.根據權利要求1所述的電阻測量系統，其特征在于，所述精密電流為微毫安級電流。
3.根據權利要求1或2所述的電阻測量系統，其特征在于，所述第一MOS管為N-MOS管或P-MOS管。
4.根據權利要求1或2所述的電阻測量系統，其特征在于，所述第一運算放大器的輸出端與所述第一MOS管的柵極之間設置有限流電阻。
5.根據權利要求1或2所述的電阻測量系統，其特征在于，所述基準電壓產生電路包括：外部直流電源、基準電壓源、第二運算放大器、第二MOS管，
6.根據權利要求5所述的電阻測量系統，其特征在于，所述第二MOS管為N-MOS管或P-MOS管。
7.根據權利要求1或2所述的電阻測量系統，其特征在于，所述系統還包括：多個放大系數不同的電壓比例放大模塊，
8.根據權利要求1或2所述的電阻測量系統，其特征在于，所述電壓比例放大模塊包括儀表放大器或電流鏡。
9.一種電阻型氣體傳感元件的電阻測量
10.根據權利要求9所述的電阻測量方法，其特征在于，待測氣體傳感元件的電阻值根據以下公式計算：
...【技術特征摘要】
1.一種電阻型氣體傳感元件的電阻測量系統，其特征在于，所述系統包括：基準電壓產生電路和電壓反饋式電流源電路，
2.根據權利要求1所述的電阻測量系統，其特征在于，所述精密電流為微毫安級電流。
3.根據權利要求1或2所述的電阻測量系統，其特征在于，所述第一mos管為n-mos管或p-mos管。
4.根據權利要求1或2所述的電阻測量系統，其特征在于，所述第一運算放大器的輸出端與所述第一mos管的柵極之間設置有限流電阻。
5.根據權利要求1或2所述的電阻測量系統，其特征在于，所述基準電壓產生電路包括：外部直流電源、基準電壓...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉宇航，彭渤，汪震海，王俊明，臧金良，許諾，
申請(專利權)人：北京機械設備研究所，
類型：發明
國別省市：
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