CN100443892C - 用于补偿输出误差的气体浓度测量设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于机动车引擎的空气燃料混合比控制的气体浓度测量设备，所述气体浓度测量设备用于使用第一和第二传感器信号，在处于宽和窄范围中的不同分辨率，确定氧气浓度，所述第一和第二传感器信号被第一和第二运算放大器以不同的放大因子放大。所述设备在不同的氧气浓度采样第一传感器信号的值，以发现第一运算放大器的输出特性误差，并且确定实际的氧气浓度，以使用第一运算放大器的输出特性误差和实际氧气浓度来计算第二运算放大器的输出特性误差。这就使得可以校正所述第一和第二传感器信号的值，以便补偿所述第一和第二运算放大器的输出特性。

Description

用于补偿输出误差的气体浓度测量设备

相关文件的交叉引用

本发明要求2004年6月28日提交的日本专利申请No.2004-190188的优先权，将该申请的公开包括在此作为参考。

技术领域

本发明的技术领域一般涉及可被用于测量机动车引擎排放的废气中的预选成分(例如氧气)的浓度的气体浓度测量设备，并且特别涉及用于为补偿输出误差而校正气体传感器的输出的气体浓度测量设备，其中所述输出误差由设备的个体变化而引起。

背景技术

限制电流空气燃料(A/F)混和比传感器(也被称为A/F传感器或者Lambda传感器)是为人所知的，其用于测量包含在机动车辆引擎所排放的废气中的氧气(O₂)的浓度，以确定供应给引擎的混合物的空气燃料比。一个典型的A/F传感器包括由固体电解质主体以及一对附加在固体电解质主体上的电极构成的传感器元件。通过以下方式来实现对氧气浓度的测量：通过电极将电压施加到固体电解质主体，以产生穿过传感器元件的电流，该电流是氧气浓度的函数，并且采样电流以确定A/F混和比。

近些年来，在广大范围中都存在测量供应给引擎的混合物的A/F混和比的要求。例如，需要测量处于从充足到极度贫乏的比率范围中的A/F混和比，所述极度贫乏的比率与大气中氧气的浓度相等。为了提高在按化学计量(stoichiometry)配比附近的A/F混和比反馈控制的正确性，还需要提高测量按化学计量配比附近的A/F混合比的分辨率。例如，日本专利No.3487159(U.S.P No.5,980,710)披露了一种A/F混合比测量***，用于在处于两个浓度范围中的不同分辨率，以两个不同的放大因子放大A/F传感器的输出，以确定供应给引擎的混合物的A/F混合比，其中所述两个范围分别是：11至等同于大气的宽范围和12至22的窄范围。

通常，A/F传感器或者传感器控制电路，在电路特性方面具有个体变化，这将导致测量A/F混合比的正确性的降低。此外，A/F混合比测量***，如同上述公开中披露的***，用于以不同的放大因子放大传感器输出，以确定在宽范围和窄范围内的A/F混合比，这种A/F混合比测量***会遇到下述问题，由于电阻和/或运算放大器的个体变化，将使宽范围和窄范围间的测量误差不同，因此在校正A/F混合比时，将增大误差，这将导致对供应给引擎的混合物的A/F混合比的控制的准确性降低。

发明内容

因此，本发明的一个主要目标是消除现有技术的缺陷。

本发明的另一个目标是提供一种气体浓度测量设备，所述气体浓度测量设备用于发现不同测量范围内的气体浓度信号的误差，并且为了提高设备中的测量的准确性，补偿该误差。

根据本发明的一个方面，提供了一种气体浓度测量设备，所述设备可以被用来确定供应给汽车引擎的混合物的空气燃料混合比，用于对引擎的燃烧控制。所述气体浓度测量设备用于采样气体浓度传感器的输出，所述气体浓度传感器包括由固体电解质主体构成的传感器元件，所述固体电解质主体产生作为特定气体成分浓度的函数的电流，所述气体浓度测量设备包括：(a)第一信号输出电路，用于输出作为由传感器元件产生的电流的函数的第一传感器信号，该信号用于确定在第一气体浓度范围中的特定气体成分的浓度；(b)第二信号输出电路，用于输出作为电流的函数的第二传感器信号，该信号用于确定在第二气体浓度范围中的特定气体成分的浓度，所述第二气体浓度范围不同于所述第一气体浓度范围；以及(c)气体浓度确定电路，该电路对第一和第二传感器信号进行采样，以确定在第一和第二气体浓度范围中的特定气体成分的浓度。气体浓度确定电路分析第一传感器信号的值，以确定第一输出特性误差，该误差是实际输出特性和第一信号输出电路的确定的参考输出特性之间的差别，当气体成分处于第二气体浓度范围内时，采样第一传感器信号和第二传感器信号的值，使用由第一传感器信号的采样值指明的气体成分浓度和第一输出特性误差来计算气体成分的实际浓度，确定紧接着气体成分实际浓度的计算而采样的第二传感器信号的值与第二信号输出电路的确定的参考输出特性的相应值之间的差别，作为第二信号输出电路的第二输出特性误差。

在本发明的优选模式中，气体浓度确定电路在气体成分的两个不同的浓度，采样第一传感器信号的值，并且确定两个输出误差，这两个输出误差是第一传感器信号的采样值与第一信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值。气体浓度确定电路使用已确定的两个输出误差计算在第二气体浓度范围内的气体成分实际浓度。

气体浓度确定电路对第一传感器信号的两个输出误差执行插值运算，以确定在第二气体浓度范围内的特定气体成分的实际浓度。

气体成分可以是氧气。在该情况下，第一气体浓度范围在0％的氧气浓度与等同于空气的浓度(即，与大气中氧气浓度相等的浓度)之间。气体浓度确定电路在0％氧气浓度和等同于空气的浓度中采样第一传感器信号的值，以确定两个输出误差。

气体浓度测量设备还包括传感器控制电路和开关电路。传感器控制电路包括第一和第二信号输出电路，并且传感器控制电路将电压施加到传感器元件，以产生穿过传感器元件的电流的流动。传感器控制电路在第一模式中运行以采样第一和第二传感器信号，所述第一和第二传感器信号用于确定在第一和第二气体浓度范围中的氧气浓度，并且在第二模式中运行，以产生参考传感器信号，该参考传感器信号是第一传感器信号的值并且指明了0％的氧气浓度。当要求时，开关在传感器控制电路的第一和第二模式之间切换。

气体浓度确定电路在0％的氧气浓度采样第二传感器信号的值，并且确定一个输出误差，该误差是第二传感器信号的采样值与第二信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，并确定一个输出误差，该误差是紧接着氧气实际浓度的计算而采样的第二传感器信号的值与第二信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值。该设备还包括校正电路，用于校正第二信号输出的采样值，以便补偿第二传感器信号的输出误差。

气体浓度确定电路用于在两个处于第二气体浓度范围内的气体成分浓度采样第一传感器信号的值，以使用第一输出特性误差来确定所述气体成分的两个实际浓度。气体浓度确定电路确定两个输出误差，它们是第一传感器信号的采样值与第一信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，气体浓度确定电路还使用所述两个输出误差计算第二输出特性误差。校正电路用于校正第二信号输出的采样值，以便补偿第二输出特性误差。

第一信号输出电路用于以第一放大因子来放大其中的输入，以输出第一传感器信号，所述输入是由传感器元件产生的电流的函数。第二信号输出电路用于以不同于第一放大因子的第二放大因子来放大其输入，以输出第二传感器信号，所述输入是由传感器元件产生的电流的函数。

第一放大因子小于第二放大因子。

根据本发明的第二方面，提供了气体浓度测量设备，用于采样气体浓度传感器的输出，所述气体浓度传感器包括由固体电解质主体构成的传感器元件，所述固体电解质主体产生作为内燃机废气的氧气浓度的函数的电流。气体浓度测量设备包括：(a)第一信号输出电路，用于输出作为电流的函数的第一传感器信号，该信号用于确定在宽浓度范围中的氧气浓度，所述宽浓度范围包括等同于0％氧气浓度的按化学计量配比氧气浓度，以及等同于空气的浓度，该浓度相当于大气的氧气浓度；(b)第二信号输出电路，用于输出作为电流的函数的第二传感器信号，该信号用于确定在窄浓度范围内的氧气浓度，所述窄浓度范围包括按化学计量配比氧气浓度，并且不包括等同于空气的浓度；以及(c)气体浓度确定电路，该电路对第一和第二传感器信号进行采样，以确定在第一和第二气体浓度范围内的氧气浓度。气体浓度确定电路在按化学计量配比氧气浓度和等同于空气的浓度采样第一传感器信号的值，气体浓度确定电路确定两个输出误差，它们是第一传感器信号的采样值与第一信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，所述两个输出误差作为第一信号输出电路的第一输出特性误差；当氧气浓度处于第二气体浓度范围中时，气体浓度确定电路采样第一传感器信号和第二传感器信号的值；气体浓度确定电路使用由第一传感器信号的采样值指明的氧气浓度和第一信号输出电路的第一输出特性误差来计算氧气的实际浓度；气体浓度确定电路确定在紧接着氧气的实际浓度的计算而采样的第二传感器信号的值与第二信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，将该确定的差值作为第二信号输出电路的第二输出特性误差。

在本发明的优选模式中，气体浓度测量设备还包括传感器控制电路和开关电路。传感器控制电路包括第一和第二信号输出电路，并且将电压施加到传感器元件上以产生穿过传感器元件的电流的流动。传感器控制电路在第一模式中运行以采样第一和第二传感器信号，所述第一和第二传感器信号用于确定在第一和第二气体浓度范围内的氧气浓度，并且该控制电路在第二模式中运行，以产生参考传感器信号，该参考传感器信号是第一传感器信号的值并且指明了0％的氧气浓度。当要求时，开关电路在传感器控制电路的第一和第二模式之间进行切换。

气体浓度确定电路在0％的氧气浓度采样第二传感器信号的值，并且确定一个输出误差，该误差是第二传感器信号的采样值与第二信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，并确定一个输出误差，该误差是紧接着实际氧气浓度的计算而采样的第二传感器信号的值与第二信号输出电路的确定参考输出特性的对应值之间的差值。该设备还包括校正电路，用于校正第二信号输出的采样值，以便补偿第二传感器信号的输出误差。

气体浓度确定电路用于在两个处于第二气体浓度范围内的氧气浓度中采样第一传感器信号的值，以使用第一输出特性误差来确定两个实际氧气浓度。气体浓度确定电路确定两个输出误差，它们是第一传感器信号的采样值与第一信号输出电路的确定参考输出特性的对应值之间的差别，气体浓度确定电路还使用两个输出误差计算第二输出特性误差。校正电路用于校正第二信号输出的采样值，以便补偿第二输出特性误差。

第一信号输出电路用于以第一放大因子来放大其中的输入，以输出第一传感器信号，所述输入是由传感器元件产生的电流的函数。第二信号输出电路用于以不同于第一放大因子的第二放大因子来放大其中的输入，以输出第二传感器信号，所述输入是由传感器元件产生的电流的函数。

第一放大因子小于第二放大因子。

附图说明

通过下面给出的详细描述和本发明优选实施例的附图，本发明将被更充分地理解，然而，所述描述及附图不是用来将本发明限制到具体实施例的，而是用于说明和理解的目的。

在附图中：

图1是示出根据本发明第一实施例的气体浓度测量设备的电结构的电路图；

图2是示出用于如图1中所说明的气体浓度测量设备的传感器元件的横截面图；

图3示出了应用的电压到输出的电流映射的例子，所述映射用于确定将被应用到图2中说明的传感器元件上的目标电压；

图4(a)是说明了运算放大器的输出的偏移误差和增益误差的图示，所述偏移误差用于确定在宽测量范围内的空气燃料混合比；

图4(b)是说明了运算放大器的输出的偏移误差和增益误差的图示，所述偏移误差用于确定在窄测量范围内的空气燃料混合比；

图5是表示实际输出特性与运算放大器的参考输出特性之间相互关系的图示，所述偏移误差用于确定处于宽和窄测量范围内的空气燃料混合比；

图6是将在图1所示的气体浓度测量设备中被执行的程序的流程图，运行该程序以确定运算放大器的输出的偏移误差，所述偏移误差用于确定处于宽和窄测量范围内的空气燃料混合比；

图7是用于确定运算放大器的输出的增益误差的程序的流程图，所述增益误差用于确定处于宽测量范围内的空气燃料混合比；

图8是用于当引擎的尾气具有任意浓度的氧气时，确定运算放大器的输出的误差的程序的流程图，所述误差用于确定处于窄测量范围中的空气燃料混合比；

图9是示出根据本发明第二实施例的气体浓度测量设备的传感器元件的横截面图；

图10是示出连接到图9的传感器元件上的传感器控制电路的电路图；

图11是示出图10的传感器控制电路的修改的电路图；以及

图12是示出可被用于每个实施例的气体浓度测量设备的传感器元件的修改形式的横截面图。

发明详述

参考附图，其中，在多个视图中，相同的附图标记表示相同的部分，尤其对于图1，示出了气体浓度测量设备，用于测量包含在汽车引擎废气中的氧气(O₂)的浓度，该浓度对应于供应给引擎的混合物的空气燃料混合比(AFR)。测量的浓度用于由引擎电路控制单元(ECU)实现的空气燃料混合比控制***。空气燃料混合比控制***执行按化学计量配比燃烧控制，以在反馈控制和贫燃(lean burn)控制之下，在按化学计量配比空气燃料混合比附近调节混合物的空气燃料混合比，以在反馈控制之下将空气燃料混合比控制在特定的贫燃范围内。

气体浓度测量设备包括微型计算机20，传感器控制电路30，以及氧气传感器(在以下被称为空气燃料(A/F)传感器)，所述空气燃料传感器产生作为被引入气室的废气的氧气浓度的函数的电流信号，所述气室在A/F传感器中形成。

如图2所说明，A/F传感器包括具有分层结构的叠置传感器元件10。传感器元件10具有的长度垂直于图2的绘图表面延伸，并且在实际中，传感器元件10被置于传感器外罩和保护罩之中。A/F传感器被安装在引擎的排气管中。例如，被转让给本发明相同受让人的EPO 987 546 A2，详细讲解了这种类型的气体传感器的结构和运行控制，其公开包括在此作为参考。

传感器元件10由固体电解质层11、扩散阻力层(diffusionresistance)12、屏蔽层13以及绝缘层14构成，如图所示，这些层被垂直层叠或者堆积。传感器元件10被保护层(未示出)包围。固体电解质层11由长方形的部分稳定氧化锆板构成，并且具有上和下电极15和16，所述电极被附加在相对的表面。电极15和16由例如铂(Pt)构成。扩散阻力层12由允许废气流向电极15的孔板构成。屏蔽层13由限制废气通过的密板构成。使用由陶瓷(例如氧化铝或氧化锆)构成的平板分别形成层12和层13，它们具有彼此不同的平均气孔率或者气体渗透性。

绝缘层14由例如氧化铝或氧化锆的陶瓷构成，并且在其中形成了通风道17，电极16被暴露在通风道。绝缘层14具有嵌入其中的加热器18。加热器18由加热金属丝构成，由安装在车辆中的蓄电池向加热金属丝供电，以产生热量，将整个传感器元件10加热到期望的激活温度。在下面的讨论中，电极15也被称为扩散阻力层侧电极，电极16也被称为大气侧电极。大气侧电极16被连接到电源的正(+)极，而扩散阻力层侧电极15被连接到电源的负(-)极。

废气流入引擎的排气管，传感器元件10暴露于所述排气管中，废气进入并穿过扩散阻力层12的侧面并且到达扩散阻力层侧电极15。当废气处于燃料贫乏状态(氧气较多)时，通过在电极15和16之间施加电压，将包含在废气中的氧气分子分解或者电离，以便经由固体电解质层11和电极16将它们排放到通风道17。这将引起正电流从大气侧电极16流向扩散阻力层侧电极15。或者，当废气处于燃料充足状态(氧气较少)时，通过电极16将包含在通风道17中的空气中的氧气分子电离，以便经由固体电解质层11和电极15将它们排放到排气管，并且与废气中的未燃烧成分(例如HC或CO)进行催化反应。这将引起负电流从扩散阻力层侧电极15流向大气侧电极16。在该技术中的A/F传感器的操作是为人所熟知的，因此在此省略对其的详细说明。

图3示出了A/F传感器的典型的电压到电流的关系(即，V-I特性)。与横坐标轴(即，V轴)平行延伸的V-I曲线的直线部分指明了限制电流的范围，在该范围中，传感器元件10产生作为燃料混合比(即，充足或贫乏)的函数的电流Ip(即，限制电流)。具体地，随着空气燃料混合比转变到贫乏侧，由传感器元件10产生的电流Ip增大，而随着空气燃料混合比转变到充足侧，所述电流Ip减小。以下，电流Ip也将被称为传感器元件电流。

电压低于限制电流范围的V-I曲线的部分表示阻力依赖范围。V-I曲线的第一段的倾斜度依赖于传感器元件10的dc内部阻抗Ri。dc内部阻抗Ri随着传感器元件10的温度的变化而变化。具体地，它随着传感器元件10的温度的下降而增大，因此，在阻抗依赖范围中的V-I曲线的第一段的倾斜度是减小的。或者，当传感器元件10的温度上升时，它将导致dc内部阻抗Ri下降，因此V-I曲线的第一段的倾斜度是增大的。直线RG指明将被施加到传感器元件10上(即，电极15和16上)的目标电压Vp。

返回参照图1，如上所述的气体浓度测量设备包括传感器控制电路30和微型计算机20，并且所述气体浓度测量设备控制A/F传感器的运行，以确定供应给引擎的混合物的空气燃料混合比，并且计算传感器元件10的阻抗Zac(以下，也将被称为传感器元件阻抗)。

微型计算机20由公知的构成CPU的算术逻辑单元、存储器、A/D转换器、以及I/O端口构成，并且经由A/D转换器采样由传感器控制电路产生的模拟传感器信号，以确定A/F混合比和传感器元件阻抗Zac。由微型计算机20确定的A/F混合比被输出到引擎ECU(未示出)，用于空气燃料混合比反馈控制。

传感器控制电路30通过正极(+)和负极(-)与传感器元件10连接。正极通向传感器元件10的大气侧电极16，而负极通向扩散阻力层侧电极15。传感器控制电路30还包括运算放大器31和34、电流测量电阻32、参考电压源33、开关35、以及电压施加控制电路36。传感器元件10的正极还通过电流测量电阻32和运算放大器31与参考电压源33相连。负极还通过运算放大器34和开关35与电压施加控制电路36相连。在电流测量电阻32的末端与传感器元件10的正极的接合点A出现的电压保持在与参考电压源33的电压相同的电平(即，例如2.2V的参考电压Vf)。传感器元件电流Ip流过电流测量电阻32。出现在接合点B的电压随传感器元件电流Ip的变化而改变。当引擎的废气处于燃料贫乏状态时，即，废气由贫乏混合物的燃烧而产生，并且开关35处于断开状态或者被闭合，那么传感器元件电流Ip穿过传感器元件10从正极流向负极，所以在接合点B的电压升高。相反，当废气处于燃料充足状态时，那么传感器元件电流Ip穿过传感器元件10从负极流向正极，所以在接合点B的电压下降。

电压施加控制电路36监视接合点B的电压，并且确定将被施加到传感器元件10，作为被监视电压的函数的目标电压Vp，例如，通过使用图3中说明的目标应用电压直线RG来查找目标电压Vp。然后，电压施加控制电路36控制运算放大器34和开关35，以使接合点D的电压与目标电压Vp一致。如果仅需测量按化学计量配比附近的A/F混合比(即，传感器元件电流Ip)，那么电压施加控制电路36可以把将被应用到传感器元件10的电压保持在不变的电平。

传感器控制电路30还包括运算放大器37、38、以及39。参考电压源33连接运算放大器37。运算放大器38和39都作为具有特定放大因子的差分放大器来工作，运送放大器37的输出和接合点B的电压被输入到运算放大器38和39。具体地，运算放大器38和39放大参考电压Vf与接合点B的电压之间的差值，并且将其分别作为A/F输出电压AFO1和AFO2输出到微型计算机20。运算放大器38具有5倍的放大因子(5)，而运算放大器39具有15倍的放大因子(15)。

微型计算机20分析从运算放大器38输入的A/F输出电压AFO1，并确定在全AFR测量范围中的混合物的A/F混合比(例如，A/F＝11至空的空气燃料比(即，极其贫乏的A/F混合比))。微型计算机20还分析从运算放大器39输入的A/F输出电压AFO2，并确定在包括按化学计量配比A/F混合比的窄AFR测量范围内的混合物A/F混合比(例如，A/F＝11至12)。在下面的讨论中，输出电压AFO1和AFO2也将分别被称为AFR宽范围测量信号和按化学计量配比空气燃料混合比(AFR)测量信号。

运算放大器38和39中的每一个都可以相互替代地被设计为用以接收在接合点A和B出现的电压，以便放大参考电压Vf与接合点B的电压之间的差值。然而，这种配置的缺点在于，运算放大器38和39的反馈电流流过电流测量电阻32，这会导致在确定A/F混合比时出现误差。为了消除这一缺点，每个运算放大器38和39被设计为用以接收运算放大器37的输出和接合点B的电压，以使运算放大器37作为反馈电流吸收器来运行，以便维持确定A/F混合比时的可靠性。

微型计算机20经由A/D端口采样A/F输出电压AFO1和AFO2，并且确定供给引擎的混合物的A/F混合比的瞬时值，该瞬时值用于空气燃料混合比反馈控制。

微型计算机20还扫描被瞬时施加到传感器元件10的ac形式的电压，以使用流过传感器元件10的电流Ip的变化结果来确定传感器元件阻抗Zac(即，传感器元件10的内部阻抗)。具体地，当进入稍后将要描述的阻抗测量模式时，微型计算机20向电压施加控制电路36输出阻抗测量指令信号。然后，电压施加控制电路36将电压施加到传感器元件10并且以特定的电平(例如，0.2V)顺序地将电压(即，在接合点D的电压)改变为正的和负的。这引起了流过传感器元件10的传感器元件电流Ip的改变，因此导致在接合点B产生的电压的变化。微型计算机20监视接合点B的电压的变化，通过用电流测量电阻器32的电阻值除监视到的变化来计算电流的改变ΔI，并且通过用电流变化ΔI除应用到传感器元件10上的电压的变化ΔV，以确定传感器元件阻抗Zac(＝ΔV/ΔI)。或者可以通过向传感器元件10供电，对其以ac的形式扫描，并监视由传感器元件10提供的电流或电压的变化结果，来确定传感器元件阻抗Zac。在2003年6月17日出版的被转让给与本申请相同受让人的US6,578,563B2，讲解了如何确定传感器元件阻抗Zac，将其公开包括在此作为参考。

以预选的规则的时间间隔，执行对传感器元件阻抗Zac的确定。具体地，如上所述的微型计算机20，在特定的周期内，向电压施加控制电路36输出阻抗测量指令信号。微型计算机20还控制供应给加热器18的电量，以便将传感器元件阻抗Zac保持在特定的目标值，从而传感器元件10被保持在选定的温度，以维持期望的激活状态，在该状态，传感器元件10正确产生作为A/F混合比的函数的输出。

通常，A/F传感器和传感器控制电路30各自具有单独的变化或者单元到单元的特性变化，它们会导致A/F传感器的输出的正确性下降。图4(a)说明了运算放大器38的输出特性，所述特性使用在从按化学计量配比A/F混合比到空气燃料空混合比(即，就氧气的浓度而言为0％至20.9％)的全AFR测量范围中的氧气浓度的变化，来表示在AFR宽范围测量信号AFO1(即，运算放大器38的输出)中的变化。图4(b)说明了运算放大器39的输出特性，所述特性使用在从化学计量配比A/F混合比到22的A/F混合比(即，就氧气的浓度而言为0％至6.9％)的窄AFR测量范围中的氧气浓度的变化，来表示在化学计量AFR测量信号AFO2(即，运算放大器39的输出)中的变化。在图4(a)中，实线指明由一组AFR宽范围测量信号AFO1的参考值定义的参考输出特性，所述参考值将由运算放大器38产生，并且指明在废气中的氧气的恰当浓度。虚线指明由一组AFR宽范围测量信号AFO1的实际所达到的值定义的实际输出特性。已经注意到，在AFR宽范围测量信号AFO1的参考值和实际达到的值之间的差值是由两种误差而产生：偏移误差和增益误差。偏移误差是AFR宽范围测量信号AFO1关于零值(0)的变动，当引擎的废气处于某种大气中时出现所述变动，在所述大气中，供应给引擎的混合物的A/F混合比是按化学计量配比。增益误差是虚线偏离实线的倾斜度的变动，即，在AFR宽范围测量信号AFO1的实际达到值和参考值之间的变化率的差值。对于图4(b)中的按化学计量配比AFR测量信号AFO2也是相同的。

AFR宽范围测量信号AFO1和按化学计量配比AFR测量信号AFO2是由运算放大器38和39产生的，它们在运行中是独立的，并且因而被认为具有不同量级的输出误差。消除这些误差需要对运算放大器38和39的单独输出特性进行分析。在引擎废气中的氧气的任何浓度，都可以通过在至少两个不同的氧气浓度中测量各个信号AFO1和AFO2的实际达到值与参考值之间的差值，并通过在所测量的差值上的插值运算，计算放大器38和39中的对应放大器的实际输出特性，来发现各个信号AFO1和AFO2的误差。在关于图4(a)中的运算放大器38的输出特性的情况中，在任何氧气浓度的信号AFO1的误差都可以通过当废气是按化学计量配比时，并且当废气在氧气浓度上与大气相同时通过测量其误差而发现。这两种情况可以通过将传感器控制电路30的开关35关掉或断开并且切断对引擎的燃料供应来建立。具体地，传感器控制电路30可以被置于一个操作模式中，该操作模式等同于当传感器元件10通过关闭开关35来测量引擎的按化学计量配比废气，并且可以被置于另一个操作模式，该操作模式等同于当传感器元件10通过切断对引擎的燃料供应而测量废气，该废气在氧气浓度方面等同于大气。这两种传感器控制电路30的操作模式也将在以下被称为有效按化学计量配比AFR测量模式和大气排气测量模式。

在关于图4(b)中的运算放大器39的输出特性的情况中，当传感器控制电路30被置于有效按化学计量配比AFR测量模式中时，能够测量信号AFO2的误差，但是，插值运算所需要的另一个误差是难以测量的。这是因为按化学计量配比AFR测量信号AFO2的测量范围就A/F混和比而言是12至22，并且无法将传感器控制电路30置于等同于当传感器元件10测量废气中氧气的已知浓度时的条件，即，当传感器元件10测量等同于大气的氧气浓度时。

为了消除以上问题，如同将在稍后被详细描述的那样，当废气处于窄A/F测量范围时，微型计算机20被设计为用以采样并分析AFR宽范围测量信号AFO1，以发现运算放大器38的输出特性误差，即运算放大器38的实际输出特性和参考输出特性之间的差值，当废气具有任何氧气浓度时，搜索信号AFO1的参考值以计算准确的氧气浓度，根据准确的氧气浓度的计算，采样化学计量AFR测量信号AFO2，并且基于信号AFO2的采样值和信号AFO2的对应的一个参考值，来确定运算放大器39的输出特性误差(即，偏移和增益误差的和)。

具体地，如果运算放大器38具有参考输出特性，如同图4(a)中实线所表示的，当传感器控制电路30被置于有效化学计量AFR测量模式中时，AFR宽范围测量信号AFO1具有值a1(例如，2.2V)，并且当传感器控制电路30被置于大气排气测量模式中时具有值b1(例如，4.1V)。或者，如果运算放大器38具有实际输出特性，如同图4(a)中虚线所表示的，当传感器控制电路30被置于有效化学计量AFR测量模式中时，AFR宽范围测量信号AFO1具有值a2，并且当传感器控制电路30被置于大气排气测量模式中时具有值b2。因而，在有效化学计量AFR测量模式和大气排气测量模式中的信号AFO1的误差将分别为α1和α2。当废气中的氧气的浓度为P％时，参考输出特性提供信号AFO1＝c1，而实际输出特性提供信号AFO1＝c2。

为了便于理解，图5示出在如虚线所表示的实际输出特性和如实线所表示的参考输出特性之间的关系，在图5中，由输出误差α1将实际输出特性转变到负极(-)侧，以在传感器控制电路30被置于有效大气AFR测量模式中时，与参考输出特性一致。根据已说明的关系，在参考输出特性上的信号AFO1的任何值都通过以下公式给出：

$c1=c2+\frac{c2-a2}{b2-a2}\×(\mathrm{\α}1+\mathrm{\α}2)-\mathrm{\α}1---\left(1\right)$

因而，当废气具有任何氧气浓度(即，P％)时，可以使用等式(1)来计算正确的氧气浓度。这使得当废气中氧气浓度是P％时，化学计量AFR测量信号AFO2的增益误差β2能够被确定。当传感器控制电路30被置于有效化学计量AFR测量模式中时，计算作为信号AFO2的实际值与参考输出特性上的值之间的差值的信号AFO2的误差β1。如此确定的化学计量AFR测量信号AFO2的偏移和增益误差β1和β2可以被用于确定运算放大器39的输出特性误差，所述输出特性误差用于补偿化学计量AFR测量信号AFO2的偏移和增益误差β1和β2。

如上所述，通过在引擎运行期间，临时断开传感器控制电路30的开关35，以将传感器控制电路30置于有效化学计量AFR测量模式中，并通过采样信号AFO1和AFO2的瞬时值，来发现信号AFO1和AFO2的偏移误差α1和β1。

图6是逻辑步骤序列或程序的流程图，所述程序将被微型计算机20执行，以确定AFR宽范围测量信号AFO1和化学计量AFR测量信号AFO2的化学计量输出误差(即，偏移误差)，其中AFO1和AFO2由运算放大器38和39产生。

在进入程序后，过程进行到步骤101，在该步骤中，确定时间是否已经到达了计算化学计量输出误差(即，偏移误差α1和β1)时，即，是否应使传感器控制电路30进入有效化学计量AFR测量模式以确定信号AFO1和AFO2的偏移误差α1和β1。例如，确定时间已经进入时间段(例如，10分钟，几十分钟或几小时)的流逝。或者可以确定时间已经进入当A/F输出电压AFO1和AFO2没有被用于空气燃料混合比反馈控制时，例如，在引擎的燃料被切断的模式期间，在A/F传感器变得激活之前，或者当控制主继电器以在车辆的打火开关被关闭之后，将微型计算机20保持为打开特定的短时间段。

如果得到的回答是“否”，那么程序终止。或者，如果得到的回答是“是”，那么程序进行到步骤102，在该步骤，关闭开关信号被输出到开关35，以将其断开预选的时间段(例如，5毫秒)。

程序进行到步骤103，其中，A/F输出电压AFO1和AFO2的瞬时值被采样。程序进入步骤104，在该步骤中，确定A/F输出电压AFO1的偏移误差α1(即，化学计量输出误差)。具体地，在步骤103被采样的A/F输出电压AFO1的值与化学计量参考值之间的差值被计算，所述差值作为偏移误差α1。化学计量参考值是A/F输出电压AFO1的值，当废气具有化学计量A/F混合比时将正确获得所述AFO1，并且在本实施例中将其设定为2.2V。

程序进入步骤105，在该步骤中，在步骤103中被采样的A/F输出电压AFO1的值，以及在步骤104中计算的偏移误差α1，都被存储在安装与微型计算机20中的存储器中。

程序进入步骤106，在该步骤中，确定A/F输出电压AFO2的偏移误差β1(即，化学计量输出误差)。具体地，在步骤103中被采样的A/F输出电压AFO2的值与化学计量参考值(即2.2V)之间的差值被计算，该差值被作为偏移误差β1。程序进入步骤107，在该步骤中，在步骤103中被采样的A/F输出电压AFO2的值，以及在步骤106中计算的偏移误差β1，都被存储在安装于微型计算机20中的存储器中。

图7是程序的流程图，将由微型计算机20执行所述程序以确定A/F输出电压AFO1的大气状态输出误差(即，增益误差α2)，所述输出电压AFO1由运算放大器38产生。增益误差α2通常由在运算放大器31，34，37和/或38的增益的调整中的误差所引起。

首先，在步骤201，确定是否引擎正在经历燃料切断。这个确定用于确定是否满足了一个条件，所述条件允许采样增益误差α2，该误差当废气处于大气状态中时产生。如果得到“是”的回答，则意味着满足了增益误差α2采样许可条件，然后程序进入步骤202，在该步骤中，采样A/F输出电压AFO1的瞬时值。程序进入步骤203，在该步骤中，通过在步骤202中采样的A/F输出电压AFO1中减去大气状态参考值来确定增益误差α2。大气状态参考值是A/F输出电压AFO1的值，当废气处于大气状态时，将正确获得所述AFO1，并且在本实施例中将其设定为4.1V。

程序进入步骤204，在该步骤中，在步骤202中采样的A/F输出电压AFO1的值，以及在步骤204中计算的增益误差α2，都被存储在安装于微型计算机20中的存储器中。然后，终止程序。

图8是一个程序的流程图，所述程序将由微型计算机20执行以确定化学计量AFR测量信号AFO2的增益误差β2。

首先，在步骤301，采样信号AFO1和AFO2的值。

程序进入步骤302，在该步骤中，确定使用信号AFO1的采样值而得到的，在废气中的氧气的当前浓度是否处于就A/F混合比而言为12至22的化学计量范围(即，窄AFR测量范围)中。如果回答是“否”，那么程序终止。或者，如果得到“是”的回答，那么程序进入步骤303，在该步骤中，使用如上所述的等式(1)来估计运算放大器38的参考输出特性上的信号AFO1的值，在步骤302中得到的，AFO1对应于氧气浓度。具体地，在步骤301中采样的信号AFO1的值(即，图4(a)中的c2)，在化学计量AFR测量模式中采样并且在图6的步骤105中被存储的信号AFO1的值(即，图4(a)中的a2)，在图6的步骤105中导出并被存储的偏移误差α1，在图7的步骤204中在大气排气测量模式中被导出并被存储的信号AFO1的值(即，图4(a)中的b2)，以及在图7的步骤204中被导出并被存储的增益误差α2等等，都被用于根据等式(1)来确定参考输出特性上的信号AFO1的值(即，4(a)中的c1)。

在步骤303之后，程序进入步骤304，在该步骤中，基于在步骤303中发现的信号AFO1的值，确定在废气中的氧气的正确或实际的浓度。程序进入步骤305，在该步骤中，在步骤301中被采样的信号AFO2的值与对应于氧气浓度的参考输出特性上的信号AFO2的值之间的差值被计算，其中该值在步骤303中确定，所述差值被作为信号AFO2的增益误差β2，AFO2由运算放大器39产生。程序进入步骤306，在该步骤中，在步骤301中采样的信号AFO2的值，以及在步骤305中确定的增益误差β2，都被存储在微型计算机20的存储器中。然后程序终止。

在偏移误差β1在有效化学计量AFR测量模式中被导出之后，并且通过使用由运算放大器38产生的A/F输出电压AFO1计算废气中氧气的实际浓度，从而导出增益误差β2，微型计算机20将通过把误差β1和β2相加而导出的值插值到运算放大器39的参考输出特性，以发现运算放大器39的实际输出特性。插值可以通过已知的方式使用等式(1)来实现，并且在此省略对其的详细说明。微型计算机20比较运算放大器的实际输出特性和参考输出特性，以确定运算放大器39的输出特性误差。这使得当传感器元件10正在测量废气中的氧气浓度时，可以确定化学计量AFR测量信号AFO2的误差。

当需要确定供应给引擎的混合物的空气燃料混合比时，微型计算机20进入AFR测量模式并且采样从运算放大器39输出的化学计量AFR测量信号AFO2的瞬时值。微型计算机20基于运算放大器39的输出特性误差确定信号AFO2的采样值的误差(即，偏移和增益误差α1和α2的和)并且校正信号AFO2的采样值，以便补偿其中的误差和使用在窄AFR测量范围(例如，A/F＝12至22)中的信号AFO2的校正值来确定氧气浓度(即，A/F混合比)。

微型计算机20还计算运算放大器38的实际输出特性，使用插值算法，基于运算放大器38的参考输出特性、偏移误差α1、增益误差α2，如同在图6和图7中那样得到的，以确定AFR宽范围测量信号AFO1的误差，如同当传感器元件10测量废气中的氧气浓度时，从运算放大器输出的那样。一进入AFR测量模式，微型计算机20就采样从运算放大器38输出的信号AFO1的瞬时值，校正该值以便补偿在采样值和参考输出特性之间的误差，并且使用在全AFR测量范围(例如，A/F＝11至空的空气燃料比(即，极度贫乏的A/F混合比))中的信号AFO1的校正值来确定氧气浓度(即，A/F混合比)。

本实施例的微型计算机20被设计为用于发现从运算放大器38和39输出的误差，校正其中的瞬时输出，以消除误差，并且确定在窄AFR测量范围和全AFR测量范围中的供应到引擎的混合物的A/F混合比，从而提高空气燃料混合比反馈控制的准确性并且改进引擎的废气排放。

图9示出了根据本发明第二实施例的传感器元件60，其在结构上不同于在图2中说明的结构，并且可以如同在第一实施例中使用的那样，代替传感器元件10被制造进A/F传感器。

传感器元件60包括两个固体电解质层61和62的叠置。固体电解质层61具有附着到其相对的表面的电极63和64。类似的，固体电解质层62具有附着在其相对的表面的电极65和66。电极63、64和65中的每个在图中被视为如同由右侧和左侧的分离部分构成，但是，在实际中，它是由具有在图中的横断方向延伸的连接部分(未示出)的单独平板形成的。

固体电解质层61和电极63及64构成了泵单元71。固体电解质层62和电极65及66构成了监控单元72。电极63至66被连接到如图1所说明的通向微型计算机20的传感器控制电路80。

传感器元件60还包括进气口67，通过进气口67，机动车引擎的废气进入，还包括多孔扩散层68，空气输送管69，及加热器70。这种传感器元件的结构和操作在例如，US6,295,862B1中被公开，所述US6,295,862B1被转让给与本申请相同的受让人，将其公开包括在此作为参考。监控单元72通常也被称为电动力单元或者氧气浓度传感器单元。

监控单元72产生电动力，该电动力具有两个不连续值(例如，0V和0.9V)中的一个值，有选择性地作为是否废气在按化学计量配比点的充足侧和贫乏侧的函数，所述按化学计量配比点对应于供应给引擎的混合物的化学计量空气燃料混合比。当废气在贫乏侧时，监控单元72产生低电动力。相反，当废气在充足侧时，监控单元72产生高电动力。传感器控制电路80控制施加到泵单元71的电压，以便将由监控单元72产生的电动力保持在0.45V，其对应于按化学计量配比点。

图10示出了如在图9中说明的传感器控制电路80的内部结构。

终端VM是在泵单元71和监控单元72之间被共享的共用终端。共用终端VM被连接到参考电压源81，其产生例如2.5V的参考电压。泵单元71也在电极63被连接到终端IP。监控单元72也在电极66被连接到终端UN。终端IP和UN连同单元71和72、运算放大器82和电流测量电阻83一同形成了闭合电路。运算放大器82的同向输入(即，+极)被连接到参考电压源84，该电压源产生3.0V的参考电压。

当废气为贫乏时，电流Ip以从接合点B到接合点A的方向流过电流测量电阻83。相反的，当废气为充足时，电流Ip以从接合点A到接合点B的方向流过电流测量电阻83。传感器控制电路80还包括反馈电路(未示出)，所述反馈电路控制供应给泵单元71的电压，以使监控单元72的输出电压与目标电压一致。这种反馈控制可以是本领域所知任何一种，并且在此省略对其的详细说明。

传感器控制电路80还包括运算放大器85和86，以及开关87、88和89。运算放大器85被连接到接合点A和B与电流测量电阻83跨接，并且将全AFR测量范围中的A/F输出电压AFO1输出到如同在图1中说明的微型计算机20。类似的，运算放大器86被连接到接合点A和B并与电流测量电阻83跨接，并且将窄AFR测量范围中的A/F输出电压AFO2输出到如同在图1中说明的微型计算机20。与第一实施例一样，运算放大器85的放大因子小于运算放大器86的放大因子。

开关87被连接到运算放大器82的加减输入。开关88被连接到共用终端VM。开关89被连接到监控单元终端UN。开关87为常态断开类型并且在操作中被开关信号1所控制。开关88和89的每个都为常态关闭类型，并且在操作中被开关信号2所控制。

在AFR测量模式中，传感器控制电路80打开开关87，同时关闭开关88和89以产生作为供应到引擎的混合物的瞬时空气燃料混合比的函数的A/F输出电压AFO1和AFO2。在有效化学计量AFR测量模式中，传感器控制电路80关闭开关87，同时断开开关88和89，并且采样A/F输出电压AFO1和AFO2的瞬时电压，以利用与第一实施例中所描述的方式相同的方式来确定偏移误差α1和β1。传感器控制电路80还以如第一实施例所描述的同样方式计算增益误差α2和β2。其它配置与第一实施例中的相同，并且在此省略对其的详细说明。

在传感器控制电路80中，在位于电流测量电阻83相对位置的接合点A和B产生的电压，一同随着流过电流测量电阻83的电流的变化而变化。然而，使用如图11中所说明的结构，电流测量电阻83的其中一端可以被维持在常量。

传感器控制电路90包括运算放大器93，通过该运算放大器93，将与参考电压Vf1相同的电压(例如3v)施加到传感器元件60的泵单元71和监控单元72的共用端。这将导致在接合点B出现的电压被保持在例如3V。传感器控制电路90具有包括监控单元72、反馈电路91、以及电流测量电阻在内的闭环。在反馈电路91中提供的参考电压Vf2为例如2.55V。

传感器控制电路90的操作将被描述为一个例子，在该例子中，引擎的废气为充足的。

当废气为充足时，监控单元72产生电动力，因此，在接合点C1出现的电压升高到例如3.45V，从而引起在反馈电路91中的接合点C2产生的电势下降。这引起接合点A的电势上升。具体地，当废气为充足时，传感器元件电流Ip从接合点A流过电流测量电阻92到达接合点B。相反的，当废气为贫乏时，传感器元件电流Ip从接合点B流过电流测量电阻92到达接合点A。

传感器控制电路90还包括运算放大器94和95，它们的放大因子是彼此不同的。运算放大器94被连接到电流测量电阻92的接合点A和B，并且输出在全AFR测量范围内的A/F输出电压AFO1到如图1所说明的微型计算机20。类似地，运算放大器95被连接到电流测量电阻92的接合点A和B，并且输出在窄AFR测量范围内的A/F输出电压AFO2到如图1所说明的微型计算机20。

反馈电路91包括运算放大器96和开关97。开关97连接到运算放大器96的加减输入。开关98被置于反馈电路91和监控单元72之间。开关97具有常态断开类型，并且在操作中被开关信号1所控制。开关98具有常态闭合类型并且在操作中被开关信号2所控制。

在AFR测量模式中，传感器控制电路90断开开关97，同时闭合开关98，以产生作为供应到引擎的混合物的瞬时空气燃料混合比的函数的A/F输出电压AFO1和AFO2。在有效化学计量AFR测量模式中，传感器控制电路90闭合开关97，同时打开开关98，并且采样A/F输出电压AFO1和AFO2的瞬时值，以利用与第一实施例中所描述的方式相同的方式来确定偏移误差α1和β1。传感器控制电路90还以如第一实施例所描述的同样方式计算增益误差α2和β2。其它配置与第一实施例中的相同，并且在此省略对其的详细说明。

图12示出传感器元件100，其可以被建造进A/F传感器，如同在各个上述实施例中使用的那样。

传感器元件100包括三个固体电解质层101、102和103。固体电解质层101具有附着在其中相对的表面的电极104和105。类似的，固体电解质层102具有附着在其中相对的表面的电极106和107。固体电解质层101和电极104和105形成泵单元111。固体电解质层102和电极106和107形成监控单元112。固体电解质层103形成限定氧气参考室108的墙。传感器元件100与传感器元件10一样具有叠置结构。传感器元件100还包括孔散射层109和气室110，机动车引擎的废气进入所述气室110。像在图9中被说明的监控单元72一样，监控单元112如同电动机单元或氧气浓度传感器单元那样运行。

传感器元件10被连接到传感器控制电路120。传感器控制电路120可以具有与图10或11中所说明的电路基本上一样的结构，并且在此省略其中的详细说明。

如同在上述各个实施例中被应用的那样的A/F传感器，也可以被设计为具有两个单元或三个单元的结构。传感器元件10、60或者100可以是本领域已知的杯形类型。A/F传感器也可以通过典型的O₂传感器来实现，所述O₂传感器被用于在附着在传感器元件上的电极之间产生电动力，作为包含在机动车引擎的废气中的氧气的浓度的函数。

如同在上述各个实施例中所描述的那样，气体浓度测量设备可以与包括由固体电解质体构成的第一和第二单元的复合气体浓度测量传感器一同使用。第一单元如同泵单元一样工作，以将氧气分子抽出或抽进在传感器体上形成的第一气室，并且输出被抽出的氧气分子的浓度的信号指示。第二单元如同传感器单元一样工作，以产生预选气体成分的浓度的信号指示，所述预选气体成分从第一气室流入第二气室。例如，混合气体浓度测量传感器可以被用于测量包含在机动车引擎的废气中的NOx物的浓度。此外，混和气体浓度测量传感器可以被设计为具有第三单元，充当监控单元或第二泵单元，以产生作为残留在第二气室中的氧气分子浓度的函数的电动力。

或者，有效化学计量AFR测量模式可以在传感器控制电路30、80、90或者120中，以下述方式实现。

例如，图1中将运算放大器34的输出连接到传感器元件10的传感器控制电路30的开关35被断开，以阻断流向传感器控制电路30的传感器元件电流Ip。这导致指明废气中的氧气浓度为0％的0毫安的参考传感器元件电流被创立。传感器控制电路从传感器元件10接收作为0毫安输出的函数的A/F输出电压AFO1和AFO2。换言之，传感器控制电路30断开传感器元件10的电路，以将其自己放入等同于当测量0％的废气中的氧气浓度时的环境。在开关35的“开”状态和“关”状态之间的切换可以使用例如晶体管这样的开关元件来实现。

或者，有效化学计量AFR测量模式可以通过以下方式来实现：将例如图1中的电流测量电阻32连接到传感器元件10的“加”和“减”端之一，在另一端安装一个开关，并且断开开关，以使得穿过传感器元件10的电路形成开路。

有效化学计量AFR测量模式也可以通过以下方式来实现，例如把通向传感器元件10的“加”和“减”端的传感器控制电路30的接合端子置于相同的电势，因此可以将0V施加到传感器元件10。这导致0毫安的电流流过传感器元件10。

或者，微型计算机20可以被设计为用于使用AFR宽范围测量信号AFO1来计算在就空气燃料混合比而言的12至22的窄AFR测量范围中的两个氧气的实际浓度，在氧气实际浓度发现化学计量AFR测量信号AFO2的两个误差，以通过以上所述的插值确定在运算放大器39的实际输出特性和参考输出特性之间的误差，并且校正化学计量AFR测量信号AFO2的被采样的瞬时值，以便补偿这种误差。这适合难以将传感器控制电路30放入有效化学计量AFR测量模式中的情况。

或者，气体浓度测量设备可以被设计为用于测量机动车引擎的废气中的HC或CO的浓度。可通过以下方式来实现对HC或CO的浓度的测量：使用泵单元将过量的氧气(O2)抽出第一气室，并使用传感器单元来分解进入第二气室的气体中的HC和CO，以产生指明HC或CO浓度的电信号。

尽管用优选实施例公开了本发明以便于更好地理解，但是应该知道，在不脱离本发明原则的情况下，可以以各种方法实现本发明。因而，本发明应该理解为包括所有可行的实施例及示出实施例的变化形式，这些变化形式不脱离在附加权利要求中阐述的本发明的原理。

Claims (15)

1.一种用于采样气体浓度传感器的输出的气体浓度测量设备，所述气体浓度传感器包括由固体电解质体构成的传感器元件，所述固体电解质体产生电流，作为特定气体成分的浓度的函数，所述气体浓度测量设备包括：

第一信号输出电路，用于输出作为由所述传感器元件产生的电流的函数的第一传感器信号，所述第一传感器信号用于确定在第一气体浓度范围中的所述特定气体成分的浓度；

第二信号输出电路，用于输出作为所述电流的函数的第二传感器信号，所述第二传感器信号用于确定在第二气体浓度范围中的所述特定气体成分的浓度，所述第二气体浓度范围不同于所述第一气体浓度范围；以及

气体浓度确定电路，用于采样所述第一和第二传感器信号，以确定在所述第一和第二气体浓度范围中的所述特定气体成分的浓度，所述气体浓度确定电路分析所述第一传感器信号的值以确定第一输出特性误差，该误差是实际输出特性与所述第一信号输出电路的确定的参考输出特性之间的差值，当所述气体成分在所述第二气体浓度范围中时，所述气体浓度确定电路采样所述第一传感器信号和所述第二传感器信号的值，所述气体浓度确定电路使用由所述第一传感器信号的所述采样值指明的所述气体成分的浓度和所述第一输出特性误差来计算所述气体成分的实际浓度，所述气体浓度确定电路确定紧接着所述气体成分的所述实际浓度的计算而被采样的所述第二传感器信号的值与所述第二信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，所述差值作为所述第二信号输出电路的第二输出特性误差。

2.如权利要求1所述的气体浓度测量设备，其中，所述气体浓度确定电路在所述气体成分的两个不同浓度采样所述第一传感器信号的值，并确定两个输出误差，所述两个输出误差是所述第一传感器信号的所述采样值与所述第一信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，所述气体浓度确定电路使用所述确定的两个误差计算在所述第二气体浓度范围中的所述气体成分的实际浓度。

3.如权利要求2所述的气体浓度测量设备，其中，所述气体浓度确定电路对所述第一传感器信号的所述两个输出误差执行插值运算，以确定在所述第二气体浓度范围中的所述特定气体成分的实际浓度。

4.如权利要求2所述的气体浓度测量设备，其中，所述气体成分是氧气，所述第一气体浓度范围在0％的氧气浓度和等同于空气的浓度，即与大气中的氧气浓度相等的氧气浓度之间，并且其中，所述气体浓度确定电路在0％的氧气浓度和等同于空气的浓度采样所述第一传感器信号的值，以确定所述两个输出误差。

5.如权利要求4所述的气体浓度测量设备，还包括传感器控制电路和开关电路，所述传感器控制电路包括所述第一和第二信号输出电路，并且向所述传感器元件施加电压，以产生穿过所述传感器元件的电流的流动，所述传感器控制电路在第一模式下运行以采样所述第一和第二传感器信号，所述第一和第二传感器信号用于确定在所述第一和第二气体浓度范围中的所述氧气浓度，并且所述传感器控制电路在第二模式下运行以产生参考传感器信号，该信号是所述第一传感器信号的值并且指明0％的氧气浓度，当要求时，所述开关用于在所述传感器控制电路的所述第一和第二模式之间进行切换。

6.如权利要求4所述的气体浓度测量设备，其中，所述气体浓度确定电路在所述0％的氧气浓度采样所述第二传感器信号的值并且确定输出误差，该误差是所述第二传感器信号的所述采样值与所述第二信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，以及确定一个输出误差，该误差是紧接着所述氧气实际浓度的计算而采样的所述第二传感器信号的值与所述第二信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，所述气体浓度确定电路还包括校正电路，用于校正所述第二信号输出的采样值，以便补偿所述第二传感器信号的输出误差。

7.如权利要求1所述的气体浓度测量设备，其中，所述气体浓度确定电路用于在所述第二气体浓度范围内的两个所述气体成分浓度采样所述第一传感器信号的值，以利用所述第一输出特性误差来确定所述气体成分的两个实际浓度，所述气体浓度确定电路确定两个输出误差，它们是所述第一传感器信号的所述采样值与所述第一信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，并且使用所述两个输出误差来计算所述第二输出特性误差，还包括校正电路，用于校正所述第二信号输出的采样值，以便补偿所述第二输出特性误差。

8.如权利要求1所述的气体浓度测量设备，其中，所述第一信号输出电路用于以第一放大因子放大其中的输入，以输出所述第一传感器信号，所述输入是由所述传感器元件产生的所述电流的函数，所述第二信号输出电路用于以第二放大因子放大其中的输入以输出所述第二传感器信号，所述输入是由所述传感器元件产生的所述电流的函数，并且所述第二放大因子不同于所述第一放大因子。

9.如权利要求8所述的气体浓度测量设备，其中，所述第一放大因子小于所述第二放大因子。

10.一种用于采样气体浓度传感器的输出的气体浓度测量设备，所述气体浓度传感器包括由固体电解质体构成的传感器元件，所述固体电解质体所产生的电流作为内燃机排放废气的氧气浓度的函数，所述气体浓度测量设备包括：

第一信号输出电路，用于输出作为所述电流的函数的第一传感器信号，所述第一传感器信号用于确定在宽浓度范围中的所述氧气浓度，所述宽浓度范围包括等于0％氧气浓度的按化学计量配比氧气浓度和等同于空气的浓度，即与大气的氧气浓度相等的氧气浓度；

第二信号输出电路，用于输出作为所述电流的函数的第二传感器信号，所述第二传感器信号用于确定在窄浓度范围内的氧气浓度，所述窄浓度范围包括所述按化学计量配比氧气浓度并且不包括等同于空气的氧气浓度；以及

气体浓度确定电路，用于采样所述第一和第二传感器信号以确定在所述宽浓度范围和窄浓度范围中的氧气浓度，所述气体浓度确定电路在所述按化学计量配比氧气浓度和所述等同于空气的浓度采样所述第一传感器信号的值，确定两个输出误差，所述输出误差是所述第一传感器信号的采样值与所述第一信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，将这两个输出误差作为所述第一信号输出电路的第一输出特性误差，当所述氧气浓度处于所述窄浓度范围内时，采样所述第一传感器信号和所述第二传感器信号的值，利用由所述第一传感器信号的所述采样值指明的氧气浓度和所述第一信号输出电路的所述第一输出特性误差计算所述氧气实际的浓度，并且确定紧接着所述氧气的实际浓度的计算而采样的所述第二传感器信号的值和所述第二信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，将该差值作为所述第二信号输出电路的第二输出特性误差。

11.如权利要求10所述的气体浓度测量设备，还包括传感器控制电路和开关电路，所述传感器控制电路包括所述第一和第二信号输出电路，并且向所述传感器元件施加电压，以产生穿过所述传感器元件的电流的流动，所述传感器控制电路在第一模式下运行以采样所述第一和第二传感器信号，所述第一和第二传感器信号用于确定在所述宽浓度范围和窄浓度范围中的所述氧气浓度，并且所述传感器控制电路在第二模式下运行以产生参考传感器信号，该信号是所述第一传感器信号的值并且指明0％的氧气浓度，当要求时，所述开关用于在所述传感器控制电路的所述第一和第二模式之间进行切换。

12.如权利要求11所述的气体浓度测量设备，其中，所述气体浓度确定电路在所述0％的氧气浓度采样所述第二传感器信号的值并且确定输出误差，该误差是所述第二传感器信号的所述采样值与所述第二信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，以及确定一个输出误差，该误差是紧接着所述氧气实际浓度的计算而采样的所述第二传感器信号的值与所述第二信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，所述气体浓度测量电路还包括校正电路，用于校正所述第二信号输出的采样值，以便补偿所述第二传感器信号的输出误差。

13.如权利要求10所述的气体浓度测量设备，其中，所述气体浓度确定电路用于在所述窄浓度范围内的两个氧气浓度采样所述第一传感器信号的值，以利用所述第一输出特性误差来确定所述氧气的两个实际浓度，所述气体浓度确定电路确定两个输出误差，所述输出误差是所述第一传感器信号的所述采样值与所述第一信号输出电路的确定的参考输出特性的对应值之间的差值，并且使用所述两个输出误差来计算所述第二输出特性误差，还包括校正电路，用于校正所述第二信号输出的采样值，以便补偿所述第二输出特性误差。

14.如权利要求10所述的气体浓度测量设备，其中，所述第一信号输出电路用于以第一放大因子放大其中的输入，以输出所述第一传感器信号，该输入是由所述传感器元件产生的所述电流的函数，所述第二信号输出电路用于以第二放大因子放大其中的输入，以输出所述第二传感器信号，该输入是由所述传感器元件产生的所述电流的函数，并且所述第二放大因子不同于所述第一放大因子。

15.如权利要求14所述的气体浓度测量设备，其中，所述第一放大因子小于所述第二放大因子。

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