CN104237338A - 一种氧传感器极限电流的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氧传感器极限电流的检测方法。其技术方案是：将待测的氧传感器在两个黑色接线端继续施加12V直流电压的条件下放置在微氧浓度的环境中，先以每次0.02~0.05V的增幅对所述氧传感器的蓝色接线端和白色接线端从0V逐次施加直流电压至2V，在蓝色接线端和白色接线端所施加电压的线路中，测量每次施加的电压所产生的对应电流；再获取实测极限电流值和理论极限电流值；然后根据实测极限电流值与理论极限电流值进行对比，若两者的相对误差小于8%，则所述氧传感器的极限电流参数合格；否则不合格。本发明具有测量精度高、速度快和操作简便的特点，能够准确判断氧传感器的极限电流参数是否合格。

Description

一种氧传感器极限电流的检测方法

技术领域

本发明属于氧传感器检测技术领域。具体涉及一种氧传感器极限电流的检测方法。

背景技术

氧传感器是电喷发动机控制系统中关键的传感部件，是控制汽车尾气排放、降低汽车对环境污染、提高汽车发动机燃油燃烧质量的关键零件。性能参数不合格的氧传感器不仅灵敏度低、响应时间长，且不能向电子控制单元(ECU)提供准确的反馈信号，从而无法准确控制发动机燃料室中空气与燃油的比例，无法达到燃油的最高燃烧效率，更加无法满足节能减排的社会需求。

对氧传感器极限电流的测量，现有方法采用手动测量的方式，这种手动测量方式不仅测量精度较低、速度慢、过程繁琐和对测试人员技术要求较高，且容易产生较大测量误差。氧传感器极限电流的测量误差会导致实测极限电流值与理论极限电流值产生较大的偏差，从而造成氧传感器极限电流参数的误判。

发明内容

本发明旨在克服上述缺陷，目的是提供一种测量精度高、速度快、操作简便的氧传感器极限电流的检测方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

第一步、先对待检测的氧传感器两个黑色接线端施加12V直流电压进行加热，加热时间为30～50s；然后在对所述氧传感器的两个黑色接线端继续施加12V直流电压的条件下，将所述氧传感器放置在微氧浓度的环境中。

第二步、以每次0.02～0.05V的增幅，对所述氧传感器的蓝色接线端和白色接线端从0V逐次施加直流电压至2V，在蓝色接线端和白色接线端所施加电压的线路中，测量每次施加的电压所产生的对应电流。

第三步、实测极限电流的获取

步骤1、以电压为横坐标和电流为纵坐标，作出第二步中逐次施加的电压与每次所产生的对应电流的关系曲线。

步骤2、确定所述关系曲线的左拐点和右拐点分别所对应的电压值。

步骤3、计算所述左拐点和所述右拐点所对应的电压区间内所有电流值的平均值，所得平均值即为本次实测极限电流值I_C。

第四步，根据实测极限电流值I_C与理论极限电流值I_L进行对比，若实测极限电流值I_C与理论极限电流值I_L的相对误差时，则所述氧传感器的极限电流参数合格；否则，不合格。

所述理论极限电流I_L：

$I_L=-\frac{4\mathrm{FSDP}}{\mathrm{RTL}}\ln (1-{\mathrm{Xo}}_2)---\left(1\right)$

由于氧传感器的测试环境的氧浓度很小，即Xo₂趋近于0，根据则式(1)简化为：

$I_L=\frac{4\mathrm{FSDP}}{\mathrm{RTL}}\·{\mathrm{Xo}}_2---\left(2\right)$

式(1)和式(2)中：F—法拉第常数，96487C/mol；

R—通用气体常数，8.314J/(mol×K)；

T—微氧浓度环境的绝对温度，K；

D—氧传感器中的氧气有效扩散系数，m²/s；

S—氧传感器扩散孔面积，m²；

Xo₂—微氧浓度环境中的氧气浓度，％；

L—氧传感器的扩散孔长度，m；

P—微氧浓度环境中混合气体总压力，Pa。

所述蓝色接线端代表信号接线端，白色接线端代表接地端，黑色接线端代表加热接线端。

所述12V直流电压是由12V可控线性电源A产生，可控线性电源A由工控机控制。

所述微氧浓度是指在混合气体中O₂的浓度小于或等于3Vol％。

所述从0V逐次施加电压到2V是由输出范围为0～2V的可控线性电源B产生，可控线性电源B由工控机控制。

所述测量每次施加的电压所产生的对应电流的方法：采用具有RS485通讯接口的万用表板卡，调节万用表板卡至电流测量功能端，将万用表板卡串联至蓝色和白色接线端所施加电压线路中；万用表板卡的RS485接口通过RS485转RS232模块连接至工控机串口，工控机通过串口发送指令控制万用表板卡的电流数据读取。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

本发明利用工控机控制12V可控线性电源A对氧传感器加热，线性电源抗干扰能力强、输出电压纹波小，能够确保氧传感器工作温度的恒定。2V可控线性电源B输出0～2V可变电压提供氧传感器极限电流获取的驱动电压，此可控线性电源输出电压分辨率高达0.01V，为测量多组电压所对应的电流数据提供了条件。采用带有RS485通讯功能的数字万用表板卡，具有四位半精度，分辨率为0.0001，能够准确测量所述线路中的极限电流值并将测量的极限电流值传输到工控机，方便工控机快捷迅速地描绘电压与对应电流的关系曲线。根据电压与对应电流的关系曲线，获取实测极限电流时，采用平均值法，大大减小了极限电流的测量误差，提高了实测极限电流值的精确度。通过对实测极限电流值与理论极限电流值对比，能够快速准确的判断氧传感器极限电流参数是否合格。

因此，本发明具有测量精度高、速度快、操作简便的特点，能够准确判断氧传感器的极限电流参数是否合格。

附图说明

图1是本发明的一种施加电压与所产生的对应电流的关系曲线图；

图2是本发明的另一种施加电压与所产生的对应电流的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

实施例1

一种氧传感器极限电流的检测方法。所述检测方法的具体步骤是：

第一步、先对待检测的氧传感器两个黑色接线端施加12V直流电压进行加热，加热时间为30～50s；然后在对所述氧传感器两个黑色接线端继续施加12V直流电压的条件下，将所述氧传感器放置在微氧浓度的环境中；所述微氧浓度的氧气浓度为2Vol％。

第二步、以每次0.02V的增幅，对所述氧传感器的蓝色接线端和白色接线端从0V逐次施加直流电压至2V，在蓝色接线端和白色接线端所施加电压的线路中，测量每次施加的电压所产生的对应电流。

第三步、实测极限电流的获取

步骤1、以电压为横坐标和电流为纵坐标，作出第二步中逐次施加的电压与每次所产生的对应电流的关系曲线，本实施例逐次施加电压与所产生的对应电流关系曲线如图1所示。

步骤2、确定图1所示的左拐点和右拐点，从图1可以看出，左拐点对应的电压值为0.18V，右拐点对应的电压值为1.56V；左拐点和右拐点所对应的施加电压的次序数为第9次和第78次。

步骤3、计算所述左拐点和所述右拐点所对应的电压区间内所有电流值的平均值，本实施例中左拐点和右拐点所对应的电压区间内的所有电流值如表1所示。

表1

所得平均值即为本实施例实测极限电流值I_C：

$I_C=\frac{0.194+0.197+0.202+...+0.208+0.21+0.215}{78-9+1}=0.204\mathrm{mA}$

第四步，根据实测极限电流值I_C与理论极限电流值I_L进行对比，若实测极限电流值I_C与理论极限电流值I_L的相对误差时，则所述氧传感器的极限电流参数合格；否则，不合格。

本实施例中，所述理论极限电流I_L：

$I_L=-\frac{4\mathrm{FSDP}}{\mathrm{RTL}}\ln (1-{\mathrm{Xo}}_2)---\left(1\right)$

由于氧传感器的测试环境的氧浓度很小，即Xo₂趋近于0，根据则式(1)简化为：

$I_L=\frac{4\mathrm{FSDP}}{\mathrm{RTL}}\·{\mathrm{Xo}}_2---\left(2\right)$

式(2)中：法拉第常数F＝96487C/mol；

通用气体常数R＝8.314J/(mol*K)；

微氧浓度环境的绝对温度T＝273.15K；

氧传感器中的氧气有效扩散系数D＝1.884×10^-9m²/s；

氧传感器扩散孔面积S＝0.3×10^-4m²；

微氧浓度环境中的氧气浓度Xo₂＝2Vol％；

氧传感器的扩散孔长度L＝0.1×10^-3m；

微氧浓度环境中混合气体总压力P＝1.01×10⁵Pa。

则本实施例的理论极限电流I_L：

I_L＝0.0097×Xo₂＝0.0097×0.02＝0.197×10^-3A＝0.194mA

本实施例的相对误差 $\mathrm{\&delta;}=\frac{|I_C-I_L|}{I_L}=\frac{|0.204-0.194|}{0.194}=0.0515=5.15\%<8\%$

因此，本实施例所述氧传感的极限电流参数合格。

实施例2

一种氧传感器极限电流的检测方法。所述检测方法的具体步骤是：

第一步、先对待检测的氧传感器两个黑色接线端施加12V直流电压进行加热，加热时间为30～50s；然后在对所述氧传感器两个黑色接线端继续施加12V直流电压的条件下，将所述氧传感器放置在微氧浓度的环境中；所述微氧浓度的氧气浓度为3Vol％。

第二步、以每次0.05V的增幅，对所述氧传感器的蓝色接线端和白色接线端从0V逐次施加直流电压至2V，在蓝色接线端和白色接线端所施加电压的线路中，测量每次施加的电压所产生的对应电流。

第三步、实测极限电流的获取

步骤1、以电压为横坐标和电流为纵坐标，作出第二步中逐次施加的电压与每次所产生的对应电流的关系曲线，本实施例逐次施加电压与所产生的对应电流关系曲线如图2所示。

步骤2、确定图2所示的左拐点和右拐点，从图2可以看出，左拐点对应的电压值为0.15V，右拐点对应的电压值为1.6V；左拐点和右拐点所对应的施加电压的次序数为第3次和第32次。

步骤3、计算所述左拐点和所述右拐点所对应的电压区间内所有电流值的平均值，本实施例中左拐点和右拐点所对应的电压区间内的所有电流值如表2所示。

表2

所得平均值即为本实施例实测极限电流值I_C：

$I_C=\frac{.0.229+0.233+0.234+...+0.262+0.268+0.271}{32-3+1}=0.248\mathrm{mA}$

第四步，根据实测极限电流值I_C与理论极限电流值I_L进行对比，若实测极限电流值I_C与理论极限电流值I_L的相对误差时，则所述氧传感器的极限电流参数合格；否则，不合格。

本实施例中，所述理论极限电流I_L：

$I_L=-\frac{4\mathrm{FSDP}}{\mathrm{RTL}}\ln (1-{\mathrm{Xo}}_2)---\left(1\right)$

由于氧传感器的测试环境的氧浓度很小，即Xo₂趋近于0，根据则式(1)简化为：

$I_L=\frac{4\mathrm{FSDP}}{\mathrm{RTL}}\&CenterDot;{\mathrm{Xo}}_2---\left(2\right)$

式(2)中：法拉第常数F＝96487C/mol；

通用气体常数R＝8.314J/(mol*K)；

微氧浓度环境的绝对温度T＝273.15K；

氧传感器中的氧气有效扩散系数D＝1.903×10^-9m²/s；

氧传感器扩散孔面积S＝0.3×10^-4m²；

微氧浓度环境中的氧气浓度Xo₂＝3Vol％；

氧传感器的扩散孔长度L＝0.1×10^-3m；

微氧浓度环境中混合气体总压力P＝1.01×10⁵Pa。

则本实施例的理论极限电流I_L：

I_L＝0.0098×Xo₂＝0.0098×0.03＝0.294×10^-3A＝0.294mA

本实施例相对误差 $\mathrm{\&delta;}=\frac{|I_C-I_L|}{I_L}=\frac{|0.248-0.294|}{0.294}=0.1565=15.65\%>8\%$

因此，所述氧传感的极限电流参数不合格。

本具体实施方式的有益效果是：

本具体实施方式利用工控机控制12V可控线性电源A对氧传感器加热，线性电源抗干扰能力强、输出电压纹波小，能够确保氧传感器工作温度的恒定。2V可控线性电源B输出0～2V可变电压提供氧传感器极限电流获取的驱动电压，此可控线性电源输出电压分辨率高达0.01V，为测量多组电压所对应的电流数据提供了条件。采用带有RS485通讯功能的数字万用表板卡，具有四位半精度，分辨率为0.0001，能够准确测量所述线路中的极限电流值并将测量的极限电流值传输到工控机，方便工控机快捷迅速地描绘电压与对应电流的关系曲线。根据电压与对应电流的关系曲线，获取实测极限电流时，采用平均值法，大大减小了极限电流的测量误差，提高了实测极限电流值的精确度。通过对实测极限电流值与理论极限电流值对比，能够快速准确的判断氧传感器极限电流参数是否合格。

因此，本具体实施方式具有测量精度高、速度快、操作简便的特点，能够准确判断氧传感器的极限电流参数是否合格。

Claims (5)

1.一种氧传感器极限电流的检测方法，其特征在于所述检测方法是：

第一步、先对待检测的氧传感器两个黑色接线端施加12V直流电压进行加热，加热时间为30～50s；然后在对所述氧传感器的两个黑色接线端继续施加12V直流电压的条件下，将所述氧传感器放置在微氧浓度的环境中；

第二步、以每次0.02～0.05V的增幅，对所述氧传感器的蓝色接线端和白色接线端从0V逐次施加直流电压至2V，在蓝色接线端和白色接线端所施加电压的线路中，测量每次施加的电压所产生的对应电流；

第三步、实测极限电流的获取

步骤1、以电压为横坐标和电流为纵坐标，作出第二步中逐次施加的电压与每次所产生的对应电流的关系曲线；

步骤2、确定所述关系曲线的左拐点和右拐点分别所对应的电压值；

步骤3、计算所述左拐点和所述右拐点所对应的电压区间内所有电流值的平均值，所得平均值即为本次实测极限电流值I_C；

第四步，根据实测极限电流值I_C与理论极限电流值I_L进行对比，若实测极限电流值I_C与理论极限电流值I_L的相对误差时，则所述氧传感器的极限电流参数合格；否则，不合格；

所述理论极限电流I_L：

$I_L=-\frac{4\mathrm{FSDP}}{\mathrm{RTL}}\ln (1-{\mathrm{Xo}}_2)---\left(1\right)$

由于氧传感器的测试环境的氧浓度很小，即Xo₂趋近于0，根据则式(1)简化为：

$I_L=\frac{4\mathrm{FSDP}}{\mathrm{RTL}}\&CenterDot;{\mathrm{Xo}}_2---\left(2\right)$

式(1)和式(2)中：F—法拉第常数，96487C/mol；

R—通用气体常数，8.314J/(mol×K)；

T—微氧浓度环境的绝对温度，K；

D—氧传感器中的氧气有效扩散系数，m²/s；

S—氧传感器扩散孔面积，m²；

Xo₂—微氧浓度环境中的氧气浓度，％；

L—氧传感器的扩散孔长度，m；

P—微氧浓度环境中混合气体总压力，Pa；

所述蓝色接线端代表信号接线端，白色接线端代表接地端，黑色接线端代表加热接线端。

2.根据权利要求1所述氧传感器极限电流的检测方法，其特征在于所述12V直流电压是由12V可控线性电源A产生，可控线性电源A由工控机控制。

3.根据权利要求1所述氧传感器极限电流的检测方法，其特征在于所述微氧浓度是指在混合气体中O₂的浓度小于或等于3Vol％。

4.根据权利要求1所述氧传感器极限电流的检测方法，其特征在于所述从0V逐次施加电压到2V是由输出范围为0～2V的可控线性电源B产生，可控线性电源B由工控机控制。

5.根据权利要求1所述氧传感器极限电流的检测方法，其特征在于所述测量每次施加的电压所产生的对应电流的方法：采用具有RS485通讯接口的万用表板卡，调节万用表板卡至电流测量功能端，将万用表板卡串联至蓝色和白色接线端所施加电压线路中；万用表板卡的RS485接口通过RS485转RS232模块连接至工控机串口，工控机通过串口发送指令控制万用表板卡的电流数据读取。