CN108872349B - 氮氧传感器陶瓷芯片气敏性的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种氮氧传感器陶瓷芯片气敏性的测试方法及装置，依次检测氮氧传感器陶瓷芯片主泵、辅助泵、测量泵的气敏性，根据检测对象，配置出相应浓度的氧气；将氮氧传感器陶瓷芯片加热到合适的工作温度，再向待测氮氧传感器陶瓷芯片主泵或辅助泵或测量泵的氧泵加载渐变的电压，测试该氧泵电流和氧浓差电势；根据氧泵电压和氧泵电流以及氧浓差电势，判断氮氧传感器陶瓷芯片主泵或辅助泵或测量泵氧泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力。本发明具有工作效率高、节省人力、对待测芯片无损伤的优点。

Description

氮氧传感器陶瓷芯片气敏性的测试方法及装置

技术领域

本发明属于测量测试技术领域，具体涉及到一种氮氧传感器陶瓷芯片气敏性的测试方法及装置。

背景技术

随着汽车行业的发展，机动车数量的增加，机动车尾气排放已成为空气污染的主要来源。汽车尾气污染已占到全部大气污染的65％～80％，尾气中有害成分主要有：一氧化碳、不完全燃烧的碳氢化合物、氮氧化合物以及微粒物质等，这些尾气污染物的排放对人类的健康和生存环境已经造成了严重的威胁。针对这种现状，许多国家制定了越来越严格的汽车尾气排放法规来制约这一问题，以控制汽车尾气污染物的排放量，为了达到降低尾气排放的目的，必须对尾气进行实时监测并对其进行控制，汽车尾气氧传感器、氮氧化合物传感器以及氨传感器等成为汽车尾气控制系统的关键监测元件。

氮氧化物传感器的质量直接决定了测量尾气中氮氧化物的含量的准确性，而且近年来国内氮氧化物传感器发展还不够成熟，大部分处于研究试验阶段，针对氮氧化物传感器的检测更是缺乏有效的方法。目前，已有一些测试氮氧传感器陶瓷芯片的方法，但是还存在许多缺陷，有些只针对氮氧传感器陶瓷芯片氧泵电流进行测试，并且容易对芯片产生不可恢复到影响，为更好地的分析氮氧化物传感器陶瓷芯片性能，并提出后期的改善方法，就必须经过反复的测试，这便增加了研究人员的工作量，降低了工作效率。因此，研发一种全面分析氮氧化物传感器陶瓷芯片性能的测试方法及装置就成为一种迫切需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种工作效率高、节省人力、对待测芯片无损伤的氮氧传感器陶瓷芯片气敏性的测试方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种氮氧传感器陶瓷芯片气敏性的测试方法，包括如下步骤：

（1）依次检测氮氧传感器陶瓷芯片主泵、辅助泵、测量泵的气敏性，根据检测对象，配置出相应浓度的氧气；

（2）将氮氧传感器陶瓷芯片加热到目标温度，再向待测氮氧传感器陶瓷芯片主泵或辅助泵或测量泵的氧泵加载渐变的电压，测试该氧泵电流和氧浓差电势；

（3）根据氧泵电压和氧泵电流以及氧浓差电势，判断氮氧传感器陶瓷芯片主泵或辅助泵或测量泵氧泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力。

作为一种优选的技术方案，所述的步骤（1）中测试氮氧传感器陶瓷芯片主泵时，配置出氧气的浓度为21%；测试氮氧传感器陶瓷芯片辅助泵时，配置出氧气的浓度为5%；测试氮氧传感器陶瓷芯片测量泵时，配置出氧气的浓度为1%。

作为一种优选的技术方案，所述的步骤（2）中测试氮氧传感器陶瓷芯片主泵时，加载渐变电压为0～1.2V，渐变增加幅度为50mV；测试氮氧传感器陶瓷芯片辅助泵时，加载渐变的电压为0～1V，渐变增加幅度为50mV；测试氮氧传感器陶瓷芯片测量泵时，加载渐变的电压为0～0.8V，渐变增加幅度为50mV。

作为一种优选的技术方案，所述步骤（3）中氧浓差电势随着氧泵空腔氧气浓度减小而增大，氧浓差电势为

式中：E为氧浓差电势，R=8.314J/mol·K，T为工作温度，F为法拉第常数，P _O2 (Ⅰ)为参比气体的氧气浓度值；P _O2 (Ⅱ)为待测氮氧传感器陶瓷芯片主泵或辅助泵或测量泵的氧泵所处空腔氧气浓度值。

作为一种优选的技术方案，所述的步骤（3）中主泵电压值为350mV～1200mV时，氧泵电流为2900～3100uA的恒定值，主泵氧泵的泵氧能力合格，氧浓差电势为350～600mV，主泵空腔氧气浓度合格；辅助泵的电压值为700～1000mV，辅助泵氧泵电流为800～1000uA的恒定值，辅助泵的泵氧能力合格，氧浓差电势为700～1000mV，辅助泵空腔氧气浓度合格；测量泵的最大电流≥200uA，测量泵的泵氧能力合格，氧浓差电势为200～500mV，测量泵空腔氧气浓度合格。

本发明还提供一种氮氧传感器陶瓷芯片气敏性测试装置，包括：配气装置、测试仓、电流检测单元、氧泵电压控制单元、加热单元、CAN通信单元、主控制器、氧浓差电势检测单元；

所述的配气装置与测试仓相连通，用于配置含有不同浓度氧气的氧气与氮气混合气体并将该混合气体充入与待测氮氧传感器陶瓷芯片相连的测试仓内；

所述的加热单元，与待测氮氧传感器陶瓷芯片的加热电阻和主控制器相连，用于将氮氧传感器陶瓷芯片的加热电阻反馈到主控制器，同时接收主控制器的信号，对待测氮氧传感器陶瓷芯片进行加热；

所述的氧泵电压控制单元，输入端与主控制器相连，输出电压正极、输出电压负极和参比电极分别与待测氮氧传感器陶瓷芯片氧泵正极、氧泵负极和参比电极相连，用于接收主控制器的指令对待测氮氧传感器陶瓷芯片加载渐变电压，并根据反馈的氧泵电压和氧泵电流以及氧浓差电势，判断氮氧传感器陶瓷芯片氧泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力；

所述的电流检测单元，输入正极与待测氮氧传感器陶瓷芯片氧泵负极相连，输入负极与氧泵电压控制模块负极相连，输出端与主控制器相连，用于实时检测待测氮氧传感器陶瓷芯片氧泵的氧泵电流；

所述的氧浓差电势检测单元，输入正极与待测氮氧传感器陶瓷芯片的参比电极相连，输入负极与待测氮氧传感器陶瓷芯片的氧泵负极相连，输出端与主控制器相连，用于实时检测待测氮氧传感器陶瓷芯片氧泵的氧浓差电势；

所述的CAN通信单元，用于主控制器和上位机通信，主控制器接收上位机参数的同时，向上位机发送待测氮氧传感器陶瓷芯片氧泵的氧泵电流和氧浓差电势的数据，以及待测氮氧传感器陶瓷芯片氧泵的泵氧和反应空腔氧气浓度的信息。

本发明的有益效果如下：

本发明在测试氮氧传感器芯片不同氧泵时，配置不同氧气浓度的气氛环境，不但可以方便精确的测量氧泵的气敏性能，还可以降低加载到氧泵的电压，还可以有效地避免因加载电压过大对芯片产生不可恢复的影响，在准确测试芯片氧泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度能力的同时避免损伤芯片。

附图说明

图1是本发明的氮氧传感器陶瓷芯片气敏性测试装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。

在图1中，本实施例的氮氧传感器陶瓷芯片气敏性测试装置由配气装置1、测试仓2、电流检测单元3、氧泵电压控制单元4、加热单元5、CAN通信单元6、主控制器7、氧浓差电势检测单元8连接构成。

配气装置1中氧气储气罐和氮气储气罐通过流量控制器配制出含有不同浓度氧气的氮氧混合气体，配气装置1与测试仓2相连通，将氮氧混合气体输入测试仓2内，将待测氮氧传感器陶瓷芯片9敏感头插入测试仓2，待测氮氧传感器陶瓷芯片9的加热电阻与加热单元5相连，加热单元5与主控制器7相连，用于将氮氧传感器陶瓷芯片9的加热电阻反馈到主控制器7，同时接收主控制器7的信号，调节输出到氮氧传感器陶瓷芯片9加热电阻脉冲电压的占空比，从而控制氮氧传感器陶瓷芯片9工作在设置的工作温度；氧泵电压控制单元4，输入端与主控制器7相连，输出电压正极、输出电压负极和参比电极分别与待测氮氧传感器陶瓷芯片9氧泵正极、氧泵负极和参比电极相连，用于接收主控制器7的指令对待测氮氧传感器陶瓷芯片9加载渐变电压，并根据反馈的氧泵电压和氧泵电流以及氧浓差电势，判断氮氧传感器陶瓷芯片9氧泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力；电流检测单元3的输入正极与待测氮氧传感器陶瓷芯片9氧泵负极相连、输入负极与氧泵电压控制单元4负极相连、输出端与主控制器7相连，用于实时检测待测氮氧传感器陶瓷芯片9氧泵的氧泵电流；氧浓差电势检测单元8的输入正极与待测氮氧传感器陶瓷芯片9的参比电极相连、输入负极与待测氮氧传感器陶瓷芯片9的氧泵负极相连、输出端与主控制器7相连，用于实时检测待测氮氧传感器陶瓷芯片9氧泵的氧浓差电势；CAN通信单元6，用于主控制器7和上位机10通信，主控制器7接收上位机10参数的同时，向上位机10发送待测氮氧传感器陶瓷芯片9氧泵的氧泵电流和浓差电势的数据，以及待测氮氧传感器陶瓷芯片氧泵的泵氧和反应空腔氧气浓度的信息。

应用上述氮氧传感器陶瓷芯片气敏性测试装置的测试方法，包括如下步骤：

（1）检测氮氧传感器陶瓷芯片9主泵的气敏性

S1：在配气装置1中配制出氧气的浓度为21%的氮氧混合气体，将待测氮氧传感器陶瓷芯片9敏感头插入测试仓2内；

S2：将待测氮氧传感器陶瓷芯片9的加热电阻通过引线与加热单元5相连，氧泵电压控制单元4的输出电压正极、输出电压负极和参比电极分别通过引线与待测氮氧传感器陶瓷芯片9主泵的氧泵正极、氧泵负极和参比电极相连；

S3：上位机10通过CAN通信单元6向主控制器7发送氮氧传感器陶瓷芯片9的加热目标温度800℃、主泵加载最大电压1.2V和渐变幅度50mV的参数；

S4：通过主控制器7控制加热单元5，将待测氮氧传感器陶瓷芯片9加热到800℃，并保持氮氧传感器陶瓷芯片9一直工作在该温度；

S5：通过氧泵电压控制单元4，向待测氮氧传感器陶瓷芯片9主泵正负极加载从0V～1.2V，渐变增加幅度为50mV的电压，同时，主控制器7通过电流检测单元3和氧浓差电势检测单元8获取到待测氮氧传感器陶瓷芯片9主泵氧泵的氧泵电流和氧浓差电势，氧浓差电势随着氧泵空腔氧气浓度减小而增大，氧浓差电势为

式中，E为氧浓差电势，R=8.314J/mol·K，T为工作温度，F为法拉第常数，P _O2 (Ⅰ)为参比气体的氧气浓度为21%；P _O2 (Ⅱ)为待测氮氧传感器陶瓷芯片主泵的氧泵所处空腔氧气浓度为0.1ppm，氧浓差电势E为300mV；

S5：主控制器7根据主泵电压和氧泵电流以及氧浓差电势的关系，自动判断氮氧传感器陶瓷芯片主泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力，再将判断结果通过CAN通信单元6发送到上位机10，由上位机10显示并保存测试数据；

上述判断氮氧传感器陶瓷芯片主泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力的方法为：主控制器7根据反馈的数据，当主泵电压值为350mV～1200mV时，氧泵电流为2900～3100uA范围内的恒定值，则主泵氧泵的泵氧能力合格，氧浓差电势为350～600mV范围内，则主泵空腔氧气浓度合格；

（2）检测氮氧传感器陶瓷芯片9辅助泵的气敏性

S1：在配气装置1中配制出氧气的浓度为5%的氮氧混合气体，将待测氮氧传感器陶瓷芯片9的敏感头插入测试仓2内；

S2：将待测氮氧传感器陶瓷芯片9的加热电阻通过引线与加热单元5相连，氧泵电压控制单元4的输出电压正极、输出电压负极和参比电极分别通过引线与待测氮氧传感器陶瓷芯片9辅助泵的氧泵正极、氧泵负极和参比电极相连；

S3：上位机10通过CAN通信单元6向主控制器7发送氮氧传感器陶瓷芯片加热目标温度800℃、辅助泵加载最大电压1V和渐变幅度50mV的参数；

S4：通过主控制器7控制加热单元5，将待测氮氧传感器陶瓷芯片9加热到800℃，并保持氮氧传感器陶瓷芯片9一直工作在该温度；

S5：通过氧泵电压控制单元4，向待测氮氧传感器陶瓷芯片9辅助泵正负极加载从0V～1.2V，渐变增加幅度为50mV的电压，同时，主控制器7通过电流检测单元3和氧浓差电势检测单元8获取到待测氮氧传感器陶瓷芯片9辅助泵氧泵的氧泵电流和氧浓差电势，氧浓差电势随着氧泵空腔氧气浓度减小而增大，氧浓差电势为

式中，E为氧浓差电势，R=8.314J/mol·K，T为工作温度，F为法拉第常数，P _O2 (Ⅰ)为参比气体的氧气浓度为21%；P _O2 (Ⅱ)为待测氮氧传感器陶瓷芯片主泵的氧泵所处空腔氧分压值为0.001ppm，氧浓差电势E为450mV；

S5：主控制器7根据辅助泵电压和氧泵电流以及氧浓差电势的关系，自动判断氮氧传感器陶瓷芯片9的辅助泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力，再将判断结果通过CAN通信单元6发送到上位机10，由上位机10显示并保存测试数据；

上述判断氮氧传感器陶瓷芯片辅助泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力的方法为：主控制器7根据反馈的数据，判断当辅助泵的电压值为700～1000mV，辅助泵氧泵电流为800～1000uA范围内的恒定值，辅助泵的泵氧能力合格，氧浓差电势为700～1000mV，辅助泵空腔氧气浓度合格；

（3）检测氮氧传感器陶瓷芯片9测量泵的气敏性

S1：在配气装置1中配制出氧气的浓度为1%的氮氧混合气体，将待测氮氧传感器陶瓷芯片9敏感头插入测试仓2内；

S2：将待测氮氧传感器陶瓷芯片9的加热电阻通过引线与加热单元5相连，氧泵电压控制单元4的输出电压正极、输出电压负极和参比电极分别通过引线与待测氮氧传感器陶瓷芯片9测量泵的氧泵正极、氧泵负极和参比电极相连；

S3：上位机10通过CAN通信单元6向主控制器7发送氮氧传感器陶瓷芯片加热目标温度800℃、测量泵加载最大电压1V和渐变幅度50mV的参数；

S4：通过主控制器7控制加热单元5，将待测氮氧传感器陶瓷芯片9加热到800℃，并保持氮氧传感器陶瓷芯片9一直工作在该温度；

S5：通过氧泵电压控制单元4，向待测氮氧传感器陶瓷芯片9测量泵正负极加载从0V～1.2V，渐变增加幅度为50mV的电压，同时，主控制器7通过电流检测单元3和氧浓差电势检测单元8获取到待测氮氧传感器陶瓷芯片9测量泵氧泵的氧泵电流和氧浓差电势，氧浓差电势随着氧泵空腔氧气浓度减小而增大，氧浓差电势为

式中，E为氧浓差电势，R=8.314J/mol·K，T为工作温度，F为法拉第常数，P _O2 (Ⅰ)为参比气体的氧气浓度为21%；P _O2 (Ⅱ)为待测氮氧传感器陶瓷芯片测量泵的氧泵所处空腔氧气浓度0.001ppm，氧浓差电势E为450mV；

S5：主控制器7根据测量泵电压和氧泵电流以及氧浓差电势的关系，自动判断氮氧传感器陶瓷芯片测量泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力，再将判断结果通过CAN通信单元6发送到上位机10，由上位机10显示并保存测试数据；

上述判断氮氧传感器陶瓷芯片测量泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力的方法为：主控制器7根据反馈的数据，判断当测量泵的最大电流≥200uA，测量泵的泵氧能力合格，氧浓差电势为200～500mV，测量泵空腔氧气浓度合格。

Claims (4)

1.一种氮氧传感器陶瓷芯片气敏性的测试方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）依次检测氮氧传感器陶瓷芯片主泵、辅助泵、测量泵的气敏性，根据检测对象，配置出相应浓度的氧气

测试氮氧传感器陶瓷芯片主泵时，配置出氧气的浓度为21%；测试氮氧传感器陶瓷芯片辅助泵时，配置出氧气的浓度为5%；测试氮氧传感器陶瓷芯片测量泵时，配置出氧气的浓度为1%；

（2）将氮氧传感器陶瓷芯片加热到目标温度，再向待测氮氧传感器陶瓷芯片主泵或辅助泵或测量泵的氧泵加载渐变的电压，测试该氧泵电流和氧浓差电势

测试氮氧传感器陶瓷芯片主泵时，加载渐变电压为0～1.2V；测试氮氧传感器陶瓷芯片辅助泵时，加载渐变的电压为0～1V；测试氮氧传感器陶瓷芯片测量泵时，加载渐变的电压为0～0.8V；

（3）根据氧泵电压和氧泵电流以及氧浓差电势，判断氮氧传感器陶瓷芯片主泵或辅助泵或测量泵氧泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力；所述的主泵电压值为350mV～1200mV时，氧泵电流为2900～3100uA的恒定值，主泵氧泵的泵氧能力合格，氧浓差电势为350～600mV，主泵空腔氧气浓度合格；辅助泵的电压值为700～1000mV，辅助泵氧泵电流为800～1000uA的恒定值，辅助泵的泵氧能力合格，氧浓差电势为700～1000mV，辅助泵空腔氧气浓度合格；测量泵的最大电流≥200uA，测量泵的泵氧能力合格，氧浓差电势为200～500mV，测量泵空腔氧气浓度合格。

2.根据权利要求1所述的氮氧传感器陶瓷芯片气敏性的测试方法，其特征在于：所述的步骤（2）中加载渐变电压的渐变增加幅度为50mV。

3.根据权利要求1所述的氮氧传感器陶瓷芯片气敏性测试方法，其特征在于所述步骤（3）中氧浓差电势随着氧泵空腔氧气浓度减小而增大，氧浓差电势为

式中：E为氧浓差电势，R=8.314J/mol·K，T为工作温度，F为法拉第常数，P _O2 (Ⅰ)为参比气体的氧气浓度值；P _O2 (Ⅱ)为待测氮氧传感器陶瓷芯片主泵或辅助泵或测量泵的氧泵所处空腔氧气浓度值。

4.根据权利要求1所述氮氧传感器陶瓷芯片气敏性的测试方法的测试装置，其特征在于包括：配气装置（1）、测试仓（2）、电流检测单元（3）、氧泵电压控制单元（4）、加热单元（5）、CAN通信单元（6）、主控制器（7）、氧浓差电势检测单元（8）；

所述的配气装置（1）与测试仓（2）相连通，用于配置含有不同浓度氧气的氧气与氮气混合气体并将该混合气体充入与待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）相连的测试仓（2）内；

所述的加热单元（5），与待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）的加热电阻和主控制器（7）相连，用于将氮氧传感器陶瓷芯片（9）的加热电阻反馈到主控制器（7），同时接收主控制器（7）的信号，对待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）进行加热；

所述的氧泵电压控制单元（4），输入端与主控制器（7）相连，输出电压正极、输出电压负极和参比电极分别与待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）氧泵正极、氧泵负极和参比电极相连，用于接收主控制器（7）的指令对待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）加载渐变电压，并根据反馈的氧泵电压和氧泵电流以及氧浓差电势，判断氮氧传感器陶瓷芯片（9）氧泵的泵氧能力和反应空腔氧气浓度的能力；

所述的电流检测单元（3），输入正极与待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）氧泵负极相连，输入负极与氧泵电压控制模块负极相连，输出端与主控制器（7）相连，用于实时检测待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）氧泵的氧泵电流；

所述的氧浓差电势检测单元（8），输入正极与待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）的参比电极相连，输入负极与待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）的氧泵负极相连，输出端与主控制器（7）相连，用于实时检测待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）氧泵的氧浓差电势；

所述的CAN通信单元（6），用于主控制器（7）和上位机（10）通信，主控制器（7）接收上位机（10）参数的同时，向上位机（10）发送待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）氧泵的氧泵电流和氧浓差电势的数据，以及待测氮氧传感器陶瓷芯片（9）氧泵的泵氧和反应空腔氧气浓度的信息。

Images