CN110146573A - 宽域式氧传感器的激光调阻标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了宽域式氧传感器的激光调阻标定方法，首先配置不同氧含量的气体，然后进行信号采集，通过比较标准样和测试样的电流信号，来调节匹配电阻，通过激光器进行调阻工作，同时采集电流，直至被测传感器电流值与基准值一致时或在一定误差范围内，PLC控制激光器停止工作。本发明的有益效果是，通过将测试样与标准样放在相同的氧浓度环境下，然后检测标准样的电流强度，并以其为标准值，通过激光器对标准样的电阻进行激光调阻，同步实时监测测试样的电流强度，直到测试样的电流强度与标准样的电流强度相同或误差范围以内，即可高效精准的标定该测试样的电阻值。

Description

宽域式氧传感器的激光调阻标定方法
技术领域
本发明涉及氧传感器电阻标定领域，特别是宽域式氧传感器的激光调阻标定方法。
背景技术
宽域式氧传感器(wide-band O2sensor)是五线六插型的汽车氧传感器，五线传感器相对四线氧传感器多了一个泵电流电路。在实际的芯片结构中，主要多了一个泵电极、扩散障(扩散层)和测试腔。测试腔的初始状态是理想空燃比(14.7)状态对应的尾气氧含量状态，扩散层提供了氧气自由扩散的通道，扩散的方向由障两侧的氧浓度差决定。富油的浓混合气其尾气氧含量低，由于扩散势能从高到低的原理，测试腔的氧会往尾气中扩散，从而导致氧浓差电池的电压大于0.45V，此时传感器控制器会施加负方向的泵电流Ip,将氧气强制泵入测试腔，使电压恢复到0.45V；反之，氧气会泵出测试腔。宽域氧传感器就是这样通过泵电流的大小和方向，来反映废气的浓或稀，以及浓稀程度，并且再将泵电流转换为0-5v连续的线性电压输出。此时的氧气存在三个运输通道，一个是扩散障的氧气自由运输通道，一个是泵电池的氧离子强制输运通道，一个是传统的氧浓差电池中的氧离子自然输运通道。
为了使所有的宽域式氧传感器的输出电流达到一个固定的水平，需要在五线的氧传感器后端增加了一个可调电阻(厚膜工艺制作的陶瓷电路)，该电阻用来分担一部分泵电流，根据电流的大小来调节电阻的大小，以保证输出电流的一致性，本发明即介绍这种电阻的标定方法，尤其是激光标定方法。
发明内容
本发明的目的是为了宽域式氧传感器的输出电流达到一个固定的水平，设计了宽域式氧传感器的激光调阻标定方法。
实现上述目的本发明的方法步骤为：
a、配置不同氧含量的气体；
b、测试样与标准样同气体环境检测；
c、分别采集测试样与标准样数据并对比；
d、对测试样电阻片进行激光调阻；
e、电阻片气体冷却；
f、再次将两者数据对比并重复步骤d、e，直至测试样与标准样数据差值小于预设值；
g、激光器停止工作。
具体的，在步骤a中，采用包括AIR(空气)在内的三种气体作为配置不同氧含量气体的原料气，且气体含量的调定由流量计进行配置并在混合腔中混合。
优选的，三种原料气优选用N2、AIR、H2。
进一步的，在步骤b中，测试样与标准样均放置于同一个气体环境的工作腔中，所述工作腔与所述混合腔导通。
进一步的，在步骤c中，标准样氧传感器的电流信号通过控制器一采集，测试样的电路上设置有用于为氧传感器分担一部分泵电流的厚膜电阻片，测试样氧传感器的电流信号通过控制器二采集，然后将采集的两个电流信号进行对比。
进一步的，在步骤d中，将两个电流强度的差值与预设的最大允许误差值进行对比，若两电流差值大于误差值，则驱动激光器，对所述厚膜电阻片进行激光调阻(lasertrimming)。
优选的，在步骤e中，为了确保厚膜电阻片的阻值不会因激光升温而造成较大误差，在一定量激光调阻之后需要对厚膜电阻片进行气体降温。
作为一种操作完成之后对产品的检验方式，以上步骤为一种含氧气体浓度下的标定过程，为了判定氧传感器标定的准确度，可以重新驱动两个氧传感器，在不同含氧浓度下再次进行对比。
其有益效果在于，通过将测试样与标准样放在相同的氧浓度环境下，然后检测标准样的电流强度，并以其为标准值，通过激光器对标准样的电阻进行激光调阻，同步实时监测测试样的电流强度，直到测试样的电流强度与标准样的电流强度相同或误差范围以内，即可高效精准的标定该测试样的电阻值。
附图说明
图1是标准宽域氧传感器在不同的气体氛围下的标准电流值；
图2是本发明的设备布置图；
图3是本发明的工艺流程图；
图中，1、流量计；2、混合腔；3、标准样；4、测试样；5、工作腔；6、电阻片；7、控制器二；8、控制器一；9、数据采集对比；10、激光器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-3所示，实现上述目的本发明的技术方案为，首先将符合生产标准的氧传感器作为标准样3，需要标定阻值的氧传感器作为测试样4，标准的宽域式氧传感器在不同的气体氛围下，其标准电流值如图1所示。
氧传感器的阻值进行标定的方法包含以下步骤：
a、配置不同氧含量的气体。该气体采用包括AIR在内的三种气体作为配置不同氧含量气体的原料气，三种原料气优选但不限于采用N2、AIR、H2，且气体含量的调定由流量计1进行配置并在混合腔2中混合。
b、测试样4与标准样3同气体环境检测。即将测试样4与标准样3均放置于同一个气体环境的工作腔5中进行测试，所述工作腔5与所述混合腔2导通，工作腔5中的气体浓度由步骤a进行调定，且在一次标定过程中，工作腔5中的气体浓度不变。
c、测试样4与标准样3进行数据采集对比9。标准样3氧传感器的电流信号通过控制器一8采集，测试样4的电路上设置有用于为氧传感器分担一部分泵电流的厚膜电阻片6(该厚膜电阻片6优选但不唯一为陶瓷厚膜板)，测试样4氧传感器的电流信号通过控制器二7采集，然后将采集的两个电流信号进行对比，其中，所述控制器一8与所述控制器二7可以采用ECOTRONS公司生产的空燃比分析仪。
d、测试样4电阻片6激光调阻。将两个电流强度的差值与预设的最大允许误差值进行对比，若两电流差值大于误差值，则驱动激光器10，对所述厚膜电阻片6进行激光调阻(laser trimming)，数据差值对比以及驱动激光器10可通过PLC控制完成。
e、电阻片6气体冷却。为了确保厚膜电阻片6的阻值不会因激光升温而造成较大误差，在一定量激光调阻之后需要对厚膜电阻片6进行气体降温。
f、再次将两者数据对比并重复步骤d、e，直至测试样4与标准样3数据差值小于最大允许误差值。
g、激光器10停止工作。
作为一种操作完成之后对产品的检验方式，以上步骤(a-g)为始终在一种含氧气体浓度下的标定过程，为了确保其在宽域浓度下依然标准，需要对氧传感器标定的准确度进行判定，具体的判定方式为，重复步骤a-c，要求步骤a中配置的含氧气体浓度与之前不同，为了充分说明本发明所述方法能够实现氧传感器的调阻标定，现采用多个测试样4通过本方法进行测试，测试结果如表1所示，表1为采用本发明所述方法进行调阻标定的多个测试样4标定结果对比，
其中，样品n(n＝1,2,3,……)为多个测试样，标准为最大允许误差值。
表1.多个测试样激光调阻标定结果对比
从表1中可以看出，通过本发明所述方法能够达到宽域氧传感器调阻标定的目的。
本发明所述方法的步骤及其原理：
为了使所有的宽域式氧传感器的输出电流达到一个固定的水平，需要在氧传感器后端增加了一个可调电阻(厚膜工艺制作的陶瓷电路)，该电阻用来分担一部分泵电流，根据电流的大小来调节电阻的大小，以保证输出电流的一致性，该电阻优选陶瓷厚膜板，本发明所述的激光调阻标定方法具体为：
首先通过流量计1配置不同氧含量的气体，然后用ECOTRONS公司的空燃比分析仪进行信号采集，通过比较标准样3和测试样4的电流信号，来调节匹配电阻，采用高分分辨率多路直流智能变送器采集标准样3传感器电流作为基准，PLC采集到电流数据后，驱动激光器10工作，同时采集电流，并驱动气阀对电阻芯片进行强制冷却，确保芯片阻值不会因温度升高造成较大误差，直至被测传感器电流值与基准值一致时或在一定误差范围内，PLC控制激光器10停止工作。
测试完成后，可以重新驱动两只宽域氧传感器，通过不同的气体浓度显示值判定氧传感器的准确度。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.宽域式氧传感器的激光调阻标定方法，其特征在于，包含以下步骤：
a、配置不同氧含量的气体；
b、测试样与标准样同气体环境检测；
c、分别采集测试样与标准样数据并对比；
d、对测试样电阻片进行激光调阻；
e、电阻片气体冷却；
f、再次将两者数据对比并重复步骤d、e，直至测试样与标准样数据差值小于预设值；
g、激光器停止工作。
2.根据权利要求1所述的宽域式氧传感器的激光调阻标定方法，其特征在于，在步骤a中，采用包括空气在内的三种气体作为配置不同氧含量气体的原料气，且气体含量的调定由流量计进行配置并在混合腔中混合。
3.根据权利要求2所述的宽域式氧传感器的激光调阻标定方法，其特征在于，三种原料气优选为N2、空气、H2。
4.根据权利要求1所述的宽域式氧传感器的激光调阻标定方法，其特征在于，在步骤b中，测试样与标准样均放置于同一个气体环境的工作腔中，所述工作腔与所述混合腔导通。
5.根据权利要求1所述的宽域式氧传感器的激光调阻标定方法，其特征在于，在步骤c中，标准样氧传感器的电流信号通过控制器一采集，测试样的电路上设置有用于为氧传感器分担一部分泵电流的厚膜电阻片，测试样氧传感器的电流信号通过控制器二采集，然后将采集的两个电流信号进行对比。
6.根据权利要求1所述的宽域式氧传感器的激光调阻标定方法，其特征在于，在步骤d中，将两个电流强度的差值与预设的最大允许误差值进行对比，若两电流差值大于误差值，则驱动激光器，对所述厚膜电阻片进行激光调阻。
7.根据权利要求1所述的宽域式氧传感器的激光调阻标定方法，其特征在于，在步骤e中，为了确保厚膜电阻片的阻值不会因激光升温而造成较大误差，在一定量激光调阻之后需要对厚膜电阻片进行气体降温。
8.根据权利要求1所述的宽域式氧传感器的激光调阻标定方法，其特征在于，步骤a-g为在一种含氧气体浓度下的标定过程，为了判定氧传感器标定的准确度，重新驱动两个氧传感器，在不同含氧浓度下再次进行对比。
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