CN207081704U - 一种氮氧传感器评测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其是一种氮氧传感器评测系统。该评测系统包括供气子系统（1）、混合子系统（2）和测控子系统（3），供气子系统（1）与混合子系统（2）相连通，混合子系统（2）与测控子系统（3）相连；测控子系统（3）由检测台架（222）、第一氮氧传感器（311）、第二氮氧传感器（312）、第三氮氧传感器（313）、第四氮氧传感器（314）、上位机（36）、数据采集卡（34）、标准传感器（331）、氮氧气氛测试仪（332）和CAN控制器（333）组成。本实用新型可使氮氧传感器长时间处于理想工作环境。上位机软件对测试过程的编程、测试过程的控制、测试过程的数据采集、测试过程中数据的监测及测试结束后对测试数据的分析等功能，使对氧传感器的分析变得极为方便。

Description

一种氮氧传感器评测系统

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其是一种氮氧传感器评测系统。

背景技术

随着世界经济的高速发展，各国汽车保有量一直持续上升，汽车工业的发展极大程度上促进了人类社会的进步，但由于其动力来源的限制，也很大程度上加剧了环境污染和能源短缺。传统的氧传感器已无法满足现代排放标准，而氮氧传感器，不仅能检测检测汽车尾气中氧浓度，还能检测氮氧化物的浓度，由此提高发动机燃烧性能，同时大量减少有害气体的排放。而氮氧传感器在不同气氛中的运行情况十分复杂，无法对传感器的性能做出具体准确的评测。

实用新型内容

为了克服现有的传感器无法进行准确评测的不足，本实用新型提供了一种氮氧传感器评测系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种氮氧传感器评测系统，包括供气子系统、混合子系统和测控子系统，供气子系统与混合子系统相连通，混合子系统与测控子系统相连。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括测控子系统由检测台架、第一氮氧传感器、第二氮氧传感器、第三氮氧传感器、第四氮氧传感器、上位机、数据采集卡、标准传感器、氮氧气氛测试仪和CAN控制器组成，检测台架上置入有第一氮氧传感器、第二氮氧传感器、第三氮氧传感器、第四氮氧传感器和标准传感器，第一氮氧传感器、第二氮氧传感器、第三氮氧传感器、第四氮氧传感器与数据采集卡的输出端相连，数据采集卡的输入端与上位机相连，标准传感器通过氮氧气氛测试仪与CAN控制器相连，CAN控制器与数据采集卡的输入端相连。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括测控子系统由检测台架、第一氮氧传感器、第二氮氧传感器、第三氮氧传感器、第四氮氧传感器、上位机、数据采集卡、标准传感器、氮氧气氛测试仪和CAN控制器组成，检测台架上置入有第一氮氧传感器、第二氮氧传感器、第三氮氧传感器、第四氮氧传感器和标准传感器，第一氮氧传感器、第二氮氧传感器、第三氮氧传感器、第四氮氧传感器与数据采集卡的输出端相连，数据采集卡的输入端与上位机相连，标准传感器通过氮氧气氛测试仪与CAN控制器相连，CAN控制器与数据采集卡的输入端相连。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括数据采集卡通过USB连接线与上位机相连。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括混合子系统由混合腔和热箱连通组成，混合腔内设有气体喷头和尾气导管，尾气导管入口端与气体喷头相连通，尾气导管出口端与热箱相连通，热箱上设有温控模块。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括温控模块与数据采集卡相连。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括供气子系统包括压缩空气瓶、氮氧化物气瓶、压缩氮气瓶、补偿气瓶组成，供气子系统分别与混合腔和数据采集卡相连通。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括供气子系统通过混合阀与混合腔相连通，压缩空气瓶通过第一电磁阀与数据采集卡和第一流量计相连，空气导管的入口端与第一流量计相连，空气导管的出口端与混合阀相连，氮氧化物气瓶通过第二电磁阀与数据采集卡和第二流量计相连，氮氧化物导管的入口端与第二流量计相连，氮氧化物导管的出口端与混合阀相连，压缩氮气瓶通过第三电磁阀与数据采集卡和第三流量计相连，氮气导管的入口端与第三流量计相连，氮气导管的出口端与混合阀相连，补偿气气瓶通过第四电磁阀与数据采集卡和第四流量计相连，补偿气导管的入口端与第四流量计相连，补偿气导管的出口端与混合阀相连。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括第一流量计、第二流量计、第三流量计和第四流量计按顺序通过流量计通讯总线相串联，流量计通讯总线与上位机相连。

根据本实用新型的另一个实施例，进一步包括第一氮氧传感器通过第一氮氧传感器插头与数据采集卡相连，第二氮氧传感器通过第二氮氧传感器插头与数据采集卡相连，第三氧传感器通过第三氧传感器插头与数据采集卡相连，第四氮氧传感器通过第四氧传感器插头与数据采集卡相连。

本实用新型的有益效果是，本实用新型可使氮氧传感器长时间处于理想工作环境。上位机软件对测试过程的编程、测试过程的控制、测试过程的数据采集、测试过程中数据的监测及测试结束后对测试数据的分析等功能，使对氧传感器的分析变得极为方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的系统结构框图；

图3是上位机算法流程图；

图中1. 供气子系统，2. 混合子系统，3. 测控子系统，21. 混合腔，22. 热箱，34.数据采集卡，35. USB连接线，36. 上位机，111. 压缩空气瓶，112. 第一电磁阀，113. 第一流量计，114. 空气导管，121. 氮氧化物气瓶，122. 第二电磁阀，123. 第二流量计，124.氮氧化物导管，131. 压缩氮气瓶，132. 第三电磁阀，133. 第三流量计，134. 氮气导管，141. 补偿气气瓶，142. 第四电磁阀，143. 第四流量计，144. 补偿气导管，150. 混合阀，151. 流量计通讯总线，211. 气体喷头，212. 尾气导管，221. 温控模块，222. 检测台架，311. 第一氮氧传感器，312. 第二氮氧传感器，313. 第三氮氧传感器，314. 第四氮氧传感器，321. 第一氮氧传感器插头，322. 第二氮氧传感器插头，323. 第三氧传感器插头，324.第四氧传感器插头，331. 标准传感器，332. 氮氧气氛测试仪，333. CAN控制器。

具体实施方式

如图1是本实用新型的结构示意图，图2是本实用新型的系统结构框图，图3是上位机算法流程图，一种氮氧传感器评测系统，包括供气子系统1、混合子系统2和测控子系统3，供气子系统1与混合子系统2相连通，混合子系统2与测控子系统3相连，测控子系统3由检测台架222、第一氮氧传感器311、第二氮氧传感器312、第三氮氧传感器313、第四氮氧传感器314、上位机36、数据采集卡34、标准传感器331、氮氧气氛测试仪332和CAN控制器333组成，检测台架222上置入有第一氮氧传感器311、第二氮氧传感器312、第三氮氧传感器313、第四氮氧传感器314和标准传感器331，第一氮氧传感器311、第二氮氧传感器312、第三氮氧传感器313、第四氮氧传感器314与数据采集卡34的输出端相连，数据采集卡34的输入端与上位机36相连，标准传感器331通过氮氧气氛测试仪332与CAN控制器333相连，CAN控制器333与数据采集卡34的输入端相连，数据采集卡34通过USB连接线35与上位机36相连，混合子系统2由混合腔21和热箱22连通组成，混合腔21内设有气体喷头211和尾气导管212，尾气导管212入口端与气体喷头211相连通，尾气导管212出口端与热箱22相连通，热箱22上设有温控模块221，温控模块221与数据采集卡34相连，供气子系统1包括压缩空气瓶111、氮氧化物气瓶121、压缩氮气瓶131、补偿气瓶141组成，供气子系统1分别与混合腔21和数据采集卡34相连通，供气子系统1通过混合阀150与混合腔21相连通，压缩空气瓶111通过第一电磁阀112与数据采集卡34和第一流量计113相连，空气导管114的入口端与第一流量计113相连，空气导管114的出口端与混合阀150相连，氮氧化物气瓶121通过第二电磁阀122与数据采集卡34和第二流量计123相连，氮氧化物导管124的入口端与第二流量计123相连，氮氧化物导管124的出口端与混合阀150相连，压缩氮气瓶131通过第三电磁阀132与数据采集卡34和第三流量计133相连，氮气导管134的入口端与第三流量计133相连，氮气导管134的出口端与混合阀150相连，补偿气气瓶141通过第四电磁阀142与数据采集卡34和第四流量计143相连，补偿气导管144的入口端与第四流量计143相连，补偿气导管144的出口端与混合阀150相连，第一流量计113、第二流量计123、第三流量计133和第四流量计143按顺序通过流量计通讯总线151相串联，流量计通讯总线151与上位机36相连，第一氮氧传感器311通过第一氮氧传感器插头321与数据采集卡34相连，第二氮氧传感器312通过第二氮氧传感器插头322与数据采集卡34相连，第三氧传感器313通过第三氧传感器插头323与数据采集卡34相连，第四氮氧传感器314通过第四氧传感器插头324与数据采集卡34相连。

供气子系统包括压缩空气瓶111、氮氧化物气瓶121、压缩氮气瓶131、补偿气瓶141，其中压缩空气瓶111连接至第一电磁阀112，第一电磁阀112的另一端连接至第一流量计113，空气气路通过空气导管114连接；氮氧化物气瓶121连接至第二电磁阀122，第二电磁阀122的另一端连接至第二流量计123，氮氧化物气路通过氮氧化物导管124连接；压缩氮气瓶131连接至第三电磁阀132，第三电磁阀132的另一端连接至第三流量计133，氮气气路通过氮气导管134连接；补偿气气瓶141连接至第四电磁阀142，第四电磁阀142的另一端连接至第四流量计143，补偿气气路通过补偿气导管144连接。四路气体在混合阀150混合之后可通入混合子系统进行特定气氛的配比。

四路气瓶连接的第一电磁阀112、第二电磁阀122、第三电磁阀132、第四电磁阀142由采集卡34输出数字信号控制其通断，其失电时阀门松开，气路通，其得电时阀门吸合，气路断。

流量计的通讯方式有数字量控制和模拟量控制，出于精确度考虑，本实例采用数字量控制。流量计之间通过RS485通讯线连接形成RS485流量计通讯总线151再由第四流量计143通过RS485转USB通讯线连接至上位机36。

混合腔21的输入端通过导管和四路混合阀150连接，四路气体混合后由气体喷头211喷出，其尾气经由尾气导管212输出至检测台架222。为保证尾气温度和现实汽车尾气温度相匹配，尾气导管212需通过热箱22，热箱22的温控模块221连接至采集卡34模拟量输出端，可方便地控制其温度。

热箱22的温控模块221连接至采集卡34模拟量输出端，可方便地控制其温度并在上位机软件中显示。

检测台架222尾气检测口在空间上围绕尾气导管212呈环形分布，使得第一氮氧传感器311、第二氮氧传感器312、第三氮氧传感器313、第四氮氧传感器314所处气氛具同步性。

测控子系统主要包括上位机36、数据采集卡34、氮氧传感器331和氮氧气氛测试仪332，氮氧传感器331和氮氧气氛测试仪332检测到相关数据后分别通过CAN控制器333连接至数据采集卡34模拟量输入端，数据采集卡34通讯端通过USB连接线35连接至上位机36。

特定气氛的配比实现，通过数据采集卡34输出数字信号控制电磁阀的通断，实现气路通断，使用PID改进流量控制算法调节第一流量计113、第二流量计123、第三流量计133、第四流量计143的流量，获得具有稳定配比气氛。

根据测试要求确定气体略微延迟变化的特性，在每个周期开始时延迟一定相位触发数据采集，为保证采集完全，采用大占空比时间将采集到的第一氮氧传感器311、第二氮氧传感器312、第三氮氧传感器313、第四氮氧传感器314电压数据存入数组实现记录保存，并在空闲时间进行数据的处理。具体如下：不同配比气氛下其电压不同，每个电压值在数组中对应的索引值可表示其相对时间；需评测的性能指标主要有上升时间、下降时间、最大电压值和最小电压值，通过在数组中寻找相应高低电压及其对应的索引，其差值的绝对值即分别对应上升和下降时间。为避免干扰，求上升时间查找数组时，对离规定低电压的时间和高电压最近点的时间进行求差运算；求下降时间时，转置数组再进行运算即可。得到性能指标后与标准要求进行比较，判断产品是否合格。在每个周期即将结束时，清空采集数组，等待下一周期触发。

具体操作过程：正式开始测试前，打开本系统所设计上位机软件，点击升温按钮对热箱22进行升温至800°C左右，再点击开始按钮，初始化第一流量计113、第二流量计123、第三流量计133、第四流量计143通讯，其通讯方式为轮询。打开气瓶，分别设置空气、氮氧化物、氮气和补偿气流量，进行点火，这时可通过软件观察第一氮氧传感器311、第二氮氧传感器312、第三氮氧传感器313、第四氮氧传感器314电压曲线变化。同时读取氮氧测试仪测得的氮氧浓度，调整四路气体流量，使其满足测试要求。系统初试设置完成之后点击刷新即可正式开始评测传感器所测得电压的上升时间、下降时间、最大值、最小值。上位机软件通过对过去5个周期数据取平均值获得一个直观的性能参数，并和要求的性能指标进行比较，若合格则亮绿灯，若不合格则亮红灯，并蜂鸣一次，在日志中记录。每过一小时对历史数据进行一次清除并存档以保证软件运行效率。

Claims (6)

1.一种氮氧传感器评测系统，其特征是，包括供气子系统（1）、混合子系统（2）和测控子系统（3），供气子系统（1）与混合子系统（2）相连通，混合子系统（2）与测控子系统（3）相连；测控子系统（3）由检测台架（222）、第一氮氧传感器（311）、第二氮氧传感器（312）、第三氮氧传感器（313）、第四氮氧传感器（314）、上位机（36）、数据采集卡（34）、标准传感器（331）、氮氧气氛测试仪（332）和CAN控制器（333）组成，检测台架（222）上置入有第一氮氧传感器（311）、第二氮氧传感器（312）、第三氮氧传感器（313）、第四氮氧传感器（314）和标准传感器（331），第一氮氧传感器（311）、第二氮氧传感器（312）、第三氮氧传感器（313）、第四氮氧传感器（314）与数据采集卡（34）的输出端相连，数据采集卡（34）的输入端与上位机（36）相连，标准传感器（331）通过氮氧气氛测试仪（332）与CAN控制器（333）相连，CAN控制器（333）与数据采集卡（34）的输入端相连；混合子系统（2）由混合腔（21）和热箱（22）连通组成，混合腔（21）内设有气体喷头（211）和尾气导管（212），尾气导管（212）入口端与气体喷头（211）相连通，尾气导管（212）出口端与热箱（22）相连通，热箱（22）上设有温控模块（221）；供气子系统（1）包括压缩空气瓶（111）、氮氧化物气瓶（121）、压缩氮气瓶（131）、补偿气瓶（141）组成，供气子系统（1）分别与混合腔（21）和数据采集卡（34）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种氮氧传感器评测系统，其特征是，数据采集卡（34）通过USB连接线（35）与上位机（36）相连。

3.根据权利要求1所述的一种氮氧传感器评测系统，其特征是，温控模块（221）与数据采集卡（34）相连。

4.根据权利要求1所述的一种氮氧传感器评测系统，其特征是，供气子系统（1）通过混合阀（150）与混合腔（21）相连通，压缩空气瓶（111）通过第一电磁阀（112）与数据采集卡（34）和第一流量计（113）相连，空气导管（114）的入口端与第一流量计（113）相连，空气导管（114）的出口端与混合阀（150）相连，氮氧化物气瓶（121）通过第二电磁阀（122）与数据采集卡（34）和第二流量计（123）相连，氮氧化物导管（124）的入口端与第二流量计（123）相连，氮氧化物导管（124）的出口端与混合阀（150）相连，压缩氮气瓶（131）通过第三电磁阀（132）与数据采集卡（34）和第三流量计（133）相连，氮气导管（134）的入口端与第三流量计（133）相连，氮气导管（134）的出口端与混合阀（150）相连，补偿气瓶（141）通过第四电磁阀（142）与数据采集卡（34）和第四流量计（143）相连，补偿气导管（144）的入口端与第四流量计（143）相连，补偿气导管（144）的出口端与混合阀（150）相连。

5.根据权利要求1所述的一种氮氧传感器评测系统，其特征是，第一流量计（113）、第二流量计（123）、第三流量计（133）和第四流量计（143）按顺序通过流量计通讯总线（151）相串联，流量计通讯总线（151）与上位机（36）相连。

6.根据权利要求1所述的一种氮氧传感器评测系统，其特征是，第一氮氧传感器（311）通过第一氮氧传感器插头（321）与数据采集卡（34）相连，第二氮氧传感器（312）通过第二氮氧传感器插头（322）与数据采集卡（34）相连，第三氮氧传感器（313）通过第三氮氧传感器插头（323）与数据采集卡（34）相连，第四氮氧传感器（314）通过第四氧传感器插头（324）与数据采集卡（34）相连。