CN218885877U - 一种带温控功能的氮氧传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及气体检测技术领域，具体公开一种带温控功能的氮氧传感器，包括传感壳体和控制器，所述传感壳体的两侧连接进气管和出气管，所述进气管上沿着进气方向依次设置第一温度传感器和电磁阀，所述传感壳体内设置传感组件，所述第一温度传感器的信号输出端连接所述控制器的信号输入端，所述控制器的信号输出端连接所述电磁阀的信号输入端。本实用新型通过第一温度传感器对进气温度进行检测，在达到设定温度后，控制器才控制开启电磁阀，启动传感组件进行工作，可以提升传感器的损坏率，提高其使用寿命。

Description

一种带温控功能的氮氧传感器

技术领域

本实用新型涉及气体检测技术领域，特别涉及一种带温控功能的氮氧传感器。

背景技术

氮氧传感器是基于三氧化二铝和氧化锆基体(掺杂氧化钇等材料)的陶瓷材料而制成，由于其耐高温耐腐蚀、寿命长、对气体敏感等优点，广泛应用于柴油车尾气中氮氧化物的检测。其检测原理是，在超过300摄氏度后，通过在氧化锆基体的两侧施加电压，氧化锆可以通过氧离子的迁移导电，从而形成电流。在柴油车排放过程中，尾气即待测气体中含有氮氧化合物、氧、碳氢化合物等气体，经带温控功能的氮氧传感器中的一腔室后，待测气体中的氧气会在电压和高温作用下被泵出到带温控功能的氮氧传感器外，剩下的待测气体进入到带温控功能的氮氧传感器中的二腔室，在催化剂作用下氮氧化合物分解成氧气和氮气，分解的氧气会再次被泵出到带温控功能的氮氧传感器外，通过分解的氧气泵出时产生的氧离子电流即可计算出氮氧化合物的浓度。

氮氧传感器在工作时，内部温度处于高温时，如果接触到水，有大概率直接导致传感器的爆裂，造成传感器的损坏。目前现有技术中，在汽车尾气的氮氧化物浓度的检测的应用中，通过在排气管中设置的温度传感器检测尾气温度，在尾气温度达到露点温度时，即判断氮氧传感器安装位置处不存在水分。上述方式在一定程度上可以避免水分进入到氮氧传感器进入到传感器内部造成损坏，但是其温度传感器与氮氧传感器采用分开布局的方式，对水分的判断不够准确，且温度传感器与氮氧传感器分开安装，安装工序也相应增加，因此有必要提出一种带温控功能的氮氧传感器。

实用新型内容

本实用新型提供一种带温控功能的氮氧传感器，通过第一温度传感器对进气温度进行检测，在达到设定温度后，控制器才控制开启电磁阀，启动传感组件进行工作，可以提升传感器的损坏率，提高其使用寿命。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种带温控功能的氮氧传感器，其采用的技术方案如下：

一种带温控功能的氮氧传感器，包括传感壳体和控制器，所述传感壳体的两侧连接进气管和出气管，所述进气管上沿着进气方向依次设置第一温度传感器和电磁阀，所述传感壳体内设置传感组件，所述第一温度传感器的信号输出端连接所述控制器的信号输入端，所述控制器的信号输出端连接所述电磁阀的信号输入端。

作为优选的技术方案，所述传感组件包括设置在所述传感壳体内的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和第二腔室均采用多孔二氧化皓固体电解质材料制备得到，所述进气管与所述第一腔室连接，所述第一腔室通过中间管连接第二腔室，所述第二腔室连接所述出气管，所述第一腔室的两侧面分别设置第一薄膜电极和第二薄膜电极，所述第二腔室的两侧面分别设置第三薄膜电极和第四薄膜电极，所述第一薄膜电极和第二薄膜电极通过导线连接形成第一回路，所述第三薄膜电极和第四薄膜电极通过导线连接形成第二回路，所述第一腔室连接第一泵氧管，所述第二腔室连接第二泵氧管，所述第二泵氧管上设置第二电子流量计，所述第二回路上设置第二电流传感器，所述传感壳体内部设置有夹层，所述夹层内设置有电热组件，所述第二腔室内设置有催化剂涂层。

作为优选的技术方案，所述第一泵氧管上设置第一电子流量计，所述第一回路上设置第一电流传感器。

作为优选的技术方案，所述催化剂涂层为白金涂层。

作为优选的技术方案，所述第一薄膜电极、第二薄膜电极、第三薄膜电极和第四薄膜电极均采用铂薄膜电极。

作为优选的技术方案，所述电热组件为加热电极。

作为优选的技术方案，所述第一电子流量计、第二电子流量计、第一电流传感器和第二电流传感器的信号输出端均信号连接所述控制器的信号输入端。

作为优选的技术方案，所述第一腔室内设置第二温度传感器，所述第二腔室内设置第三温度传感器，所述第二温度传感器和第三温度传感器的信号输出端信号连接所述控制器的信号输入端，所述控制器的信号输出端信号连接所述电热组件的信号输入端。

本实用新型的有益效果是：根据本实用新型的一种带温控功能的氮氧传感器，通过第一温度传感器对进气温度进行检测，在达到设定温度后，控制器才控制开启电磁阀，启动传感组件进行工作，可以提升传感器的损坏率，提高其使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了根据本实用新型实施例的一种带温控功能的氮氧传感器的结构图。

图2示出了根据本实用新型实施例的一种带温控功能的氮氧传感器的自动控制原理框图。

图3示出了根据本实用新型实施例的一种带温控功能的氮氧传感器的传感组件的结构图。

图4示出了根据本实用新型实施例的一种带温控功能的氮氧传感器能够同时实现氧气浓度和氮氧化物浓度浓度检测功能时的结构图。

图5示出了根据本实用新型实施例的一种带温控功能的氮氧传感器的实现氮氧化物浓度自动检测的控制原理框图。

图6示出了根据本实用新型实施例的一种带温控功能的氮氧传感器在设置有第二温度传感器和第三温度传感器时的结构图。

图7示出了根据本实用新型实施例的一种带温控功能的氮氧传感器在设置有第二温度传感器和第三温度传感器时的控制原理框图。

图中，1为传感壳体，2为进气管，3为出气管，4为第一腔室，5为第二腔室，6为中间管，7为第一薄膜电极，8为第二薄膜电极，9为第三薄膜电极，10为第四薄膜电极，11为第一回路，12为第二回路，13为第一泵氧管，14为第二泵氧管，15为第二电子流量计，16为第二电流传感器，17为夹层，18为电热组件，19为催化剂涂层，20为第一电源电极，21为第二电源电极，22为第一电子流量计，23为第一电流传感器，24为控制器，25为中控屏，26为报警信号灯，27为第一温度传感器，28为电磁阀，29为第二温度传感器，30为第三温度传感器。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

本实用新型实施例提供一种带温控功能的氮氧传感器，如图1和图2所示，该带温控功能的氮氧传感器包括传感壳体1和控制器24，所述传感壳体1的两侧连接进气管2和出气管3，所述进气管2上沿着进气方向依次设置第一温度传感器27和电磁阀28，所述传感壳体1内设置传感组件，所述第一温度传感器27的信号输出端连接所述控制器24的信号输入端，所述控制器24的信号输出端连接所述电磁阀的信号输入端。

示例性的，该带温控功能的氮氧传感器在具体使用时，安装在发动机的排气管的尾部，尾气中部分被采样通过进气管2进入到传感壳体1内通过传感组件进行检测后由出气管3排出。例如，控制器24控制电磁阀28开启一段时间后，关闭，实现待检测气体的采集，进气动力来自于发动机的排气动力，因此无需额外设置动力部件。为了避免被采样的待检测气体中含有水分，本实施例在每一次采样前，通过第一温度传感器27检测尾气的温度，设定一个露点温度阈值，露点温度阈值可以是100℃-300℃之间的任意数值，例如可以是150℃、200℃等等。当尾气部分抵达第一温度传感器27的检测点位时的温度达到该露点温度阈值，表明此时排气管中可能存在的水分已经全在尾气的高温作用下蒸发干净。此时，控制器24可以控制打开电磁阀28进行待检测气体的采集，保障进入到传感组件中的气体不含有水分，降低传感器的损坏率，提升传感器的使用寿命。

需要说明的是，本文中所述的露点温度阈值可以根据不同发动机型号提前进行出厂测试进行调配至一个合适的温度值。

如图3所示，所述传感组件包括设置在所述传感壳体1内的第一腔室4和第二腔室5，所述第一腔室4和第二腔室5均采用多孔二氧化皓固体电解质材料制备得到，所述进气管2与所述第一腔室4连接，所述第一腔室4通过中间管6连接第二腔室5，所述第二腔室5连接所述出气管3，所述第一腔室4的两侧面分别设置第一薄膜电极7和第二薄膜电极8，所述第二腔室5的两侧面分别设置第三薄膜电极9和第四薄膜电极10，所述第一薄膜电极7和第二薄膜电极8通过导线连接形成第一回路11，所述第三薄膜电极9和第四薄膜电极10通过导线连接形成第二回路12，所述第一腔室4连接第一泵氧管13，所述第二腔室5连接第二泵氧管14，所述第二泵氧管14上设置第二电子流量计15，所述第二回路12上设置第二电流传感器16，所述传感壳体1内部设置有夹层17，所述夹层17内设置有电热组件18，所述第二腔室5内设置有催化剂涂层19。

该传感组件具体实现氮氧化物浓度检测的原理为：先启动电热组件18，以在传感壳体1内形成温度至少大于300摄氏度的一个温度环境，随后待检测气体从进气管2进入到第一腔室4内，在温度高于300摄氏度的情况下，第一回路11为采用多孔二氧化皓固体电解质材料制备得到的第一腔室4提供一定电压，使得待检测气体中的氧气从第一泵氧管13泵出，以去除待检测气体中的氧气，避免对后续氮氧化物浓度的检测产生影响。不含氧气的待检测气体进入到第二腔室5内，在高温环境中，通过催化剂涂层19的催化作用，将氮氧化物分解为氮气和氧气，具体的温度根据不同的催化剂涂层19来确定，例如催化剂涂层19选择为白金涂层时，需要温度达到600摄氏度，此时选择可以令传感壳体1内达到600摄氏度及以上温度的电热组件来达到催化反应的温度条件即可。在氮氧化物分解为氮气和氧气后，氧气会在第二回路12的电压作用下，从第二腔室5中通过第二泵氧管14泵出，第二电子流量计15可检测出对应的氧气量，根据氧气量可以确定氮氧化物的浓度。而不同的氧气浓度会令第二回路12中的电流发生变化，根据第二电流传感器16检测出的电流变化，可以确定氧气量，从而确定氮氧化物的浓度。理论上，在传感器各个部件均正常运作的情况下，基于第二电流传感器16和第二电子流量计15所检测到的氮氧化物的浓度应该在一定的误差阈值内保持一致，对两个氮氧化物浓度值进行比较，可以保证带温控功能的氮氧传感器的检测精度，能够及时在传感器出现不易通过肉眼发现的误差，及时提醒检修。

需要说明的是，第一回路11和第二回路12的电压通过电源来提供，仅作为示例，如图1所示，设置第一电源电极20和第二电源电极21，通过第一电源电极20和第二电源电极21连接电源(图中未示出)，为各回路提供工作所需的电压。

在一个具体的实施例中，如图4所示，所述第一泵氧管13上设置第一电子流量计22，所述第一回路11上设置第一电流传感器23。通过第一电子流量计22与第一电流传感器23可以检测出气体中的含氧量，也就是说该带温控功能的氮氧传感器不仅仅可以检测氮氧化物的浓度，同时也可以检测出气体的含氧量，同时在检测含氧量时，也可以获得两个氧气浓度值，保证对含氧量的检测精度。

在一个具体的实施例中，所述第一薄膜电极7、第二薄膜电极8、第三薄膜电极9和第四薄膜电极10均采用铂薄膜电极。

在一个具体的实施例中，所述电热组件18为加热电极，例如是可以通电即产生高温的电极，或者可以基于电磁辐射、红外热辐射升温等技术的加热电极，本实施例此处不对其进行限制。

在一个具体的实施例中，提供该带温控功能的氮氧传感器的自动化控制结构，如图5所示，该带温控功能的氮氧传感器还包括控制器24，所述第一电子流量计22、第二电子流量计15、第一电流传感器23和第二电流传感器16的信号输出端均信号连接所述控制器的信号输入端。示例性的，将该带温控功能的氮氧传感器应用于汽车尾气的氮氧化物浓度监测时，控制器24选择为芯片组件，用于基于第一电子流量计22、第二电子流量计15、第一电流传感器23和第二电流传感器16所对应检测到的各个电信号，计算出对应的氧气浓度，根据第二电子流量计15和第二电流传感器16反馈出的氧气浓度对应的氧气浓度可以确定氮氧化物浓度，确定的氮氧化物浓度由控制器24馈送至汽车的中控屏25进行显示，用户可由中控屏观测到对应的氮氧化物浓度。同时，该控制器24还可以直接与一报警信号灯26进行连接，该报警信号灯26设置在驾驶室内，控制器24在自检过程中，如发现两个氮氧化物浓度的差值不在预设的误差阈值内，可控制报警信号灯25进行报警，以提示用户带温控功能的氮氧传感器可能存在故障。

在一个具体的实施例中，如图6和图7所示，为实现温度的精确控制，所述第一腔室4内设置第二温度传感器29，所述第二腔室5内设置第三温度传感器30，所述第二温度传感器29和第三温度传感器30的信号输出端信号连接所述控制器24的信号输入端，所述控制器24的信号输出端信号连接所述电热组件18的信号输入端。

第二温度传感器29和第三温度传感器30分别用于获取第一腔室4和第二腔室5内的温度信号，并向控制器24馈送第一腔室4和第二腔室5内的温度信号，只有在第一腔室4和第二腔室5内的温度信号均达到其实现氧气泵出以及氮氧化物分解所需要的最低温度时，控制器24才控制开启电磁阀28进行气体检测的工作，以保证第一腔室4内的温度能够达到氧气泵出的最低温度，使得待检测气体中的氧气全部被泵出，同时第二腔室5内的温度达到氮氧化物分解所需要的最低温度，保证氮氧化物的充分分解，提高氮氧化物浓度检测的准确性。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种带温控功能的氮氧传感器，其特征在于，包括传感壳体和控制器，所述传感壳体的两侧连接进气管和出气管，所述进气管上沿着进气方向依次设置第一温度传感器和电磁阀，所述传感壳体内设置传感组件，所述第一温度传感器的信号输出端连接所述控制器的信号输入端，所述控制器的信号输出端连接所述电磁阀的信号输入端。

2.如权利要求1所述的带温控功能的氮氧传感器，其特征在于，所述传感组件包括设置在所述传感壳体内的第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和第二腔室均采用多孔二氧化皓固体电解质材料制备得到，所述进气管与所述第一腔室连接，所述第一腔室通过中间管连接第二腔室，所述第二腔室连接所述出气管，所述第一腔室的两侧面分别设置第一薄膜电极和第二薄膜电极，所述第二腔室的两侧面分别设置第三薄膜电极和第四薄膜电极，所述第一薄膜电极和第二薄膜电极通过导线连接形成第一回路，所述第三薄膜电极和第四薄膜电极通过导线连接形成第二回路，所述第一腔室连接第一泵氧管，所述第二腔室连接第二泵氧管，所述第二泵氧管上设置第二电子流量计，所述第二回路上设置第二电流传感器，所述传感壳体内部设置有夹层，所述夹层内设置有电热组件，所述第二腔室内设置有催化剂涂层。

3.如权利要求2所述的带温控功能的氮氧传感器，其特征在于，所述第一泵氧管上设置第一电子流量计，所述第一回路上设置第一电流传感器。

4.如权利要求2所述的带温控功能的氮氧传感器，其特征在于，所述催化剂涂层为白金涂层。

5.如权利要求2所述的带温控功能的氮氧传感器，其特征在于，所述第一薄膜电极、第二薄膜电极、第三薄膜电极和第四薄膜电极均采用铂薄膜电极。

6.如权利要求2所述的带温控功能的氮氧传感器，其特征在于，所述电热组件为加热电极。

7.如权利要求3所述的带温控功能的氮氧传感器，其特征在于，所述第一电子流量计、第二电子流量计、第一电流传感器和第二电流传感器的信号输出端均信号连接所述控制器的信号输入端。

8.如权利要求7所述的带温控功能的氮氧传感器，其特征在于，所述第一腔室内设置第二温度传感器，所述第二腔室内设置第三温度传感器，所述第二温度传感器和第三温度传感器的信号输出端信号连接所述控制器的信号输入端，所述控制器的信号输出端信号连接所述电热组件的信号输入端。

Images