宽域氧传感器性能检测系统的研制

姜礼义++周晓++陈千伟

摘 要：随着汽车宽域氧传感器的普遍应用，对其性能检测要求也提出了更高要求。基于宽域氧传感器工作原理和标准要求，研制了宽域氧传感器性能检测系统。该检测系统通过控制配气浓度比例来调整过量空气系数，检测氧传感器在不同过量空气系数下产生的泵电流。经验证，检测结果重复性较高，能够准确反映传感器性能优劣。

关键词：宽域氧传感器；性能检测系统；过量空气系数；泵电流

中图分类号：TH89 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）19-0084-01

1 概述

随着环保要求提高和汽车排放法规的严格落实，传统的开关型氧传感器已不能满足高排放标准的要求，它只能显示混合气浓稀两种状态而不能显示浓稀的程度，取而代之的是控制精度更高的宽域氧传感器。

宽域氧传感器是在传统氧传感器的基础上增加一个泵电池改进而成，通过控制器控制泵电池工作，使氧泵进或泵出测试腔来调节感应电动势Us在0.45V，调节过程中产生的泵电流大小和方向可以精确反映过量空气系数。

根据宽域氧传感器工作原理及QC/T 803-2017《车用氧传感器》标准要求研制一套检测系统。该系统通过控制配气浓度比例来调整过量空气系数λ，检测宽域氧传感器在大气状态下及λ=3.0～0.6范围内的泵电流Ip值，按照标准要求来评价氧传感器的性能优劣[1-3]。

2 系统设计

2.1 硬件设计

宽域氧传感器性能检测系统的硬件部分主要包括中央控制系统、配气系统、加热系统、检测系统和尾气处理系统等构成，其硬件框图如图1所示。

（1）配气系统：主要由30%浓度CO储气罐、气体微流量控制阀、混合气罐、气体成分分析仪等组成，控制进气成分及比例；

（2）加热系统：共分为三级加热，第一级与第二级加热为两台4kW加热功率的管式电阻炉，第三级加热为一台10kW管式电阻炉，各加热炉之间由高温合金管连接；

（3）检测系统：德国ETAS公司生產的Lambda Meter ES63空燃比分析仪采集λ值，美国Keithley公司生产的DMM7510万用表采集Ip值；

（4）尾气处理系统：主要由尾气处理装置、气体泄漏预警装置和大型排风设备组成[4-5]。

2.2 软件设计

软件程序采用C#语言编写，主要包括主程序、CAN通讯模块、温度控制模块、配气控制模块、采集计算模块等。

（1）温度控制模块：根据氧传感器自身温度电压信号，利用温度控制对氧传感器加热丝进行温度控制，保持其温度在750℃的工作温度；

（2）配气控制模块：通过控制各配气进气阀的开闭步长和等待时间来调整配气浓度比例及变化速率，达到控制λ的目的；

（3）采集计算模块：采集λ值和Ip值，然后通过CAN通讯模块发送到计算机进行处理，显示相关曲线及数据结果，生成测试报告。

3 系统验证

为了验证宽域氧传感器检测系统的检测功能，采用同一只氧传感器进行三次重复性能试验，并对结果进行比对分析。

3.1 试验过程

（1）将一只宽域氧传感器安装固定在检测夹具处，检查安装密封性，防止试验气体泄漏；

（2）启动设备，将30%浓度CO储气瓶的输出压力调节至0.2MPa；

（3）开启加热炉，使加热系统升温至350℃；

（4）打开检测软件，设定30%浓度CO气体的进气阀打开步长为5，等待时间为10s（初始为全闭状态）；设定空气的进气阀关闭步长为10，等待时间为5s（初始为全开状态）；

（5）点击“开始”进行试验，先采集λ=∞（大气状态）时的Ip值，然后采集λ从3.0递减至0.6过程中的Ip值，并在检测界面绘制相关曲线；

（6）试验完成后点击“报表”，生成测试报告如图2所示。

3.2 结果分析

采用同一只宽域氧传感器，在相同的条件下按照3.1试验过程进行三次重复试验，采集其在λ=∞、1.7、1和0.8时的Ip值（见表1）。经过分析计算得出其偏差值均未超过5%，表明检测系统检测重复性较好，稳定性较高。

4 结语

本文中根据宽域氧传感器的工作原理和QC/T 803-2017《车用氧传感器》标准要求研制了一套检测系统。试验结果表明该系统能够检测出宽域氧传感器在不同过量空气系数下的泵电流值，检测结果具有较好的重复性，能够准确反映传感器性能优劣。该系统不仅满足宽域氧传感器产品标准的检测要求，还可提供产品在整个过量空气系数变化过程中的泵电流数据用于质量分析。

参考文献

[1]李晓丽.宽域氧传感器控制器设计与评测[J].工业技术创新，2017，（2）：120-123.

[2]QC/T 803-2017，车用氧传感器[S].

[3]张欣，郭林福，刘建华，等.一种车用气体燃料发动机的宽域氧传感器控制器：CN101260838[P].2008.

[4]姜耀华，顾明，曹阳，等.基于宽域氧传感器的发动机空燃比测试系统设计[J].农业工程学报，2009，（12）：124-126.

[5]马凡华，马文华.一种发动机宽域氧传感器泵电流的控制及采集电路：CN201320712566.8[P].2014.endprint