專利名稱：氮氧傳感器加熱控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重型柴油機(jī)SCR系統(tǒng)用氮氧傳感器，尤其涉及一種氮氧傳感器的加熱控制方法。
背景技術(shù)：
氮氧傳感器芯片由6層5%molY203穩(wěn)定的氧化錯(cuò)電解質(zhì)疊合而成，由信號(hào)功能層與加熱器組合而成，信號(hào)功能層主要完成一系列的電化學(xué)及催化分解反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx氣體的測(cè)量；加熱器主要給芯片加熱使之達(dá)到信號(hào)功能層電化學(xué)及催化反應(yīng)所需要的溫度。信號(hào)功能層由三個(gè)泵電池、兩個(gè)空腔、ー個(gè)參比空氣通道組成。兩個(gè)空腔通過(guò)擴(kuò)散狹縫與外界測(cè)量氣體相通、參比空氣通道直接與大氣相通。第一空腔中有ー個(gè)主泵電池，將第一空腔中的氧氣泵出腔外，并通過(guò)對(duì)VO的測(cè)量及反饋使第一腔體中的氧氣維持在IOOOppm左右；第 ニ空腔中有一個(gè)輔助泵電池與ー個(gè)測(cè)量泵電池，輔助泵電池將第二腔體中的氧氣進(jìn)ー步泵出腔外，并通過(guò)對(duì)Vl的測(cè)量及反饋使第二腔中的氧氣維持在幾個(gè)ppm左右。第二腔體中的NOx氣體在測(cè)量電極的催化作用下分解成氧氣與氮?dú)猓纸獾难鯕獗粶y(cè)量泵抽出腔外，所產(chǎn)生的泵電流代表測(cè)量氣體中NOx的濃度。氮氧傳感器的工作溫度為800°C，氮氧傳感器在此高溫下對(duì)NOx濃度的進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量過(guò)程為1)在第一空腔內(nèi)，由于空腔中的氧氣被主泵源源不斷抽走，NO與NO2之間的化學(xué)平衡被打破。發(fā)生分解反應(yīng)N02分解為NO和氧氣02。分解反應(yīng)發(fā)生過(guò)程中，由于第一空腔中的氧氣濃度保持在一個(gè)恒定的范圍內(nèi)，不會(huì)導(dǎo)致NO的分解。同時(shí)，尾氣中的HC，CO, H2等可燃性氣體在Pt電極的催化作用下氧化燃燒。2)在第二空腔里面，由于輔助泵的進(jìn)一歩的泵氧，使第二空腔里的氧氣濃度繼續(xù)降低，加上測(cè)量電極的催化作用，使得被測(cè)量氣體中的NO在測(cè)量電極上發(fā)生分解反應(yīng)N0分解為N2和02。3)第二腔室里所分解的O2被測(cè)量泵源源不斷泵走，產(chǎn)生的泵電流與NO的濃度對(duì)應(yīng)，而此時(shí)的NO濃度也即被測(cè)量氣體中NOx的濃度。在氮氧傳感器芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)NOx濃度測(cè)量的過(guò)程中，對(duì)氮氧傳感器芯片溫度的控制起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的氮氧傳感器的加熱器采用兩線加熱的方式，給加熱器施加一個(gè)恒定的電壓使之達(dá)到氮氧傳感器的工作溫度，當(dāng)尾氣溫度在300°C -800°C之間變化吋，氮氧傳感器芯片的溫度也隨之產(chǎn)生一個(gè)較大的溫度波動(dòng)。而對(duì)于電流型的氮氧傳感器而言，當(dāng)芯片溫度產(chǎn)生變化時(shí)，會(huì)影響氮氧傳感器泵電流與泵電壓的特性曲線，引起測(cè)量泵電流的測(cè)量誤差；另外，如果氮氧傳感器芯片溫度達(dá)不到800°C，則會(huì)影響測(cè)量電極對(duì)NOx的催化分解能力，此兩種因素都會(huì)導(dǎo)致氮氧傳感器對(duì)NOx氣體的測(cè)量產(chǎn)生誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氮氧傳感器的加熱控制方法，以達(dá)到氮氧傳感器在不同尾氣溫度環(huán)境下，精確測(cè)量被測(cè)量氣體中NOx濃度的目的。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
氮氧傳感器加熱控制方法，所述氮氧傳感器包括信號(hào)功能層以及位于信號(hào)功能層下方的加熱器，所述加熱器包括加熱器頭部以及分別連接加熱器頭部?jī)啥说囊€A和引線B，所述加熱器的電壓施加端之間設(shè)置有用于采集加熱器頭部電阻值的測(cè)量電極C，所述測(cè)量電極C的一端連接在加熱器頭部與引線A或引線B的交接處；所述加熱控制方法具體為a.繪制氮氧傳感器芯片的溫度值T與加熱器頭部電阻值之間的曲線圖；b.確定氮氧傳感器芯片溫度為800°C時(shí)，加熱器頭部的電阻標(biāo)定值R■，加熱器的加熱電壓標(biāo)定值為V8tltl ；C.根據(jù)所檢測(cè)氮氧傳感器芯片的實(shí)際溫度值，計(jì)算加熱器頭部的實(shí)際電阻值，進(jìn)一歩通過(guò)調(diào)節(jié)加熱器的加熱電壓值，用以保證加熱器芯片的溫度值保持為800°C。所述步驟a包括以下步驟
al.首先計(jì)算加熱器頭部電阻值Rh，在加熱器電壓施加端的引線A和引線B的自由端串聯(lián)連接一可變電源和ー電流表，所述測(cè)量電極C的自由端連接ー監(jiān)測(cè)電壓表，監(jiān)測(cè)電壓表的另一端連接在電流表和可變電源之間；其中可變電源用于為加熱器提供可變電壓V,電流表用于監(jiān)測(cè)加熱器的電流值Ih，監(jiān)測(cè)電壓表用于監(jiān)測(cè)引線兩端的電壓值Vl ;所述加熱器頭部的電阻值Rh根據(jù)下式計(jì)算Rh= (V - 2V1) /Iha2.在氮氧傳感器的芯片上安裝ー熱電偶，用于監(jiān)測(cè)氮氧傳感器芯片的溫度值T ;a3.調(diào)節(jié)可變電源的電壓值，使V自(T12V之間逐步遞增，電壓值每改變一次，同步記錄V、VI、Ih以及T ;并根據(jù)上式計(jì)算加熱器頭部電阻值Rh ； a4.根據(jù)步驟a3監(jiān)測(cè)得到的數(shù)值，繪制加熱器頭部實(shí)際電阻值Rh與氮氧傳感器芯片溫度T之間的曲線圖，并標(biāo)定氮氧傳感器芯片的溫度值T與加熱器頭部電阻值Rh的線性關(guān)系。步驟c中所述的可變電源調(diào)節(jié)方法為當(dāng)?shù)鮽鞲衅餍酒瑴囟却笥?00°C時(shí)，根據(jù)步驟a4得出加熱器頭部電阻Rh大于R8tltl，此時(shí)降低氮氧傳感器加熱電壓值V，降低后的加熱電壓值V '根據(jù)下式計(jì)算V 丨=V800- V (Rh-R800) /R800當(dāng)?shù)鮽鞲衅餍酒瑴囟戎敌∮?00°C時(shí)，根據(jù)步驟a4得出加熱器頭部電阻Rh小于R8tltl，此時(shí)升高氮氧傳感器加熱電壓值V，升高后的加熱電壓值V"根據(jù)下式計(jì)算V" = V800+ V (R800 - Rh) /R800加熱電壓的降低值V'或升高值V"通過(guò)調(diào)節(jié)可變電源獲得，用以保證加熱器芯片的溫度值保持為800°C。本發(fā)明的改進(jìn)在干所述加熱器的頭部采用雙波紋線結(jié)構(gòu)，其中位于信號(hào)功能層第一空腔正下方的波紋線線寬為D1，位于第二空腔正下方的波紋線線寬為D2，其余部位的波紋線線寬為D3，所述各段波紋線線寬的比例滿足下式Dl = D2 =—1)3
ムO由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明所取得技術(shù)進(jìn)步如下。本發(fā)明提出了一種新的加熱控制方法，該方法中首先將氮氧傳感器的加熱器改進(jìn)為采用三線加熱電極結(jié)構(gòu)，在加熱器中引入的溫度測(cè)量電極時(shí)刻監(jiān)測(cè)氮氧傳感器加熱器的頭部電阻，在不同的尾氣溫度環(huán)境中，給加熱器施加不同時(shí)間、不同幅值的加熱電壓，使加熱器頭部的電阻值恒定，從而使氮氧傳感器芯片的溫度保持一個(gè)定值，提高氮氧傳感器對(duì)NOx的測(cè)量精度。


圖I為三線式氮氧傳感器加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為氮氧傳感器加熱器頭部電阻Rh標(biāo)定電路簡(jiǎn)圖。圖3為氮氧傳感器頭部電阻Rh與氮氧傳感器頭部溫度T關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。

一種氮氧傳感器加熱控制方法，所述氮氧傳感器包括信號(hào)功能層以及位于信號(hào)功能層下方的加熱器，所述加熱器包括加熱器頭部以及分別連接加熱器頭部?jī)啥说囊€A和引線B，加熱器的電壓施加端A端和B端之間設(shè)置有用于采集加熱器頭部電阻值的測(cè)量電極C，所述測(cè)量電極C的一端連接在加熱器頭部與引線A或引線B的交接處。在本方法中采用加熱器頭部電阻值的大小來(lái)表征氮氧傳感器芯片頭部的溫度值變化，并通過(guò)改變施加在加熱器兩端的電壓值來(lái)保證氮氧傳感器芯片的工作溫度值控制在800°C左右。在本發(fā)明中氮氧傳感器的加熱器采用三線式加熱器結(jié)構(gòu)，加熱器的頭部采用雙波紋線結(jié)構(gòu)，如圖I所示。加熱器頭部位于第一空腔正下方的波紋線線寬為Dl ;位于第二腔正下方的波紋線線寬為D2 ;其余部位波紋線線寬為D3。為了使芯片第一空腔、第二腔內(nèi)的溫度能達(dá)到各腔體內(nèi)電化學(xué)、催化反應(yīng)的溫度，D1、D2、D3之間保證如下關(guān)系
IDl = D2 = — D3在本實(shí)施例中波紋線線寬設(shè)計(jì)為D1=D2=1/2D3=0. 3mm。采用絲網(wǎng)印刷的方式將加熱電極印刷到氧化鋯基板上面，燒結(jié)后AC之間電阻0. 8273 Q ；AB之間電阻4. 231 Q ;加熱器頭部的電阻值Rh=2. 5765 Q。本實(shí)施例中所述的加熱控制方法具體如下所述。I)首先計(jì)算加熱器頭部電阻值Rh。按圖2所示電路圖，在加熱器電壓施加端的引線A和引線B的自由端串聯(lián)連接一可變電源和ー電流表，測(cè)量電極C的自由端連接ー監(jiān)測(cè)電壓表，監(jiān)測(cè)電壓表的另一端連接在電流表和可變電源之間。其中可變電源用于為加熱器提供可變電壓V，電流表用于監(jiān)測(cè)加熱器的電流值Ih，監(jiān)測(cè)電壓表用于監(jiān)測(cè)引線兩端的電壓值Vl ;所述加熱器頭部的電阻值Rh根據(jù)下式計(jì)算Rh= (V - 2V1) /Ih 式一2)在氮氧傳感器的芯片上安裝ー熱電偶，用于監(jiān)測(cè)氮氧傳感器芯片的溫度值T。3)調(diào)節(jié)可變電源的電壓值，使V自0 12V之間逐步遞增，電壓值每改變一次，同步記錄V、Vl、Ih以及T ;并根據(jù)式一計(jì)算加熱器頭部電阻值Rh ;監(jiān)測(cè)及計(jì)算結(jié)果如表I所示表I
權(quán)利要求
1.氮氧傳感器加熱控制方法，所述氮氧傳感器包括信號(hào)功能層以及位于信號(hào)功能層下方的加熱器，所述加熱器包括加熱器頭部以及分別連接加熱器頭部?jī)啥说囊€A和引線B，其特征在于所述加熱器的電壓施加端之間設(shè)置有用于采集加熱器頭部電阻值的測(cè)量電極C，所述測(cè)量電極C的一端連接在加熱器頭部與引線A或引線B的交接處；所述加熱控制方法具體為 a.繪制氮氧傳感器芯片的溫度值T與加熱器頭部電阻值R之間的曲線圖； b.確定氮氧傳感器芯片溫度為800°C時(shí)，加熱器頭部的電阻標(biāo)定值R8tltl，加熱器的加熱電壓標(biāo)定值為V8tltl ； c.根據(jù)所檢測(cè)氮氧傳感器芯片的實(shí)際溫度值，計(jì)算加熱器頭部的實(shí)際電阻值，進(jìn)一步通過(guò)調(diào)節(jié)加熱器的加熱電壓值，用以保證加熱器芯片的溫度值保持為800°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮氧傳感器加熱控制方法，其特征在于所述步驟a包括以下步驟 al.首先計(jì)算加熱器頭部電阻值Rh，在加熱器電壓施加端的引線A和引線B的自由端串聯(lián)連接一可變電源和一電流表，所述測(cè)量電極C的自由端連接一監(jiān)測(cè)電壓表，監(jiān)測(cè)電壓表的另一端連接在電流表和可變電源之間；其中可變電源用于為加熱器提供可變電壓V，電流表用于監(jiān)測(cè)加熱器的電流值Ih，監(jiān)測(cè)電壓表用于監(jiān)測(cè)引線兩端的電壓值Vl ;所述加熱器頭部的電阻值Rh根據(jù)下式計(jì)算Rh= (V - 2V1) /Ih a2.在氮氧傳感器的芯片上安裝一熱電偶，用于監(jiān)測(cè)氮氧傳感器芯片的溫度值T ; a3.調(diào)節(jié)可變電源的電壓值，使V自(T12V之間逐步遞增，電壓值每改變一次，同步記錄V、VI、Ih以及T ;并根據(jù)上式計(jì)算加熱器頭部電阻值Rh ； a4.根據(jù)步驟a3監(jiān)測(cè)得到的數(shù)值，繪制加熱器頭部實(shí)際電阻值Rh與氮氧傳感器芯片溫度T之間的曲線圖，并標(biāo)定氮氧傳感器芯片的溫度值T與加熱器頭部電阻值Rh的線性關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮氧傳感器加熱控制方法，其特征在于步驟c中所述的可變電源調(diào)節(jié)方法為 當(dāng)?shù)鮽鞲衅餍酒瑴囟却笥?00°C時(shí)，根據(jù)步驟a4得出加熱器頭部電阻Rh大于R,，此時(shí)降低氮氧傳感器加熱電壓值V，降低后的加熱電壓值V丨根據(jù)下式計(jì)算 V ； = V800- V (Rh-R800) /R800 當(dāng)?shù)鮽鞲衅餍酒瑴囟戎敌∮?00°C時(shí)，根據(jù)步驟a4得出加熱器頭部電阻Rh小于R,，此時(shí)升高氮氧傳感器加熱電壓值V，升高后的加熱電壓值V "根據(jù)下式計(jì)算 V" = V800+ V (R800 - Rh) /R800 加熱電壓的降低值V'或升高值V"通過(guò)調(diào)節(jié)可變電源獲得，用以保證加熱器芯片的溫度值保持為800°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的氮氧傳感器加熱控制方法，其特征在于所述加熱器的頭部采用雙波紋線結(jié)構(gòu)，其中位于信號(hào)功能層第一空腔正下方的波紋線線寬為D1，位于第二空腔正下方的波紋線線寬為D2，其余部位的波紋線線寬為D3，所述各段波紋線線寬的比例滿足下式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氮氧傳感器加熱控制方法，所述氮氧傳感器包括信號(hào)功能層以及加熱器，加熱器采用三線式加熱器結(jié)構(gòu)，所述加熱控制方法具體為a.繪制氮氧傳感器芯片的溫度值T與加熱器頭部電阻值之間的曲線圖；b.確定氮氧傳感器芯片溫度為800℃時(shí)，加熱器頭部的電阻標(biāo)定值R800，加熱器的加熱電壓標(biāo)定值為V800；c.調(diào)節(jié)加熱器的加熱電壓值，用以保證加熱器芯片的溫度值保持為800℃。本發(fā)明采用加熱器頭部電阻值的大小來(lái)表征氮氧傳感器芯片頭部的溫度值變化，并通過(guò)改變施加在加熱器兩端的電壓值來(lái)保證氮氧傳感器芯片的工作溫度值控制在800℃左右，進(jìn)一步提高氮氧傳感器對(duì)NOx的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G05D23/22GK102798654SQ20121033216
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月8日
發(fā)明者尹亮亮, 倪銘, 肖 琳, 張華 , 邵興隆 申請(qǐng)人:無(wú)錫隆盛科技股份有限公司