CN116242900A

CN116242900A - 一种NOx传感器芯片性能测试反馈方法

Info

Publication number: CN116242900A
Application number: CN202211713719.0A
Authority: CN
Inventors: 张晓�; 刘晓鹏; 崔建东; 李硕; 徐瑶华
Original assignee: China Youyan Technology Group Co ltd
Current assignee: China Youyan Technology Group Co ltd
Priority date: 2022-12-29
Filing date: 2022-12-29
Publication date: 2023-06-09

Abstract

本发明公开一种NOx传感器芯片性能测试反馈方法，实现尾气检测用NOx传感器芯片自动化检测。将传感器加热并通入空气，通过对三个工作回路施加电压，并测定各个工作回路的工作电压、工作电流，测定传感器静态工作性能；通过在控制器中设置电压调节公式和参数，保证传感器芯片在正常工作状态下，实现传感器对不同气体环境中NO的自动检测，并判定传感器芯片的响应时间，评价NOx传感器芯片的动态工作性能。本发明具有高效、无损、可实现传感器芯片自动化检测的优点。

Description

一种NOx传感器芯片性能测试反馈方法

技术领域

本发明涉及一种NOx传感器芯片性能测试反馈方法，属于气体传感器技术领域。

背景技术

随着第六阶段机动车污染物排放标准的公布，社会对环保要求的提高，汽车尾气污染物的监测和排放受到越来越多的关注。汽车尾气主要有害成分为氮氧化物、不完全燃烧碳氢化物、颗粒物等。为实现气体尾气严格的排放标准，实时、准确测定尾气中污染物质种类和含量十分重要。NOx传感器质量直接决定了尾气测试的准确性。但是，近年来国内相关传感器的发展尚不成熟，尤其是针对传感器检测方面，更是缺少统一的检测手段和方法。NOx传感器是一种具有三个工作回路的复杂体系，工作时，需要同时施加3个不同的电压，并测定工作电压、工作电流等7个参数，各回路间互相影响，共同测定复杂尾气中NOx的含量。目前，常用的检测方法主要针对单一回路的工作状态，并且检测方法可能对芯片产生不可逆损坏。为更好的测定传感器芯片综合检测性能，迫切需要开发一种简便的、无损的、可自动化运行的测试反馈系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种NOx传感器芯片性能测试反馈方法，能够为传感器芯片综合性能评价提供一种高效、节省人力、无损、简便、自动化运行的测试方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种NOx传感器芯片性能测试反馈方法，包括以下步骤：

(1)将传感器芯片加热到700～800℃，并将芯片置于氧气环境中，该氧气环境中，氧气含量为21％，其余为氮气；分别向芯片第一工作回路、第二工作回路、第三工作回路施加电压E00、E10、E20，测试第一工作回路、第二工作回路、第三工作回路的工作电压V0_0、V1_0、V2_0和工作电流Ip0_0、Ip1_0、Ip2_0，测试外电极与参比电极工作电压Vref_0；

(2)将传感器芯片置于氮气环境中，测试第一工作回路的工作电压V0、第二工作回路的工作电流Ipl，多次调节第一工作回路施加电压E0_n＝E0_n-1+K1×(V0_n-V0_n-1)+K2×(Vref_n-Vref_n-1)+K3×(Ip_n-7×10^-6)，直到Ip1＝4～10μA；调节第二工作回路施加电压E1_n＝E1_n-1+K4(V1_n-Vn-1)，直到V1＝400mV～450mV；调节第三工作回路施加电压E2＝E1+10mV；

(3)固定K1、K2、K3、K4参数，将传感器芯片移入NOx环境中，该NOx环境中NO含量为300ppm，氧气含量为2％，其余为氮气；施加E0、E1、E2，记录Ip2从氮气环境移入NOx环境的变化，测定Ip2从终值10％到90％变化所需响应时间t。

进一步地，在所述步骤(1)中，V0_0＝300～350mV、V1_0＝400～450mV、V2_0＝410～460mV、Vref_0＝0～100mV、Ip0_0＝1～6mA、Ip1_0＝4～10μA、Ip2_0＝0.1～0.5μA，传感器静态传感性能合格。

进一步地，在所述步骤(2)中，K1＝0.1～50，K2＝0.5～10，K3＝500～5000，K4＝0.1～1.5。

进一步地，在所述步骤(3)中，响应时间t＝2～4s时，传感器性能合格。

本发明的优点在于：

1、本发明的NOx传感器芯片性能测试反馈方法为自动化流程，通过在主控制器中输入Ip1、V1、V2测定范围，并设定E0、E1、E2调节公式，即可实现NOx传感器芯片的自动测试功能，记录传感器芯片在不同气氛中连续工作时Ip2工作电流的变化。

2、本发明的NOx传感器芯片性能测试反馈方法，可得到传感器芯片在变化气氛中Ip2工作电流的变化趋势，并计算芯片工作时响应时间，评价NOx传感器芯片的动态工作性能。

3、本发明的NOx传感器芯片性能测试反馈方法，可有效避免因加载电压过大导致的传感器损坏问题，提升传感器芯片性能检测效率的同时降低传感器损坏率。

附图说明

图1为本发明NOx传感器芯片性能测试反馈方法涉及装置的结构示意图。

图2为NOx传感器芯片工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本实施例的NOx传感器芯片性能测试反馈方法所涉及的装置由配气系统1、测试腔室2、电压控制单元3、电压测试单元4、电流测试电源5、主控制器6、计算机7、传感器芯片8组成。

配气系统1与测试腔室2连通，用于控制不同的传感器芯片8测试环境；测试腔室2具有加热功能；所述电压控制单元3与主控制器6相连，输出电压正极、负极分别与传感器芯片8的外电极、第一工作回路负极、第二工作回路负极、第三工作回路负极相连，用于接受主控制器6对传感器芯片8施加电压E0、E1、E2的施加需求；所述电压测试单元4与主控制器6相连，用于测定传感器芯片8第一工作回路、第二工作回路、第三工作回路和外电极与参比电极形成回路的工作电压V0、V1、V2、Vref；所述电流测试单元与主控制器6相连，用于测定传感器芯片8第一工作回路、第二工作回路、第三工作回路的工作电流Ip0、Ip1、Ip2。主控制器6与计算机7相连，用于参数设置和数据读取。

NOx传感器芯片结构及工作原理：

传感器芯片为三腔室结构，如图2，由三个工作回路组成，每个工作回路均形成包括工作电极、对电极、参比电极在内的三电极工作体系。传感器芯片工作时，按照第一工作回路、第二工作回路、第三工作回路(测试回路)的顺序进行NOx的检测。具体工作原理：工作时，施加主泵工作电压E0、辅泵工作电压E1、测试电压E2，通过反馈(V0、V1、V2、Vref)，保证施加电压稳定，同时记录主泵工作电流Ip0、辅泵工作电流Ip1、测试电流Ip2；当气体通入后，第一工作回路、第二工作回路将杂质气体NO₂、CO和氧气等进行分解反应，最终至第三工作回路时气体成分为NO；NO气体与测试电极中活性成分反应分解为氧气和氮气，并通过检测分解产生氧气的泵电流Ip2，实现NOx含量的监控。

实施例

一种NOx传感器芯片性能测试反馈方法，具体如下：

1、传感器静态综合性能评价

(1)将传感器加热至750℃，并通入21%O₂含量的氮气；

(2)施加E0、E1、E2，使V0＝300mV、Vl＝450mV、V2＝460mV、Vref＝0mV、Ip1＝4～10μA；

(3)记录此时Ip0、Ipl、Ip2的值。

(4)当lp0在1～6mA、Ip2为0.1～0.5μA时，传感器静态性能合格。

2、传感器调节常数测定

(1)主控制器中输入E0_n＝E0_n-I+K1×(V0_n-V0_n-1)+K2×(Vref_n-Vref_n-1)+K3×(Ip_n-7×10^-6)、E1＝E1_n-1+K4(V1_n-Vn-1)、E2＝E1+10mV调节公式，设置K1、K2、K3、K4为自由数，其中，K1＝0.1～50，K2＝0.5～10，K3＝500～5000，K4＝0.1～1.5；

(2)将上述21％O₂含量的氮气换为氮气；

(3)调节K1、K2、K3、K4的值，使传感器在20s内达到Ip1＝4～10μA、V0＝400mV～450mV、Vl＝410mV～460mV；

(4)记录K1’、K2’、K3’、K4’，并输入上述公式。

3、传感器动态综合性能评价

(1)主控制器输入E0_n＝E0_n-1+K1’×(V0_n-V0_n-1)+K2’×(Vref_n-Vref_n-1)+K3’×(Ip_n-7×10^-6)、E1＝E1_n-1+K4’(V1_n-Vn-1)、E2＝EI+10mV调节公式；

(2)将上述氮气换为NOx气氛，其中NOx气氛中NO含量为300ppm、氧气含量为2％，其余为氮气；

(3)记录Ip2变化趋势；

(4)计算Ip2从终值10％到90％变化所需响应时间t，当t＝2～4s时，传感器合格。

Claims

1.一种NOx传感器芯片性能测试反馈方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将传感器芯片加热到700～800℃，并将芯片置于氧气环境中，该氧气环境中，氧气含量为21％，其余为氮气；分别向芯片第一工作回路、第二工作回路、第三工作回路施加电压E0_0、E1_0、E2_0，测试第一工作回路、第二工作回路、第三工作回路的工作电压V0_0、V1_0、V2_0和工作电流Ip0_0、Ip1_0、Ip2_0，测试外电极与参比电极工作电压Vref_0；

(2)将传感器芯片置于氮气环境中，测试第一工作回路的工作电压V0、第二工作回路的工作电流Ip1，多次调节第一工作回路施加电压E0_n＝E0_n-1+K1×(V0_n-V0_n-1)+K2×(Vref_n-Vref_n-1)+K3×(Ip_n-7×10^-6)，直到Ip1＝4～10μA；调节第二工作回路施加电压E1_n＝E1_n-1+K4(V1_n-Vn-1)，直到V1＝400mV～450mV；调节第三工作回路施加电压E2＝E1+10mV；

(3)固定K1、K2、K3、K4参数，将传感器芯片移入NOx环境中，该NOx环境中，NO含量为300ppm，氧气含量为2％，其余为氮气；对传感器芯片施加E0、E1、E2，记录Ip2从氮气环境移入NOx环境变化，测定Ip2从终值10％到90％变化所需响应时间t。

2.根据权利要求1所述的NOx传感器芯片性能测试反馈方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，V0_0＝300～350mV、V1_0＝400～450mV、V2_0＝410～460mV、Vref_0＝0～100mV，Ip0_0＝1～6mA、Ip1_0＝4～10μA、Ip2_0＝0.1～0.5μA，传感器静态传感性能合格。

3.根据权利要求1所述的NOx传感器芯片性能测试反馈方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，K1＝0.1～50，K2＝0.5～10，K3＝500～5000，K4＝0.1～1.5。

4.根据权利要求1所述的NOx传感器芯片性能测试反馈方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，响应时间t＝2～4s时，传感器性能合格。