氮氧传感器加热控制方法.docx

氮氧传感器加热控制方法专利名称：氮氧传感器加热控制方法技术领域：本发明涉及一种重型柴油机SCR系统用氮氧传感器，尤其涉及一种氮氧传感器的加热控制方法背景技术：氮氧传感器芯片由6层5%molY203稳定的氧化错电解质叠合而成，由信号功能层与加热器组合而成，信号功能层主要完成一系列的电化学及催化分解反应实现对NOx气体的測量；加热器主要给芯片加热使之达到信号功能层电化学及催化反应所需要的温度信号功能层由三个泵电池、两个空腔、ー个參比空气通道组成两个空腔通过扩散狭缝与外界测量气体相通、參比空气通道直接与大气相通第一空腔中有ー个主泵电池，将第一空腔中的氧气泵出腔外，并通过对VO的測量及反馈使第一腔体中的氧气维持在IOOOppm左右；第 ニ空腔中有一个辅助泵电池与ー个测量泵电池，辅助泵电池将第二腔体中的氧气进ー步泵出腔外，并通过对Vl的測量及反馈使第二腔中的氧气维持在几个ppm左右第二腔体中的NOx气体在測量电极的催化作用下分解成氧气与氮气，分解的氧气被测量泵抽出腔外，所产生的泵电流代表测量气体中NOx的浓度氮氧传感器的工作温度为800°C，氮氧传感器在此高温下对NOx浓度的进行测量測量过程为1)在第一空腔内，由于空腔中的氧气被主泵源源不断抽走，NO与NO2之间的化学平衡被打破。

发生分解反应N02分解为NO和氧气02分解反应发生过程中，由于第一空腔中的氧气浓度保持在一个恒定的范围内，不会导致NO的分解同时，尾气中的HC，CO, H2等可燃性气体在Pt电极的催化作用下氧化燃烧2)在第二空腔里面，由于辅助泵的进一歩的泵氧，使第二空腔里的氧气浓度继续降低，加上測量电极的催化作用，使得被测量气体中的NO在测量电极上发生分解反应N0分解为N2和023)第二腔室里所分解的O2被测量泵源源不断泵走，产生的泵电流与NO的浓度对应，而此时的NO浓度也即被测量气体中NOx的浓度在氮氧传感器芯片实现对NOx浓度测量的过程中，对氮氧传感器芯片温度的控制起着至关重要的作用传统的氮氧传感器的加热器采用两线加热的方式，给加热器施加一个恒定的电压使之达到氮氧传感器的工作温度，当尾气温度在300°C -800°C之间变化吋，氮氧传感器芯片的温度也随之产生一个较大的温度波动而对于电流型的氮氧传感器而言，当芯片温度产生变化时，会影响氮氧传感器泵电流与泵电压的特性曲线，引起測量泵电流的测量误差；另外，如果氮氧传感器芯片温度达不到800°C，则会影响测量电极对NOx的催化分解能力，此两种因素都会导致氮氧传感器对NOx气体的測量产生误差。

发明内容本发明解决的技术问题是提供一种氮氧传感器的加热控制方法，以达到氮氧传感器在不同尾气温度环境下，精确测量被测量气体中NOx浓度的目的为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下氮氧传感器加热控制方法，所述氮氧传感器包括信号功能层以及位于信号功能层下方的加热器，所述加热器包括加热器头部以及分别连接加热器头部两端的引线A和引线B，所述加热器的电压施加端之间设置有用于采集加热器头部电阻值的測量电极C，所述测量电极C的一端连接在加热器头部与引线A或引线B的交接处；所述加热控制方法具体为a.绘制氮氧传感器芯片的温度值T与加热器头部电阻值之间的曲线图；b.确定氮氧传感器芯片温度为800°C时，加热器头部的电阻标定值R■，加热器的加热电压标定值为V8tltl ；C.根据所检测氮氧传感器芯片的实际温度值，计算加热器头部的实际电阻值，进一歩通过调节加热器的加热电压值，用以保证加热器芯片的温度值保持为800°C所述步骤a包括以下步骤al.首先计算加热器头部电阻值Rh，在加热器电压施加端的引线A和引线B的自由端串联连接一可变电源和ー电流表，所述测量电极C的自由端连接ー监测电压表，监测电压表的另一端连接在电流表和可变电源之间；其中可变电源用于为加热器提供可变电压V,电流表用于监测加热器的电流值Ih，监测电压表用于监测引线两端的电压值Vl ;所述加热器头部的电阻值Rh根据下式计算Rh= (V - 2V1) /Iha2.在氮氧传感器的芯片上安装ー热电偶，用于监测氮氧传感器芯片的温度值T ;a3.调节可变电源的电压值，使V自(T12V之间逐步递增，电压值每改变一次，同步记录V、VI、Ih以及T ;并根据上式计算加热器头部电阻值Rh ； a4.根据步骤a3监测得到的数值，绘制加热器头部实际电阻值Rh与氮氧传感器芯片温度T之间的曲线图，并标定氮氧传感器芯片的温度值T与加热器头部电阻值Rh的线性关系。

步骤c中所述的可变电源调节方法为当氮氧传感器芯片温度大于800°C时，根据步骤a4得出加热器头部电阻Rh大于R8tltl，此时降低氮氧传感器加热电压值V，降低后的加热电压值V '根据下式计算V 丨=V800- V (Rh-R800) /R800当氮氧传感器芯片温度值小于800°C时，根据步骤a4得出加热器头部电阻Rh小于R8tltl，此时升高氮氧传感器加热电压值V，升高后的加热电压值V"根据下式计算V" = V800+ V (R800 - Rh) /R800加热电压的降低值V'或升高值V"通过调节可变电源获得，用以保证加热器芯片的温度值保持为800°C本发明的改进在干所述加热器的头部采用双波纹线结构，其中位于信号功能层第一空腔正下方的波纹线线宽为D1，位于第二空腔正下方的波纹线线宽为D2，其余部位的波纹线线宽为D3，所述各段波纹线线宽的比例满足下式Dl = D2 =—1)3 ムO由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下本发明提出了一种新的加热控制方法，该方法中首先将氮氧传感器的加热器改进为采用三线加热电极结构，在加热器中引入的温度測量电极时刻监测氮氧传感器加热器的头部电阻，在不同的尾气温度环境中，给加热器施加不同时间、不同幅值的加热电压，使加热器头部的电阻值恒定，从而使氮氧传感器芯片的温度保持一个定值，提高氮氧传感器对NOx的測量精度。

图I为三线式氮氧传感器加热器的结构示意图图2为氮氧传感器加热器头部电阻Rh标定电路简图图3为氮氧传感器头部电阻Rh与氮氧传感器头部温度T关系图具体实施例方式下面将结合具体实施例和附图，对本发明进行进ー步详细说明一种氮氧传感器加热控制方法，所述氮氧传感器包括信号功能层以及位于信号功能层下方的加热器，所述加热器包括加热器头部以及分别连接加热器头部两端的引线A和引线B，加热器的电压施加端A端和B端之间设置有用于采集加热器头部电阻值的測量电极C，所述测量电极C的一端连接在加热器头部与引线A或引线B的交接处在本方法中采用加热器头部电阻值的大小来表征氮氧传感器芯片头部的温度值变化，并通过改变施加在加热器两端的电压值来保证氮氧传感器芯片的工作温度值控制在800°C左右在本发明中氮氧传感器的加热器采用三线式加热器结构，加热器的头部采用双波纹线结构，如图I所示加热器头部位于第一空腔正下方的波纹线线宽为Dl ;位于第二腔正下方的波纹线线宽为D2 ;其余部位波纹线线宽为D3为了使芯片第一空腔、第二腔内的温度能达到各腔体内电化学、催化反应的温度，D1、D2、D3之间保证如下关系 IDl = D2 = — D3在本实施例中波纹线线宽设计为D1=D2=1/2D3=0. 3mm。

采用丝网印刷的方式将加热电极印刷到氧化锆基板上面，烧结后AC之间电阻0. 8273 Q ；AB之间电阻4. 231 Q ;加热器头部的电阻值Rh=2. 5765 Q本实施例中所述的加热控制方法具体如下所述I)首先计算加热器头部电阻值Rh按图2所示电路图，在加热器电压施加端的引线A和引线B的自由端串联连接一可变电源和ー电流表，測量电极C的自由端连接ー监测电压表，监测电压表的另一端连接在电流表和可变电源之间其中可变电源用于为加热器提供可变电压V，电流表用于监测加热器的电流值Ih，监测电压表用于监测引线两端的电压值Vl ;所述加热器头部的电阻值Rh根据下式计算Rh= (V - 2V1) /Ih 式一2)在氮氧传感器的芯片上安装ー热电偶，用于监测氮氧传感器芯片的温度值T3)调节可变电源的电压值，使V自0 12V之间逐步递增，电压值每改变一次，同步记录V、Vl、Ih以及T ;并根据式一计算加热器头部电阻值Rh ;监测及计算结果如表I所示表I权利要求1.氮氧传感器加热控制方法，所述氮氧传感器包括信号功能层以及位于信号功能层下方的加热器，所述加热器包括加热器头部以及分别连接加热器头部两端的引线A和引线B，其特征在于所述加热器的电压施加端之间设置有用于采集加热器头部电阻值的测量电极C，所述测量电极C的一端连接在加热器头部与引线A或引线B的交接处；所述加热控制方法具体为 a.绘制氮氧传感器芯片的温度值T与加热器头部电阻值R之间的曲线图； b.确定氮氧传感器芯片温度为800°C时，加热器头部的电阻标定值R8tltl，加热器的加热电压标定值为V8tltl ； c.根据所检测氮氧传感器芯片的实际温度值，计算加热器头部的实际电阻值，进一步通过调节加热器的加热电压值，用以保证加热器芯片的温度值保持为800°C。

2.根据权利要求I所述的氮氧传感器加热控制方法，其特征在于所述步骤a包括以下步骤 al.首先计算加热器头部电阻值Rh，在加热器电压施加端的引线A和引线B的自由端串联连接一可变电源和一电流表，所述测量电极C的自由端连接一监测电压表，监测电压表的另一端连接在电流表和可变电源之间；其中可变电源用于为加热器提供可变电压V，电流表用于监测加热器的电流值Ih，监测电压表用于监测引线两端的电压值Vl ;所述加热器头部的电阻值Rh根据下式计算Rh= (V - 2V1) /Ih a2.在氮氧传感器的芯片上安装一热电偶，用于监测氮氧传感器芯片的温度值T ; a3.调节可变电源的电压值，使V自(T12V之间逐步递增，电压值每改变一次，同步记录V、VI、Ih以及T ;并根据上式计算加热器头部电阻值Rh ； a4.根据步骤a3监测得到的数值，绘制加热器头部实际电阻值Rh与氮氧传感器芯片温度T之间的曲线图，并标定氮氧传感器芯片的温度值T与加热器头部电阻值Rh的线性关系3.根据权利要求2所述的氮氧传感器加热控制方法，其特征在于步骤c中所述的可变电源调节方法为 当氮氧传感器芯片温度大于800°C时，根据步骤a4得出加热器头部电阻Rh大于R,，此时降低氮氧传感器加热电压值V，降低后的加热电压值V丨根据下式计算 V ； = V800- V (Rh-R800) /R800 当氮氧传感器芯片温度值小于800°C时，根据步骤a4得出加热器头部电阻Rh小于R,，此时升高氮氧传感器加热电压值V，升高后的加热电压值V "根据下式计算 V" = V800+ V (R800 - Rh) /R800 加热电压的降低值V'或升高值V"通过调节可变电源获得，用以保证加热器芯片的温度值保持为800°C。

4.根据权利要求I至3任一项所述的氮氧传感器加热控制方法，其特征在于所述加热器的头部采用双波纹线结构，其中位于信号功能层第一空腔正下方的波纹线线宽为D1，位于第二空腔正下方的波纹线线宽为D2，其余部位的波纹线线宽为D3，所述各段波纹线线宽的比例满足下式全文摘要本发明公开了一种氮氧传感器加热控制方法，所述氮氧传感器包括信号功能层以及加热器，加热器采用三线式加热器结构，所述加热控制方法具体为a.绘制氮氧传感器芯片的温度值T与加热器头部电阻值之间的曲线图；b.确定氮氧传感器芯片温度为800℃时，加热器头部的电阻标定值R800，加热器的加热电压标定值为V800；c.调节加热器的加热电压值，用以保证加热器芯片的温度值保持为800℃本发明采用加热器头部电阻值的大小来表征氮氧传感器芯片头部的温度值变化，并通过改变施加在加热器两端的电压值来保证氮氧传感器芯片的工作温度值控制在800℃左右，进一步提高氮氧传感器对NOx的测量精度。