专利名称：一种检测氧传感器的方法、氧传感器和检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车检测技术，特别是指一种检测氧传感器的方法、氧传感器和检测
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背景技术：
汽车氧传感器是电喷发动机控制系统中关键的传感部件，是控制汽车尾气排放、 降低汽车对环境污染、提高汽车发动机燃油燃烧质量的关键零件。存在缺陷的氧传感器在工作一段时间后就会失效，不能向电子控制单元(ECU)提供正确的反馈信号，导致汽车无法启动。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在如下问题传统的对氧传感器进行检测的检测方法是测量氧传感器的输出电压及反应时间，但是如果氧电离通道存在堵塞或裂纹等缺陷，则使用上述检测方法是很难发现这些缺陷的。

发明内容
本发明提供一种检测氧传感器的方法、氧传感器和检测装置，用于解决氧传感器的电离通道存在堵塞或裂纹等缺陷时，采用现有的检测技术所得到的检测结果不准确的问题。一种检测氧传感器电离通道的方法，应用于检测氧传感器，所述氧传感器至少包括外电极、电离通道和内电极，其中，外电极和内电极位于所述电离通道的两侧；方法包括步骤一，在第一预定时间内，对氧传感器施加第一电压，持续加热电离通道；步骤二，在第二预定时间内对所述氧传感器施加第二电压，在外电极处的外电极氧分子得到电子，转变为外电极氧离子，该外电极氧离子在所述第二电压作用下通过所述电离通道到达内电极后失去电子成为内电极氧分子；在内电极处的内电极氧分子得到电子转变为内电极氧离子，在氧压差的作用下通过电离通道到达外电极后失去电子成为外电极氧分子；步骤三，在第三预定时间内，检查外电极和内电极之间的电压信号；所述电压信号是由所述内电极和所述外电极之间的氧离子浓度差所形成，且所述电压信号不同的数值范围对应标识了氧传感器的状态。上述的方法中，所述步骤二中的所述第二电压通过以下方法形成在所述外电极和内电极上接入泵电压，其中，外电极接入泵电压负极，内电极接入泵电压正极；该泵电压在所述外电极和内电极之间形成所述第二电压。上述的方法中，所述步骤二中的氧压差通过以下方法形成在所述内电极处增加一个空气参考腔，该空气参考腔位于空气侧，且其中存放空气；所存放的空气中的内电极氧离子浓度与外电极处的外电极氧离子浓度的差值形成所述氧压差。上述的方法中，所述步骤三中根据实验数据得到所述电压信号的数值高于45mV 时，表明电离通道存在堵塞现象；所述电压信号的数值低于20mV时，表明电离通道存在裂纹；所述电压信号的数值介于20mV与45mV之间时，表明电离通道正常。
一种氧传感器检测装置，包括精密电源，用于在第一功能下，在第一预定时间内对氧传感器施加第一电压，持续加热氧传感器的电离通道；还用于，在第二功能下，在第二预定时间内对所述氧传感器施加第二电压，使得外电极氧离子在所述第二电压作用下通过电离通道到达内电极后失去电子成为内电极氧分子；其中，外电极处的外电极氧分子通过电化学反应得到电子，转变为所述外电极氧离子；空气参考腔，用于在内电极处提供内电极氧分子，所述内电极处的内电极氧分子得到电子通过电化学反应得到电子，转变为所述内电极氧离子；并且所述内电极氧离子与外电极氧离子之间形成氧压差，在该氧压差的作用下，所述内电极氧离子通过电离通道到达外电极后失去电子成为外电极氧分子；输入输出模块，用于切换所述精密电源的第一功能和第二功能；数据采集卡，用于在第三预定时间内，检查外电极和内电极之间的电压信号；所述电压信号是由所述内电极和所述外电极之间的氧离子浓度差所形成，且所述电压信号不同的数值范围对应标识了氧传感器的状态。上述的检测装置，还包括指示灯，包含红灯和绿灯；用于当所述电压信号的数值高于45mV，表明电离通道存在堵塞现象；或者，所述电压信号的数值低于20mV，表明电离通道存在裂纹时，红灯亮；当所述电压信号的数值介于20mV与45mV之间，表明电离通道正常时，绿灯亮。上述的检测装置，还包括气缸，用于当红灯亮时，将氧传感器弹出；或者，当绿灯亮时，将氧传感器弹出。上述的检测装置，还包括虚拟仪器，用于在每个检测时间间隔的末尾将检测到的输出电压值传送给电压信号，并显示；其中，输出电压值是所述外电极和内电极之间的电压。一种氧传感器，包括加热端、外电极，电离通道，内电极；加热端，用于在第一预定时间内对氧传感器施加第一电压，持续加热电离通道；外电极，用于在第二预定时间内， 通过电化学反应，使得在外电极处的外电极氧分子得到电子，转变为外电极氧离子；该外电极氧离子在第二电压作用下通过电离通道到达内电极后失去电子成为内电极氧分子；内电极，用于通过电化学反应，使得在内电极处的内电极氧分子得到电子，转变为内电极氧离子；该内电极氧离子在氧压差的作用下通过电离通道到达外电极后失去电子成为外电极氧分子；电离通道，用于传输外电极氧离子、内电极氧离子；其中，外电极氧离子浓度与内电极氧离子浓度的不同会在外电极和内电极之间形成电压信号；在第三预定时间内检测到的所述电压信号的不同数值范围对应标识了氧传感器的状态。上述的氧传感器，还包括空气参考腔，位于所述内电极处，用于存放空气；且该空气中的内电极氧离子浓度与外电极处的外电极氧离子浓度的差值形成氧压差；该氧压差高于预定数值时，所述内电极氧离子通过电离通道到达外电极。本发明的上述技术方案的有益效果如下氧传感器在激活后，氧分子在内电极/ 外电极上进行电化学反应，转换为氧离子；氧离子在电离通道内运动，从而触发输出电压的变化，根据输出电压判断电离通道是否存在堵塞或裂纹等性能缺陷；如此则实现了对电离通道电性能的检测，填补了氧传感器检测的空白，提高了氧传感器的质量，排除了故障隐
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图1为本发明氧传感器结构示意图；图2为本发明检测氧传感器电离通道的方法流程示意图；图3为本发明氧传感器内氧分子与氧离子之间的电化学反应示意图一；图4为本发明氧传感器内氧分子与氧离子之间的电化学反应示意图二 ；图5为本发明氧传感器检测装置工作原理图。
具体实施例方式为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本发明公开了一种氧传感器电离通道检测工艺以及设备。如图1所示，氧传感器，包括线束接头1，保护层2，外电极3，(氧化锆)电离通道 4，内电极5，空气参考腔6，绝缘层7。如图2所示，一种检测氧传感器电离通道的方法，应用于检测氧传感器，所述氧传感器至少包括外电极、电离通道和内电极，其中，外电极和内电极位于所述电离通道的两侧；方法包括步骤101，在第一预定时间内，对氧传感器施加第一电压，持续加热外电极、电离通道和内电极；步骤102，在第二预定时间内对所述氧传感器施加第二电压，在外电极处的外电极氧分子得到电子，转变为外电极氧离子，该外电极氧离子在所述第二电压作用下通过所述电离通道到达内电极后失去电子成为内电极氧分子；在内电极处的内电极氧分子得到电子转变为内电极氧离子，在氧压差的作用下通过电离通道到达外电极后失去电子成为外电极氧分子；步骤103，在第三预定时间内，检查外电极和内电极之间的电压信号；所述电压信号是由所述内电极和所述外电极之间的氧离子浓度差所形成，且所述电压信号不同的数值范围对应标识了氧传感器的状态。应用所提供的技术方案，氧传感器在激活后，氧分子在内电极/外电极上进行电化学反应，转换为氧离子；氧离子在电离通道内运动，从而触发输出电压的变化，根据输出电压判断电离通道是否存在堵塞或裂纹等性能缺陷；如此则实现了对电离通道电性能的检测，填补了氧传感器检测的空白，提高了氧传感器的质量，排除了故障隐患。其中，氧传感器左侧的线束接头1用于接通精密电源9。外电极氧分子、外电极氧离子、内电极氧分子、内电极氧离子，均是为区分氧分子/氧离子在氧传感器的不同位置而做的称呼，并不表示其分子/离子本身具有不同的属性。基于所提供的技术方案，在实际使用过程中，考虑到汽车内部构造的特点，特别是汽车在工作过程中为氧传感器所提供的工作环境的特点，需要对氧传感器的检测方法进行细化描述，并参考图3和图4，包括以下步骤步骤201，氧传感器接头插入到测试夹具中；此测试夹具用于连接氧传感器端子和检测装置上的测试电极。其中，氧传感器有四个端子，分别是A、B、C、D端子AB端子定义为信号端，A端子是外电极，B端子是内电极；CD端子定义为加热端，连接加热器，施加第一电压后对内外电极和电离通道进行加热，在加热温度超过450度后AB端子输出电压信号。
步骤202，在氧传感器加热端施加第一电压，该第一电压为13. 5V直流电源；持续加热电离通道两侧的外电极和内电极。加热时间持续第一预定时间，30秒。步骤203，在第二预定时间内，在氧传感器信号端加上IOOmV的泵电压；并向空气参考腔6中泵入氧，通常第二预定时间为10秒。步骤204，外电极处的外电极氧分子在外电极得到电子，转变为外电极氧离子，在泵电压的作用下氧离子穿过电离通道到达内电极，在内电极失去电子，转变为内电极氧分子，如此，则使得传感器外部的氧分子能够从外电极处进入氧传感器，并以离子方式通过电离通道再进入到空气参考腔6中。其中，外电极氧分子、外电极氧离子、内电极氧分子、内电极氧离子，均是为区分氧分子/氧离子在氧传感器的不同位置而做的称呼，并不表示其分子/离子本身具有不同的属性。步骤205，内电极氧分子在内电极得到电子，转变为内电极氧离子，在氧压差的作用下内电极氧离子通过电离通道向外电极扩散，在外电极处失去电子，转变为外电极氧分子，如此则空气参考腔6中的氧分子在外电极处扩散到氧传感器外部。其中，在氧压差的作用下内电极氧离子通过电离通道向外电极扩散，应用到了能斯特效应，具体而言，氧传感器是一种固态干电池，根据电化学的原理在内外电极之间由于氧离子浓度的不同产生了氧压差，而氧压差产生电动势，电动势的大小符合能斯特效应公式E = (RT/4F)Ln(P 02air/P 02exh)；其中，E为电动势的输出电压，R = 8. 31为气体常数，T为温度，F = 96500为法拉第常数，P Ohir为参考腔中的氧压力，P C^exh为氧传感器外部的氧压力。步骤206，第二预定时间之后，断开泵电压，停止向空气参考腔6中泵氧。 步骤207，在第三预定时间内，虚拟仪器通过数据采集卡获取测试夹具输出端输出的电压信号，第三预定时间通常可以是30秒；将第三预定时间作为检测时间间隔，所采集到的电压信号是检测时间间隔的末尾这一刻的电压数值。在实际工作中，虚拟仪器可以采用LABVIE软件，具体应用到了 LABVIE中电压表8 的功能。步骤208，虚拟仪器对测试数据进行判断；根据实验数据得出以下结论所述电压信号的数值高于45mV时，表明电离通道存在堵塞现象；所述电压信号的数值低于20mV时，表明电离通道存在裂纹；所述电压信号的数值介于20mV与45mV之间时，表明电离通道正常。步骤209，气动装置将线束接头顶出；记录测试数据。依据汽车在工作过程中为氧传感器所提供的工作环境的特点，提供了上述的技术方案，实现了对电离通道的电性能的检测，填补了氧传感器检测的空白，提高了氧传感器的质量，排除了故障隐患。其中，在检测氧传感器的过程中，应用到了氧传感器检测设备，该氧传感器检测装置如图5所示，包括 精密电源9，测试夹具10，数据采集卡11，工控机12，输入输出模块13，气缸14，指示灯15。需要说明的是，附图5中是根据各个单元之间的信号交互关系画出的，即，当两个不同的单元之间存在信号交互时，在图中画出了连接关系。精密电源9，用于分别输出13. 5V及IOOmV的泵电压。其中，13. 5V接通到氧传感器的加热端进行加热，IOOmV接通内外电极，见图3，向空气参考腔6内补充氧。测试夹具10，用于连接氧传感器端子及检测装置上的测试电极。其中，自测试夹具 10的右上端顺时针方向，分别与氧传感器的A、B、C、D端子衔接。数据采集卡11，用于与测试夹具10的右上端和右下端输出连接，采集氧传感器内外电极上的输出电压，同时将模拟信号转换为数字信号，传送给工控机12。工控机12，用于安装有应用软件，使用者通过应用软件控制测试步骤、分析测试数据，具体而言，根据使用者的操作或自动生成控制指令并发送。并且，可以通过数据采集卡 11获取内外电极上的输出电压，或者通过输入输出模块13获取相应的数字信号。输入输出模块13，用于实现控制指令向执行元件的传输；接收来自工控机12的控制指令，并执行该控制指令自动切换硬件电路的通断，包括通过切换输电线路，将精密电源9的第一电压13. 5V切换到氧传感器的加热端进行加热，将精密电源9的第二电压IOOmV 切换到氧传感器的内外电极；以及将从数据采集卡11处获取的数字信号传送给工控机12。气缸14，通过输入输出模块13接收来自工控机12的控制指令，用于在测试结束后，如果判断氧传感器合格，则气缸动作推动测试夹具10的卡板释放氧传感器，使得氧传感器可以从测试夹具10中取出；如果氧传感器不合格，则气缸不动作，此时，需要按下复位按钮气缸才会推动测试夹具10的卡板，取出氧传感器。指示灯15，具有红黄绿三种灯，红灯指示被检测的氧传感器不合格，绿灯指示氧传感器合格，黄灯指示检测装置正在测试中。由于技术人员更愿意采用虚拟仪器来代替实体的仪器进行检测，因此，指示灯15可以是位于虚拟仪器上的指示灯，例如LABVIEW。为描述氧传感器检测装置的工作原理，在具体的应用场景中，并参照附图3、4，检测流程包括如下步骤步骤301，将氧传感器的线束接头插入到测试夹具10中。步骤302，不失一般性，虚拟仪器采用LABVIEW ；则LABVIEW控制输入输出模块13 将精密电源9的输出切换为13. 5V电源，即，将13. 5V电源切入到加热回路；加热30秒后再将精密电源9的输出切换到100mV，持续10秒后将精密电源9提供的IOOmV电源断开。步骤303，LABVIEW通过数据采集卡11实时检测输出回路的输出电压作为电压信号，以检测时间间隔为检测周期，每一个检测时间间隔的末尾这一刻的输出电压值传送给电压信号对应的变量。习惯上，可以将检测时间间隔设置为30秒。可以根据上述得到的电压信号可以进一步绘制曲线图，其中，横轴是时间，纵轴是电压信号的数值。步骤304，输入输出模块13将精密电源9提供的13. 5V电源断开。步骤305，分析此变量的数值，如果高于45mV或低于20mV，红灯亮；转步骤306。如果在20mV与45mV之间，绿灯亮，转步骤307。步骤306，按下复位按钮，气缸14推动测试夹具10将氧传感器弹出。
步骤307，气缸14自行推动测试夹具10将氧传感器弹出。步骤308，取出氧传感器并记录测试获得的数据。在所提供的技术方案中，将氧传感器的线束接头1插入到测试夹具10中，精密电源9的两个输出端分别向氧传感器提供加热电流及泵电压，氧分子在泵电压以及内电极/ 外电极的氧化锆的催化作用下产生电离反应，氧分子转化为氧离子，氧离子在氧压差的作用下通过电离通道4将空气参考腔6中的氧传递到氧传感器的外部(排气侧)，这一过程中，氧离子在内外电极之间扩散，扩散速度快慢的作用会在电离通道4中形成氧压差(输出电压)，通过检测该氧压差的电压信号来判断电离通道的电性能是否存在缺陷；其中，检测过程的自动控制及数据分析通过虚拟仪器-LABVIEW软件完成。本发明的上述技术方案的有益效果如下氧传感器在激活后，氧分子在内电极/ 外电极上进行电化学反应，转换为氧离子；氧离子在电离通道内运动，从而触发输出电压的变化，根据输出电压判断电离通道是否存在堵塞或裂纹等性能缺陷；如此则实现了对电离通道电性能的检测，填补了氧传感器检测的空白，提高了氧传感器的质量，排除了故障隐患。
上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种检测氧传感器电离通道的方法，其特征在于，应用于检测氧传感器，所述氧传感器至少包括外电极、电离通道和内电极，其中，外电极和内电极位于所述电离通道的两侧； 方法包括步骤一，在第一预定时间内，对氧传感器施加第一电压，持续加热电离通道； 步骤二，在第二预定时间内对所述氧传感器施加第二电压，在外电极处的外电极氧分子得到电子，转变为外电极氧离子，该外电极氧离子在所述第二电压作用下通过所述电离通道到达内电极后失去电子成为内电极氧分子；在内电极处的内电极氧分子得到电子转变为内电极氧离子，在氧压差的作用下通过电离通道到达外电极后失去电子成为外电极氧分子；步骤三，在第三预定时间内，检查外电极和内电极之间的电压信号；所述电压信号是由所述内电极和所述外电极之间的氧离子浓度差所形成，且所述电压信号不同的数值范围对应标识了氧传感器的状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中的所述第二电压通过以下方法形成在所述外电极和内电极上接入泵电压，其中，外电极接入泵电压负极，内电极接入泵电压正极；该泵电压在所述外电极和内电极之间形成所述第二电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中的氧压差通过以下方法形成在所述内电极处增加一个空气参考腔，该空气参考腔位于空气侧，且其中存放空气； 所存放的空气中的内电极氧离子浓度与外电极处的外电极氧离子浓度的差值形成所述氧压差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中根据实验数据得到 所述电压信号的数值高于45mV时，表明电离通道存在堵塞现象；所述电压信号的数值低于20mV时，表明电离通道存在裂纹； 所述电压信号的数值介于20mV与45mV之间时，表明电离通道正常。
5.一种氧传感器检测装置，其特征在于，包括精密电源，用于在第一功能下，在第一预定时间内对氧传感器施加第一电压，持续加热氧传感器的电离通道；还用于，在第二功能下，在第二预定时间内对所述氧传感器施加第二电压，使得外电极氧离子在所述第二电压作用下通过电离通道到达内电极后失去电子成为内电极氧分子；其中，外电极处的外电极氧分子通过电化学反应得到电子，转变为所述外电极氧离子；空气参考腔，用于在内电极处提供内电极氧分子，所述内电极处的内电极氧分子得到电子通过电化学反应得到电子，转变为所述内电极氧离子；并且所述内电极氧离子与外电极氧离子之间形成氧压差，在该氧压差的作用下，所述内电极氧离子通过电离通道到达外电极后失去电子成为外电极氧分子；输入输出模块，用于切换所述精密电源的第一功能和第二功能； 数据采集卡，用于在第三预定时间内，检查外电极和内电极之间的电压信号；所述电压信号是由所述内电极和所述外电极之间的氧离子浓度差所形成，且所述电压信号不同的数值范围对应标识了氧传感器的状态。
6.根据权利要求5所述的氧传感器检测装置，其特征在于，还包括指示灯，包含红灯和绿灯；用于当所述电压信号的数值高于45m V，表明电离通道存在堵塞现象；或者，所述电压信号的数值低于20mV，表明电离通道存在裂纹时，红灯亮；当所述电压信号的数值介于20mV与45mV之间，表明电离通道正常时，绿灯亮。
7.根据权利要求6所述的氧传感器检测装置，其特征在于，还包括气缸，用于当红灯亮时，将氧传感器弹出；或者，当绿灯亮时，将氧传感器弹出。
8.根据权利要求5所述的氧传感器检测装置，其特征在于，还包括虚拟仪器，用于在所述第三预定时间的末尾这一刻，将检测到的输出电压值作为电压信号并显示；其中，所述输出电压值是所述外电极和内电极之间的电压。
9.一种氧传感器，其特征在于，包括加热端、外电极，电离通道，内电极；加热端，用于在第一预定时间内对氧传感器施加第一电压，持续加热电离通道；外电极，用于在第二预定时间内，通过电化学反应，使得在外电极处的外电极氧分子得到电子，转变为外电极氧离子；该外电极氧离子在第二电压作用下通过电离通道到达内电极后失去电子成为内电极氧分子；内电极，用于通过电化学反应，使得在内电极处的内电极氧分子得到电子，转变为内电极氧离子；该内电极氧离子在氧压差的作用下通过电离通道到达外电极后失去电子成为外电极氧分子；电离通道，用于传输外电极氧离子、内电极氧离子；其中，外电极氧离子浓度与内电极氧离子浓度的不同会在外电极和内电极之间形成电压信号；在第三预定时间内检测到的所述电压信号的不同数值范围对应标识了氧传感器的状态。
10.根据权利要求9所述的氧传感器，其特征在于，还包括空气参考腔，位于所述内电极处，用于存放空气；且该空气中的内电极氧离子浓度与外电极处的外电极氧离子浓度的差值形成氧压差； 该氧压差高于预定数值时，所述内电极氧离子通过电离通道到达外电极。
全文摘要
本发明提供一种检测氧传感器的方法、氧传感器和检测装置，其方法应用于检测氧传感器，包括步骤一，在第一预定时间内，对氧传感器施加第一电压，持续加热电离通道；步骤二，在第二预定时间内对氧传感器施加第二电压，在外电极处的外电极氧分子得到电子，转变为外电极氧离子；在内电极处的内电极氧分子得到电子转变为内电极氧离子；步骤三，在第三预定时间内，检查外电极和内电极之间的电压信号。应用所提供的技术方案，氧传感器在激活后，氧分子在内电极/外电极上进行电化学反应，转换为氧离子；氧离子在电离通道内运动，从而触发输出电压的变化，根据输出电压判断电离通道是否存在堵塞或裂纹等性能缺陷；如此则实现了对电离通道电性能的检测。
文档编号G01N27/26GK102262111SQ20101019470
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者吴彦铎 申请人:北京德尔福万源发动机管理系统有限公司