一種氮氧傳感器檢測工裝介紹

湯斌

摘 要：本文介紹了一種氮氧傳感器檢測工裝，該工裝根據(jù)原有檢測設(shè)備使用過程中存在的缺陷加以改進，并根據(jù)傳感器探頭特有外形對檢測工裝進行定制，以提高檢測效率，減少檢測成本。并將該檢測工裝模塊化，后期可任意組裝在各種類型的檢測設(shè)備上。

關(guān)鍵詞：氮氧傳感器 檢測工裝 改進

Introduction of a Nitrogen Oxygen Sensor Detection Tooling

Tang Bin

Abstract：This article introduces a nitrogen and oxygen sensor detection tooling. The tooling is improved based on the defects existing in the use of the original detection equipment， and the detection tooling is customized according to the unique shape of the sensor probe to improve detection efficiency and reduce detection costs. And the testing tooling is modularized， and can be assembled on various types of testing equipment.

Key words：nitrogen oxygen sensor， detection tooling， improvement

1 氮氧傳感器檢測工裝研制背景

2021年3月全國兩會召開期間，政府工作報告指出：扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，制定2030年前碳排放達峰行動方案。值此中國“十四五”規(guī)劃開局之年，碳中和的任務(wù)被提及，這一信號說明，節(jié)能減排、環(huán)境保護將是未來可持續(xù)發(fā)展、研發(fā)環(huán)保科技的主要課題。按“碳中和”的部署目標(biāo)，減少大氣中NOx（氮氧化物）的排放也將成為環(huán)保中的重要任務(wù)。

而本文中所研制的氮氧傳感器檢測工裝，正是助力于氮氧傳感器生產(chǎn)廠家，提高氮氧傳感器產(chǎn)線檢測效率，降低生產(chǎn)成本，以達到提質(zhì)增效的目的。氮氧傳感器是用來檢測氣體環(huán)境中NOx含量的關(guān)鍵設(shè)備，它被廣泛應(yīng)運于柴油汽車尾氣處理、火力發(fā)電尾氣處理等其他含有NOx的尾氣處理系統(tǒng)。就目前而言，全球氮氧傳感器市場大部分都被德國大陸公司占領(lǐng)，而國內(nèi)氮氧傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)才剛剛起步，筆者希望通過研制新型氮氧傳感器檢測工裝，能夠幫助到國內(nèi)氮氧傳感器生產(chǎn)廠家，不僅助力我國“碳中和”的宏偉目標(biāo)，更讓國貨崛起，在全球的高科技環(huán)保領(lǐng)域占有一席之地。

2 檢測工裝設(shè)計原理

2.1 氮氧傳感器檢測工裝工作原理

在氮氧傳感器生產(chǎn)過程中，各部件組裝后，會經(jīng)過一道標(biāo)定檢測的步驟，該檢測過程是模擬氮氧傳感器在NOx環(huán)境中工作，將傳感器探頭端插入到密閉容器中，然后往容器中通入標(biāo)準(zhǔn)濃度的NO氣體，此時傳感器會測得一個值，然后校正該值與標(biāo)準(zhǔn)NO濃度值一致，再以同樣方式通入幾種不同濃度的NO氣體，這樣就完成了傳感器的標(biāo)定檢測，使傳感器控制器得到一條測量曲線，從而精確地測量各種濃度的NOx值。在此檢測環(huán)節(jié)中，需要往氣室中通入4種氣體，并進行8次置換，所以氣室內(nèi)氣體的置換速率決定了此工序的檢測效率。

現(xiàn)有檢測設(shè)備中，氣室是一根直徑為10cm、長2m的圓管，在圓管壁上打孔，在孔上安裝探頭固定座，將傳感器探頭插入探頭固定座，固定座內(nèi)有軟硅膠墊起著密封作用，外部再用推拉工裝頂住探頭部分，防止探頭脫落，即可進行檢測，一根圓管可安裝24支傳感器，氣體從圓管的一端流入，從另外一端流出，為了保證探頭檢測精度，氣室內(nèi)壓力約為0.1MPa，氣體流速較慢，由于氣室內(nèi)氣體環(huán)境穩(wěn)定后才能進行標(biāo)定檢測，這樣就導(dǎo)致在2m長的氣室中，第一支與最后一支傳感器接觸到氣體的時間間隔較長。

根據(jù)檢測流程和要求，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)就存在氣體置換速率慢，且氣室管道較長，檢測一次氣體用量較多，用氣成本較高。氮氧傳感器探頭結(jié)構(gòu)很特別，由于氮氧傳感器檢測探頭里核心部件為陶瓷芯片，為保護陶瓷芯片不受損壞，探頭端安裝有特制保護帽，探頭保護帽上有兩排孔，在檢測過程中，氣體從兩排孔中一進一出，保證氣體流動。

為提升檢測效率，減少氣體浪費，本檢測工裝主要從以下幾個方面進行了設(shè)計和優(yōu)化。

2.2 工裝改進方案

將氣室化整為零，根據(jù)探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計氣室內(nèi)部結(jié)構(gòu)，現(xiàn)將整體結(jié)構(gòu)改為單氣室模式，如圖1所示：

氣室空間根據(jù)探頭的大小制作，氣室兩側(cè)打孔，孔位與探頭兩排氣孔對應(yīng)。這樣不僅極大減少了氣室空間，并且控制氣體進入氣室后可直接吹入探頭內(nèi)，并在另一側(cè)吹出，提高了氣體置換率，使傳感器的響應(yīng)時間大大縮短。外部用細軟管把所有單個氣室聯(lián)通，這樣就可使檢測工裝實現(xiàn)模組化，可根據(jù)檢測傳感器數(shù)量對檢測氣室進行增減，減少氣體無效流入。

改進密封墊圈結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)自固定，取消推拉工裝。原有的硅膠墊就是一個圓環(huán)，只起密封探頭的作用，外部用推拉工裝進行固定。本工裝對硅膠墊結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計，使其不僅具備密封功能，還能實現(xiàn)固定探頭的作用。如圖2所示，在原有硅膠墊上又增加了一個圓環(huán)，稱作裙擺結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下，當(dāng)金屬探頭插入氣室時，由于橡膠墊圈與氣室有預(yù)留空間，使金屬探頭較為容易插入，當(dāng)金屬探頭插入到位，橡膠圈受力變形，將金屬探頭嚴(yán)實包裹，裙擺結(jié)構(gòu)增加了與探頭的有效接觸并產(chǎn)生過盈配合，金屬探頭不易松動，且密封性良好，改進后的硅膠墊實現(xiàn)了自固定的功能，減少在推拉工裝中必須兩手配合固定探頭的工序，可實現(xiàn)單手插拔，省時省力。

添加自動切換氣體裝置，減少人為操作，實現(xiàn)檢測流程半自動化。產(chǎn)品的電氣控制化通過分析氮氧傳感器檢測裝置通氣檢測的步驟及通氣時長，增加了自動通氣裝置，提高整個檢測產(chǎn)線的效率。

氣動原理如圖3所示：

按下啟動按鈕，DT1兩位兩通電磁換向閥開始通電，N2氣體通入設(shè)備，氣壓傳感器檢測氣壓升高到一定值，DT2兩位兩通電磁換向閥通電后，DT1斷電，DT3通電，750ppm的NOx通入設(shè)備，延時一定時間，待裝置內(nèi)的N2氣體排盡后DT2斷電，氣壓傳感器檢測氣壓升高到一定值，DT3斷電，開始進行第一次通氣檢測;

延時10分鐘后，DT2與DT3通電，750ppm的NOx與尿素中和后排出裝置，一定時間后DT2與DT3斷電，DT1通電，N2氣體通入裝置，氣壓傳感器檢測氣壓升高到一定值，DT2通電，DT1斷電，DT4通電，1500ppm的NOx通入設(shè)備，延時一定時間，待裝置內(nèi)的N2氣體排盡后DT2斷電，氣壓傳感器檢測氣壓升高到一定值，DT4斷電，開始進行第二次通氣檢測;延時10分鐘后，DT2與DT3通電，1500ppm的NOx氣體與尿素中和后排出裝置，一定時間后DT2與DT3斷電，DT1通電，N2氣體通入裝置，氣壓傳感器檢測氣壓升高到一定值，DT2通電，DT1斷電，DT5通電，2000ppm的NOx通入設(shè)備，延時一定時間，待裝置內(nèi)的N2氣體排盡后DT2斷電，氣壓傳感器檢測氣壓升高到一定值，DT5斷電，開始進行第三次通氣檢測，延時10分鐘后，DT2與DT3通電，2000ppm的NOx氣體與尿素中和后排出裝置，測試結(jié)束。

3 氮氧傳感器檢測工裝的改進效果

本文中的檢測工裝比原有設(shè)備效率高出了一倍左右，而耗材量減少約30%，該檢測工裝可用于實現(xiàn)半自動化甚至自動化，并且用于大批量檢測，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，管道的距離較短，管路直徑較小，大大節(jié)省了檢測耗材，大幅度降低了檢測成本。

從發(fā)展角度來看，由于國內(nèi)氮氧傳感器檢測設(shè)備都以非標(biāo)為主，希望本工裝的設(shè)計原理及良好的使用效果，能夠幫助完善氮氧傳感器檢測設(shè)備的設(shè)計及使用標(biāo)準(zhǔn)，從而加速氮氧傳感器國產(chǎn)化的進程。

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