一種氮氧傳感器芯片鉑電阻零度阻值檢測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于氮氧傳感器技術領域，更具體地，涉及一種氮氧傳感器芯片鉑電阻零度阻值檢測系統及方法。
【背景技術】
[0002]氮氧傳感器芯片包括NOx濃度測量部分與加熱回路部分，NOx濃度測量部分主要用于完成一系列的電化學反應及催化分解反應，實現對NOx濃度的氣體的測量；加熱回路部分主要用于給芯片加熱，使NOx濃度測量部分的溫度達到電化學及催化反應所需要的溫度；在氮氧傳感器芯片測量NOx濃度過程中，穩定氮氧傳感器芯片的工作溫度至關重要，氮氧傳感器芯片的工作溫度以700°C為宜。
[0003]在氮氧傳感器芯片生產過程中，加熱回路采用金屬鉑材料做發熱體，采用厚膜工藝印刷鉑電子漿料，經干燥后燒結成型而制備加熱回路；由于厚膜工藝無法保證氮氧傳感器芯片加熱回路中鉑電阻的高精度，不同批次氮氧傳感器芯片的加熱回路中，由金屬鉑材料構成的鉑電阻的精度誤差可達10% ;鉑電阻關于溫度的變化關系為Rt =R0(1+0.00385t);其中Rtl是指鉑電阻在零攝氏度時的電阻，R t是指鉑電阻在溫度為t時的電阻；由于各氮氧傳感器芯片的鉑電阻在零攝氏度時的阻值與加工預期之間存在誤差，導致各氮氧傳感器芯片的鉑電阻并不嚴格一致；不同的氮氧傳感器芯片工作在700°C時，其鉑電阻的阻值可能不同，為傳感器芯片內部溫度的精確穩定控制帶來難度；根據鉑電阻關于溫度的變化公式，只有檢測到鉑電阻在零攝氏度時的阻值，才能獲取其在相應的工作溫度下的阻值，由此將傳感器芯片內部溫度的精確穩定控制在設定的工作溫度下。
【發明內容】
[0004]針對以上技術需求，本發明提供了一種氮氧傳感器芯片鉑電阻在零攝氏度下的阻值檢測系統及方法，其目的在于通過擬合出氮氧傳感器芯片泵氧電流關于溫度的曲線，獲取鉑電阻在特定工作溫度下的加熱電阻值；結合鉑電阻阻值與溫度的關系，獲取氮氧傳感器芯片加熱回路中鉑電阻的零度阻值。
[0005]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種氮氧傳感器芯片鉑電阻零度阻值檢測系統，包括主控單元、加熱單元、參考單元、泵氧測控單元和電壓檢測單元；
[0006]其中，加熱單元的控制信號輸入端連接主控單元的第一輸出端；參考單元的輸入端連接加熱單元的輸出端；加熱單元的輸出端還用于連接待測氮氧傳感器芯片，向待測氮氧傳感器芯片提供加熱電壓；
[0007]泵氧測控單元的控制信號輸入端連接主控單元的第二輸出端，泵氧測控單元的泵氧電壓輸出端與泵氧電流輸入端均用于連接待測氮氧傳感器芯片；
[0008]主控單元的第一輸入端連接電壓檢測單元的第一輸出端，接收加熱正端對地電壓；主控單元的第二輸入端連接電壓檢測單元的第二輸出端，接收加熱負端對地電壓；主控單元的第三輸入端連接電壓檢測單元的第三輸出端，接收測溫端對地電壓；主控單元的第四輸入端連接泵氧測控單元的輸出端，接收泵氧測控單元反饋的泵氧電壓；主控單元的第五輸入端連接參考單元的輸出端，接收參考電流；電壓檢測單元的加熱正端電壓輸入端、加熱負端電壓輸入端和測溫端電壓輸入端均用于連接待測氮氧傳感器芯片；
[0009]加熱單元在主控單元的控制下輸出加熱電壓，使得待測氮氧傳感器芯片等速升溫；所述電壓檢測單元在升溫過程中實時獲取加熱正端對地電壓、加熱負端對地電壓和測溫端對地電壓以及參考電流；主控單元根據上述電壓以及電流，獲取待測氮氧傳感器芯片在特定工作溫度下的鉑電阻阻值，并根據鉑電阻阻值與溫度關系，獲取鉑電阻的零度阻值。
[0010]優選的，參考單元為0.1歐姆到0.5歐姆的電阻，串聯在氮氧傳感器芯片的加熱回路里，一端連接加熱負端，另一端接地；根據檢測到的加熱負端對地電壓，獲取參考電流。
[0011]為實現本發明目的，按照本發明的另一個方面，提供了一種基于上述氮氧傳感器芯片鉑電阻零度阻值檢測系統的檢測方法，具體如下:
[0012](I)通過控制加載在待測氮氧傳感器芯片上的加熱電壓，使得鉑電阻等速升溫；在待測氮氧傳感器芯片上施加泵氧電壓；并實時獲取待測氮氧傳感器芯片的加熱正端對地電壓、加熱負端對地電壓、測溫端對地電壓、參考電流和泵氧電流；
[0013](2)根據泵氧電流以及對應的加熱電壓調節時間點，采用最小二乘法擬合出泵氧電流關于時間的曲線；由于鉑電阻是等速升溫，因此根據溫度與時間的關系，進一步獲取泵氧電流關于加熱溫度的曲線；
[0014](3)根據所述泵氧電流關于加熱溫度的曲線，獲取曲線上斜率為45°的點對應的加熱溫度T ；
[0015](4)根據加熱正端對地電壓、加熱負端對地電壓、測溫端對地電壓以及參考電流，獲取所述泵氧電流關于加熱溫度的曲線上斜率為45°的點對應的鉑電阻實時阻值Rt;
[0016](5)根據鉑電阻在加熱溫度T下的加熱電阻Rt，獲取鉑電阻在零攝氏度下的阻值R0, R0= Rt/(1+0.00385T)。
[0017]優選的，泵氧電壓為IV?2V。
[0018]優選的，泵氧電壓為1.5V，泵氧電流關于加熱溫度的曲線上斜率為45°的點對應的加熱溫度T為550 °C。
[0019]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果:
[0020](I)本發明提供的氮氧傳感器芯片鉑電阻零度阻值檢測系統和檢測方法，電壓調節以及電流檢測和電壓檢測均在主控模塊的控制下進行，具有實時精準的特點；另一方面，主控模塊可采用單片機等芯片實現，可快速的擬合出泵氧電流關于溫度的曲線，并獲取曲線上斜率為45°的點對應的加熱溫度以及鉑電阻在該溫度下的阻值，以進一步獲取鉑電阻的零度阻值；具有快速、準確的特點；
[0021](2)本發明提供的氮氧傳感器芯片鉑電阻零度阻值檢測系統，其優選方案里采用一個阻值為0.1歐姆到0.5歐姆的小阻值精密電阻做采樣電阻，以獲取回路電流；由于小阻值小體積的精密電阻可很好的集成到芯片里而不影響芯片功能和性能，對芯片本身的干擾極小且具有成本低廉的優點；
[0022](3)本發明提供的氮氧傳感器芯片鉑電阻零度阻值檢測系統和檢測方法，在主控單元的控制下可實現自動檢測，由此實現對氮氧傳感器的批量檢測，可節省大量人力成本。
【附圖說明】
[0023]圖1是實施例1的氮氧傳感器芯片鉑電阻零度阻值檢測系統的系統框圖；
[0024]圖2是實施例1里氮氧傳感器芯片加熱回路鉑電阻示意圖；
[0025]圖3是實施例1里氮氧傳感器芯片加熱回路等效電路圖；
[0026]圖4是實施例1里擬合出的氮氧傳感器泵氧電流與溫度的關系曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0028]圖1所示是本發明實施例1提供的氮氧傳感器芯片鉑電阻零度阻值檢測系統的系統示意圖，包括主控單元、加熱單元、電壓檢測單元、泵氧測控單元和參考單元；主控單元由自帶模數轉換功能的單片機及其外圍電路構成，實現對傳感器芯片的加熱控制，以及對泵氧電壓的設定和對泵氧電流的采集；加熱單元由MOSFET器件及驅動器組成，實現加熱驅動；電壓檢測單元由恒壓給定電路及控制器件組成，實現對加熱鉑電阻的實時檢測；泵氧測控單元由運算放大器及外圍電路組成，實現泵氧電壓的設定和泵氧電流的測量；參考單元由采樣電路組成，反饋當前的溫度并由主控單元采集數據，實現恒定的升溫速度。
[0029]其中，加熱單元的控制端連接主控單元的第一輸出端，在主控單元的控制下向氮氧傳感器芯片提供加熱電壓；參考單元的輸入端連接加熱單元的輸出端，接收加熱電壓；泵氧測控單元的控制端連接主控單元的第二輸出端，在主