湯斌

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

關(guān)鍵詞：氮氧傳感器 檢測(cè)工裝 改進(jìn)

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(cè)工裝研制背景

2021年3月全國(guó)兩會(huì)召開期間，政府工作報(bào)告指出：扎實(shí)做好碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)工作，制定2030年前碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案。值此中國(guó)“十四五”規(guī)劃開局之年，碳中和的任務(wù)被提及，這一信號(hào)說(shuō)明，節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)將是未來(lái)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(cè)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(cè)效率，降低生產(chǎn)成本，以達(dá)到提質(zhì)增效的目的。氮氧傳感器是用來(lái)檢測(cè)氣體環(huán)境中NOx含量的關(guān)鍵設(shè)備，它被廣泛應(yīng)運(yùn)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(chǎng)大部分都被德國(guó)大陸公司占領(lǐng)，而國(guó)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(guò)研制新型氮氧傳感器檢測(cè)工裝，能夠幫助到國(guó)內(nèi)氮氧傳感器生產(chǎn)廠家，不僅助力我國(guó)“碳中和”的宏偉目標(biāo)，更讓國(guó)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(cè)工裝設(shè)計(jì)原理

2.1 氮氧傳感器檢測(cè)工裝工作原理

在氮氧傳感器生產(chǎn)過(guò)程中，各部件組裝后，會(huì)經(jīng)過(guò)一道標(biāo)定檢測(cè)的步驟，該檢測(cè)過(guò)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(shí)傳感器會(huì)測(cè)得一個(gè)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(cè)，使傳感器控制器得到一條測(cè)量曲線，從而精確地測(cè)量各種濃度的NOx值。在此檢測(cè)環(huán)節(jié)中，需要往氣室中通入4種氣體，并進(jìn)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(cè)效率。

現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備中，氣室是一根直徑為10cm、長(zhǎng)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(jìn)行檢測(cè)，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(cè)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(jìn)行標(biāo)定檢測(cè)，這樣就導(dǎo)致在2m長(zhǎng)的氣室中，第一支與最后一支傳感器接觸到氣體的時(shí)間間隔較長(zhǎng)。

根據(jù)檢測(cè)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(zhǎng)，檢測(cè)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(cè)探頭里核心部件為陶瓷芯片，為保護(hù)陶瓷芯片不受損壞，探頭端安裝有特制保護(hù)帽，探頭保護(hù)帽上有兩排孔，在檢測(cè)過(guò)程中，氣體從兩排孔中一進(jìn)一出，保證氣體流動(dòng)。

為提升檢測(cè)效率，減少氣體浪費(fèi)，本檢測(cè)工裝主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

2.2 工裝改進(jìn)方案

將氣室化整為零，根據(jù)探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)。這樣不僅極大減少了氣室空間，并且控制氣體進(jìn)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(shí)間大大縮短。外部用細(xì)軟管把所有單個(gè)氣室聯(lián)通，這樣就可使檢測(cè)工裝實(shí)現(xiàn)模組化，可根據(jù)檢測(cè)傳感器數(shù)量對(duì)檢測(cè)氣室進(jìn)行增減，減少氣體無(wú)效流入。

改進(jìn)密封墊圈結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自固定，取消推拉工裝。原有的硅膠墊就是一個(gè)圓環(huán)，只起密封探頭的作用，外部用推拉工裝進(jìn)行固定。本工裝對(duì)硅膠墊結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其不僅具備密封功能，還能實(shí)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(gè)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(shí)，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(shí)包裹，裙擺結(jié)構(gòu)增加了與探頭的有效接觸并產(chǎn)生過(guò)盈配合，金屬探頭不易松動(dòng)，且密封性良好，改進(jìn)后的硅膠墊實(shí)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(shí)現(xiàn)單手插拔，省時(shí)省力。

添加自動(dòng)切換氣體裝置，減少人為操作，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)流程半自動(dòng)化。產(chǎn)品的電氣控制化通過(guò)分析氮氧傳感器檢測(cè)裝置通氣檢測(cè)的步驟及通氣時(shí)長(zhǎng)，增加了自動(dòng)通氣裝置，提高整個(gè)檢測(cè)產(chǎn)線的效率。

氣動(dòng)原理如圖3所示：

按下啟動(dòng)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(cè)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(shí)一定時(shí)間，待裝置內(nèi)的N2氣體排盡后DT2斷電，氣壓傳感器檢測(cè)氣壓升高到一定值，DT3斷電，開始進(jìn)行第一次通氣檢測(cè);

延時(shí)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(shí)間后DT2與DT3斷電，DT1通電，N2氣體通入裝置，氣壓傳感器檢測(cè)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(shí)一定時(shí)間，待裝置內(nèi)的N2氣體排盡后DT2斷電，氣壓傳感器檢測(cè)氣壓升高到一定值，DT4斷電，開始進(jìn)行第二次通氣檢測(cè);延時(shí)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(shí)間后DT2與DT3斷電，DT1通電，N2氣體通入裝置，氣壓傳感器檢測(cè)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(shí)一定時(shí)間，待裝置內(nèi)的N2氣體排盡后DT2斷電，氣壓傳感器檢測(cè)氣壓升高到一定值，DT5斷電，開始進(jìn)行第三次通氣檢測(cè)，延時(shí)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(cè)試結(jié)束。

3 氮氧傳感器檢測(cè)工裝的改進(jìn)效果

本文中的檢測(cè)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(cè)工裝可用于實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化甚至自動(dòng)化，并且用于大批量檢測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)耗材，大幅度降低了檢測(cè)成本。

從發(fā)展角度來(lái)看，由于國(guó)內(nèi)氮氧傳感器檢測(cè)設(shè)備都以非標(biāo)為主，希望本工裝的設(shè)計(jì)原理及良好的使用效果，能夠幫助完善氮氧傳感器檢測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)及使用標(biāo)準(zhǔn)，從而加速氮氧傳感器國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程。

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