基于LabVIEW的氧传感器的测试系统

　　0　引言

　　随着我国电喷发动机的普及与环保的日益重视,汽车引起的环境问题备受关注。氧传感器与三元催化器组成了空燃比控制和排放控制系统,成为一种控制排放污染的有效途径。氧传感器用于电子控制燃油喷射装置的反馈系统中,可以使喷射装置实现闭环控制,能使过量空气系数控制在0·98~1·02,使发动机在各种工况下获得最佳浓度的混合气,精确控制燃油的喷射时间和喷射量,使燃油充分燃烧,这样不仅可以降低油耗、也提升发动机功率[1],使有害气体的排放量降到最低,减少汽车排气污染。但是,当混合气的空燃比偏离理论空燃比,导致三元催化剂对CO,HC和NOx的净化能力将急剧下降,会使发动机油耗和排气污染增加[2],发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。因此,氧传感器性能参数的检测变得尤为重要。

　　1　简介

　　1. 1　LabVIEW的设计原理

　　如图1所示,是目前较为常用的虚拟仪器系统,由数据采集系统、GPIB仪器控制系统、VXI仪器控制系统、PXI仪器控制系统及四者之间的任意组合[3]。

　　常用的虚拟仪器的测试系统硬件组成如下:以通用计算机为核心,外围是被测部件、传感器部件、信号调理及信号采集部件。

　　1. 2　N iosⅡ处理器

　　NiosⅡ嵌人式处理器是一种面向用户的32位、哈佛结构、5级流水线的RISC(Refined Instruction SetComputer)处理器,它有32个32位通用寄存器和5个32位控制寄存器,支持缓存、中断、自定义指令,外部数据和地址总接口使用简单的Avalon总线,指令支持算术运算,关系运算,逻辑运算,移位运算,系统内集成UART、PIO、SPI、时间控制器、网卡等IP核,性能可超过150MIPS[4]。NiosⅡ软核通过Avalon总线连接存储器、外设IP等系统组件,构成一个定制的SOPC.将它嵌人到一个通用的可编程的FPGA芯片内,实现一个完全可重置的片上嵌入式系统[5]。具有可定制特性、可编程性、可扩展性等特点。

　　2　氧传感器测试系统方案设计

　　氧传感器的参数检测项目主要有电压、内阻及响应时间,如表1所示[6],检测装置通过分岔装置接到氧传感器上,启动发动机在2 500 r/min下运行2~3 min,使氧传感器得到充分的加热,将被测件环境温度保持在一定温度之下,进行检测氧传感器的性能参数。通过信号调理电路把信号送到NiosⅡ的数据采集装置中,再由电缆送至送入计算机进行处理和分析。计算机根据检测规范、测试条件进行实时处理和分析检测。采集检测系统框图如图2所示。

　　2. 2　电压测量

　　二氧化锆元件在高温下具有根据其内外表面由氧浓度差产生电动势的性质。氧气与元件的覆盖表面反应,当与内表面和外表面反应的氧气浓度存在差别时产生电压,浓度差别越大,电势差越大,最高为1·0 V,低电压为300 mV或更低。氧化锆传感器输出电压与空燃比的关系如图4中曲线1所示.