一種燃?xì)庑孤﹫缶瘋鞲衅鞯脑O(shè)計改進(jìn)

張凱 王坤

摘 要：文章介紹了燃?xì)庑孤﹫缶瘋鞲衅鞯墓ぷ髟怼⑹褂谜f明，通過更改燃?xì)庑孤﹫缶瘋鞲衅鞯耐ㄐ欧绞?、電路連接識別輸出電路工作狀態(tài)，以注入硅膠、粘貼防水膜等方式提高了產(chǎn)品的防護(hù)等級，有效地改進(jìn)了傳感器長報警、進(jìn)水、燈常亮等故障問題，產(chǎn)品經(jīng)過各項標(biāo)準(zhǔn)檢測符合應(yīng)用要求。

關(guān)鍵詞：燃?xì)庑孤?；傳感器；硅膠；防護(hù)等級

中圖分類號：U462 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）17-227-03

Abstract： This paper introduces the working principle and instructions of the gas leak alarm sensor. By changing the gas leak alarm sensor's communication method， the circuit connection identifies the working status of the output circuit， and injects silica gel and pastes the waterproof membrane to improve the product's protection level. Effectively improve the long-term alarm sensor， water， lights and other faults， the product has passed various standards to meet application requirements.

Keywords： gas leak； sensor； silica gel； protection level

CLC NO.： U462 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-227-03

前言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，目前汽車的發(fā)展趨勢正朝著節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展，越來越多的新能源汽車開始進(jìn)入市場，包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車、天然氣汽車和太陽能汽車等，其廢氣排放量比較低，符合現(xiàn)代汽車的發(fā)展趨勢。其中，天然氣（包括CNG壓縮天然氣及LNG液化天然氣）以其優(yōu)良的清潔性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢，迅速得到了廣泛的應(yīng)用， 已成為汽車燃料的主流。隨著科技的發(fā)展，未來肯定會找到比天然氣更為理想的能源，但天然氣將起到向新能源邁進(jìn)的不可替代的重要橋梁作用。但是天然氣汽車的缺點為整套動力系統(tǒng)的工藝要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)能源汽車，作為動力能源的天然氣容易泄漏，這就給天然氣汽車的安全性留下了嚴(yán)重的隱患。為了快速發(fā)現(xiàn)泄漏，進(jìn)行應(yīng)急處理，就必須對容易發(fā)生泄漏的點進(jìn)行探測。

1 概述

根據(jù)裝配，天然氣車的氣瓶艙、加氣口、熱交換器、發(fā)動機艙幾個位置容易發(fā)生泄漏，因此需要在這幾個位置放置天然氣泄漏傳感器用于探測天然氣泄漏。當(dāng)檢測到有氣體泄漏時，必須發(fā)出聲音報警讓司機第一時間發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行應(yīng)急處理，因此需要在駕駛室內(nèi)安裝報警主機用于接收泄漏傳感器發(fā)出的信號。傳感器的工作原理為：聲表面波器件之波速和頻率會隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移，氣敏傳感器利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測氣體相互作用時，使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生變化，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生漂移。根據(jù)氣體濃度大小，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度也不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過測量聲表面波頻率的變化就可以獲得準(zhǔn)確的反應(yīng)氣體濃度的變化值。我們目前采用在發(fā)動機進(jìn)氣口位置安裝燃?xì)庑孤﹫缶瘋鞲衅鳈z測是否泄漏氣體。燃?xì)庑孤﹫缶瘋鞲衅魇褂糜幸韵聨追N情況：1、通電：在蓄電池電源接通后，傳感器預(yù)熱，開始自檢：紅燈亮一次后熄滅，綠燈快閃2min；2、監(jiān)視：傳感器在預(yù)熱后進(jìn)入監(jiān)視狀態(tài)，綠燈一直慢閃，紅燈熄滅；3、報警：傳感器所在環(huán)境燃?xì)鉂舛冗_(dá)到10%LEL時，傳感器紅燈閃爍4次后綠燈閃爍1次，循環(huán)閃爍；4、恢復(fù)：傳感器所在環(huán)境燃?xì)鉂舛鹊陀?.5%LEL時，解除報警，綠燈慢閃恢復(fù)到監(jiān)視狀態(tài)。

2 現(xiàn)有產(chǎn)品存在問題

現(xiàn)有燃?xì)庑孤﹫缶瘋鞲衅髟谑褂眠^程中出現(xiàn)長報警、進(jìn)水、燈常亮等故障。經(jīng)分析原因有以下四點：1、傳感器氣敏探頭由于高空跌落和做三防漆處理時絕緣漆進(jìn)入氣敏探頭內(nèi)部造成傳感器故障報警和誤報；2、傳感器運輸過程中的跌落和搬運造成電器元器件脫落引起傳感器無電源指示；3、傳感器由于穩(wěn)壓塊脫焊引起傳感器電壓過高導(dǎo)致運行和報警指示燈同時閃爍；4、傳感器進(jìn)氣窗口向上安裝，整車淋雨試驗后，傳感器內(nèi)部進(jìn)水，造成內(nèi)部電路短路、元件損壞。

3 改進(jìn)方案

3.1 傳感器與主機通信方式改進(jìn)

傳感器與報警主機連接需要通信才能正常工作，泄漏傳感器報警輸出低電平，主機接收到低電平發(fā)出聲光報警。正常時泄漏探測器發(fā)出高電平，主機顯示正常狀態(tài)。電路如下圖1所示：

采用高低電平方式在實際使用過程在傳感器沒接（線路開路）時無法識別，電路開路時無法識別，對此做如下整改：

將報警器主機修改模擬電壓采集；系統(tǒng)正常工作時，X3接口與主機連接。修改后報警主機通過采集泄漏傳感器發(fā)出的輸出電路的電源可有效識別幾個狀態(tài)：開路、報警、正常。當(dāng)泄漏傳感器與報警主機開路時，報警主機接收的到的電壓為0V。當(dāng)泄漏傳感器與報警主機報警時，天然氣探測器控制Q4導(dǎo)通，此時接口電壓為0.47V。當(dāng)泄漏探測器正常時，Q4導(dǎo)通截止，報警主機接收的到的電壓為24V。

通過以上電壓可有效區(qū)分不同狀態(tài)，解決線路開路誤報問題。

3.2 安裝方式的改進(jìn)

原燃?xì)庑孤﹫缶瘋鞲衅靼惭b位置如圖2所示，離泄漏監(jiān)測點較遠(yuǎn)，且水容易進(jìn)入傳感器內(nèi)并不易排出，傳感器有失效的風(fēng)險?，F(xiàn)有安裝位置如圖3所示，安裝位置離監(jiān)測點近，易于檢測，且增加防護(hù)支架，避免淋雨等原因大量水進(jìn)入傳感器使電路板失效。

3.3 產(chǎn)品防護(hù)等級的提高

原傳感器為裸露電路板如圖4所示，通過刷絕緣三防漆來保證電路的穩(wěn)定性。新產(chǎn)品（如圖5所示）采用注入硅膠模式來保護(hù)整個電路，保證了整個電子元器件及整個電路的穩(wěn)定性。并在傳感器上貼防水膜增強傳感器的防水性能。外觀也做了改進(jìn)，原傳感器為塑料殼子，開孔較少（如圖2所示），檢測范圍及靈敏性較差，現(xiàn)產(chǎn)品采用鐵殼，盡可能多的增加進(jìn)氣孔，保證傳感器檢測的靈敏性（如圖6所示）。

4 測試結(jié)果

4.1 瞬態(tài)抗擾性試驗

根據(jù)GB/T 21437.2-2008 道路車輛 由傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾 第二部分：

延電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)（ISO 7637- 2：2004），GB/T 19951- 2005 道路車輛 靜電放電產(chǎn)生的電騷擾 試驗方法（ISO 10605：2001）要求，對改進(jìn)后產(chǎn)品做了瞬態(tài)抗擾性試驗和靜電放電抗擾度試驗，產(chǎn)品樣件符合要求。

4.2 防護(hù)試驗

根據(jù)GB4208-2008 外殼防護(hù)等級（IP等級）要求，對樣件進(jìn)行防塵、防固體異物和防水（IP67）檢測，樣件無明顯的滑石粉沉積，樣品無進(jìn)水，試驗后功能正常，符合IP67等級要求。

4.3 定頻震動試驗

根據(jù)GB/T 2423.10-2008 電子電工產(chǎn)品環(huán)境試驗要求對樣件進(jìn)行振動測試，在振動頻率33.3Hz，加速度7g，X、Y、Z三個方向各4個小時振動，試驗過程中樣品通電，正常工作，無誤報，無故障。試驗后功能正常，外殼無脫落，無斷裂。

經(jīng)過以上各項和其他性能檢測，改進(jìn)后的產(chǎn)品符合各項要求，性能穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)裝配需要。

5 結(jié)論

燃?xì)庑孤﹫缶瘋鞲衅鹘?jīng)過改進(jìn)后，解決了傳感器長報警、進(jìn)水、燈常亮等故障問題，可以有效的檢測泄漏氣體并使報警器報警。經(jīng)檢測，改進(jìn)后產(chǎn)品全部符合指標(biāo)，滿足現(xiàn)有車型裝配需求。國家法規(guī)要求燃?xì)廛囕v必須安裝燃?xì)庑孤﹫缶b置，燃?xì)庑孤﹫缶b置是燃?xì)廛囕v的標(biāo)準(zhǔn)配置，后期應(yīng)該在整車的組合儀表上進(jìn)行升級，在儀表上增加燃?xì)庑孤秷缶盘?，儀表或電控單元可接收傳感器的報警信號，由儀表直接給出司機信號燈及聲音報警提示，這樣儀表臺上就不需要再增加額外的報警器，即節(jié)省了單獨的報警器，又不破壞儀表臺的美觀。

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