氧化鋯傳感器

氧化鋯氧濃差電池用于實(shí)際檢測(cè)中，主要需要解決的問(wèn)題是，氧化鋯檢測(cè)頭，反應(yīng)電極及將被測(cè)氣體與參比氣(空氣)嚴(yán)格隔離的問(wèn)題(也叫做氧探頭的密封問(wèn)題)。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，最難以解決的是密封問(wèn)題和反應(yīng)電極問(wèn)題。

氧探頭是利用氧化鋯陶瓷敏感元件來(lái)測(cè)量各類(lèi)應(yīng)用環(huán)境下的氧含量的，通過(guò)它以求實(shí)現(xiàn)工業(yè)加熱爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制，以及熱處理可控氣氛爐對(duì)零件的質(zhì)量控制。下面介紹氧化鋯陶瓷是如何來(lái)完成測(cè)氧功能的。

氧化鋯傳感器，系直插加熱式，全不銹鋼結(jié)構(gòu). 具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。它不僅可測(cè)量鍋爐燃燒過(guò)程中殘余氧量，而且還可用于熱力學(xué)的研究，氣體制造廠氧含量的連續(xù)監(jiān)測(cè)、均熱爐燃燒過(guò)程的控制、化工廠等生產(chǎn)過(guò)程中氧量的控制分析等。它在減少環(huán)境污染、節(jié)能提高燃燒效率方面起著積極的作用，還作為工程管理和質(zhì)量控制的重要手段，在電力、石化、冶金、化肥等生活鍋爐工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此傳感器具有測(cè)量精度高，重現(xiàn)性與互換性好，結(jié)構(gòu)牢固，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

氧氣傳感器采用兩個(gè)氧化鋯盤(pán)，在其中間是一個(gè)密封空間。其中一個(gè)盤(pán)起的功能是可逆氧氣泵，依次充滿(mǎn)樣品氣和抽空此小空間。另一個(gè)盤(pán)用于測(cè)量氧分壓差比率，得到相對(duì)應(yīng)的傳感電壓。氧化鋯盤(pán)作為氧氣泵運(yùn)行時(shí)，需要的700 °C 的溫度由加熱元件產(chǎn)生。氧氣泵使小空間范圍內(nèi)達(dá)到額定的最小和最大壓力所花的時(shí)間和環(huán)境中氧分壓值具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

氧化鋯式氧傳感器主要由氧化鋯(ZrO2)、和護(hù)套組成。氧化鋯式氧傳感器有加熱式的和非 加熱式的兩種。加熱式的氧傳感器在鋯管中間有加熱棒， 鋯管是由陶瓷體制成、固定在帶有安裝螺紋的固定套中。導(dǎo)人排插入排氣管中，它的內(nèi)表面與空氣相通，外表面與廢氣相通。鋯管的內(nèi)、外表面覆蓋一層多孔性鉑膜作電極，為防止廢氣腐蝕鉑膜，在鋯管外表面的鉑膜層上覆蓋一層多孔陶瓷層，并有一個(gè)防護(hù)套管，套管上開(kāi)有槽口或孔。氧傳感器的接線端有一個(gè)金屬護(hù)套，上面開(kāi)有孔，使鋯管內(nèi)表面與空氣相通，電線將鋯管內(nèi)表面鉑極經(jīng)絕緣套從傳感器引出。

氧化鋯式氧傳感器的工作原理如下:鋯管的陶瓷體是多孔體，氧氣可以滲入該多孔體固體電解質(zhì)內(nèi) 。溫度較高時(shí)，氧氣發(fā)生電離。只要鋯管內(nèi)(大氣)外(廢氣)側(cè)氧含量不一樣，存在氧濃度差，則在固體電解質(zhì)內(nèi)部氧離子從大氣一側(cè)向排氣一側(cè)擴(kuò)散，使鋯管形成微電池，在鋯管鉑極間產(chǎn)生電壓。當(dāng)混合氣稀時(shí)，排氣中氧含量多，兩側(cè)氧濃度差小，產(chǎn)生的電壓小;當(dāng)混合氣濃時(shí)，排氣中氧含量少，CO、CH、NOx的含量較多，這些成分在鋯管外表面的鉑的催化作用下，與氧發(fā)生反應(yīng)，消耗廢氣中殘余的氧，使鋯管外表面氧濃度變成零，這樣使得鋯管內(nèi)、外兩側(cè)的氧濃度差突然增大，兩極間產(chǎn)生的電壓也增大。

因此，氧傳感器產(chǎn)生的電壓在過(guò)量空氣系數(shù)λ=1上下產(chǎn)生突變，λ>1時(shí)，氧傳感器輸出電壓幾乎為零，λ<1時(shí)，氧傳感器輸出電壓接近1V。在發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣閉環(huán)控制過(guò)程中，氧傳感器相當(dāng)于一個(gè)濃度開(kāi)關(guān)，根據(jù)混合氣空燃比的變化向ECU輸入寬度變化的電脈沖信號(hào)，ECU根據(jù)氧傳感器反饋信號(hào)，控制噴油量，使排氣中有害氣體的成分減到最少。