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SST的氧化锆氧气传感器是如何工作的?
日期:2021年04月08日    来源:


       SST的氧化锆氧传感器利用了两个氧化锆元件测量氧气。对新接触到此类传感器的人来说,就很难理解它们是如何工作的。我们有大量的文件来解释其背后的物理学和氧传感器功能,但你需要静下心来阅读这些片段,以了解和理解它们的意思。


       本文简单地抓取了所有相关信息,并以一种易于阅读和理解的方式对其进行构造。

 


传感器单元结构

       SST氧化锆氧传感器的核心是传感单元(图1)。该单元由两个方形二氧化锆(ZrO2)组成,上面涂有一层薄薄的多孔铂层,铂层用作电极,为氧离解提供必要的催化作用,使氧离子能够进出二氧化锆。

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       两个正方形氧化锆盘中间由一个铂环隔开,铂环形成一个密封的传感气室。在氧化锆外表面,还有两个铂环与中间铂环一起提供该氧化锆核心的电气连接(Pump  Common  Sense)。

 

       两个外部氧化铝(Al2O3)盘可过滤并防止任何环境颗粒物进入传感器,还可消灭任何未燃烧的气体。这可防止电池受到污染,从而导致测量读数不稳定。图2显示了传感单元的横截面,突出显示了所有主要部件。

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       氧化锆核心组件被加 线圈包围,加 线圈产生其工作所需的700度加热温度。然后,氧化锆核心和加 线圈被安装在一个多孔不锈钢透气罩内,这个罩子可以过滤较大的颗粒和灰尘,并保护传感器免受机械损坏。图3显示了完整的传感器组件。

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泵盘( 个氧化锆方块)

      第 个氧化锆方块用作电气化学氧气泵,对传感气室进行抽真空或再加入氧气。根据直流恒流源的方向,氧离子通过这个氧化锆方块从一个电极移动到另一个电极,从而改变密封腔室内的氧浓度和氧压力(P2)。对泵送进行控制,使密封腔室内部的氧分压始终小于腔室外的环境氧分压。图4显示了氧化锆核心元件的电气连接。

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感应盘( 个氧化锆方块)

       通过 个氧化锆方块两边的氧压力差会产生一个能斯特电压,该电压与氧离子浓度的比值成对数比例。由于密封腔室内的氧气压力(P₁),相对于公共线的感应电压始终为正。


      通过测量该电压并与两个参考电压进行比较,每次达到这两个参考电压中的任何一个时,恒流源的方向都会反转。当氧分压较高时,达到泵反转电压所需的时间比在氧分压低的气氛中所需的时间更长。这是因为需要泵送更多的氧离子,以便在传感盘上产生相同的比例压差。


举例

       我们要测量的氧气压力P1为10mbar,P2为5mbar时达到设定的参考电压。如果将P1改为1bar,则P2须为0.5bar才能获得相同的参考电压。这将涉及抽空更多的氧离子,由于用于泵送离子的电流源是恒定的,因此需要更长的时间。

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