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氧化锆的具体原理是怎么测量氧

时间:2019-07-29 17:54来源:教育
工作时,在高温废气冲刷下,氧气发生电离,由于锆管内侧氧离子浓度高,外侧氧离子浓度低,在氧浓差作用下,氧离子从大气侧向排气侧扩散,从而形成了氧浓度差电池。 当混合气稀

  工作时,在高温废气冲刷下,氧气发生电离,由于锆管内侧氧离子浓度高,外侧氧离子浓度低,在氧浓差作用下,氧离子从大气侧向排气侧扩散,从而形成了氧浓度差电池。

  当混合气稀时,排气中含氧量高,锆管内外两侧浓度差小,产生的电动势小,大约为100mV。当混合气浓时,排气中含氧量低,浓度差大,产生的电动势高,大约为900mV。电动势的高低以理论空燃比为界限发生突变。

  氧传感器的输出特性与排气温度有关,当排气温度低于300℃时,氧传感器的输出特性不稳定。发动机刚刚启动后,由于排气温度偏低,氧传感器不工作,发动机在开环状态下工作。只有排气温度升高后,氧传感器才工作。所以,氧传感器的安装位置应在排气温度较高处。

  有的车型上安装有排气温度传感器,当排气温度传感器的信号达到一定值后ECU 才根据氧传感器的信号进行空燃比反馈修正一调整喷油量、控制混合气的浓度,即发动机开始进行闭环控制。

  3、超宽温度范围(0-700℃)、抗热冲击、耐腐蚀,可用于同类产品不适应的恶劣环境;

  4、性能超过其他国产产品,同时具有合理的价格、专业的服务,自然成为其他进口产品的最佳替代。

  氧化锆氧传感器原理是采用氧化锆固体电解质组成的氧浓度差电池来测氧的传敢器。它是本世纪6O年代才兴起的。属于固体离子学中一个重要应用方面。

  这类氧传感器已在国内外广泛用于工业炉窑优化燃烧,产生了显著的节能效果;广泛用于汽车尾气测量,明显地改善了城市环境污染;广泛用于钢液测氧,大大提高了优质钢的质量和产量;广泛用于惰性气体中测氧,其灵敏度和测氧范围非其它氧量计可比。

  氧化锆氧传感器直接插入炉膛或烟道内,能快速准确的反映炉内燃烧时的即时氧含量,并输出与氧含量成正比的电信号。配合氧化锆氧量分析仪使用,对提高燃烧效率、节约能源、减少污染有显著的作用。

  氧传感器将氧化锆烧结成管状,并与内层与外层涂上白金(Pt),这就是氧化触媒的作用,当氧离子移动时即会产生电动势,而电动势的大小是依氧化锆两侧的白金所接触到的氧而定,最外层则覆盖一层保护壳。

  内层白金面所大气接触,所以氧气浓度高,外层白金与排气接触,氧气浓度低。当混合比较高时,排放的废气所含的氧相对地减少,因此氧化锆两侧的白金所接触到的氧气高低落差大,所产生的电动势也相对高(将近1V);当混合比稀时,燃烧完所多余的氧气较多,氧化锆两侧的白金层的氧气落差小,因此所产生的电动势低(将近0V)。

  当引擎刚开始发动时,氧传感器尚未开始作用,须等到达到其作工温度才开始有电动势的产生,所以之后的氧传感器皆改良成加热型,也就是利用陶瓷加热器来使得传感器能也迅速地达到正常的作工状态,氧传感器即可供给计算机正确的讯号,有些车型甚至可以达到更低的时间。

  氧化锆氧传感器是采用氧化锆固体电解质组成的氧浓度差电池来测氧的传敢器。它是本世纪6O年代才兴起的。属于固体离子学中一个重要应用方面.这类氧传感器已在国内外广泛用于工业炉窑优化燃烧,产生了显著的节能效果;广泛用于汽车尾气测量,明显地改善了城市环境污染;广泛用于钢液测氧,大大提高了优质钢的质量和产量;广泛用于惰性气体中测氧,其灵敏度和测氧范围非其它氧量计可比。本文从理论分折和实际应用两个方面阐述了上述问题。氧化锆传感器的主要应用可归纳为以下五个方面:

  1.烟气测氧:主要用于发电厂、炼油厂、钢铁厂、化工厂、轻纺印染厂、食品加工厂、等企业。

  氧化锆传感器的核心构件是氧化锆固体电解质,氧化锆固体电解质是由多元氧化物组成的。常用的这类电解质有ZrO2·Y2O3,它由二元氧化物组成,其中,ZrO2称为基体,Y2O3称为稳定剂。ZrO2在常温下是单斜晶体,在高温下它变成立方晶体(萤石型),但当它冷却后又变为单斜晶体,因此纯氧化锆的晶型是不稳定的。所以当在ZrO2中掺人一定量的稳定剂Y2O3时,由于Y3+置换了Zr4+的位置,一方面在晶体中留下了氧离子空穴,另一方面由于晶体内部应力变化的原因,该晶体冷却后仍保留立方晶体,因此又称它为稳定氧化锆。据上分析,稳定氧化锆在高温下(650℃以上)是氧离子的良好导体。

  在上述电池中,Pt表示两个铂电极,它是涂制在氧化锆电解质的两边,两种氧分压为PO2和PO2的气体分别通过电解质的两边。作为氧传感器,其中PO2是参比气,例如通人空气(20.6%O2),PO2是待测气,例如通入烟气。在高温下,由于氧化锆电解质是良好的氧离子导体,上述电池便是一个典型的氧浓差电池。

  在高温下(650---850℃),氧就会从分压大的PO2一侧向分压小的PO2侧扩散,这种扩散,不是氧分子透过氧化锆从PO2侧到PO2侧,而是氧分子离解成氧离子后,通过氧化锆的过程。在750℃左右的高温中,在铂电极的催化作用下,在电池的PO2侧发生还原反应,一个氧分子从铂电极取得4个电子,变成两个氧离子(O2-)进入电解质,即:

  PO2侧铂电极由于大量给出电子而带正电,成为氧浓差电池的正极或阳极。这些氧离子进入电解质后,通过晶体中的空穴向前运动到达右侧的铂电极,在电池的PO2侧发生氧化反应,氧离子在铂电极上释放电子并结合成氧分子析出,即:

  PO2侧铂电极由于大量得到电子而带负电,成为氧浓差电池的负极或阴极。这样在两个电极上,由于正负电荷的堆积而形成一个电势,称之为氧浓差电动势。当用导线将两个电极连成电路时,负极上的电子就会通过外电路流到正极,再供给氧分子形成离子,电路中就有电流通过。

  式中R为气体常数,T为电池的热力学温度(K),F为法拉第常数.(1)式是在理想状态下导出的, 必须具有四个条件:(1)两边的气体均为理想气体;(2)整个电池处于恒温恒压系统中;(3)浓差电池是可逆的;(4)电池中不存在任何附加电势。因此称(1)式为氧化锆传感器的理论方程。由(1)式可见由于参比气氧含量PO2是已知的,因此测得E值后便可求得待测气体氧含量PO2值。

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