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進(jìn)口氧傳感器采用電化學(xué)原理的方法
  • 發(fā)布日期:2018-11-24      瀏覽次數(shù):2637
    •    為什么要研究進(jìn)口氧傳感器波形上的雜波信號(hào)呢?這是因?yàn)殡s波可能是由于燃燒效率低造成的,只要上流動(dòng)系統(tǒng)不是處在正確的工作狀態(tài)下,催化器就不能被地測(cè)試,氧傳感器波形的雜波能警告各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸性能的下降,這時(shí)廢氣診斷是zui主要的。因?yàn)樗馨l(fā)現(xiàn)催化器轉(zhuǎn)換效率的降低和個(gè)別氣缸的性能降低。雜波信號(hào)也妨礙燃油反饋控制系統(tǒng)控制器的正常運(yùn)行,“燃油反饋控制系統(tǒng)控制器”專門指起作用的軟件程序,進(jìn)口氧傳感器是接受進(jìn)口氧傳感器電壓信號(hào)并計(jì)算正確的即時(shí)噴油或混合氣控制命令的程序。
       
        進(jìn)口氧傳感器種類很多,現(xiàn)在研究zui多的是氣體氧傳感器,進(jìn)口氧傳感器用于測(cè)量氣相中氧的濃度或氧分壓,還有用來(lái)測(cè)量水中溶解氧濃度的溶氧分析儀等其它類型。這些氧傳感器結(jié)構(gòu)不同,但均采用電化學(xué)原理。
       
        1 、氣體氧傳感器
       
        這種進(jìn)口氧傳感器基本上分為兩大類,一類是固體電解質(zhì)氧傳感器。以二氧化鋯氧傳感器為例,它以對(duì)氧離子有較高導(dǎo)電能力的 ZrO 2 作基質(zhì),兩面設(shè)有對(duì)氧有催化還原作用的鉑電極,將其置于含氧的參比氣體和待測(cè)氣體中。按能斯特公式測(cè)得此電池電動(dòng)勢(shì)E及已知參比氣體中氧的分壓 PO2 ,即可求得待測(cè)氣體中氧含量。
       
        由于電池電動(dòng)勢(shì)E與待測(cè)氣體中氧含量成對(duì)數(shù)關(guān)系,故信號(hào)不易處理,研究者在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),又研制成了極限電流型氧傳感器。它是靠外加電壓驅(qū)動(dòng)電池反應(yīng)的,當(dāng)外電壓增至某一值時(shí),氣相氧擴(kuò)散至電極表面的速度跟不上電極還原反應(yīng)的速度,回流中出現(xiàn)飽和的電流值,此電流不隨外加電壓增大而增加,被稱為極限電流,其大小與氧濃度呈線性關(guān)系。此類傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、信號(hào)易于處理、不帶有參比氣體和易于微型化的優(yōu)點(diǎn),已成功地用于汽車乏氧檢測(cè)中,節(jié)能效果很顯著。
       
        另一大類為催化電化學(xué)氧傳感器,進(jìn)口氧傳感器是根據(jù)與氧氣有關(guān)的催化電極的反應(yīng)來(lái)測(cè)定待測(cè)氣氛中氧濃度的。進(jìn)口氧傳感器也有兩種型號(hào):一種為電極恒電位電解式,另一種為原電池型氧傳感器,兩者都以對(duì)氧有催化還原活性的金屬為陰極,以不能極化的金屬,(如 Pb 、 Cu 、 Cd 等)為陽(yáng)極,電解質(zhì)一般。
       
        采用堿或酸及其鹽的溶液。近幾年來(lái),隨著實(shí)際應(yīng)用的要求,這兩種氧傳感器都在向兩電極系統(tǒng)方向發(fā)展,尤其是利用透氧高分子薄膜來(lái)測(cè)定氣體中或溶液中氧濃度的隔膜型氧傳感器發(fā)展zui迅速。
       
        2 、測(cè)量溶解氧的濃度的進(jìn)口氧傳感器
       
        進(jìn)口氧傳感器是指溶解在水中的氧氣,它在河流、湖泊、海洋中都大量的存在,是檢測(cè)水質(zhì)和環(huán)境污染程度的重要指標(biāo)。用 傳統(tǒng)的化學(xué)法(如量滴定法)測(cè)定水溶液中的溶解氧很費(fèi)時(shí)的,且成本高,不能連續(xù)測(cè)量 ,而用滴汞電極的極譜分析zui為簡(jiǎn)單。但是, DME 的一些特性又影響了它在現(xiàn)場(chǎng)工作中的應(yīng)用。金與鉑電極能克服 DME 遇到的某些困難,但在一些生物介質(zhì)中就失效。這種電極利用 膜可滲透氧但不能滲透水和有機(jī)及無(wú)機(jī)溶質(zhì)的原理,保護(hù)電極不與這類還原物質(zhì)緊密接觸,從而使傳感器的靈敏度不受影響。
       
        進(jìn)口氧傳感器種類很多,現(xiàn)在研究zui多的是氣體氧傳感器,進(jìn)口氧傳感器用于測(cè)量氣相中氧的濃度或氧分壓,還有用來(lái)測(cè)量水中溶解氧濃度的溶氧分析儀等其它類型。這些氧傳感器結(jié)構(gòu)不同,但均采用電化學(xué)原理。
       
        1 、氣體氧傳感器
       
        這種進(jìn)口氧傳感器基本上分為兩大類,一類是固體電解質(zhì)氧傳感器。以二氧化鋯氧傳感器為例,它以對(duì)氧離子有較高導(dǎo)電能力的 ZrO 2 作基質(zhì),兩面設(shè)有對(duì)氧有催化還原作用的鉑電極,將其置于含氧的參比氣體和待測(cè)氣體中。按能斯特公式測(cè)得此電池電動(dòng)勢(shì)E及已知參比氣體中氧的分壓 PO2 ,即可求得待測(cè)氣體中氧含量。
       
        由于電池電動(dòng)勢(shì)E與待測(cè)氣體中氧含量成對(duì)數(shù)關(guān)系,故信號(hào)不易處理,研究者在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),又研制成了極限電流型氧傳感器。它是靠外加電壓驅(qū)動(dòng)電池反應(yīng)的,當(dāng)外電壓增至某一值時(shí),氣相氧擴(kuò)散至電極表面的速度跟不上電極還原反應(yīng)的速度,回流中出現(xiàn)飽和的電流值,此電流不隨外加電壓增大而增加,被稱為極限電流,其大小與氧濃度呈線性關(guān)系。此類傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、信號(hào)易于處理、不帶有參比氣體和易于微型化的優(yōu)點(diǎn),已成功地用于汽車乏氧檢測(cè)中,節(jié)能效果很顯著。
       
        另一大類為催化電化學(xué)氧傳感器,它是根據(jù)與氧氣有關(guān)的催化電極的反應(yīng)來(lái)測(cè)定待測(cè)氣氛中氧濃度的。進(jìn)口氧傳感器也有兩種型號(hào):一種為電極恒電位電解式,另一種為原電池型氧傳感器,兩者都以對(duì)氧有催化還原活性的金屬為陰極,以不能極化的金屬,(如 Pb 、 Cu 、 Cd 等)為陽(yáng)極,電解質(zhì)一般。
       
        進(jìn)口氧傳感器采用堿或酸及其鹽的溶液。近幾年來(lái),隨著實(shí)際應(yīng)用的要求,這兩種氧傳感器都在向兩電極系統(tǒng)方向發(fā)展,尤其是利用透氧高分子薄膜來(lái)測(cè)定氣體中或溶液中氧濃度的隔膜型氧傳感器發(fā)展zui迅速。
       
        2 、測(cè)量溶解氧的濃度的進(jìn)口氧傳感器
       
        溶解氧是指溶解在水中的氧氣,它在河流、湖泊、海洋中都大量的存在,是檢測(cè)水質(zhì)和環(huán)境污染程度的重要指標(biāo)。用 傳統(tǒng)的化學(xué)法(如量滴定法)測(cè)定水溶液中的溶解氧很費(fèi)時(shí)的,且成本高,不能連續(xù)測(cè)量 ,而用滴汞電極的極譜分析zui為簡(jiǎn)單。但是, DME 的一些特性又影響了它在現(xiàn)場(chǎng)工作中的應(yīng)用。金與鉑電極能克服 DME 遇到的某些困難,但在一些生物介質(zhì)中就失效。這種電極利用 膜可滲透氧但不能滲透水和有機(jī)及無(wú)機(jī)溶質(zhì)的原理,保護(hù)電極不與這類還原物質(zhì)緊密接觸,從而使傳感器的靈敏度不受影響。
       
        當(dāng)前用來(lái)測(cè)量水中溶解氧濃度常用的儀器就是電化學(xué)傳感器。它主要有兩種類型:一是根據(jù)電池原理而設(shè)計(jì)的,本身就是個(gè)電池,不需外加電壓,可通過(guò)測(cè)量電解電流來(lái)測(cè)量溶解氧濃度。測(cè)量時(shí)將其放入待測(cè)溶液,水中溶解氧透過(guò)透氧膜,溶解于膜與電極之間的電解液薄層中,當(dāng)兩輸出端接上負(fù)載電路時(shí),氧在陰極表面上發(fā)生還原反應(yīng)。對(duì)于結(jié)構(gòu)和透氧膜確定的傳感器而言,在一定溫度下,進(jìn)口氧傳感器的電流只與試樣中的氧分壓成正比,因此,測(cè)定電流即可知氧濃度。
       
        另一種用來(lái)測(cè)量水中溶解氧的濃度的傳感器 為電極恒電位電解式進(jìn)口氧傳感器。在其兩電極之間加一適當(dāng)?shù)臉O化電壓,此時(shí)溶解氧透過(guò)高分子膜,在陰極上發(fā)生還原反應(yīng),產(chǎn)生了正比于試樣溶液中氧濃度的電流。當(dāng)電極結(jié)構(gòu)固定時(shí),在一定溫度下,擴(kuò)散電流的大小只與樣品氧濃度成正比例關(guān)系,測(cè)得電流值大小,便可知待測(cè)試樣中氧的濃度。
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