车用NOx氮氧传感器介绍详解.ppt

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1、NOx氮氧传感器介绍1Kevin.H2016.1目录2NOx气体传感器技术要求NOx气体传感器分类半导体气体传感器固体电解质气体传感器电化学型气体传感器新型气体传感器目录1.NOx气体传感器技术要求2.NOx气体传感器分类3.半导体气体传感器4.固体电解质气体传感器5.电化学型气体传感器6.新型气体传感器31、NOx传感器技术要求4通用NOx传感器（UniNOx-Sensor），德国大陆用途：准确、快速地测量气体中的NOx浓度。技术要求：灵敏度高，良好的选择性；快速的响应和恢复；重复性、稳定性好；可普及性。目录1.NOx气体传感器技术要求2.NOx气体传感器

2、分类3.半导体气体传感器4.固体电解质气体传感器5.电化学型气体传感器6.新型气体传感器52.NOx气体传感器分类根据气敏特性分类：6半导体型固态电解质电化学型新型传感器目录1.NOx气体传感器技术要求2.NOx气体传感器分类3.半导体气体传感器4.固体电解质气体传感器5.电化学型气体传感器6.新型气体传感器73.1半导体气体传感器分类8半导体气敏元件的分类如表所示。大体上可分为电阻型和非电阻型两大类。要对NOx进行检测，需要选择合适的敏感材料。3.2电阻型半导体NOx传感器结构9氧化物半导体NOx传感器，福特公司专利SnO2是应用最早的半导体传感器材料之一

3、,福特公司最初用其制成传感器进行NOx的监测。3.3电阻型半导体NOx传感器检测机理10气敏半导体材料SnO2是N型半导体，其导电机理可用吸附效应来解释。图示为烧结体N型半导体的模型（左）。晶粒间界有较高的电阻，晶粒内部电阻较低。该模型可简化为仅由颈部等效电阻Rn串联而成的等效电路（右）3.4电阻型半导体NOx传感器特性参数11名称符号定义固有电阻Ra半导体气体传感器在洁净空气中的电阻值气体灵敏度S表示气体传感器的电参量与被测气体体积浓度之间的函数关系分辨率（选择系数）K表示气体传感器对被测气体的识别(选择)以及对干扰气体的抑制能力响应时间T1阻值达到气体体

4、积浓度下稳态阻值的90%为止的所需时间恢复时间T2阻值恢复到洁净空气中阻值的90%为止所需的时间初期稳定时间T3使气体传感器恢复正常工作状态需要的时间加热功率PH气体传感器正常工作时所需的加热电路功率3.5半导体气体传感器优缺点12优点：敏感性好，掺杂三价元素（Al，Bi，Ga，In）时，对NOx显示出可靠的选择性。缺点：无法完全过滤其它气体，稳定性不好。氧化物半导体NOx传感器优缺点：改进方法：以氧化物为基体，掺杂某些特定金属制成半导体传感器。如TiO2，WO3，AlVO4等，提高选择性和稳定性。3.6非电阻式半导体气体传感器非电阻式半导体气体传感器是MO

5、S二极管式和结型二极管式以及场效应管式(MOSFET)半导体气体传感器。其电流或电压随着气体含量而变化，主要检测氢和硅烧气等可燃性气体。（略）13目录1.NOx气体传感器技术要求2.NOx气体传感器分类3.半导体气体传感器4.固体电解质气体传感器5.电化学型气体传感器6.新型气体传感器144.1固体电解质的导电机理15废气传感单元加热参考空气ZrO2-陶瓷层电极多孔保护层绝缘层USSensorCharacteristicCurveNormalizedA/FratioSensorvoltage00.981.01.02Ureg00.30.60.9VPO’2PO’

6、’24.2固体电解质的导电机理16电极处化学反应HnCm+xO2ÛyH2O+zCO22CO+O2Û2CO22H2+O2Û2H2ONO+2COÛN2+2CO2废气固体电解质ZrO2(+Y2O3)T>350°CUN参考空气4e-+O2Û2O2-2O2-Û4e-+O2多孔电极Pt(+ZrO2)多孔电极Pt(+ZrO2)多孔保护层O2O2O2O2O2O2O2-O2O2O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2O2pO2''=0,21barpO2'=10-20barNernst原理公式:UN=F4RTln'O''O22PPUN:

7、输出电动势T:气体绝对温度F:法拉第常数R:理想气体常数Po2’参考空气气压值Po2’’废气的气压值4.3氧化锆固体电解质传感器分类（1）17VYSZ铂电极Oo2-铂电极eAYSZ铂电极Oo2-铂电极(1)电位型(2)极限电流型敏感电极：NO2+2e=NO+O2-参考电极：2O2--4e=O24.3氧化锆固体电解质传感器分类（2）18(3)阻抗谱型：4.4阻抗谱型NOx传感器检测机理19在YSZ电解质与敏感电极界面上发生了如下的阴极反应：NO2+4e→N2+2O2-(1)或NO2+2e→NO+O2-(2)而在另一侧发生了如下的阳极反应：2O2--4e→O2(

8、3)因此，低频下的总阻抗与NO2的浓度相关。同时对O