nox传感器的检测系统设计

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1、NOX传感器的检测系统设计摘要：设计了一套用于测量汽车尾气排放的氮氧化物（NO与NO2）的车用传感器的检测装置。该装置能真实模拟汽车尾气的环境，测试了尾气温度、尾气流量、尾气中的O2浓度、NO浓度、NO2浓度等因素对代表NOX实际浓度的传感器极限电流IP2的影响，并对响应曲线进行了分析。该测试系统对所制作的NOX传感器内部结构及各电极的成分的改进具有重要的意义。关键词：汽车尾气；NOX传感器；氧敏元件；极限电流中图分类号：212.2文献标识码：A文章编号：1006－883X（2011）02－0016-04尹亮亮

2、谢光远黄海琴王杏李红一、引言随着人们对环保的日益重视，各国相继制定并实施了越来越严格的汽车尾气放标准，这些对整个汽车尾气放控制系统中起着至关重要的氧敏元件提出了更高的要求，并进一步推动了氧敏元件的发展。为了保证氧敏元件的质量，就必须研制性能更可靠的测试系统。目前，国内对氧敏元件的测试系统的研制基本上还是空白，有些研究机构针对特定的氧敏元件设计的测试系统，其性能并不完善。因此，本文基于NOx感器的工作原理，研制了一套测试系统，通过模拟氧敏元件的实际工作环境来实现对其性能的测试。二、测试原理日本NGK公司是全球NO

3、x传感器最大的生产厂家之一，NGK公司生产NOx传感器原理图如图1所示。它由六层氧化锆片叠合而成，并包括一个加热器，3第一氧泵电极(-)第二扩散通道个空腔个氧泵电池，2个能第一室第一扩散通道第一氧泵Ip0第二室[1-3]斯特电池。电极(+)第二氧泵电极（-）测试电极第一个空腔里有一个Ip0ZrO2-1ZrO2-2氧泵电池与一个能斯特电ZrO2-3池；尾气经过扩散通道以空气通道ZrO2-4一定的扩散速率进入第一ZrO2-5个空腔，空腔里的氧泵电参比电极ZrO2-6池根据能斯特电池的反馈加热器V0V1Ip2400m

4、W300mW控制，将第一空腔里的氧400mW气浓度控制在50ppm左图1NGK公司第五代NOx/O2传感器原理图右，并发生以下反应：16传感器世界2011.02www.sensorworld.com.cnTechnology&Application2NO2→2NO+O2（1）气体流量计阀门2低氧气浓度的尾气以预先设定的扩散速率，排风蹰通过另外一个扩散通道进入第二空腔。该空腔里全氟磺酸膜冷键检测腔体加湿器露点仪有2个氧泵电池与一个能斯特电池。其中第一个管式电炉压力表氧泵电池进一步将第二室的氧气浓度降低，将第NaO

5、H溶液-3阀门3二空腔里的氧气浓度控制在6×10ppm左右，另阀门1外一个氧泵电池实际上就是NOx测量电池。由于真空泵第二空腔的氧被陆续泵走，打破了O2与NO的低真空阀反应的平衡，在测量电极上导致NO的分解，发生以下反应：配气仪2NO→N2+O2（2）N2O2NO2NO分解的氧气被测量电池泵走，相应的泵电流图2检测系统结构简图就对应一定的分解的氧气浓度，这个氧浓度也就根据配气仪合适的稀释比200:1或300:1的原则，选择带不锈代表了相应的NOx的含量。钢瓶阀的铝合金8L气瓶，浓度为300000ppm即30%的

6、NO/NO2+N2，为了标气的制备方便，选取一瓶1%NO/NO2三、检测系统设计+N2。本系统主要用于NOx传感器响应性能及准确度的测试研（3）选择T40的99.999%氮气做稀释气。究，因此该系统重点考虑的是功能的实现与精度的保证。从2、减压阀的选择功能角度出发，本系统可以划分为三个具体的子模块（配气（1）N2和O2是非腐蚀性气体，选择普通双级减压阀，模块、检测加热模块、抽真空排放模块），每个模块既有相对型号：YQYS-731，材质：黄铜镀镍材质，卡套式，用于N2独立的功能又能整合在一起，组成专用系统。从精度

7、角度出气瓶减压稳压，输入压力：25MPa，输出压力：0.6MPa。发，每个子系统具有较强的独立性，以减少每个模块之间的（2）NO、NO2为腐蚀性气体，选用耐腐蚀性强的316L各种不利因素的耦合。该系统可以满足NOx传感器元件测试不锈钢减压阀，型号：YQN-741，材质：316L不锈钢材质，所需的各种特定O2浓度、NO浓度、NO2浓度氛围的调节、卡套式，用于NOx气瓶减压稳压，输入压力：25MPa，输出快速升温与精确的温度控制等各方面的要求。系统的设计以[4]压力：0.6MPa。完成各项功能为主，务必保证各项功能

8、的实现。系统简单3、配气仪结构图如图2所示。配气仪为中国科学计量院生产的PQMF-5B四组份动态模拟汽车尾气环境要求如下：配气仪，该仪的主要特点和功能是采用国际通行的质量流量（1）气体流量1.0L/min；法，即采用高精度性能稳定的质量流量控制器，通过系统的（2）气体温度500~700℃；中央微处理器来控制稀释气体及组份气体的质量流量。可同（3）氧气浓度可调范围5%~20%；时配制4个