极限电流型氧传感器的研究

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1、46传感器与微系统（TransducerandMicrosystemTechnologies）2006年第25卷第6期极限电流型氧传感器的研究122武强，刘其中，褚雷阳（1.中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈尔滨150001；2.二炮驻哈尔滨地区军事代表室，黑龙江哈尔滨150001）摘要：极限电流型氧传感器工作原理是基于稳定ZrO2固体电解质的氧泵作用，通过气体扩散控制供给阴极的氧而得到极限电流。基于该原理，研制了用ZrO2固体电解质和多孔陶瓷基片作为扩散层构成的多孔层型氧传感器。在N2-O2混合气体中，对传感器的性能进行测试，

2、结果表明：传感器的测量范围为-20～10%氧摩尔分数时，灵敏度为0.5mA/10，工作温度为650～800℃，线性度为±5%。关键词：极限电流；氧传感器；多孔陶瓷；固体电解质；氧化锆中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787（2006）06-0046-03Researchoflimitcurrenttypeoxygensensor122WUQiang，LIUQi-zhong，CHULei-yang（1.The49thResearchInstituteofChinaElectronicsTechnologyGroupC

3、orporation，Harbin150001，China；2.RepresentationOfficeofArmyofSecondArtilleryInHarbinzone，Harbin150001，China）Abstract：Theprincipleofthelimitcurrenttypeoxygensensorarebrieflydescribed，basedonthistheory，theporouslayerstypeoxygensensorismade，whichdiffusionlayeriscomposedofZrO2

4、solidelectrolyteandtheporousceramicsplate.Itisfabricatedsimplyandhashighlinearityoutputperformance.InN2-O2mixturegas，theperformancesofsensoraremeasured.Theexperimentresultsshowthatthemeasurementrangofsensoris0～10%-2molefraction，sensitivityis0.5mA/10，workingtemperatureis65

5、0～800℃，linearityis±5%Keywords：limitcurrent；oxygensensor；porousceramics；solidelectrolyte；zirconi（aZrO2）0引言燃料都转化成水和二氧化碳，同时，废气中的NOx摩尔分［1］数或浓度也可以达到允许标准，这样，不再需要使用三元ZrO2氧传感器主要用于汽车和锅炉的燃烧控制，由于能源和环保问题日益严重，提高汽车燃烧效率和净化排催化剂就可以达到减少污染的目的，同时，也提高了燃料放气体的重要性不断增强。各国相继颁布了限制汽车废气的利用率。排放量的法规，严格

6、限制汽车尾气中的碳氢化合物、一氧化贫燃烧发动机排气中含氧摩尔分数在1～10%左右，碳、氮氧化物3种有害物质的排放，因此，目前生产的汽车几乎和燃烧室入口的空燃比成线性关系，因此，希望控制空大都装有空燃比控制用的氧传感器，某些先进的监测系统燃比用的氧传感器保持对氧摩尔分数的线性输出，而且，温［2］度系数要小、响应快、高温耐久性好［5］。ZrO极限电流型采用3个传感器，以便确保对空燃比控制的高精度。今2后的汽车尾气排放控制系统将需要越来越多的氧传感器，氧传感器是基于氧离子固体电解质电化学泵作用和气体扩同时，对氧传感器的性能也提出了更高的要求。这

7、将有利散机制的结合，具有极限电流的特性，其输出与氧摩尔分数于促进氧传感器的发展。汽车用氧传感器主要有浓差电池成比例。利用该原理，研制了用ZrO2固体电解质和多孔陶型传感器，半导体电阻型传感器，板状ZrO2传感和全范围瓷基片作为扩散层构成极限电流型氧传感器，测试结果表空燃比传感器［3］。广泛用于三元催化系统的浓差电池型明：其测量范围为0～10%氧摩尔分数，工作温度为650～传感器不适于宽范围空燃比的控制，因此，极限电流型氧传800℃时，传感器具有良好的线性输出特性和电流电压的感器引起了国内研究人员的广泛重视。极限电流型氧传感平台特性。器主要

8、用于贫燃烧发动机的空燃比控制，使空燃比控制在1工作原理［4］ZrO2极限电流型氧传感器的工作原理如图1所示。18～22的范围内。由于在该范围有足够的氧存在，可使收稿日期：2006-01-24第