基于氧化锆的高精度氧传感器.pdf

《基于氧化锆的高精度氧传感器.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2014年仪表技术与传感器2014第8期InstrumentTechniqueandSensorNn8基于氧化锆的高精度氧传感器陈新喜，袁开鸿(1．南京理工大学电子工程学院，江苏南京210094；2．湖南铁道职业技术学院，湖南株洲412001)摘要：文中介绍了一种高精度的氧传感器。针对当前的气体传感器研究中的非分光红外技术、热导传感器设计技术和色谱法中存在的需要参比气体的缺点，该传感器采用小型氧化锆基础元件为核心，不需要参考气体，这样可以去除环境的限制和由于参比气室带来的测量误差。该传感器可在高温、高湿和高氧压条件下工作，测量精度高。关键词：氧传感器；二氧化锆；

2、参考气体；信号处理中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)08—0007一o3PrecisionZirconiumo】i【ide-basedOxygenSensorCHENXin-xi‘．-．YUANKai—hong(1．ElectronicInformationEngineeringCollege，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China；2．HunanRailwayProfessionalTechnologyCollege，Zhuzhou4120

3、01，China)Abstract：Thispaperdescribedahigh-precisionoxygensensor．Fortheshortcomingsofreferencegasexistinginthecurrentstudyofthenon-dispersiveinfraredtechnology，thermalsensordesigntechniquesandchromatography，thissensorusedacompactbaseelementZirconiumoxideasthecorewithoutthereferencegas

4、，SOitcarlremoveenvironmentalconstraintsandthemeasUl'e-menterrorcausedbyreferencegaschamber．ThusthesensorCanworkathishtemperature，hishhumidityandhighoxygenpres—sureworkingconditions，andwithahi【shaccuracy．Keywords：oxygensensor；Zirconiumdioxide；referencegas；signalprocessing0引言旦(2)：近年来，随

5、着人们对汽车尾气的排放，天然气和石油以及nt01p生物能源等为燃料的燃烧控制系统，钢铁等材料中微量元素的1．2二氧化锆(ZrO)及其应用特性含量测定等领域的关注，气体传感器的研究成为热点问在650℃以上高温时，稳定的二氧化锆(氧化锆)表现出2题¨I2】。现有气体传感器的研究主要有以下几种方式：非分光个特性：。红外气体传感器、热导传感器、色谱分析气体传感器等口]。(1)氧化锆能部分地电解产生移动的氧离子，成为固态氧以上方法在研究其精度时，都须采用参考气体，并且参考气室电解质，氧化锆圆片涂上多孔电极连接到一个恒定直流电流的精密度直接影响着传感器的精度，并起主要作用。

6、源，使周围氧气离子通过该材质传输，在阳极释放大量氧，根据文中在此基础上，介绍一种基于氧化锆的高精度氧传感法拉第电解第一定律，该氧量与被传送的电荷成正比(电化学器。该传感器采用小型氧化锫基础元件为核心，不需要参考气泵吸)：体，因此可以去除环境的限制，去除由于参比气室带来的测量Ⅳ(3)误差。该传感器可在高温、高湿和高氧压的条件下工作，式中，i为恒流；￡为时间；。为氧离子化合价；F为法拉第常数，F并且精度更高。=96487C／too1．1物理学背景及其系统原理(2)ZrO：的作用就像电解质。如果氧化锆两边的氧气压力1．1物理学背景不同，就会产生电压(奈恩斯特电压)。分

7、压是指在混合气体中单一气体的压力。它相当于组分1．3奈恩斯特电压气体单独占有混合气体的总体积时所呈现的压力。电解质两边不同的离子浓度产生的电势称为奈恩斯特电由道尔顿定律可知，在理想气体中，混合气体的总压(p。)压，这个电压与2种不同的离子浓度比的自然对数成正比。等于各组分气体分压(p)之和。k△：一．In()(4)P~,ta=p(1)e0C2L1由方程(1)可知，单一组分气体的粒子数()与混合气体式中：为玻尔兹曼常数；T为温度；e。为基本电荷；c。、c：为离的总粒子数(n)之比等于单一组分气体分压(p)与混合气体子浓度。总压()之比。两种特性之一被使用在许多不同

8、的氧传感器中，而该传感器