氧化锆氧传感器浓差电势的测试研究.pdf

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1、2013钷仪表技术与传感器2Ol3第8期InstrumentTechniqueandSensorNo.8氧化锆氧传感器浓差电势的测试研究徐雯,修吉平,肖建中(华中科技大学材料学院,湖北武汉430074)摘要:针对氧敏材料氧化锆氧浓差电势受工作温度及本底电势影响很大的特性,设计并制作了氧化锆氧传感器浓差电势的测量和检测系统,重点实现了不同工作温度的精确、稳定及迅速测量。在此基础上,完成了温度从400℃到800℃、氧气浓度从0%到6%时,氧化锆传感器浓差电势的测量的试验。对试验数据进行作图比较、回归分析等

2、并得出结论。关键词:氧化锆传感器;浓差电势;温度;STC89C51;检测系统中图分类号:TP212文献标识码:A文章编号:1002—1841(2013)08—0001—04ExperimentalStudyonConcentrationPotentialofZirconiaOxygenSensorXUWen,XIUJi-ping,XIAOJian·zhong(CollegeofMaterialofHuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,

3、China)Abstract:Thispaperdesignedpotentialofzirconiaoxygensensorinfluencesalotbyworkingtemperatureandbackgroundpo-tentia1.DesignedandproducedtWOsystemstomeasureanddetectit.Diferentfromthetraditionalway,thesystemsrealizedthattheworkingtemperaturewasmorepr

4、ecise,stableandresponsequickly.Basedonthese。itcompletedthezireonia8ensorconcentrationpotentialmeasurementexperimentwithtemperaturefrom400℃to800℃andoxygencontentfrom0%to6%.Mappingcompari-sonand,regressionanalysiswereadaptedtotheexperimentaldatatodrawacon

5、clusion.Keywords:zirconiasensors;concentrationpotential;temperature;STC89C51;detectionsystem0引言响,特别是测量微量氧时其影响更为显著,使得能斯特公式不检测氧含量在工业生产和环境保护等领域具有十分重要能直接用于氧传感器的测氧计算。因此,有必要对能斯特方程的意义。而氧化锆氧含量传感器以其独特的反应机理,能够测进行符合实际的适当修正,才能进行氧化锆氧传感器的测氧计量出高粉尘、高温和混合气体的氧含量,并广泛应用于汽车

6、、内算。将能斯特方程修改为燃机车尾气以及各种工业炉烟气等氧含量的连续监测⋯。近pPE=n()+E。(2)几年,国内氧化锆氧传感器的发展很迅速,但相较国外仍有较_rlJa大差异,具体表现在:测量精度不高,传感器工况不稳定,仪器从式(2)可以看出,当P。=P。时,即当被测气和参比气氧寿命短等。因此,研制具有高精度、高性能以及高可靠性的氧含量相等时,本应等于零的浓差电势却等于。,E。的引入使得化锆氧传感器具有显著的经济效益和社会效益J。式(2)更接近实际情况,称为本底电势。氧化锆传感器的工作温度是氧浓差电势

7、的重要参数,从能2氧化锆氧传感器的检测系统斯特方程来看,它决定传感器的灵敏度。实际上,工作温度还检测系统主要为氧化锆氧传感器提供氧气浓度(体积分数)与传感器的准确性、稳定性和重复性有着直接的关系,并非任可调、温度可调的可靠气氛环境。系统简单的结构见图1,主要意选用的工作温度都是合理的。文中传感器系统采用硬件反由配气排气装置、流量控制及检测装置、测温控温装置等组成。馈,实现了对加热精确、快速响应的控制,并在此基础上,对不瓣控制器同温度区间的氧含量进行了实验和分析,具有一定的参考价值。口1基本原理l氧化锆

8、氧传感器的基本原理是能斯特原理(1889),Wahher函Nemst流电元素的物理行为。当氧化锆层两边的氧含量不同冈l制器时,它便是一个典型的氧浓差电池。在此电池中,空气是参比.热电偶气,它与待测气体分别位于内外电极。两电极间产生一个与氧浓差有关的电势E,该电势信号符合能斯特方程:控制柜pPE=ln()(1)图1检测系统结构简图_--a配气排气装置主要由气瓶、减压阀、压力表、进气管、排气在氧化锆氧传感器的实际应用中,由于各种干扰因素的影管及三通阀门等组成

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