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解決方案與產品應用

氧化鋯傳感器----測量原理的種類和異同

更新時間：2013-09-18 11:59:29

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應用介紹

一．Lambda傳感器或能斯特感應單元

測量原理：這些傳感器原理是利用氧化鋯在高溫時釋放氧離子的特性。混合氣體的氧氣濃度通過測量能斯特電壓得出。能斯特電壓取決于混合氣體氧分壓（P1），參考氣體氧分壓（Pref）和溫度（K）。參考氣體一般用普通大氣。有些行業使用金屬和金屬氧化物的混合物作為氧氣參考值。

這些傳感器的用戶有來自于鍋爐或燃燒器及工業處理過程（制陶，玻璃，石化）等行業。

它們的優勢是測量范圍寬，可以用于惡劣的環境和高濕高溫的場合。

劣勢是它們工作時需要參考氣體，需要嚴格的氣密控制，致使價格非常昂貴（例如，yokogawa一套需要四千到六千美金），而且只有在高濃度氧測量時才能保證精度。

附加信息：Lambda傳感器有一款專用于汽車的測氧單元。它用來控制汽車催化劑轉換的過程。雖然這款傳感器也用于其它的場合，但是它的精度確實很差（5%-10%O2），精度差的主要原因是傳感單元的結構問題。傳感器里面的加熱絲會造成傳感單元的內外溫差很大（大部分應用外部溫度都比較低）。氧化鋯/鉑有一個高的熱電壓特性（0.5V/C）。溫度造成的熱電壓與能斯特電壓是同樣的值；它們都依賴于氧壓和溫度。

二．擴散限制氧傳感器

測量原理：擴散限制氧傳感器原理是基于氧氣對氧化鋯的作用屬性。當氧化鋯從一個小的空間把氧分子泵走時，氧氣會通過小孔或孔層擴散進入這個小空間，泵電流大小取決于溫度，擴散孔徑的大小和環境的氧氣濃度。

這類傳感器用戶主要是測試測量設備行業，醫療行業和燃燒應用。

使用這類傳感器的好處是成本低，體積小和功耗低，而且測量原理簡單，也可以用來測量水蒸汽濃度。然而，這類傳感器對壓力變化和氣體污染非常敏感（因為含有很多小孔和孔層）。

附加信息：日本公司Nippon利用此原理制造出汽車用的氧氣傳感器。像lambda傳感器，該傳感器包含一個具有傳感功能的嵌環，加熱元件在嵌環內部。氧氣從加在陶瓷外部的多孔擴散板被泵入。泵電流值與氧氣濃度成正比。這個傳感器只能用于高濃氧測量（稀燃發動機或柴油發動機）


三．混合測量原理的氧氣傳感器（SST氧化鋯傳感器）

測量原理：這類傳感器利用氧化鋯的兩個特性（泵特性和感應特性）。Pone氧化鋯盤用來把氧氣泵入內部氣室；另外一個單元用來測量氣室另一側內外氧分壓的差值，并檢測預設的感應電壓值。如果使用恒定的泵電流恒，到達預設的高電壓值和低電壓值的時間與環境氧分壓成正比。

汽車用的傳感器利用擴散限制電流原理和能斯特傳感器單元。傳感器內部的氧分壓保持在恒定的低水平的值（相對于一個空氣參考值）。漏入的氧氣被移除；泵周期是環境氧濃度的一個測量方式。

這類傳感器的客戶主要是燃燒控制，農業（加速堆肥和蘑菇種植），航空（航空制惰和航空制氧系統），工業過程控制和汽車（柴油機應用和測試）等行業。

這類傳感器的好處是成本低，精度高（小于0.5%氧氣），不受高濕環境影響，能在惡劣和腐蝕性環境下工作。然而，這類傳感器控制電路比較復雜。而且當用于測量可燃性氣氛時，傳感器測得是氧余量值。