車用氮氧傳感器介紹

關(guān)于車用氮氧傳感器介紹第1頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六21、NOx傳感器技術(shù)要求通用NOx傳感器（UniNOx-Sensor），德國大陸用途：

準(zhǔn)確、快速地測量氣體中的NOx濃度。技術(shù)要求：靈敏度高，良好的選擇性；快速的響應(yīng)和恢復(fù)；重復(fù)性、穩(wěn)定性好；可普及性。第2頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六3目錄1. NOx氣體傳感器技術(shù)要求2.NOx氣體傳感器分類3. 半導(dǎo)體氣體傳感器4. 固體電解質(zhì)氣體傳感器5.電化學(xué)型氣體傳感器6.新型氣體傳感器第3頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六42.NOx氣體傳感器分類根據(jù)氣敏特性分類：第4頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六5目錄1. NOx氣體傳感器技術(shù)要求2.NOx氣體傳感器分類3. 半導(dǎo)體氣體傳感器4. 固體電解質(zhì)氣體傳感器5.電化學(xué)型氣體傳感器6.新型氣體傳感器第5頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六63.1半導(dǎo)體氣體傳感器分類

半導(dǎo)體氣敏元件的分類如表所示。大體上可分為電阻型和非電阻型兩大類。要對(duì)NOx進(jìn)行檢測，需要選擇合適的敏感材料。第6頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六73.2電阻型半導(dǎo)體NOx傳感器結(jié)構(gòu)

氧化物半導(dǎo)體NOx傳感器，福特公司專利SnO2

是應(yīng)用最早的半導(dǎo)體傳感器材料之一,福特公司最初用其制成傳感器進(jìn)行NOx的監(jiān)測。第7頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六83.3電阻型半導(dǎo)體NOx傳感器檢測機(jī)理

氣敏半導(dǎo)體材料SnO2是N型半導(dǎo)體，其導(dǎo)電機(jī)理可用吸附效應(yīng)來解釋。圖示為燒結(jié)體N型半導(dǎo)體的模型（左）。晶粒間界有較高的電阻，晶粒內(nèi)部電阻較低。該模型可簡化為僅由頸部等效電阻Rn串聯(lián)而成的等效電路（右）第8頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六93.4電阻型半導(dǎo)體NOx傳感器特性參數(shù)名稱符號(hào)定義固有電阻Ra半導(dǎo)體氣體傳感器在潔凈空氣中的電阻值氣體靈敏度S表示氣體傳感器的電參量與被測氣體體積濃度之間的函數(shù)關(guān)系分辨率（選擇系數(shù)）K表示氣體傳感器對(duì)被測氣體的識(shí)別(選擇)以及對(duì)干擾氣體的抑制能力響應(yīng)時(shí)間T1阻值達(dá)到氣體體積濃度下穩(wěn)態(tài)阻值的90%為止的所需時(shí)間恢復(fù)時(shí)間T2阻值恢復(fù)到潔凈空氣中阻值的90%為止所需的時(shí)間初期穩(wěn)定時(shí)間T3使氣體傳感器恢復(fù)正常工作狀態(tài)需要的時(shí)間加熱功率PH氣體傳感器正常工作時(shí)所需的加熱電路功率第9頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六103.5半導(dǎo)體氣體傳感器優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：敏感性好，摻雜三價(jià)元素（Al，Bi，Ga，In）時(shí)，對(duì)NOx顯示出可靠的選擇性。缺點(diǎn)：無法完全過濾其它氣體，穩(wěn)定性不好。氧化物半導(dǎo)體NOx傳感器優(yōu)缺點(diǎn)：改進(jìn)方法：以氧化物為基體，摻雜某些特定金屬制成半導(dǎo)體傳感器。如TiO2，WO3，AlVO4等，提高選擇性和穩(wěn)定性。第10頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六113.6非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器非電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器是MOS二極管式和結(jié)型二極管式以及場效應(yīng)管式(MOSFET)半導(dǎo)體氣體傳感器。其電流或電壓隨著氣體含量而變化，主要檢測氫和硅燒氣等可燃性氣體。（略）第11頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六12目錄1. NOx氣體傳感器技術(shù)要求2.NOx氣體傳感器分類3. 半導(dǎo)體氣體傳感器4. 固體電解質(zhì)氣體傳感器5.電化學(xué)型氣體傳感器6.新型氣體傳感器第12頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六134.1固體電解質(zhì)的導(dǎo)電機(jī)理廢氣傳感單元加熱參考空氣ZrO2-陶瓷層電極多孔保護(hù)層絕緣層USSensorCharacteristicCurveNormalizedA/FratioSensorvoltage00.981.01.02Ureg00.30.60.9VPO’2PO’’2第13頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六144.2固體電解質(zhì)的導(dǎo)電機(jī)理電極處化學(xué)反應(yīng)HnCm

+xO2?yH2O+zCO22CO

+O2?2CO22H2

+O2?2H2ONO

+2CO

?N2+2CO2廢氣固體電解質(zhì)ZrO2(+Y2O3)T>350°CUN參考空氣4e-+O2

?2O2-2O2-

?4e-+O2多孔電極Pt(+ZrO2)多孔電極Pt(+ZrO2)多孔保護(hù)層O2O2O2O2O2O2O2-O2O2O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2-O2O2pO2''=0,21barpO2'=10-20barNernst原理公式:UN=F4RTln'O''O22PPUN:輸出電動(dòng)勢T:氣體絕對(duì)溫度F:法拉第常數(shù)R:理想氣體常數(shù)Po2’參考空氣氣壓值Po2’’廢氣的氣壓值第14頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六154.3氧化鋯固體電解質(zhì)傳感器分類（1）VYSZ鉑電極Oo2-鉑電極eAYSZ鉑電極Oo2-鉑電極(1)電位型(2)極限電流型敏感電極：NO2+2e=NO+O2-參考電極：2O2--4e=O2第15頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六164.3氧化鋯固體電解質(zhì)傳感器分類（2）(3)阻抗譜型：第16頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六174.4阻抗譜型NOx傳感器檢測機(jī)理在YSZ電解質(zhì)與敏感電極界面上發(fā)生了如下的陰極反應(yīng)：NO2+4e→N2+2O2-(1)或NO2+2e→NO+O2-(2)而在另一側(cè)發(fā)生了如下的陽極反應(yīng)：2O2--4e→O2(3)因此，低頻下的總阻抗與NO2的濃度相關(guān)。同時(shí)對(duì)O2和CO2濃度變化具有抗干擾性。第17頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六184.5固態(tài)電解質(zhì)NOx傳感器關(guān)鍵技術(shù)第18頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六19目錄1. NOx氣體傳感器技術(shù)要求2.NOx氣體傳感器分類3. 半導(dǎo)體氣體傳感器4. 固體電解質(zhì)氣體傳感器5.電化學(xué)型氣體傳感器6.新型氣體傳感器第19頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六205.1電化學(xué)式氣體傳感器概述

利用待測氣體與有關(guān)的電極反應(yīng)而制成的氣體傳感器稱電化學(xué)式氣體傳感器。可分為原電池式、定電位電解式、電量式、離子電極式四種類型。針對(duì)測量NOx，在此介紹前兩種。A.定電位電解式氣體傳感器B.原電池式氣體傳感器第20頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六215.2定電位電解式氣體傳感器在電解過程中，電流由氣體成分的擴(kuò)散速度決定，極限電流與氣體體積濃度成正比。借此可進(jìn)行檢測，稱為定電位電解式傳感器。NO2+2e=NO+O2-2O2--4e=O2第21頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六225.3原電池式氣體傳感器還可以用來測定大氣中氧、一氧化碳（CO）的體積濃度：選擇合適的電解液和敏感電極，對(duì)NOx氣體做出有效選擇。第22頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六23目錄1. NOx氣體傳感器技術(shù)要求2.NOx氣體傳感器分類3. 半導(dǎo)體氣體傳感器4. 固體電解質(zhì)氣體傳感器5.電化學(xué)型氣體傳感器6.新型氣體傳感器第23頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六246.1新型傳感器類別

光纖氣體傳感器表面聲波氣體傳感器(SAW)智能氣體傳感器（電子鼻）第24頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六25附：UniNOx傳感器工作原理(1)注：UniNOx傳感器是由德國大陸和日本NGK開發(fā)的世界第一款量產(chǎn)的車載NOx傳感器。第25頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六26附：UniNOx傳感器工作原理(2)第五代NOx/O2傳感器原理圖，日本NGK公司可以認(rèn)為：1個(gè)UniNOx傳感器=2個(gè)氧傳感器第26頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六27附：UniNOx傳感器工作原理（3）第27頁，共30頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)45分，星期六28附：國外近年來研究項(xiàng)目↑以氧化鋁為基片（福特公司提供），嵌入的加熱元件。國外某機(jī)構(gòu)以YSZ（釔穩(wěn)定氧化鋯）為基片分別進(jìn)行了兩種材料作為敏感電極的測試研究，Au和LSM