車用氮氧傳感器介紹

優(yōu)選車用NOx氮氧傳感器介紹現(xiàn)在是1頁\一共有31頁\編輯于星期五目錄2NOx氣體傳感器技術(shù)要求NOx氣體傳感器分類半導體氣體傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器電化學型氣體傳感器新型氣體傳感器現(xiàn)在是2頁\一共有31頁\編輯于星期五目錄1. NOx氣體傳感器技術(shù)要求2.NOx氣體傳感器分類3. 半導體氣體傳感器4. 固體電解質(zhì)氣體傳感器5.電化學型氣體傳感器6.新型氣體傳感器3現(xiàn)在是3頁\一共有31頁\編輯于星期五1、NOx傳感器技術(shù)要求4通用NOx傳感器（UniNOx-Sensor），德國大陸用途：

準確、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；重復性、穩(wěn)定性好；可普及性?，F(xiàn)在是4頁\一共有31頁\編輯于星期五目錄1. NOx氣體傳感器技術(shù)要求2.NOx氣體傳感器分類3. 半導體氣體傳感器4. 固體電解質(zhì)氣體傳感器5.電化學型氣體傳感器6.新型氣體傳感器5現(xiàn)在是5頁\一共有31頁\編輯于星期五2.NOx氣體傳感器分類根據(jù)氣敏特性分類：6現(xiàn)在是6頁\一共有31頁\編輯于星期五目錄1. NOx氣體傳感器技術(shù)要求2.NOx氣體傳感器分類3. 半導體氣體傳感器4. 固體電解質(zhì)氣體傳感器5.電化學型氣體傳感器6.新型氣體傳感器7現(xiàn)在是7頁\一共有31頁\編輯于星期五3.1半導體氣體傳感器分類8

半導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NOx進行檢測，需要選擇合適的敏感材料?，F(xiàn)在是8頁\一共有31頁\編輯于星期五3.2電阻型半導體NOx傳感器結(jié)構(gòu)9

氧化物半導體NOx傳感器，福特公司專利SnO2

是應(yīng)用最早的半導體傳感器材料之一,福特公司最初用其制成傳感器進行NOx的監(jiān)測?，F(xiàn)在是9頁\一共有31頁\編輯于星期五3.3電阻型半導體NOx傳感器檢測機理10

氣敏半導體材料SnO2是N型半導體，其導電機理可用吸附效應(yīng)來解釋。圖示為燒結(jié)體N型半導體的模型（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）現(xiàn)在是10頁\一共有31頁\編輯于星期五3.4電阻型半導體NOx傳感器特性參數(shù)11名稱符號定義固有電阻Ra半導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表示氣體傳感器對被測氣體的識別(選擇)以及對干擾氣體的抑制能力響應(yīng)時間T1阻值達到氣體體積濃度下穩(wěn)態(tài)阻值的90%為止的所需時間恢復時間T2阻值恢復到潔凈空氣中阻值的90%為止所需的時間初期穩(wěn)定時間T3使氣體傳感器恢復正常工作狀態(tài)需要的時間加熱功率PH氣體傳感器正常工作時所需的加熱電路功率現(xiàn)在是11頁\一共有31頁\編輯于星期五3.5半導體氣體傳感器優(yōu)缺點12優(yōu)點：敏感性好，摻雜三價元素（Al，Bi，Ga，In）時，對NOx顯示出可靠的選擇性。缺點：無法完全過濾其它氣體，穩(wěn)定性不好。氧化物半導體NOx傳感器優(yōu)缺點：改進方法：以氧化物為基體，摻雜某些特定金屬制成半導體傳感器。如TiO2，WO3，AlVO4等，提高選擇性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)在是12頁\一共有31頁\編輯于星期五3.6非電阻式半導體氣體傳感器非電阻式半導體氣體傳感器是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）13現(xiàn)在是13頁\一共有31頁\編輯于星期五目錄1. NOx氣體傳感器技術(shù)要求2.NOx氣體傳感器分類3. 半導體氣體傳感器4. 固體電解質(zhì)氣體傳感器5.電化學型氣體傳感器6.新型氣體傳感器14現(xiàn)在是14頁\一共有31頁\編輯于星期五4.1固體電解質(zhì)的導電機理15廢氣傳感單元加熱參考空氣ZrO2-陶瓷層電極多孔保護層絕緣層USSensorCharacteristicCurveNormalizedA/FratioSensorvoltage00.981.01.02Ureg00.30.60.9VPO’2PO’’2現(xiàn)在是15頁\一共有31頁\編輯于星期五4.2固體電解質(zhì)的導電機理16電極處化學反應(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:輸出電動勢T:氣體絕對溫度F:法拉第常數(shù)R:理想氣體常數(shù)Po2’參考空氣氣壓值Po2’’廢氣的氣壓值現(xiàn)在是16頁\一共有31頁\編輯于星期五4.3氧化鋯固體電解質(zhì)傳感器分類（1）17VYSZ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現(xiàn)在是17頁\一共有31頁\編輯于星期五4.3氧化鋯固體電解質(zhì)傳感器分類（2）18(3)阻抗譜型：現(xiàn)在是18頁\一共有31頁\編輯于星期五4.4阻抗譜型NOx傳感器檢測機理19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)。同時對O2和CO2濃度變化具有抗干擾性。現(xiàn)在是19頁\一共有31頁\編輯于星期五4.5固態(tài)電解質(zhì)NOx傳感器關(guān)鍵技術(shù)20現(xiàn)在是20頁\一共有31頁\編輯于星期五目錄1. NOx氣體傳感器技術(shù)要求2.NOx氣體傳感器分類3. 半導體氣體傳感器4. 固體電解質(zhì)氣體傳感器5.電化學型氣體傳感器6.新型氣體傳感器21現(xiàn)在是21頁\一共有31頁\編輯于星期五5.1電化學式氣體傳感器概述

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式氣體傳感器?？煞譃樵姵厥?、定電位電解式、電量式、離子電極式四種類型。針對測量NOx，在此介紹前兩種。22A.定電位電解式氣體傳感器B.原電池式氣體傳感器現(xiàn)在是22頁\一共有31頁\編輯于星期五5.2定電位電解式氣體傳感器23在電解過程中，電流由氣體成分的擴散速度決定，極限電流與氣體體積濃度成正比。借此可進行檢測，稱為定電位電解式傳感器。NO2+2e=NO+O2-2O2--4e=O2現(xiàn)在是23頁\一共有31頁\編輯于星期五5.3原電池式氣體傳感器24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NOx氣體做出有效選擇?，F(xiàn)在是24頁\一共有31頁\編輯于星期五目錄1. NOx氣體傳感器技術(shù)要求2.NOx氣體傳感器分類3. 半導體氣體傳感器4. 固體電解質(zhì)氣體傳感器5.電化學型氣體傳感器6.新型氣體傳感器25現(xiàn)在是25頁\一共有31頁\編輯于星期五6.1新型傳感器類別

26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）現(xiàn)在是26頁\一共有31頁\編輯于星期五附：UniNOx傳感器工作原理(1)27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。現(xiàn)在是27頁\一共有31頁\編輯于星期五附：UniNOx傳感器工作原理(2)28第五代NOx/O2傳感器原理圖，日本NGK公司可以認為：1個UniNOx傳感器=2個氧傳感器現(xiàn)在是28頁\一共有31頁\編輯于星期五附：UniNOx傳感器工作原理（3）29現(xiàn)在是29頁\一共有31頁\編輯于星期五附：國外近年來研究項目30↑以氧化鋁為基片（福特公司提供