SST的氧化鋯氧氣傳感器是如何工作的？

       SST的氧化鋯氧傳感器利用了兩個氧化鋯元件測量氧氣。對新接觸到此類傳感器的人來說，就很難理解它們是如何工作的。我們有大量的文件來解釋其背后的物理學(xué)和氧傳感器功能，但你需要靜下心來閱讀這些片段，以了解和理解它們的意思。

       本文簡單地抓取了所有相關(guān)信息，并以一種易于閱讀和理解的方式對其進(jìn)行構(gòu)造。

傳感器單元結(jié)構(gòu)

       SST氧化鋯氧傳感器的中心是傳感單元（圖1）。該單元由兩個方形二氧化鋯（ZrO2）組成，上面涂有一層薄薄的多孔鉑層，鉑層用作電極，為氧離解提供必要的催化作用，使氧離子能夠進(jìn)出二氧化鋯。

 圖1

       兩個正方形氧化鋯盤中間由一個鉑環(huán)隔開，鉑環(huán)形成一個密封的傳感氣室。在氧化鋯外表面，還有兩個鉑環(huán)與中間鉑環(huán)一起提供該氧化鋯中心的電氣連接（Pump  Common  Sense）。

       兩個外部氧化鋁（Al2O3）盤可過濾并防止任何環(huán)境顆粒物進(jìn)入傳感器，還可消滅任何未燃燒的氣體。這可防止電池受到污染，從而導(dǎo)致測量讀數(shù)不穩(wěn)定。圖2顯示了傳感單元的橫截面，突出顯示了所有主要部件。

圖2

       氧化鋯中心組件被加熱 線圈包圍，加熱 線圈產(chǎn)生其工作所需的700度加熱溫度。然后，氧化鋯中心和加熱 線圈被安裝在一個多孔不銹鋼透氣罩內(nèi)，這個罩子可以過濾較大的顆粒和灰塵，并保護(hù)傳感器免受機(jī)械損壞。圖3顯示了完整的傳感器組件。

圖3

泵盤（第 1個氧化鋯方塊）

      第 1個氧化鋯方塊用作電氣化學(xué)氧氣泵，對傳感氣室進(jìn)行抽真空或再加入氧氣。根據(jù)直流恒流源的方向，氧離子通過這個氧化鋯方塊從一個電極移動到另一個電極，從而改變密封腔室內(nèi)的氧濃度和氧壓力（P2）。對泵送進(jìn)行控制，使密封腔室內(nèi)部的氧分壓始終小于腔室外的環(huán)境氧分壓。圖4顯示了氧化鋯中心元件的電氣連接。

圖4

感應(yīng)盤（第 二個氧化鋯方塊）

       通過第 二個氧化鋯方塊兩邊的氧壓力差會產(chǎn)生一個能斯特電壓，該電壓與氧離子濃度的比值成對數(shù)比例。由于密封腔室內(nèi)的氧氣壓力（P?），相對于公共線的感應(yīng)電壓始終為正。

      通過測量該電壓并與兩個參考電壓進(jìn)行比較，每次達(dá)到這兩個參考電壓中的任何一個時，恒流源的方向都會反轉(zhuǎn)。當(dāng)氧分壓較高時，達(dá)到泵反轉(zhuǎn)電壓所需的時間比在氧分壓低的氣氛中所需的時間更長。這是因?yàn)樾枰盟透嗟难蹼x子，以便在傳感盤上產(chǎn)生相同的比例壓差。

舉例

       我們要測量的氧氣壓力P1為10mbar，P2為5mbar時達(dá)到設(shè)定的參考電壓。如果將P1改為1bar，則P2須為0.5bar才能獲得相同的參考電壓。這將涉及抽空更多的氧離子，由于用于泵送離子的電流源是恒定的，因此需要更長的時間。