极限电流型氧传感器的工作原理以及有哪些应用场景？

news2024/12/28 6:26:35

极限电流型氧传感器的工作原理：

极限电流型氧传感器的工作原理基于稳定ZrO2固体电解质的氧泵作用。在已稳定化ZrO2两侧被覆铂电极，阴极侧用有气体扩散孔的罩接合，形成阴极空腔。在一定的温度下，当ZrO2电极两侧加一定电压时，空腔内的氧分子在阴极处获得电子形成氧离子(O2-)，这些氧离子通过ZrO2的氧空位迁移到阳极，放出电子后变成氧分子气体释放出来，这种现象被称为电化学泵。这样，空腔中的氧就被ZrO2电解质源源不断地泵到空腔外，在回路中形成电流。当氧摩尔分数一定时，电压增加，电流强度随之增加，但当电压超过某一值时，电流强度达到饱和，这是由于氧气通过小孔向空腔内扩散受小孔限制的结果。这个饱和电流被称为极限电流。极限电流与氧摩尔分数几乎成线性关系，因此可以通过测量极限电流来确定被测气体中的氧摩尔分数。

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极限电流型氧传感器的应用场景：

汽车燃烧控制：极限电流型氧传感器主要用于贫燃烧发动机的空燃比控制，使空燃比控制在18～22的范围内。在该范围内，燃料能够充分燃烧生成水和二氧化碳，同时减少废气中的NOx排放，提高燃料利用率，满足日益严格的汽车尾气排放标准。
锅炉燃烧控制：在锅炉等工业燃烧设备中，极限电流型氧传感器可用于监测和控制燃烧过程中的氧含量，确保燃烧效率，减少污染物排放。
环境监测：在环境监测领域，极限电流型氧传感器可用于测量大气中的氧含量，为空气质量评估提供数据支持。
医疗设备： 极限电流型氧传感器可以用于监测呼吸机中的氧气浓度，以确保患者获得足够的氧气供应。
其他工业应用：在钢铁、化工等行业中，氧含量是许多工艺过程的重要参数，极限电流型氧传感器可用于这些工业过程中的氧含量监测和控制。
科研与教学：在科研领域，极限电流型氧传感器可用于研究燃烧过程、气体扩散机制等；在教学方面，它可作为传感器原理、电化学原理等课程的实验器材，帮助学生理解相关知识。