氧传感器的发展和应用
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2024年汽车氧传感器市场发展现状概述汽车氧传感器(Oxygen Sensor)是一种用于测量发动机排气中氧气含量的装置,它在汽车尾气控制系统中扮演了重要角色。
通过监测发动机排气中的氧气含量,汽车氧传感器能够提供实时数据,以帮助发动机管理系统控制燃料喷射量,从而保持发动机效率和排放控制。
汽车氧传感器市场随着汽车行业的发展而逐渐壮大。
本文将探讨汽车氧传感器市场的发展现状,并讨论相关的发展趋势以及市场前景。
市场规模和增长情况汽车氧传感器市场在过去几年中实现了快速增长,主要受益于汽车市场的繁荣和环境规定对汽车尾气排放的严格要求。
根据市场研究公司的数据,截至2021年,全球汽车氧传感器市场规模达到XX亿美元,并预计在未来几年内将继续保持稳定增长。
亚太地区是汽车氧传感器市场的最大消费市场,由于亚洲地区汽车产销量的快速增长,该地区在全球市场中占据了主导地位。
此外,欧洲和北美地区也是汽车氧传感器市场的重要市场。
发展趋势1.共享经济的兴起:随着共享汽车服务的兴起,汽车氧传感器市场有望迎来更多机会。
共享汽车需要更频繁地进行车辆维护和排放检测,因此需要更高质量和更耐用的氧传感器。
2.新能源汽车的普及:随着新能源汽车销售量的增长,对汽车氧传感器的需求也会相应增加。
新能源汽车使用不同类型的动力系统,需要特定类型的氧传感器来监测排放情况。
3.技术创新:随着技术的不断进步,新一代汽车氧传感器具有更高的准确性和稳定性。
例如,宽带氧传感器可以提供更多的实时数据,以便发动机管理系统更精确地控制燃料喷射量。
4.进一步减少排放:随着环境规定对汽车尾气排放的要求越来越严格,汽车制造商将迫切需要更先进的氧传感器来满足这些要求。
这将推动氧传感器市场的进一步发展和创新。
市场竞争格局汽车氧传感器市场竞争激烈,主要厂商包括博世、德尔福、NGK、伦茨等。
这些公司拥有先进的技术和广泛的市场渗透力,通过不断的研发和产品创新来提高产品质量和性能。
此外,新兴的汽车氧传感器制造商也在市场中崭露头角,他们通过提供价格竞争力强的产品和专业化的解决方案来获得市场份额。
2023年汽车氧传感器行业市场环境分析汽车氧传感器是指安装在汽车排气系统中的一种传感器,其功能是测量排气氧气浓度,向发动机控制系统提供反馈信号,使发动机能够调整燃油系统和点火系统的工作状态,从而保证发动机的正常工作和尽量减少排放污染物。
市场规模和增速:据行业数据,2019年全球汽车氧传感器市场规模约为31.66亿美元,预计到2025年市场规模将达到35.56亿美元,年均增长率约为1.7%。
亚太地区占据了最大的市场份额,其中中国市场的增速特别明显,预计该市场到2025年将增长到9.63亿美元。
行业竞争格局:全球汽车氧传感器市场具有较高的集中度,TOP4企业占据了市场的超过60%的份额,其中包括博世、德尔福、日本电装和NGK等。
这些企业在市场份额上占据明显优势,同时具有完整的产品线和技术门槛,为企业盈利提供保障。
其他企业主要集中在市场中低端,获取市场份额非常困难。
市场发展趋势:1. 汽车氧传感器的更新换代:目前市面上90%的汽车氧传感器使用的是窄带传感器,而新一代的汽车氧传感器采用的是宽带传感器,具有更精准、更快速的响应能力,能够满足新一代燃油、排放标准的要求。
2. 车用电子化、信息化的发展趋势:随着汽车的智能化升级,尤其是自动驾驶技术的广泛应用,汽车控制系统将高度依赖传感器,这对汽车氧传感器制造商提出了更高的要求。
3. 环保政策对市场的影响:各类环保政策对于汽车氧传感器市场产生了深远的影响。
例如,欧盟规定销售新车的平均CO2排放量要减少至95克/公里,这将促使汽车氧传感器的制造商提供更加高效、低能耗、高性能的产品,以达到排放目标。
4. 服务模式创新:近年来,汽车氧传感器行业服务模式也在不断创新,例如基于互联网平台的智能保养手册,对汽车各个部件实时监测的云控制系统等,这些都将推动汽车氧传感器行业更迅速地向“智慧化、服务化、个性化”方向发展。
总之,汽车氧传感器市场前景十分广阔,不仅市场规模巨大,而且随着环保政策、智能化升级、服务模式创新的不断推动,汽车氧传感器行业的技术和产业链将更加成熟,市场竞争格局也将愈加凸显。
2024年汽车氧传感器市场需求分析概述汽车氧传感器作为一种重要的控制装置,对于汽车发动机的排放和燃烧效率起着至关重要的作用。
随着汽车工业的快速发展,汽车氧传感器市场需求也在不断增加。
本文将对汽车氧传感器市场需求进行分析,探讨其发展趋势和市场潜力。
市场规模根据市场研究报告,全球汽车氧传感器市场规模正处于持续增长的趋势。
据预测,到2025年,全球汽车氧传感器市场规模将达到X亿美元。
这一规模的增长主要受到以下几个因素的驱动: 1. 政府环保政策的推动,促使汽车制造商采用更先进的排放控制技术和装置。
2. 汽车行业的快速增长,汽车销量增加导致更多氧传感器的需求。
3. 汽车制造商对于燃烧效率和排放控制的要求越来越高,对氧传感器的需求也相应增加。
市场细分汽车氧传感器市场可以根据产品类型、车型和地区进行细分。
根据产品类型,汽车氧传感器市场可以分为广谱氧传感器和窄谱氧传感器。
广谱氧传感器适用于传统燃油发动机,而窄谱氧传感器则主要用于燃油经济性更高的发动机。
根据车型,市场可以分为乘用车、商用车和其他类型车辆。
根据地区,市场可以划分为北美、欧洲、亚太和其他地区。
市场驱动因素汽车氧传感器市场的增长主要受到以下几个驱动因素的影响:1. 环保要求的提升:各国政府对汽车排放的要求越来越严格,汽车制造商迫切需要更先进的排放控制技术和装置来满足这些要求。
2. 汽车制造业的快速增长:随着中产阶级的扩大和交通便利性的提高,全球汽车销量不断增加,促使汽车制造商对氧传感器等关键部件的需求增加。
3. 新能源汽车的兴起:随着新能源汽车市场的快速发展,对氧传感器等核心部件的需求也在增加。
市场竞争格局目前,全球汽车氧传感器市场竞争格局较为激烈,市场上主要的参与者包括博世、NGK、德尔福和丹佛斯等企业。
这些企业拥有先进的技术研发能力和全球化的销售网络,能够满足不同地区和车型的需求。
此外,一些新兴的本地企业也在不断崛起,加剧了市场竞争的激烈程度。
车用氧传感器市场发展现状引言随着汽车工业的快速发展,车用氧传感器作为关键的车辆排放控制系统的一部分,市场需求正迅速增长。
车用氧传感器是测量汽车排放系统中的氧气浓度,以优化燃烧效率和降低有害气体排放。
本文将对车用氧传感器市场的发展现状进行探讨。
车用氧传感器的原理车用氧传感器基于氧离子电解反应原理工作。
它包含一个氧离子传导固体电解质,两端分别是参比气室和测量气室。
在燃烧室中,通过氧传感器,从汽车尾气中采集样品气体。
氧气在测量气室中与氧离子固体电解质发生反应,产生电信号。
通过测量氧传感器的电阻变化,可以确定氧气浓度。
市场规模和趋势目前,全球车用氧传感器市场规模不断增长。
据市场研究公司的数据显示,过去几年间,车用氧传感器的销售额以每年5-7%的速度增长。
预计到2027年,市场规模将达到XX亿美元。
主要驱动市场增长的因素包括政府对环保要求的提高、汽车尾气排放标准的更新和消费者对燃油经济性和环保性能的关注。
市场分析汽车厂商需求主要汽车制造商对车用氧传感器的需求非常高。
他们需要车用氧传感器来满足政府对尾气排放的限制,并确保其车辆符合环保标准。
因此,在整个汽车供应链中,车用氧传感器是必不可少的零部件。
汽车制造商通常与专业的汽车零配件供应商合作,以获得高质量和可靠的车用氧传感器。
技术趋势随着汽车技术的不断进步,车用氧传感器也在不断演进。
最新的趋势是使用更高精度和更快响应时间的传感器,以便更好地监测和控制车辆排放。
另外,随着电动汽车市场的快速增长,车用氧传感器将逐渐应用于电动汽车中,并具备更高的电气性能和稳定性。
市场竞争车用氧传感器市场竞争激烈,主要供应商包括博世、德尔福、NGK等。
这些公司在车用氧传感器技术上具有丰富的经验和先进的研发能力。
为了保持市场竞争力,供应商不断推出创新产品,并提高生产效率。
此外,新兴市场上也涌现了一些本土供应商,加剧了市场竞争。
持续发展的机会和挑战机会当前,全球各国对环保的要求越来越高,政府不断提高汽车尾气排放标准。
汽车氮氧传感器发展趋势汽车氮氧传感器(也称为NOx传感器)是现代汽车排放控制系统中的重要组成部分。
它的作用是测量和监测发动机排放的氮氧化物(NOx)浓度,并根据测量结果调整发动机的燃烧过程,以减少有害气体的排放。
随着环保意识的增强和汽车排放标准的提高,汽车氮氧传感器的发展也越来越受到关注。
在过去的几十年里,汽车氮氧传感器经历了许多技术的演进和改进。
最早期的氮氧传感器是基于电化学原理工作的,它们使用特殊的电极材料来测量氮氧化物的浓度。
然而,这种传感器对温度和湿度变化非常敏感,且响应速度较慢,因此在实际应用中存在一定的局限性。
随着科技的进步,新一代的汽车氮氧传感器采用了更先进的技术。
例如,基于固态电化学原理工作的传感器具有更高的灵敏度和响应速度,能够更准确地测量氮氧化物的浓度。
此外,还有一些基于光学原理、纳米材料和微机电系统(MEMS)等技术开发的传感器,它们具有更小巧、更稳定和更可靠的特点。
除了技术上的改进,汽车氮氧传感器在功能上也有了一些创新。
例如,一些新型传感器可以实时监测发动机的工作状态,并根据需要调整燃油喷射量和点火时机,以实现更高效的燃烧和更低的排放。
另外,一些传感器还可以与车辆的智能控制系统进行数据交互,实现更精确的排放控制和故障诊断。
未来,汽车氮氧传感器的发展趋势将主要集中在以下几个方面:1. 提高传感器的性能和精度:随着汽车排放标准的不断提高,对传感器的性能和精度要求也越来越高。
未来的汽车氮氧传感器将更加精确地测量和监测氮氧化物的浓度,并能够在不同工况下保持良好的稳定性。
2. 减小传感器的尺寸和重量:随着汽车电子系统的不断发展,对传感器尺寸和重量的要求也越来越高。
未来的汽车氮氧传感器将更加小巧轻便,便于安装和集成到车辆中。
3. 提高传感器的可靠性和耐久性:汽车是一种长期使用的设备,对传感器的可靠性和耐久性要求非常高。
未来的汽车氮氧传感器将采用更稳定可靠的材料和工艺,以提高其使用寿命和抗干扰能力。
氧传感器的作用氧传感器是一种可以测量氧浓度的传感器装置,广泛应用于工业过程控制、环境监测、医疗诊断和车辆尾气检测等领域。
它通过测量周围环境中氧气的含量,可以快速准确地获得氧气浓度的信息,从而对相应的过程进行控制和调节。
首先,氧传感器在工业过程控制中起到了至关重要的作用。
在一些必须控制氧气含量的工业生产过程中,如化工、冶金和电池制造等行业,氧传感器可以实时监测氧气浓度是否超过安全范围,以保证工作环境的安全性。
同时,氧传感器可以与其他自动控制系统相结合,实现对工艺参数的精确控制,从而提高生产效率和产品质量。
其次,氧传感器在环境监测中具有重要意义。
现代社会中,由于工业发展和交通运输的增加,空气中的有害气体成分也相应增多。
氧传感器可以用来检测空气中的氧气浓度,一方面指示目前环境是否健康和安全,另一方面可以在空气质量出现异常时及时发出报警信号,从而引起人们的注意并采取相应的应对措施。
此外,氧传感器在医疗诊断中扮演着重要角色。
医学上,血氧饱和度是人体代谢活动的重要指标之一,能够反映患者的健康状况。
通过患者佩戴氧传感器并将其与监护设备相连,医生可以实时监测患者的血氧饱和度,并根据这一信息来判断患者的生理状态,从而制定相应的治疗方案。
此外,氧传感器还可以在手术中使用,帮助监测患者在麻醉过程中的氧气供应情况,以确保手术过程的安全性和成功性。
最后,氧传感器还被广泛应用于车辆尾气检测领域。
随着汽车尾气排放对环境的不良影响日益突出,很多国家和地区都出台了相关法规和标准来限制并监测车辆尾气中的有害气体排放。
氧传感器可以嵌入到汽车的排气管中,检测并分析尾气中氧气的含量,从而判断车辆的燃烧效率和排放水平是否达到要求。
这对于保护环境和改善空气质量起到了重要作用。
综上所述,氧传感器是一种具有广泛应用领域的传感器装置。
它不仅可以在工业过程控制中帮助实时监测和调节工艺参数,还可以在环境监测、医疗诊断和车辆尾气检测中起到保护安全、提高质量和促进环保的作用。
汽车氮氧传感器发展趋势(实用版)目录1.汽车氮氧传感器的概述2.汽车氮氧传感器的工作原理3.汽车氮氧传感器的关键技术4.汽车氮氧传感器的发展趋势5.未来汽车氮氧传感器的市场前景正文一、汽车氮氧传感器的概述汽车氮氧传感器是一种用于检测汽车尾气中氮氧化物(NOx)浓度的传感器,其主要作用是监测和控制汽车尾气的排放,以满足日益严格的环保要求。
氮氧传感器在汽车上的应用,可以有效降低尾气排放,减轻大气污染,提高空气质量。
二、汽车氮氧传感器的工作原理汽车氮氧传感器通常采用电化学原理进行工作。
它通过测量电流大小,精确测试出汽车尾气中 NOx 含量。
氮氧传感器安装在选择性催化还原(SCR)系统中,用来监控氮氧化物的浓度。
氮氧传感器通过 CAN 线与 ECU 通讯,并且总成内部集成自诊断系统,传感器监测自身的工作情况并通过车身 CAN 总线向 ECU 汇报是否出现故障。
三、汽车氮氧传感器的关键技术随着汽车保有量的不断增加,汽车尾气排放物对大气的污染越来越严重,尤其是氮氧化物(NOx)的排放已经引起了全世界的普遍关注。
2023 年,被称作史上最严的国六排放标准将在国内全面实施。
氮氧传感器是测量控制 SCR 系统的关键部件,其主要技术包括:1.高灵敏度:氮氧传感器需要具备高灵敏度,以便准确检测尾气中的NOx 浓度。
2.抗干扰能力:氮氧传感器应具备较强的抗干扰能力,能够在各种气氛环境下保持传感器信号的稳定和精度。
3.长使用寿命:氮氧传感器需要具备较长的使用寿命,以降低用户的维修成本。
四、汽车氮氧传感器的发展趋势1.高精度:随着环保要求的不断提高,氮氧传感器需要具备更高的精度,以满足严格的排放标准。
2.小型化:为了方便安装和降低成本,氮氧传感器将向小型化方向发展。
3.智能化:未来氮氧传感器将具备自诊断和自学习能力,以提高系统的可靠性和稳定性。
4.集成化:氮氧传感器将与其他传感器和系统集成,以实现对汽车尾气排放的集中监控和管理。
2024年车用氮氧传感器市场发展现状摘要本文分析了车用氮氧传感器市场的发展现状。
首先,介绍了车用氮氧传感器的工作原理和应用领域。
然后,对车用氮氧传感器市场的规模和增长趋势进行了分析。
同时,讨论了市场竞争状况和主要厂商。
最后,对车用氮氧传感器市场的未来发展进行了展望。
1. 引言车用氮氧传感器是一种用于衡量车辆尾气中氧气和氮氧化合物含量的传感器。
它是现代汽车排放控制系统中的重要组成部分。
车用氮氧传感器可以通过测量排气中氧气和氮氧化合物的比例来判断燃烧效率,并在需要时进行排放控制。
因此,车用氮氧传感器对于保护环境、提高燃烧效率和降低尾气排放具有重要意义。
2. 车用氮氧传感器市场规模与增长趋势车用氮氧传感器市场在过去几年取得了快速增长。
车用氮氧传感器的需求主要来自于汽车制造商和售后市场。
据统计,全球车用氮氧传感器市场规模从2015年的X 亿美元增长到2020年的Y亿美元,复合年均增长率为Z%。
市场增长的主要驱动因素包括严格的排放要求、环保意识的提高、汽车保有量的增加等。
随着全球环保意识的不断加强,各国对汽车尾气排放的要求越来越严格,这进一步推动了车用氮氧传感器市场的增长。
3. 市场竞争状况和主要厂商车用氮氧传感器市场竞争激烈,主要厂商包括Bosch、Delphi、Denso等。
这些公司在车用氮氧传感器市场具有较强的市场地位和技术实力。
Bosch是全球领先的汽车零部件供应商之一,其车用氮氧传感器产品质量和性能优异,占据了市场的一定份额。
Delphi和Denso是汽车零部件领域的著名厂商,它们的车用氮氧传感器产品也具有竞争力。
此外,还有一些新兴的车用氮氧传感器制造商涌现,并逐步在市场中占据一定份额。
例如,美国的NGK Spark Plug Co. Ltd.和英国的BorgWarner Inc.等。
4. 未来发展展望随着车用氮氧传感器市场的不断发展,未来几年将出现以下趋势。
首先,随着新能源汽车的普及和尾气排放标准的提高,对车用氮氧传感器的需求将继续增加。
汽车用氧气传感器的研究与进展摘要:汽车尾气中的有害物主要有CO、HC、NOx、SOx 以及一些微粒物质,给人类赖以生存的大气环境带来了严重的危害。
用氧传感器对汽车发动机的空燃比进行调节,控制发动机中的燃烧过程,可以达到减少污染和节约能源的双重目的。
目前适用于汽车空燃比控制的传感器主要有三种:氧化物半导体型(TiO2传感器)、浓差电池型(ZrO2氧传感器)、极限电流型。
本文在介绍了这三种汽车用氧传感器的原理、结构的基础上,重点介绍了一种新型极限电流型氧传感器—致密扩散障碍层极限电流型氧传感器,并简要分析了其发展趋势。
关键词:氧传感器;氧化物半导体型;氧浓差电池型;极限电流型一、引言随着人们对汽车的需求越来越大,汽车已逐渐成为人们生活的必需品。
而随之带来的污染、能源短缺等问题也就越来越严重。
汽车的有害排放物主要来自发动机的排气,汽车尾气所含的有害物主要有CO、HC、NOx、SOx 以及微粒物质(铅化物、碳烟、油雾等)等,这些有害污染物的排放已经威胁到人类赖以生存的环境。
因此要采取各种措施降低汽车尾气中有毒物质的含量,同时尽量使燃烧过程更充分,从而达到节能和降低环境污染的目的,而这一目的的实现就要通过氧传感器来完成。
通过氧传感器对汽车发动机的空燃比(A/F)进行调节,控制发动机中的燃烧过程,既可解决排气净化问题,又可提高燃料的燃烧效率,节约能源。
二、汽车用氧传感器燃烧过程离不开氧,对汽车发动机而言,燃料燃烧充分与否,取决于A/F,控制汽车发动机A/F用的氧传感器,装在汽车排气管道内,用它来检测废气中的氧含量,根据氧含量与A/F的对应关系,故测出了氧的含量,也就确定了A/F之值。
因而可根据氧传感器所得到的信号,把它反馈到控制系统,来微调燃料的喷射量,使A/F控制在最佳状态,既大大降低了排污量,又节省了能源。
目前,用汽车氧传感器控制的空燃比主要集中在理论空燃比处和稀薄燃烧区内。
理论空燃比传感器的输出电压在理论空燃比附近会发生急剧的变化,这种变化是由于装置内氧分压的变化引起的。
0 前 言随着科学技术的发展,氧气的分析测定广泛应用于试验室、生物学、医学、汽车制造、化工、能源等许多领域。
氧传感器年产量已占全部气体传感器的四成,居首位,仅汽车工业用氧传感器每年就达数千万只[1]。
根据应用要求和应用环境的不同,各种氧传感器的工作原理也各不相同,主要包括热磁式、原电池式、氧化锆式、光纤式和可调谐激光式等。
1 各种工作原理的氧传感器在我国,由于早期在科学技术与制造工艺方面比较落后,对氧传感器的研究和制造起步相对较晚,相对而言,国外的技术先进,起步较早,性能和工艺水平也较高。
近年来,随着检测技术的进步和发展,国内氧传感器的研究和应用也得到了快速的发展。
下面对应用较多和一些新兴的氧传感器作一些介绍。
1.1 热磁式氧传感器热磁式氧传感器是利用氧气的顺磁性特点来进行氧气的测量分析。
所谓顺磁性,就是物质的体积磁化率大于零。
氧气的磁化率比其它气体(NO 除外)要大得多,而一般气体中很少含有NO ,且NO 极易和氧化合为NO 2,故气体的总磁化率几乎完全取决于氧气的含量,换而言之,通过测量混合气体的磁化率就可以确定氧气的含量。
但是,氧气的磁化率绝对值很小,难于直接测量,一般采用间接法,即通过热磁氧传感器的发展和应用文华,朱玉琛,张玉广,汤雪志(中国船舶重工集团公司第七一八研究所,河北 邯郸,056027)摘要:氧气的测量方法种类繁多,测量原理、相应的性能、适用范围也各不相同。
本文对热磁式氧传感器、原电池式氧传感器、氧化锆氧传感器、光纤式氧传感器、可调谐激光式氧传感器等应用较多的和一些新兴的氧传感器作了一些介绍,以便根据具体的使用要求选择合适的氧传感器。
关键词:氧传感器;原理;应用中图分类号:TP212.9 文献标识码:ADevelopment and Application of Oxygen SensorsWen Hua, Zhu Yu-chen, Zhang Yu-guang, Tang Xue-zhi(The 718th Research Institute of CSIC, Handan 056027, China )Abstract: There are various methods for oxygen monitoring, and the principles, performances and applicable areas are different from each other. Some widely applied oxygen sensors as well as novel ones, such as thermomagnetic oxygen sensor, cell oxygen sensor, ZrO 2 oxygen sensor, optical fiber oxygen sensor and tunable diode laser oxygen sensor, are introduced in this paper. So suitable oxygen sensors will be selected according to special requirements. Keywords: Oxygen sensor, Principle, Application舰 船 防 化2008年第3期,15~18 CHEMICAL DEFENCE ON SHIPS No.3, 15~18对流现象,将磁化率的变化转换为热敏元件的电阻值变化,用电桥测量电压的大小,从而实现对氧浓度的检测。
其工作原理图如图1所示。
图1 热磁式氧传感器原理图Fig.1 Schematic diagram of thermomagnetic oxygen sensor 1. 气体管道 2. 壳体 3. 分析室 4. 热敏元件 5、6永久磁铁两极靴如图1所示,5、6为永久磁铁的两个极靴,其间隙中有强力非均匀磁场,在此间隙中放置一热敏元件4,并通电加热到250℃左右。
被分析气体沿管道1进入壳体2内,其中部分气体经扩散作用进入分析室3,由于氧气被磁场吸引,则沿箭头方向向磁场较强的热敏元件4周围趋近,因而氧气被加热。
气体的体积磁化率K 与温度关系遵循居里─外斯定律:TdC K = (1)式中:C -居里常数;d -气体密度,%; T -气体的绝对温度,℃。
根据气体的波义耳定律,有:RTPMd = (2)式中:P -气体的压力,kPa ;M -气体的分子量;R -气体常数。
由式(1)和(2)得到:2RTCMPK =(3)式(3)是热磁式氧传感器的基本关系。
由此可见,气体的体积磁化率K 与绝对温度的平方成反比,即温度升高,其磁化率急剧下降,受磁场的吸引力也急剧下降。
这种被加热的气体受到后面较冷的磁性较强的氧分子排挤而被逐出磁场,这个过程不断重复,结果就在加热的敏感元件处形成了连续不断的热磁对流(所谓热磁对流,就是氧分子在具有磁场梯度和温度梯度的空间里产生气体对流),使热敏元件温度降低。
因热敏元件是用温度系数较大的材料做成的电阻,所以当温度变化时,其阻值也相应变化,从而在电桥中产生不平衡电压,此电压的大小就表示了被分析混合气体中所含氧气的多少。
热磁式氧传感器的优点是技术成熟,传感器在使用过程中无损耗,采用热磁式原理的测氧设备能够长期连续运行,具有较长的使用寿命。
1.2 原电池式氧传感器[2]原电池式氧传感器的正极采用铅等普通易氧化的金属,负极采用金、铂等贵重金属。
氧气溶解在电解液层中,然后到达负极,在负极表面被还原,同时正极的铅被氧化,反应可用如下方程式表示:1/2O 2 + 2H + + 2e- → H 2O (4) 传感器的寿命是根据氧化能力的有效性来确定的,当阳极的氧化能力消耗完时,氧传感器就会报废。
氧化能力很充足时输出是非常平稳的,因此氧气传感器的寿命预期可根据阳极的消耗量来确定。
原电池式氧传感器又可分为带毛细管的质量流量控制式和带固态隔膜的偏压控制式两种类型,下面分别对这两种类型的原电池式氧传感器作一些介绍。
质量流量控制式氧传感器毛细管的直径一般小于100µm ,空气流体通过毛细管将氧气扩散到白金阴极上被还原,氧传感器是根据空气中氧气的浓度确定在阴极发生还原反应的氧气数量,而不是根据氧气的· 16 · 舰 船 防 化 2008年第3期偏压。
当阴极的氧气被消耗尽时,阴极的毛细管压力将减少,压力的减少将增加氧气通过毛细管扩散的速率。
所以这种氧传感器的输出电流与氧气的浓度是呈非线性关系的。
气体通过毛细管扩散的速率受温度影响是非常微弱的,所以这种传感器的温度性能较好。
但是当目标气体增加压力时会有一个很强的输出脉冲,然后会迅速的回到初始值。
所以这种氧传感器不太适合在压力频繁变化的场合下使用。
偏压控制式氧传感器使用一种固态隔膜,气体通过隔膜扩散的速率是与隔膜两边的氧气偏压呈线性比例的,这类氧气传感器的输出在0~100%的氧气浓度中都呈线性比例关系。
大气压力的任何改变将影响氧气偏压的线性,因此偏压控制式氧传感器的线性会受到环境压力的影响。
但这种影响与压力值是有一定的对应关系,可以通过技术手段进行补偿。
由于气体必须通过固体隔膜扩散,因此扩散速率不仅受气体偏压的影响而且受隔膜的扩散能力影响。
聚合物隔膜的扩散能力受温度的影响较大,一般为:2%~3%/K,通常在氧气传感器内加一个热敏传感器进行温度补偿来纠正影响。
但在短暂的受热时隔膜的扩散能力和带温度补偿的氧传感器很难达到一致性,所以偏压控制式氧传感器的温度性能不如质量流量控制式氧传感器。
1.3 氧化锆氧传感器[3]氧化锆氧传感器的核心构件是氧化锆固体电解质,氧化锆固体电解质是由多元氧化物组成的。
常用的这类电解质有CaO、MgO、Y2O3、Sc2O3与ZrO2形成的固熔体。
氧传感器是利用稳定的二氧化锆陶瓷在650℃以上的环境中产生的氧离子导电特性而设计的。
在一定的温度条件下,如果在二氧化锆块状陶瓷两侧的气体中分别存在着不同的氧分压(即氧浓度)时,二氧化锆陶瓷内部将产生一系列的反应和氧离子的迁移。
这时通过二氧化锆两侧的引出电极,可测到稳定的毫伏级信号,我们称之为氧电势。
它服从能斯特(Nernst)方程:)ln(4MRPPFRTE=(5)式中:R-气体常数;T-传感器的热力学温度,℃;F-法拉第常数;P R-高氧浓度(即阴极侧氧分压),%;P M-低氧浓度(即阳极侧氧分压),%。
由此可见,温度一定时,若参比气体为空气(氧气分压为已知时),此时测出E值就知道测量气体的氧含量或氧分压P值。
氧化锆氧传感器能在各种高温环境下使用,所以广泛应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气氛控制领域,在冶金、化工、汽车等工业部门也得到比较广泛的应用。
1.4 光纤式氧传感器光纤法测量氧气浓度是一项新兴的技术。
现主要介绍一种较成熟的方法荧光猝灭原理的光纤氧传感器。
氧气对一些荧光物质的荧光具有猝灭作用,从而导致其荧光强度的降低和荧光寿命的缩短,荧光物质的荧光强度或寿命与氧气浓度的关系可用下列方程来描述:I0/I=t0/t=1+kC (6)式中:I0-无氧气条件下的荧光强度,cd;I-有氧气条件下的荧光强度,cd;t0-无氧气条件下的荧光寿命,h;t-有氧气条件下的荧光寿命,h;C-氧气的浓度,%;K-常数(特定的猝灭剂其值是固定的)。
通过测定I0、I或t0、t就可得出氧气的浓度,一般采用相移法来实现对荧光寿命的测定。
所采用的激光发光源经过正弦调制,其指示剂的荧光强度也呈正弦变化,相对于激光发光有一滞后相移Φ,tanΦ与荧光寿命t有如下关系:tanΦ=ωt(7)2008年第3期氧传感器的发展和应用· 17 ·式中: ω-正弦调制信号角速度,rad/min。
tanΦ0/ tanΦ-1=KC(8)通过有氧和无氧时的滞后相移,可测定不同氧气浓度下的Φ值,即可得出氧气的浓度值。
荧光猝灭原理的光纤氧传感器的检测精度比较高,在生物和制药行业得到了比较多的应用。
1.5 可调谐激光式氧传感器[4]可调谐激光式氧传感器是基于可调谐激光光谱吸收技术对氧气浓度进行测量。
传感器选择的激光器波长与氧气的特征吸收谱线相匹配,此波长在近红外区,760nm。
将激光器连续调制,使其波长周期性的扫过氧气的吸收光谱,可以从光电管中收到相应的周期信号,信号的幅值与被测气体的氧气浓度成一定的对应关系。
通过在传感器中增加一个参比测量模块,可进一步提高传感器测量的稳定性。
由于采用的是精细光谱吸收技术,所以传感器对氧气的测量不受化学和干扰气体的影响,传感器具有较高的检测精度。
通过在传感器中放置温度传感器,可以实现温度的在线补充,在保护窗口和聚焦透镜附近布置加热电阻,可以防止结露现象的发生。