车用氮氧传感器介绍

优选车用NOx氮氧传感器介绍第一页，共三十一页。目录2NOx气体传感器技术要求NOx气体传感器分类半导体气体传感器固体电解质气体传感器电化学型气体传感器新型气体传感器第二页，共三十一页。目录1. NOx气体传感器技术要求2.NOx气体传感器分类3. 半导体气体传感器4. 固体电解质气体传感器5.电化学型气体传感器6.新型气体传感器3第三页，共三十一页。1、NOx传感器技术要求4通用NOx传感器（UniNOx-Sensor），德国大陆用途：

准确、快速地测量气体中的NOx浓度。技术要求：灵敏度高，良好的选择性；快速的响应和恢复；重复性、稳定性好；可普及性。第四页，共三十一页。目录1. NOx气体传感器技术要求2.NOx气体传感器分类3. 半导体气体传感器4. 固体电解质气体传感器5.电化学型气体传感器6.新型气体传感器5第五页，共三十一页。2.NOx气体传感器分类根据气敏特性分类：6第六页，共三十一页。目录1. NOx气体传感器技术要求2.NOx气体传感器分类3. 半导体气体传感器4. 固体电解质气体传感器5.电化学型气体传感器6.新型气体传感器7第七页，共三十一页。3.1半导体气体传感器分类8

半导体气敏元件的分类如表所示。大体上可分为电阻型和非电阻型两大类。要对NOx进行检测，需要选择合适的敏感材料。第八页，共三十一页。3.2电阻型半导体NOx传感器结构9

氧化物半导体NOx传感器，福特公司专利SnO2

是应用最早的半导体传感器材料之一,福特公司最初用其制成传感器进行NOx的监测。第九页，共三十一页。3.3电阻型半导体NOx传感器检测机理10

气敏半导体材料SnO2是N型半导体，其导电机理可用吸附效应来解释。图示为烧结体N型半导体的模型（左）。晶粒间界有较高的电阻，晶粒内部电阻较低。该模型可简化为仅由颈部等效电阻Rn串联而成的等效电路（右）第十页，共三十一页。3.4电阻型半导体NOx传感器特性参数11名称符号定义固有电阻Ra半导体气体传感器在洁净空气中的电阻值气体灵敏度S表示气体传感器的电参量与被测气体体积浓度之间的函数关系分辨率（选择系数）K表示气体传感器对被测气体的识别(选择)以及对干扰气体的抑制能力响应时间T1阻值达到气体体积浓度下稳态阻值的90%为止的所需时间恢复时间T2阻值恢复到洁净空气中阻值的90%为止所需的时间初期稳定时间T3使气体传感器恢复正常工作状态需要的时间加热功率PH气体传感器正常工作时所需的加热电路功率第十一页，共三十一页。3.5半导体气体传感器优缺点12优点：敏感性好，掺杂三价元素（Al，Bi，Ga，In）时，对NOx显示出可靠的选择性。缺点：无法完全过滤其它气体，稳定性不好。氧化物半导体NOx传感器优缺点：改进方法：以氧化物为基体，掺杂某些特定金属制成半导体传感器。如TiO2，WO3，AlVO4等，提高选择性和稳定性。第十二页，共三十一页。3.6非电阻式半导体气体传感器非电阻式半导体气体传感器是MOS二极管式和结型二极管式以及场效应管式(MOSFET)半导体气体传感器。其电流或电压随着气体含量而变化，主要检测氢和硅烧气等可燃性气体。（略）13第十三页，共三十一页。目录1. NOx气体传感器技术要求2.NOx气体传感器分类3. 半导体气体传感器4. 固体电解质气体传感器5.电化学型气体传感器6.新型气体传感器14第十四页，共三十一页。4.1固体电解质的导电机理15废气传感单元加热参考空气ZrO2-陶瓷层电极多孔保护层绝缘层USSensorCharacteristicCurveNormalizedA/FratioSensorvoltage00.981.01.02Ureg00.30.60.9VPO’2PO’’2第十五页，共三十一页。4.2固体电解质的导电机理16电极处化学反应HnCm

+xO2ÛyH2O+zCO22CO

+O2Û2CO22H2

+O2Û2H2ONO

+2CO

ÛN2+2CO2废气固体电解质ZrO2(+Y2O3)T>350°CUN参考空气4e-+O2

Û2O2-2O2-

Û4e-+O2多孔电极Pt(+ZrO2)多孔电极Pt(+ZrO2)多孔保护层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:输出电动势T:气体绝对温度F:法拉第常数R:理想气体常数Po2’参考空气气压值Po2’’废气的气压值第十六页，共三十一页。4.3氧化锆固体电解质传感器分类（1）17VYSZ铂电极Oo2-铂电极eAYSZ铂电极Oo2-铂电极(1)电位型(2)极限电流型敏感电极：NO2+2e=NO+O2-参考电极：2O2--4e=O2第十七页，共三十一页。4.3氧化锆固体电解质传感器分类（2）18(3)阻抗谱型：第十八页，共三十一页。4.4阻抗谱型NOx传感器检测机理19在YSZ电解质与敏感电极界面上发生了如下的阴极反应：NO2+4e→N2+2O2-(1)或NO2+2e→NO+O2-(2)而在另一侧发生了如下的阳极反应：2O2--4e→O2(3)因此，低频下的总阻抗与NO2的浓度相关。同时对O2和CO2浓度变化具有抗干扰性。第十九页，共三十一页。4.5固态电解质NOx传感器关键技术20第二十页，共三十一页。目录1. NOx气体传感器技术要求2.NOx气体传感器分类3. 半导体气体传感器4. 固体电解质气体传感器5.电化学型气体传感器6.新型气体传感器21第二十一页，共三十一页。5.1电化学式气体传感器概述

利用待测气体与有关的电极反应而制成的气体传感器称电化学式气体传感器。可分为原电池式、定电位电解式、电量式、离子电极式四种类型。针对测量NOx，在此介绍前两种。22A.定电位电解式气体传感器B.原电池式气体传感器第二十二页，共三十一页。5.2定电位电解式气体传感器23在电解过程中，电流由气体成分的扩散速度决定，极限电流与气体体积浓度成正比。借此可进行检测，称为定电位电解式传感器。NO2+2e=NO+O2-2O2--4e=O2第二十三页，共三十一页。5.3原电池式气体传感器24还可以用来测定大气中氧、一氧化碳（CO）的体积浓度：选择合适的电解液和敏感电极，对NOx气体做出有效选择。第二十四页，共三十一页。目录1. NOx气体传感器技术要求2.NOx气体传感器分类3. 半导体气体传感器4. 固体电解质气体传感器5.电化学型气体传感器6.新型气体传感器25第二十五页，共三十一页。6.1新型传感器类别

26光纤气体传感器表面声波气体传感器(SAW)智能气体传感器（电子鼻）第二十六页，共三十一页。附：UniNOx传感器工作原理(1)27注：UniNOx传感器是由德国大陆和日本NGK开发的世界第一款量产的车载NOx传感器。第二十七页，共三十一页。附：UniNOx传感器工作原理(2)28第五代NOx/O2传感器原理图，日本NGK公司可以认为：1个UniNOx传感器=2个氧传感器第二十八页，共三十一页。附：UniNOx传感器工作原理（3）29第二十九页，共三十一页。附：国外近年来研究项目30↑以氧化铝为基片（福特公