汽车用氧传感器介绍与研究进展

介绍了汽车用氧传感器的原理、结构、发展情况及国内外研究新动向，并简要分析了其发展趋势。汽车尾气中的有害物造成的污染，给人类赖以生存的大气环境带来了越来越严重的危害。发达国家从六、七十年代就开始探索汽车尾气净化的途径，并取得了非常满意的净化效果。在我国，无铅汽油已经开始推广使用，但还只是汽车尾气净化工程的一个开端，相关的研究工作还需要全面展开。汽车用氧传感器在控制汽车尾气排放、节省燃料、净化空气中起着重要的作用。经掺杂稳定的立方相氧化锆（ZrO2)固体电解质材料，具有良好的高温氧离子导电性，是制造汽车用氧传感器的关键部件。氧传感器有氧浓差型和极限电流型类型，国内汽车用氧传感器的研究和制造已达到一定的规模，国外新近还研究出了一种化学扩散障型氧传感器。     

限流型氧传感器

制作了具有快速响应和高度灵敏特点的限流型氧传感器,传感器再现性好,功耗小,在使用氧２范围（０－１０％）内输出线性良好。氧传感器应用温度范围是６８０－８００℃,最佳使用温度是７５０℃。     

块状极限电流型氧传感器的研究

用ＹＳＺ固体电解质作为电解质片和扩散障的材质,制成了块状极限电流型氧传感器,对传感器伏安特性曲线进行了测试,并进一步研究了极限电流与环境气氛氧浓度、温度间的关系,取得了较好的结果。     

极限电流型氧化锆氧分析仪的设计

本研究采用极限电流型氧传感器为敏感部件,以PIC16F877A单片机为核心控制器,设计了一种氧分析仪,详细介绍了极限电流型氧传感器的工作原理及饱和电流与氧气浓度公式的获得,给出了信号检测、LCD显示等硬件电路和系统软件的设计方法,并使用自校验功能和格罗布斯准则对K值的漂移和测量时产生的粗大误差进行处理。经测试,设计的氧分析仪测氧浓度范围为0.1%～45.0%时,准确度可达±0.5%F.S。     

具有CeO_2-ZrO_2-Y_2O_3固态参考层的新型氧传感器的制备

传统浓差型汽车氧传感器结构上必须有参比空气通道以提供恒定的氧分压,故其工艺复杂、成本高、不便于微型化,同时空气通道会极大降低传感器的整体强度。文章利用CeO_2-ZrO_2-Y_2O_3固溶体(CZYO)具有的储氧特性,使其作为固态氧分压参考层,制备了一种用于监测汽车尾气排放的新型浓差型氧传感器,并对传感器分别在工作温度350,450,550℃进行测试,结果显示在空燃比为1附近输出电压发生突变,突变范围为700~-100 mV。     

铈锆储氧材料在浓差型汽车氧传感器中的应用研究

传统浓差型汽车氧传感器在结构上必须有连通大气的空气通道以提供恒定的氧分压,使得其制作工艺复杂、成本高、不便于微型化。文章提出利用铈基储氧材料的储氧特性,使其作为固态氧分压参考层,来制备一种新型的用于监测汽车尾气排放的氧浓差型氧传感器。研究利用添加锆形成铈锆复合固溶体氧化物(CZO)来改善氧化铈氧储能力(OSC),采用共沉淀法制备了CZO体系储氧材料,研究了老化温度对其相结构、比表面积及氧储能力的影响,并对制作的传感器进行测试,结果显示:在空燃比为1附近电势发生突变,突变电势范围为520～-200mV,贫燃时输出电势为负,富燃时输出电势为正。     

平板式极限电流型氧传感器热应力数值分析

对平板式极限电流型氧传感器冷启动时的热应力耦合场进行了模拟。通过施加阶跃电压取代恒定电压的方法,解决了响应时间和稳定工作温度的矛盾。电热耦合模拟分析结果显示,设计的传感器响应时间为5 s,稳定工作温度为800℃。热力耦合模拟分析显示,在氧传感器实际安装使用时,热应力主要取决于装配应力,由于LSCM/3YSZ扩散障材料的热膨胀系数与YSZ电解质材料相近,用它制备氧传感器,其最大热应力小于各层材料的断裂强度,解决了LSM与YSZ热不匹配的问题。     

节气门位置传感器和氧传感器的应用及检修方法

节气门位置传感器安装在节气门体上,与节气门轴相连接,将节气门的开度变换成电信号输送给ECU,以判断发电机工况。根据不同控制喷油的宽度,节气门位置传感器常用的有编码式、线性式和滑动式三种。氧传感器用于空燃比控制和三元催化剂的监视器,二氧化锆型氧传感器分加热式和非加热式两种。     

车用氧传感器的使用与维护

简述了氧传感器的功能，构造、工作原理及其类型，分析了氧传感器的故障原因，指出了氧传感器的故障诊断与维修方法。     

氧化锆氧传感器的研究进展

氧化锆氧传感器具有较高的测氧精度和良好的高温稳定性，被广泛应用于内燃机尾气排放中氧含量检测等领域。随着氧传感器研究的不断深入和陶瓷层压工艺技术的日益成熟，氧传感器逐渐向小型化方向发展，其形状由管式转为板式。同时，传统的氧传感器起始工作温度较高，而采用固体参比层代替参比空气有望降低氧传感器的工作温度，并易于降低氧传感器的加工难度，从而可降低产品成本。对近年来在氧化锆氧传感器板式结构、固体参比层和微型化研究等领域的发展进行了相关综述。     

Minreview: Recent advances in the development of gaseous and dissolved oxygen sensors

The determination of oxygen concentration plays a crucial role in many fields, such as industrial production, environmental monitoring, food and drug safety, and clinical medicine. Hence, oxygen sensors have become indispensable instruments for many applications. This paper reviews the current status and development of gaseous and dissolved oxygen sensors. For the former, manufacturing methods of the electrochemical and optical devices are discussed with a performance comparison, as well as specific applications. For dissolved oxygen sensors, the existing detection methods and principles of dissolved oxygen measurement are reviewed, including the Winkler method, the Clark electrode, and the luminescence dissolved oxygen sensors based on fluorescence quenching. The manufacturing methods and the sensing characteristics of oxygen-sensitive membranes are described. In conclusion, the advantages and limitations of oxygen sensors and their suggested further development are discussed.     

极限电流型氧敏元件测试系统设计

设计了一套用于测试极限电流型氧敏元件性能的测试系统。该测试系统主要包括注气排气装置、流量控制及测量装置、供电加热装置、控温测温装置、测试电路等，可以很好地模拟氧敏元件的各种现场使用环境，能满足极限电流型氧敏元件的测试要求。设计相应的测试电路，可用于测试浓差型和半导体电阻型氧敏元件的性能。     

新型的氧化锆电化学氧探测器

本文简单介绍本研究中心最新研制的ＺＯ系列氧化锆电化学氧探测器，采用在一根致密而不渗透的高铝瓷管的末端永久性焊接一个氧化锆陶瓷氧敏探头，它不仅弥补常用Ｕ型管状氧探头的缺点，提高抗热震性能，并且具有良好的高温氧探测性能，经测试使用表明，性能稳定可靠，寿命长，达到最佳性能价格比的设计要求。     

硅压阻固态测风仪的设计与研究

目前,我国现役测风仪器,大多采用机械旋转式传感器。由于它存在转动惯性,难以测到风的瞬时变化值。另外,由于结构特点,其使用受到一定的限制。针对这一现状,本文根据世界气象组织(WMO)推荐的测风新技术一压力正交测风技术,采用固态硅压阻压力传感器设计了一套新型测风仪,并介绍了其软、硬件的实现。     

Conventional, confocal and two-photon fluorescence microscopy investigations of polymer-supported oxygen sensors

Luminescence‐based, polymer‐supported oxygen sensors, particularly those based on platinum group complexes, continue to be of analytical importance. Commercial applications range from the macroscopic (e.g. aerodynamic investigations in wind tunnels, monitoring of oxygen concentration during fermentation, and measurement of biological oxygen demand) to the microscopic (e.g. imaging of oxygen in blood, tissue, cells and other biological samples). Problems hindering the design of improved oxygen sensors include non‐linear Stern–Volmer calibration plots and the multi‐exponentiality of measured lifetime decays, both of which are attributed primarily to heterogeneity of the sensor molecule in the polymer support matrix. Conventional, confocal and two‐photon fluorescence microscopy have proven to be invaluable tools with which the microscale heterogeneity and response of luminescence‐based oxygen sensors can be investigated and compared to the macroscopic response. Results obtained for three ruthenium(II) α‐diimine complexes in polydimethylsiloxane polymer supports indicate the presence of unquenched microcrystals within the polymer matrix that probably degrade oxygen quenching sensitivity and linearity of the Stern–Volmer quenching plot. Two‐photon fluorescence microscopy proved most useful for imaging microcrystals within sensor films, and conventional microscopy allowed direct comparison between microscopic and macroscopic sensor response. The implications of the results in the rational design and mass production of luminescence‐based oxygen sensors are significant.     

平板式ZrO2汽车氧传感器的结构、原理及研究进展

庞大的汽车氧传感器市场、严格的汽车尾气排放法规和国内相关技术的欠缺，使得研究和开发具有自主产权的、性能好、可靠性高的氧传感器产品显得尤为迫切和重要。目前，平板式ZrO2汽车氧传感器由于具有尺寸小、响应快、能耗低、易集成、在恶劣环境下工作稳定等优点，而成为汽车尾气控制的主流氧传感器。介绍了该传感器的结构、原理、国内外发展研究进展及发展趋势。     

电势型固体电解质氧传感器电极制备及响应性能

研究了电极涂覆面积、电极涂覆位置和电极催化剂用量对电势型固体电解质氧传感器响应特性的影响.结果表明:电极涂覆面积和电极涂覆位置的变化会导致传感器电极极化电阻和电解质电阻的变化,但对传感器的响应特性却几乎没有影响;一定范围内电极催化剂载量的增加有助于减小电极表面电阻、电极极化电阻以及传感器的电解质电阻,但同时也会增加电极中气体的传质阻力.因此制作电极时,催化剂的载量需要优化.一般以传感器电极表面电阻刚好小于1Ω时的载量为最佳电极催化剂载量.     

代谢热整合法无创血糖检测技术研究

介绍了一种新的基于代谢热整合法的无创血糖检测技术。采用温度传感器、红外传感器、湿度传感器和光学测量装置,通过测量人体代谢产生的热量、血液流速、血氧饱和度,利用人体代谢产生的热量是血糖浓度、供氧量的函数,可以推算出血糖浓度。介绍了系统的组成、数据处理方法及可能造成误差的因素。用所研制的检测系统进行了临床实验,得到的血糖值与用大型生化分析仪测得的血糖值的相关系数达到0.856。实验证明,代谢热整合法无创血糖检测技术是可行的。