采用双池厚膜氧化锆传感器测量NOx的原理及优势

采用双池厚膜氧化锆传感器测量NOx的原理及优势

1.1极限电流型氧化锆原理

极限电流型氧化锆是在ZrO2 基片两面涂覆多孔铂电极，一侧电极上用开有扩散孔的封闭结构覆盖，在600℃以上的工作温度下，两极间施加一定电压，环境气氛中的氧气将通过扩散孔从电解质的一侧泵向另一侧，这种作用称为氧泵，氧泵作用形成的氧离子电流称为氧泵电流，见图2。

阴极发生还原反应：O₂+4e=2O^2-

阳极发生氧化反应：2O₂=2O^2-+4e

当电压逐渐从零增大时，电流最初随电压升高而增大，但由于受氧分子向阴极扩散速度的影响，使得电流最终达到饱和而出现电流极限，平台处电流即为极限电流，极限电流的大小与环境气氛中的氧气浓度成正比，因此可以通过极限电流来测量气氛中的氧气浓度，这就是极限电流式氧化锆传感器测氧的基本原理。

由上述工作原理可看出，极限电流型氧化锆在测量中，当负电极侧完全没有氧气时，氧化锆中就没有极限电流，所以该氧化锆不存在零点漂移的问题。

1.2 双池多层厚膜氧化锆检测NOX和O2的原理和结构

1.2.1 被测气体扩散进入传感器第一测量池：

第一测量池内的氧气被排出，产生极限电流，通过测量极限电流来测量被测气体中的氧气浓度，其浓度量纲为% V/V；同时第一测量池内的二氧化氮发生分解反应：2NO2=2NO+O2，完成NO2NO转换。由于其转换过程分解出的氧气，浓度量纲仅为10-6 V/V，故不影响氧气测量的结果。

1.2.2 被测气体继续扩散进入氧化锆第二测量池：

第二测量池内一氧化氮产生分解：2NON2 + O2，分解的氧气被排出，产生极限电流，通过测量极限电流来测量被测气体中的氮氧化物浓度。

通过上述过程，在一个传感器内部连续完成了氧气的检测、二氧化氮向一氧化氮的转换和氮氧化物的检测。传感器由氧化锆厚膜材料组合成一体结构，测量池、加热和控温均密闭在传感器中，非常精巧，从结构上称之为“双池多层厚膜氧化锆”。