极限电流型氧气传感器的压力补偿

北京莱森泰克

极限电流型氧气传感器的压力补偿 [复制链接]

    在氧浓度恒定的条件下，对极限电流氧气传感器在不同压力下测试数据进行分析发现，气压变化将导致传感器测量值与真实值存在测试误差较大。针对该问题，提出了极限电流氧气传感器低压条件下压力补偿方法，并进行了实验验证。压力补偿后发现，在15~95 kPa 压力范围内，在10%~90%氧气测量范围内，传感器最大测量误差范围由一6%~3%减小至-1%~1%, 极大地减小了传感器的测量误差，为传感器在低压环境中准确测量提供了实验依据，扩大了极限电流传感器的应用范围。

    极限电流型氧气传感器由于响应速度快、灵敏度高、稳定性好、使用寿命长以及无需参比气体的优势被广泛应用在汽车冶金化工、航天航天、国防科研、加电医疗、食品生产等领域。近年来，随着传感器在低气压领域（如航天领域、空间站在轨出舱、海拔较高的区城）使用，发现在氧浓度恒定的条件下，气压变化将导致传感器测量值与真实值存在一定误差，该类传感器在环境压力发生变化的环境中无法准确测量氧气体积分数, 给环境监测与控制带来隐患，因此如何对传感器进行压力补偿就显得非常重要。

工作原理：

    极限电流型氧气传感器是利用了氧化错(ZrO, )泵氧原理进行工作的，具体为在ZrO,基片两面印制铂(Pt)催化电极,阴极电极面形成具有扩散孔的微腔室，在380℃以上的工作温度下，在两侧催化极上施加一定电压，被测环境中的氧气将通过扩散孔从电解质的阴极输送到阳极（氧泵作用）。

    空腔中阴极上的氧气不断被泵到阳极而使空腔中的氧气体积分数小于外界氧气体积分数，从而形成了外界氧气通过扩散孔向空腔的气体扩散过程。回路上的电流值随着施加电压的增加而增大，促使空腔中的氧气浓度与外界氧气浓度差加大，产生外界向空腔内扩散的气体流量也越来越大。但由于氧气传感器的微小扩散孔会限制气体的扩散，因此当工作电压增加到某一定值时，氧气泵的泵氧能力与扩散进入空腔的氧分子达到平衡，此时外界通过扩散孔进人空腔内的氧分子流量达到最大且趋于稳定，这时的输出电流值也达到一稳定值称之为极限电流或饱和电流I_L。

    _{可以通过对电流的测量来标定气氛中的氧气体积分数，这就是极限电流型氧气传感器测氧的基本原理。}

北京莱森泰克

极限电流氧气传感器压力补偿是通过改变环境压力，记录压力与气体体积分数关系的试验数据，经过分析发现变化规律，通过算法求出环境压力补偿的数学模型参数。