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陶瓷传感器在汽车电子中的的应用及发展趋势

作者:时间:2013-11-24来源:网络收藏
的应用

(一)检测汽车温度

一辆汽车检测温度一般需用10余只温度。例如,发动机电喷系统需要连续精确地测量冷却水温度、进气温度、排气温度的,以便根据温度变化修正或补偿燃油喷射量,改变怠速转速控制目标值等,获得最佳空燃比;负温度系数NTC热敏电阻的温度特性为一种指数函数,随温度升高电阻值减小,呈现出负温度特性、灵敏度高、价格便宜等特点,常用作检测冷却水和进气以及机油温度;NTC热敏电阻由Mn、Cu、Ni、Fe等过渡金属氧化物配方,经烧结工艺制作,按配方的不同,主要分为二元系、三元系、四元系等材料。工作温度范围在-200℃~130℃的NTC用于水温进气温度的检测,其结构是将NTC电阻装配在螺栓型金属外壳内,与电控单元的电阻串联。另一类以BaTiO3为主要材料,与金属氧化物混合烧结制成的正温度系数PTC热敏电阻,则用作汽车的液面水平或低温启动加热元件。

(二)检测汽车尾气

利用固体电解质气敏陶瓷材料,研制出用于汽车尾气监测的氧传感器,测定尾气排放中的氧浓度来检测发动机空燃比,除可节省燃油外,还能减少CO、NO2等有害气体的排放量。ZrO2氧传感器因灵敏度高、可靠性好,在汽车的实际应用中大多数采用这种类型,其主要结构由产生电动势的U形ZrO2电解质敏感管以及起电极作用的衬套、电阻加热器、有废气进口的防护外壳、多孔陶瓷帽组成。ZrO2管的内外表面涂覆有薄薄一层R,Pt既作电极又具有电动势放大作用,以及R涂覆在ZrO2管上的催化作用,外电极是测量电极,内电极是参比电极。气体要通过多孔陶瓷帽(扩散障)的小气量小,排气温度低时,由电控单元给电阻加热器通电加热,保证氧传感器正常工作。ZrO氧传感器安装在歧管或前排气管内,在400℃高温下,敏感管内外面存在氧浓度差时就会产生电动热,提供0~1V的反馈信号,通过检测废气中的氧压比,非常适于空燃比的控制。按工作原理,可分为浓差电池型和电化学泵的极限电流型氧传感器,这两种结构类似,制造工艺相似,分别适宜理论空燃比和稀薄燃烧系统空燃比的控制。此外,TiO2、Nb2O5和CeO2等氧化物陶瓷氧传感器、薄膜和厚膜型氧传感器的研发及在汽车中的应用开发也在积极深入开展。

汽车采用柴油发动机作动力时,除氧传感器外,用氮氧化物NOx传感器进一步改善燃烧状态和废气再处理也是十分重要的。利用溅射法在氧化铝基板上形成约100μm厚的ZnO及SnO2薄膜,然后加上电极,并在基板内侧装上加热器,构成NOx传感器。NOx在薄膜表面上吸附负电荷,NOx浓度增加时,薄膜电阻增大,在3~15s内即可检测出废气中的NOx浓度,灵敏度为5~800ppm。

(三)检测汽缸工作状态

基于压阻效应的压电陶瓷可以监测汽缸工作的状态。压电陶瓷爆震传感器由压电陶瓷振子、金属片、密封垫、金属外壳等构成。压电振子产生的电荷与发动机气缸发生的振动成正比,所产生的电压经屏蔽线进入电控单元,由此检测出7kHz左右振动所产生的电压,电控单元根据这一电压的大小判断爆震强度,及时修正或相应推迟点火提前角消除爆震,使发动机在接近爆震、热效率最高、燃料消耗量最少的点火时刻工作,实现无爆震工作状态,保证发动机以最大可能的功率与经济指标运转。

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关键词: 陶瓷 传感器 汽车电子
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