آنالایزر اکسیژن محلول در آب

اکسیژن متر محلول چیست؟

ابزار انحلال اکسیژن از دو بخش سنسور و ابزار نمایش تشکیل شده است. بخش حسگر آنالایزر اکسیژن محلول از الکترود طلا (کاتد) و الکترود نقره (آند) و کلرید پتاسیم یا الکترولیت هیدروکسید پتاسیم تشکیل شده است، انتشار اکسیژن از طریق فیلم به الکترولیت و الکترود طلا و الکترود نقره یک حلقه اندازه گیری را تشکیل می دهد.

سنسور اکسیژن محلول چیست؟

سنسور اکسیژن محلول نوعی تجهیزات حسگر است که برای اندازه گیری میزان اکسیژن محلول در آب استفاده می شود.

آنالایزر اکسیژن محلول در آب چگونه کار می کند؟

سنسور اکسیژن محلول (DO) یک دستگاه الکتروشیمیایی گالوانیکی است. به عنوان مثال، برای تولید سیگنال نیازی به برق از یک کنتور یا کنترلر ندارد. سنسور DO می تواند خروجی میلی ولت یا جریان خروجی ۴-۲۰ میلی آمپر متناسب با غلظت اکسیژن در آب ارائه دهد. سنسور اکسیژن محلول از یک کاتد، یک آند و یک الکترولیت تشکیل شده است. یک غشای نفوذپذیر اکسیژن، الکترولیت را از مایع فرآیند جدا می کند. اکسیژنی که از لایه عبور می کند با کاتد واکنش می دهد و الکترون هایی آزاد می کند که جریان الکتریکی ایجاد می کنند.

آنالایزر اکسیژن محلول در آب چگونه کار می کند؟

الکترود اکسیژن توسط یک لایه نازک از کاتد پلاتین، آند نقره و الکترولیت جدا می شود. کاتد معمولاً در تماس تقریباً مستقیم با فیلم است. اکسیژن با سرعتی متناسب با فشار جزئی آن در غشا پخش می شود. هرچه فشار جزئی اکسیژن بیشتر باشد، اکسیژن بیشتری از غشاء عبور می کند. هنگامی که اکسیژن محلول به طور مداوم از طریق غشاء به داخل حفره نفوذ می کند و در کاتد کاهش می یابد، جریان الکتریکی تولید می شود که بر روی متر نمایش داده می شود. از آنجایی که این جریان با غلظت اکسیژن محلول نسبت مستقیم دارد، دستگاه کالیبراسیون فقط باید جریان اندازه گیری شده را به واحد غلظت تبدیل کند.

غلظت اکسیژن محلول معمولا mg/L (اکسیژن محلول در هر لیتر آب) یا PPM (چند قسمت در میلیون) است. برخی مترها میزان اکسیژن محاسبه شده را با غلظت مشاهده شده مقایسه می کنند تا درصد اشباع (% اشباع) اکسیژن محلول را به دو روش پلاروگرافیک و گالوانیکی اندازه گیری کنند. در حال حاضر صفحه اکسیژن محلول پلاروگرافیک اساساً در دستگاه آنالایزر اکسیژن محلول آزمایشگاهی استفاده می شود.

اکسیژن محلول (DO) چیست؟

چرا باید اکسیژن محلول را اندازه گیری کرد؟

برای آبزی پروری، اگر سطح اکسیژن محلول خیلی کم باشد، ماهی می تواند خفه شود و در نتیجه بمیرد. در تصفیه خانه های فاضلاب، باکتری ها مواد جامد را تجزیه می کنند. اگر سطح DO خیلی کم باشد، باکتری ها می میرند و تجزیه متوقف می شود. اگر سطح اکسیژن محلول خیلی زیاد باشد، انرژی از طریق هوادهی آب هدر می رود. در کاربردهای صنعتی، از جمله بویلرها، آب مکمل باید دارای سطوح DO پایین باشد تا از خوردگی و رسوب دیگ جلوگیری شود. نظارت بر سطح اکسیژن محلول برای اطمینان از کارایی فرآیند بسیار مهم است، زیرا رسوب دیگ از انتقال حرارت جلوگیری می کند. سطح بالای اکسیژن محلول در آب می تواند طعم آب آشامیدنی را بهبود بخشد. با این حال، سطوح بالای اکسیژن محلول می تواند خوردگی را در لوله های آب و خطوط حمل و نقل افزایش دهد.

روش اندازه گیری اکسیژن محلول

سه روش برای اندازه گیری غلظت اکسیژن محلول موجود است. فناوری مدرن شامل حسگرهای الکتروشیمیایی یا نوری است.

1. حسگرهای اکسیژن محلول به ابزارهای مورد استفاده برای نمونه‌برداری میدانی و کاربردهای آزمایشگاهی یا به ثبت‌کننده‌های داده، مانیتورهای فرآیند یا فرستنده‌ها برای اندازه‌گیری‌های استقرار و کنترل فرآیند متصل می‌شوند.
2. روش های رنگ سنجی یک تقریب اولیه از غلظت اکسیژن محلول در یک نمونه را ارائه می دهند. دو روش برای غلظت های اکسیژن محلول در محدوده بالا و پایین طراحی شده است. این روش‌ها برای پروژه‌های اساسی سریع و ارزان هستند، اما به دلیل وجود احتمالی سایر عوامل ردوکس در آب، از نظر برد و خطای محدودی هستند.
3. روش سنتی روش تیتراسیون وینکلر است. در حالی که این روش برای سال‌ها دقیق‌ترین و دقیق‌ترین روش در نظر گرفته می‌شود، همچنین مستعد خطای انسانی است و انجام آن دشوارتر از روش‌های دیگر است.

اندازه گیری اکسیژن محلول به روش سنسور

محبوب ترین روش برای اندازه گیری اکسیژن محلول، استفاده از سنسورها و سنسورهای اکسیژن محلول است. در حالی که دسته‌های کلی سنسورهای اکسیژن محلول، حسگرهای نوری و الکتروشیمیایی هستند، سنسورهای الکتروشیمیایی را می‌توان به سنسورهای پلاروگرافی، پلاروگرافی پالسی و سنسورهای جریان تقسیم کرد. علاوه بر خروجی‌های آنالوگ استاندارد، برخی از این فناوری‌های حسگر اکسیژن محلول را می‌توان در پلتفرم‌های حسگر هوشمند با خروجی‌های دیجیتال نیز استفاده کرد.

حسگرهای DO را می توان در آزمایشگاه یا در میدان استفاده کرد. حسگرهای DO را می توان برای آزمایش بیوشیمیایی اکسیژن (BOD)، نمونه برداری میدانی یا برنامه های نظارت طولانی مدت طراحی کرد. برای ثبت داده های اندازه گیری به دست آمده با استفاده از سنسورهای DO می توان از اکسیژن متر محلول، پروب کیفیت آب یا سیستم ثبت داده ها استفاده کرد.

از آنجایی که غلظت اکسیژن محلول تحت تأثیر دما، فشار و شوری است، این پارامترها باید در نظر گرفته شوند. این جبران‌ها را می‌توان به صورت دستی یا خودکار با استفاده از DO متر یا نرم‌افزار ثبت داده‌ها انجام داد. دما معمولاً توسط یک ترمیستور در سنسور اندازه‌گیری می‌شود و توسط متر یا ثبت‌کننده داده بدون درخواست اندازه‌گیری می‌شود. بسیاری از کنتورهای اکسیژن محلول شامل یک فشارسنج داخلی هستند و یک سیستم ثبت داده ها را می توان برای اندازه گیری فشار با استفاده از فشارسنج خارجی یا سنسور سطح آب راه اندازی کرد. فشار بارومتریک را می‌توان به‌صورت دستی به‌عنوان ارتفاع، فشار بارومتریک واقعی یا فشار بارومتری اصلاح‌شده وارد کرد. شوری را می توان با یک سنسور هدایت/شوری اندازه گیری کرد و به طور خودکار جبران کرد، یا تقریبی کرد و به صورت دستی وارد کرد:

آب شیرین	< 0.5 ‰ (PPT یا قطعات در هزار)
آب شور	۰٫۵-۳۰‰
آب دریا	۳۳-۳۷‰
آب شور	۳۰-۵۰‰
آبنمک	> 50‰

سنسور اکسیژن محلول نوری

سنسورهای اکسیژن محلول نوری برهمکنش بین اکسیژن و برخی از رنگ‌های درخشان را اندازه‌گیری می‌کنند. هنگامی که در معرض نور آبی قرار می گیرند، این رنگ ها برانگیخته می شوند (الکترون ها انرژی می گیرند) و با بازگشت الکترون ها به حالت انرژی طبیعی خود، نور ساطع می کنند. هنگامی که اکسیژن محلول وجود دارد، طول موج برگشتی به دلیل برهمکنش مولکول های اکسیژن با رنگ، محدود یا تغییر می کند. اثر اندازه گیری با فشار جزئی اکسیژن نسبت معکوس دارد. اگرچه برخی از این حسگرهای DO نوری به عنوان سنسورهای فلورسنت نامیده می شوند، این اصطلاح از نظر فنی نادرست است. این سنسورها به جای نور UV، نور آبی ساطع می کنند و به آنها حسگرهای نوری یا نورانی DO می گویند. حسگرهای نوری DO می توانند شدت یا طول عمر لومینسانس را اندازه گیری کنند، زیرا اکسیژن بر هر دو اثر می گذارد.

سنسورهای نوری DO از یک غشای نیمه تراوا، یک عنصر حسگر، یک دیود ساطع کننده نور (LED) و یک آشکارساز نوری تشکیل شده است. عنصر حسگر حاوی یک رنگ درخشان است که در یک سل-ژل، ژل خشک یا ماتریس دیگر تثبیت شده است. رنگ زمانی که در معرض نور آبی ساطع شده توسط LED قرار می گیرد واکنش نشان می دهد. برخی از سنسورها نیز نور قرمز را به عنوان مرجع برای اطمینان از دقت ساطع می کنند. این نور قرمز باعث درخشندگی نمی شود، بلکه به سادگی توسط رنگ منعکس می شود. شدت و طول عمر درخشندگی رنگ هنگام قرار گرفتن در معرض نور آبی به میزان اکسیژن محلول در نمونه آب بستگی دارد. همانطور که اکسیژن از غشاء عبور می کند، با رنگ تعامل می کند، بنابراین شدت و طول عمر لومینسانس را محدود می کند. شدت یا طول عمر لومینسانس برگشتی توسط یک آشکارساز نوری اندازه گیری می شود که می تواند برای محاسبه غلظت اکسیژن محلول استفاده شود.

سنسور اکسیژن محلول الکتروشیمیایی

سنسورهای اکسیژن محلول الکتروشیمیایی را می توان به عنوان سنسورهای جریان یا نوع کلارک نیز نامید. دو نوع سنسور DO الکتروشیمیایی وجود دارد: نوع جریان و نوع طیف قطبی. حسگرهای DO طیف قطبی را می‌توان به حسگرهای حالت پایدار و سنسورهای پالس سریع تقسیم کرد. هر دو سنسور DO گالوانیکی و قطبی از دو الکترود پلاریزه کننده، یک آند و یک کاتد، در محلول الکترولیت استفاده می کنند. الکترودها و محلول الکترولیت توسط یک غشای نازک نیمه تراوا از نمونه جدا می شوند.

هنگامی که سنسور سلول اولیه DO در نمونه آب غوطه ور می شود، اکسیژن پخش شده در سراسر غشای نفوذپذیر با سرعتی متناسب با فشار اکسیژن در آب کاهش می یابد و در کاتد مصرف می شود. این واکنش جریانی تولید می کند که مستقیماً با غلظت اکسیژن در ارتباط است. این جریان توسط یون های موجود در الکترولیت حمل می شود و از کاتد به آند جریان می یابد.

آند (Pb) – واکنش اکسیداسیون سرب: ۲Pb ￫ ۲Pb 2+ + 4e-
کاتد (Ag) – واکنش کاهش اکسیژن: O 2 + 4e- + 2H 2 O ￫ ۴OH-
واکنش کل: O 2 + 2H 2 O + 2Pb ￫ ۲Pb(OH) 2

جریان تولید شده متناسب با اکسیژن مصرف شده و بنابراین متناسب با فشار جزئی اکسیژن در نمونه است.

جامد سفید Pb(OH)2 تولید شده توسط این واکنش ها به محلول الکترولیت رسوب می کند. نه آند را می پوشاند و نه محلول الکترولیت را مصرف می کند، بنابراین تا زمانی که مقدار آن بیش از حد نباشد، بر عملکرد سنسور تأثیر نمی گذارد. اگر این اتفاق بیفتد، ممکن است در توانایی یون ها برای حمل جریان تداخل ایجاد کند.

از آنجایی که حسگر پروتوالکتریک DO خود پلاریزه می شود، آند حتی زمانی که سنسور در حال استفاده نیست به مصرف خود ادامه می دهد. هنگامی که برای مدت طولانی اندازه گیری نمی شود، نوک مکش DO باید جدا شده و ذخیره شود.

سنسور گالوانیک DO در مقابل سنسور نوری DO

	سنسور گالوانیک DO	سنسور نوری DO
هم زدن	·ضروری	·لازم نیست
زمان گرم کردن	·لازم نیست	·لازم نیست
زمان پاسخ	·سریعتر از سنسور DO نوری	·سریع اما ۲-۴ برابر بیشتر از سنسور DO الکتروشیمیایی طول می کشد
مصرف برق	نیاز به انرژی کمتری نسبت به سنسور نوری DO	· معمولاً به قدرت بیشتری نسبت به سنسور DO الکتروشیمیایی نیاز دارند
تنظیم	· داده های کالیبراسیون را در متر حفظ می کند · تمایل به دور شدن از کالیبراسیون دارد بنابراین کالیبراسیون مکرر مورد نیاز است	· داده های کالیبراسیون را در سر سنسور حفظ می کند · کالیبراسیون را بهتر با جابجایی کمی حفظ کنید، اما هنوز کالیبراسیون منظم توصیه می شود
غشاء	· آسیب پذیر در برابر آسیب و سایش و پارگی	· بادوام
طول عمر	· کوتاهتر از سنسور DO نوری	· طولانی تر از سنسور DO الکتروشیمیایی
فرکانس جایگزینی	· تعویض نوک DO بعد از ۶ ماه بسته به کاربرد و جابجایی انجام می شود. هنگامی که خوانش سنسور به طور غیرعادی کم یا ناپایدار است یا سنسور کالیبره نمی شود، نوک سنسور باید تعویض شود.	· تعویض درپوش سنسور هر ۱۲ ماه بسته به کاربرد و جابجایی انجام می شود. رنگ در طول زمان تخریب می شود. هنگامی که سنسور کالیبره نمی شود، درپوش سنسور باید تعویض شود.
ضمانتنامه	·۶ ماه	·۱۲ ماه
هزینه	· ارزان تر از سنسور DO نوری	· گران تر از سنسور DO الکتروشیمیایی
برنامه های کاربردی	· برای نمونه های حاوی اسیدهای قوی و گاز سولفید هیدروژن مناسب نیست	· مناسب برای نمونه های حاوی اسیدهای قوی و گاز سولفید هیدروژن · دقت بیشتر تا غلظت DO کم · نیاز به حجم نمونه کمتر

سنسور اکسیژن محلول

 

Salinity can be measured with a conductivity/salinity sensor and automatically compensated, or approximated and manually entered as:

Freshwater	< 0.5 ‰ (PPT or parts per thousand)
Brackish water	۰٫۵-۳۰‰
Sea water	۳۳-۳۷‰
Saline water	۳۰-۵۰‰
Brine	> 50‰

 

 

 

 

Galvanic DO sensor VS Optical DO sensor

	Galvanic DO Sensor	Optical DO Sensor
Stirring	·Required	·Not required
Warm-up time	·Not required	·Not required
Response time	·Faster than optical DO sensor	·Fast but takes 2-4x longer than electrochemical DO sensor
Power consumption	·Require less power than optical DO sensor	·Usually require more power than electrochemical DO sensor
Calibration	·Retains calibration data in the meter·Tends to drift away from calibration so frequent calibration is required	·Retains calibration data in the sensor head·Hold calibration better with little drift but regular calibration is still recommended
Membrane	·Vulnerable to damage and wear and tear	·Durable
Lifetime	·Shorter than optical DO sensor	·Longer than electrochemical DO sensor
Replacement Frequency	·DO tip replacement is every after 6 months depending on the application and handling.·When the sensor reading is unusually low or unstable or the sensor will not calibrate, the sensor tip needs to be replaced.	·DO sensor cap replacement is every after ۱۲ months depending on the application and handling.·The dye degrades over time. When the sensor will not calibrate, the sensor cap needs to be replaced.
Warranty	·۶ months	·۱۲ months
Cost	·Cheaper than optical DO sensor	·More expensive than electrochemical DO sensor
Applications	·Not suitable for samples containing strong acids and  hydrogen sulfide gas	·Suitable for samples containing strong acids and  hydrogen sulfide gas·More accurate to low DO concentrations·Require less sample volume

 

سنسور اکسیژن

کاوشگر لامبدا برای تشخیص وجود اکسیژن در گازهای خروجی و حفظ نسبت مخلوط ( کیلوگرم هوا بر کیلوگرم سوخت) در محدوده بازده بهینه مبدل کاتالیزوری خودرو ضروری است.

این کاوشگر را می توان در تمام خودروهای دارای موتورهای جرقه زنی (با سوخت بنزین، اتانول، گاز) استفاده کرد تا از استوکیومتری مخلوط اطمینان حاصل شود (از طریق یک کاوشگر تنظیم، واقع در بالادست کاتالیزور) و از طریق یک سنسور جداگانه انجام شود. کاوشگر تشخیص)، واقع در پایین دست کاتالیزور، کنترل وضعیت عملکردی دومی.

اصل عملیات سنسور اکسیژن

کاوشگر لامبدا قادر به تشخیص غلظت اکسیژن در گازهای خروجی است. از طریق اندازه گیری مقایسه ای اکسیژن موجود در هوای محیط، که در انتهای دیگر کاوشگر شناسایی می شود، مقدار اکسیژن در گازهای خروجی به طور غیرمستقیم به دست می آید ^[۱] [۲] .

حرف یونانی λ (لامبدا) نسبت بین هوا و سوخت را با توجه به نسبت استوکیومتری سوخت مورد استفاده نشان می دهد، که در آن:

• λ = ۱، هنگامی که احتراق استوکیومتری است.
• λ < 1، هنگامی که سوخت اضافی (مخلوط چربی) وجود دارد.
• λ > 1، هنگامی که هوا اضافی وجود دارد (مخلوط بدون چربی).

سپس کاوشگر اطلاعات را از طریق یک سیگنال الکتریکی به واحد کنترل ( واحد کنترل موتور ) منتقل می کند که خطای لامبدا را اندازه گیری می کند و ورود سوخت و هوا به داخل محفظه احتراق را تنظیم می کند.

دو نوع پروب در بازار وجود دارد که در نوع پاسخی که به ECU می دهند با هم تفاوت دارند:

سنسور لامبدا HEGO (سنسور اکسیژن گاز خروجی گرم)

خروجی کاوشگر Boolean (1 یا ۰) است تا نشان دهد که آیا در منطقه مخلوط غنی هستیم یا در منطقه مخلوط ناب. انتقال از یک موقعیت به موقعیت دیگر در یک بازه زمانی بسیار کوتاه اتفاق می افتد، با این حال هیچ اطلاعات موثری در مورد مقدار لامبدا واقعی ارائه نمی دهد، بلکه تنها نشانه ای از استوکیومتری است. این کاوشگرها اولین کاوشگرهایی بودند که برای کنترل موتور مورد استفاده قرار گرفتند و یک ورودی به ECU می دادند تا وقتی مقدار مخلوط ناب را یافتند، مخلوط را غنی کرد و وقتی مقدار مخلوط غنی را یافتند، نازک شد.

عملکرد ایده آل موتور موتوری است که مقدار خروجی آن در فرکانس بسیار بالا بین صفر و یک نوسان داشته باشد. کاوشگر HEGO برای کنترل حلقه بسته استفاده می شود تا تا حد امکان خود را روی یک لامبدا استوکیومتری متمرکز کند.

سنسور لامبدا UEGO (سنسور اکسیژن گاز اگزوز جهانی)

خروجی کاوشگر UEGO یک مقدار جریان متغیر بسته به مقدار لامبدا است و می تواند برای حمله به اهداف لامبدا غیر از ۱ مورد استفاده قرار گیرد. سیستم؛ بنابراین پاسخ کاوشگر در رابطه با تغییرات ناگهانی در مخلوط معرفی شده به تأخیر می افتد و به حدود ۳۰۰ میلی ثانیه می رسد. این سیستم، اگر دچار تغییرات ناگهانی نشود، برای متمرکز کردن مقدار لامبدا دقیقاً بر روی لامبدای هدف مناسب است.

ساختار پروب UEGO از یک پروب غیرخطی به اضافه یک سیستم کنترل جریان در یک محفظه اندازه گیری تشکیل شده است.

• سیستم کنترل یون های اکسیژن را در یک سلول اندازه گیری اندازه گیری می کند.
• اگر یون های اکسیژن اضافی وجود داشته باشد، مخلوط بدون چربی است و باید آنها را از محفظه خارج کنید تا لامبدا را به عدد ۱ برگردانید. اگر برعکس، مخلوط چربی است، باید آنها را به داخل محفظه پمپ کنید.
• علامت جریان اندازه گیری می شود که می تواند مربوط به پمپاژ، بنابراین منفی، یا استخراج، بنابراین مثبت باشد.
• از مقایسه با یک جریان مرجع می توانیم بفهمیم که مقدار واقعی لامبدا چقدر است.

سنسور اکسیژن با استفاده از پروب

اندازه گیری اکسیژن در گازهای خروجی در کنترل موتور برای متمرکز کردن تزریق بر روی جرم خاصی از سوخت که یک هدف لامبدا خاص را تضمین می کند، اساسی است. کاوشگر لامبدا فقط در موتورهای جرقه زنی به دلیل نوع تنظیم گشتاور آنها استفاده می شود. موتورهای بنزین، اتانول، LPG، متان و غیره همیشه باید نسبت استوکیومتری را حفظ کنند زیرا جرم هوای ورودی به بدنه دریچه گاز متفاوت است . بنابراین ثبات لامبدا شرطی است که بر سیستم کنترل تحمیل می شود و به لطف پروب به طور غیر مستقیم اندازه گیری می شود. در موتورهای دیزل، گشتاور با کیفیت تنظیم می شود، یعنی با پذیرش مقدار ثابتی از هوا و تغییر مقدار سوخت وارد شده. این باعث می شود کاوشگر لامبدا بی فایده باشد.

هدف لامبدا

لامبدای هدف همان لامبدا است که در آن موتور باید در یک دور در دقیقه و شرایط بار مشخص کار کند. اطلاعات مربوط به لامبدای مورد نظر در داخل نقشه های سه بعدی که در واحد کنترل بارگذاری شده و روی میز آزمایش به دست می آیند، موجود است. نقشه لامبدا هدف عمدتاً مسطح و با مقدار λ=۱ (استوکیومتری) با انحرافات احتمالی نسبت به مقادیر λ<1 به سمت سرعت های بالا خواهد بود.

شرایط لامبدا استوکیومتری، در ارتباط با استفاده از یک کاتالیزور سه ظرفیتی ، کاهش کل آلاینده ها (به استثنای ذرات جامد) را تضمین می کند. بنابراین بحرانی بودن تولید آلاینده ها در خودروهای بنزینی تنها در مرحله گرمایش پروب و موتور هنگام راه اندازی رخ می دهد.

ممکن است بخواهیم از شرایط استوکیومتری در برنامه‌های ورزشی خاص که در آن به سرعت‌ها و بارهای بسیار بالا دست می‌یابد، به خصوص با موتورهای سوپرشارژر، منحرف شویم. لامبداهای چرب به لطف گرمای نهان تبخیر سوخت که در احتراق شرکت نمی کند، اما گرما را از بین می برد، به اجزای تحت فشار حرارتی اجازه خنک شدن می دهند. این شرایط عملکرد کاتالیزور سه ظرفیتی را مهار می کند و تنها به کاهش اکسیدهای نیتروژن اجازه می دهد و به هیدروکربن های نسوخته و مونوکسید کربن اجازه می دهد آزادانه به محیط زیست فرار کنند . مقررات جدید این عمل به نام “حفاظت از اجزا” را متوقف می کند، که عملکرد و همچنین آلاینده های منتشر شده توسط یک نوع خودرو را کاهش می دهد.

تشخیص کاتالیست سنسور اکسیژن

مبدل کاتالیزوری ، مانند هر وسیله ای در داخل خودرو، در معرض پیری قرار می گیرد و دیگر نمی تواند اکسیژن را برای اکسید کردن HC (هیدروکربن های نسوخته) و CO (مونوکسید کربن) ذخیره کند.

• در طول لغزش، HC و CO لاغر هستند، اما من اجازه می دهم NOx بدون تغییر عبور کند
• در طول لغزش چربی، NOx را کاهش می دهم اما اجازه می دهم HC و CO از آن عبور کنند

اکسیدهای سریم، در طول نوسانات کوتاه چربی ناشی از پروب HEGO، اکسیژن را به دام می اندازند که سپس برای اکسید کردن HC و CO در طول نوسانات بدون چربی استفاده می شود. یک نوسان فرکانس بالا حداقل آلاینده ها را تضمین می کند.

برای اندازه گیری ظرفیت باقیمانده کاتالیزور برای ذخیره اکسیژن، روش زیر را انجام می دهم:

• فاز ۱: مخلوط را مجبور می کنم تا ۰٫۹۸ چاق شود و کاتالیزور را کاملاً از اکسیژن خالی کنم.
• فاز ۲: مدل ریاضی تخلیه کاتالیزور در واحد کنترل، زمانی را که باید در λ=۰٫۹۸ باقی بمانم تا کاملاً اکسیژن مصرف شود، محاسبه می کند.
• فاز ۳: یک دریفت ناب با λ=۱٫۰۲ وادار می کنم و یک کرونومتر در واحد کنترل راه اندازی می کنم. زمانی که انتقال ناب با λ=۱٫۰۲ اندازه گیری شد، زمان سنج متوقف می شود.

با توجه به زمان پر شدن، می توانیم در مقایسه با زمان پر شدن اولیه، ظرفیت باقیمانده برای ذخیره اکسیژن را بدست آوریم.

انواع کاوشگر سنسور اکسیژن

پروب ها بر اساس نوع مواد سرامیکی مورد استفاده متفاوت هستند: دی اکسید زیرکونیوم و دی اکسید تیتانیوم . سنسورهای اکسید زیرکونیوم و اکسید تیتانیوم، هم به دلیل ابعادشان و هم به دلیل استراتژی‌های کنترل متفاوتی که برای ارزیابی سیگنال سنسور استفاده می‌شوند، قابل تعویض نیستند.

کاوشگر لامبدا دی اکسید زیرکونیوم

سطح خارجی عنصر دی اکسید زیرکونیوم در تماس مستقیم با گازهای خروجی است، در حالی که سطح داخلی در تماس مستقیم با جو است . هر دو سطح با یک لایه نازک پلاتین پوشیده شده اند . اکسیژن به شکل یونی از لایه سرامیکی عبور می کند و لایه پلاتین را به صورت الکتریکی شارژ می کند که در نتیجه مانند یک الکترود رفتار می کند : سیگنال الکتریکی تولید شده توسط کابل اتصالی که از سنسور خارج می شود جمع آوری می شود . هوای مرجع مورد نیاز برای عملکرد این نوع کاوشگر در اولین پروب ها از طریق سوراخ هایی که در بدنه پروب ایجاد شده بود گرفته می شد. در حالی که در سنسورهای جدیدتر، همان چیزی است که معمولا از طریق کابل های الکتریکی پروب ارائه می شود. بنابراین بسیار مهم است که کابل‌های پروب خم نشوند و کانکتور پروب عاری از هرگونه ناخالصی باشد (برای جلوگیری از آسیب دیدن پروب، لازم است از پاشش یا رسوب هر نوع روان‌کننده روی کانکتور آن اجتناب شود. ، شوینده یا دی الکتریک).

عنصر دی اکسید زیرکونیوم در دمای تقریباً ۳۰۰ درجه سانتیگراد به یون های اکسیژن نفوذپذیر می شود. هنگامی که غلظت اکسیژن در دو سطح سنسور متفاوت است، به لطف خواص فیزیکی خاص دی اکسید زیرکونیوم، ولتاژ ایجاد می شود . با مخلوط ناب ولتاژ سیگنال کم است در حالی که با مخلوط غنی ولتاژ بالا است.

تغییر معمولی در قدرت سیگنال زمانی رخ می دهد که نسبت هوا به سوخت ۱۴٫۷ به ۱ (۱۴٫۷ قسمت هوا به ۱ قسمت بنزین) باشد و لامبدا ۱ نامیده می شود . این نسبت همچنین نشانگر احتراق کامل در نظر گرفته می شود (از این رو کاوشگر لامبدا نامیده می شود ).

سیستم کنترل مخلوط هوا و سوخت توسط پروب لامبدا هدایت می شود که در دمای بالای ۳۰۰ درجه سانتیگراد شروع به کار می کند. عنصر حساس به زمان گرمایش معینی نیاز دارد و به همین دلیل اکثر سنسورهای لامبدا دارای یک مقاومت سرامیکی داخلی هستند که با گرم شدن، زمان فعال سازی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

پروب لامبدا دی اکسید تیتانیوم

عنصر دی اکسید تیتانیوم ولتاژی مانند زیرکونیوم تولید نمی کند. در عنصر دی اکسید تیتانیوم مقاومت الکتریکی نسبت به غلظت اکسیژن متفاوت است. در لامبدا ۱ ( نسبت استوکیومتری ) تغییر قابل توجهی در مقاومت رخ می دهد.

با اعمال یک مقدار ولتاژ مناسب به پروب تیتانیوم، جریان خروجی را می توان اندازه گیری کرد که مربوط به غلظت اکسیژن در گازهای خروجی است. بر خلاف نوع زیرکونیومی، نوع تیتانیوم به هوای مرجع نیاز ندارد و بنابراین ابعاد عنصر حساس کوچکتر است.