陶瓷傳感器在汽車電子中的的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)
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（一）檢測(cè)汽車溫度
一輛汽車檢測(cè)溫度一般需用10余只陶瓷溫度傳感器。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)需要連續(xù)精確地測(cè)量冷卻水溫度、進(jìn)氣溫度、排氣溫度的傳感器，以便根據(jù)溫度變化修正或補(bǔ)償燃油噴射量，改變怠速轉(zhuǎn)速控制目標(biāo)值等，獲得最佳空燃比；負(fù)溫度系數(shù)NTC熱敏電阻的溫度特性為一種指數(shù)函數(shù)，隨溫度升高電阻值減小，呈現(xiàn)出負(fù)溫度特性、靈敏度高、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，常用作檢測(cè)冷卻水和進(jìn)氣以及機(jī)油溫度傳感器；NTC熱敏電阻由Mn、Cu、Ni、Fe等過(guò)渡金屬氧化物配方，經(jīng)陶瓷燒結(jié)工藝制作，按配方的不同，主要分為二元系、三元系、四元系等材料。工作溫度范圍在-200℃～130℃的NTC用于水溫進(jìn)氣溫度的檢測(cè)，其結(jié)構(gòu)是將NTC電阻裝配在螺栓型金屬外殼內(nèi)，與電控單元的電阻串聯(lián)。另一類以BaTiO3為主要材料，與金屬氧化物混合燒結(jié)制成的正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻，則用作汽車的液面水平傳感器或低溫啟動(dòng)加熱元件。
（二）檢測(cè)汽車尾氣
利用固體電解質(zhì)氣敏陶瓷材料，研制出用于汽車尾氣監(jiān)測(cè)的氧傳感器，測(cè)定尾氣排放中的氧濃度來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比，除可節(jié)省燃油外，還能減少CO、NO2等有害氣體的排放量。ZrO2氧傳感器因靈敏度高、可靠性好，在汽車的實(shí)際應(yīng)用中大多數(shù)采用這種類型，其主要結(jié)構(gòu)由產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的U形ZrO2電解質(zhì)敏感管以及起電極作用的襯套、電阻加熱器、有廢氣進(jìn)口的防護(hù)外殼、多孔陶瓷帽組成。ZrO2管的內(nèi)外表面涂覆有薄薄一層R，Pt既作電極又具有電動(dòng)勢(shì)放大作用，以及R涂覆在ZrO2管上的催化作用，外電極是測(cè)量電極，內(nèi)電極是參比電極。氣體要通過(guò)多孔陶瓷帽（擴(kuò)散障）的小氣量小，排氣溫度低時(shí)，由電控單元給電阻加熱器通電加熱，保證氧傳感器正常工作。ZrO氧傳感器安裝在歧管或前排氣管內(nèi)，在400℃高溫下，敏感管內(nèi)外面存在氧濃度差時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)熱，提供0～1V的反饋信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)廢氣中的氧壓比，非常適于空燃比的控制。按工作原理，可分為濃差電池型和電化學(xué)泵的極限電流型氧傳感器，這兩種結(jié)構(gòu)類似，制造工藝相似，分別適宜理論空燃比和稀薄燃燒系統(tǒng)空燃比的控制。此外，TiO2、Nb2O5和CeO2等氧化物陶瓷氧傳感器、薄膜和厚膜型氧傳感器的研發(fā)及在汽車中的應(yīng)用開發(fā)也在積極深入開展。
汽車采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力時(shí)，除氧傳感器外，用氮氧化物NOx傳感器進(jìn)一步改善燃燒狀態(tài)和廢氣再處理也是十分重要的。利用濺射法在氧化鋁基板上形成約100μm厚的ZnO及SnO2薄膜，然后加上電極，并在基板內(nèi)側(cè)裝上加熱器，構(gòu)成NOx傳感器。NOx在薄膜表面上吸附負(fù)電荷，NOx濃度增加時(shí)，薄膜電阻增大，在3～15s內(nèi)即可檢測(cè)出廢氣中的NOx濃度，靈敏度為5～800ppm。
（三）檢測(cè)汽缸工作狀態(tài)
基于壓阻效應(yīng)的壓電陶瓷可以監(jiān)測(cè)汽缸工作的狀態(tài)。壓電陶瓷爆震傳感器由壓電陶瓷振子、金屬片、密封墊、金屬外殼等構(gòu)成。壓電振子產(chǎn)生的電荷與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸發(fā)生的振動(dòng)成正比，所產(chǎn)生的電壓經(jīng)屏蔽線進(jìn)入電控單元，由此檢測(cè)出7kHz左右振動(dòng)所產(chǎn)生的電壓，電控單元根據(jù)這一電壓的大小判斷爆震強(qiáng)度，及時(shí)修正或相應(yīng)推遲點(diǎn)火提前角消除爆震，使發(fā)動(dòng)機(jī)在接近爆震、熱效率最高、燃料消耗量最少的點(diǎn)火時(shí)刻工作，實(shí)現(xiàn)無(wú)爆震工作狀態(tài)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)以最大可能的功率與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)運(yùn)轉(zhuǎn)。
評(píng)論