مروری بر سنسور های اکسیژن

مروری بر سنسور های اکسیژن

سنسور اکسیژن:

سنسور اکسیژن قطعه ای است که میزان اکسیژن موجود در گاز یا مایع را اندازه گیری می کند.

سنسور اکسیژن در خودرو:

این سنسور در خودرو مقدار اکسیژن موجود در گاز های خروجی از اگزوز را اعلام می کند و به ازای مقدار اکسیژنی که نسوخته است ولتاژی تولید میکند که این ولتاژ در بازه ی (0.9 و 0.1) است که برای بیشترین غلظت اکسیژن عدد 0.9 و کمترین غلظت عدد 0.1 می باشد.

قسمت کنترل الکترونیک خودرو با استفاده از این سیگنال ولتاژ میتواند چگونگی احتراق سوخت را دریابد و غلظت سوخت در برابر هوا را به گونه ای تعیین کند که مصرف سوخت خودرو کم شود و میزان آلاینده های خروجی نیز کمتر باشد. این سنسور در خودرو ایجاد یک سیستم کنترلی حلقه بسته می کند و مقدار سوخت ارسال شده به موتور را اصلاح می کند.

متداول ترین نوع سنسور اکسیژن به کار رفته در خودرو ها سنسوری از جنس زیرکونیم است.

قسمت اصلی این نوع سنسور قطعه ای لوله ای شکل از جنس سرامیک زیرکونیا است که توسط لایه ای از پلاتین پوشیده شده است. نوع دوم این سنسور تیتانیومی است که در این سنسور از سرامیک خاصی استفاده شده است که باعث می شود سیگنال متفاوتی نسبت به سنسور زیرکونیومی ایجاد شود.

عملکرد سنسور اکسیژن:

عملکرد سنسور اکسیژن شبیه ژنراتور می باشد و زمانی که به اندازه معینی گرم شود از خود ولتاژ تولید می کند سنسور اکسیژن برای آنکه ولتاژ تولید کند باید در حدود 600 درجه سانتی گراد گرم شود.

به خاطر همین موضوع است که اکثر سنسور ها دارای گرم کن کوچکی در درون خود هستند.

نحوه کارکرد این سنسور به این صورت است که قسمتی از سنسور درون مانیفولد دود قرار دارد و قسمت بیرونی حباب سرامیکی در معرض گاز های داغ مانیفولد دود قرار دارد و در درون حباب الکترود بین هوای بیرون و گاز های خروجی اگزوز قرار گرفته است.

اختلاف میزان اکسیژن بین دود اگزوز و هوای محیط باعث تولید ولتاژ می شود.

به نسبت هرچه اختلاف اکسیژن بیشتر باشد ولتاژ تولیدی نیز بیشتر خواهد بود.

زمانی که واحد کنترل الکترونیکی خودرو سیگنالی با ولتاژ بالا را دریافت کند به منظور کاهش ولتاژ مخلوط سوخت را رقیق میکند.به همین ترتیب اگر ولتاژ پایین دریافت شود مخلوط سوخت غنی تری ارسال می شود. هنگامی که سنسور اکسیژن خراب شود یا سیمی از مدار آن قطع شود یا اتصالی کند مقدار ولتاژی که نشان می دهد خارج از بازه ای که برای آن تعریف شد خواهد بود در نتیجه چراغ چک خودرو روشن خواهد شد و با اتصال به کامپیوتر خودرو می توان به خرابی سنسور اکسیژن پی برد.

کارایی این سنسور با افزایش عمرش کاهش می یابد که باعث افزایش آلایندگی می شود.

برای حفظ بهتر کارایی موتور بهتر است این سنسور ها پیش از آنکه خراب شوند تعویض گردند.

زمان تعویض این سنسور ها به شرح زیر است :

سنسور های یک یا دو سیمه فاقد گرم کن پس از 30000 تا 50000 مایل

سنسور های سه یا چهار سیمه دارای گرم کن پس از 60000 مایل

سنسور های پیشرفته امروزی پس از  100000 مایل

سنسور اکسیژن در صنایع:

سنسور های اکسیژن در صنایع مختلفی مانند داروسازی ، علوم زیستی ، برق ، آب و فاضلاب ، پرورش ماهی ، غذا و نوشیدنی و … استفاده می شود اندازه گیری اکسیژن مایعات و گاز ها برای کنترل فرآیند و کیفیت کاربرد های صنعتی بسیار لازم و ضروری می باشد.

انواع سنسور های اکسیژن :

• سنسور آمپرمتریک
• سنسور نوری

سنسور آمپرمتریک:

در این سنسور یک ولتاژ قطبی کننده به دو الکترود اعمال می شود هنگامی که مولکول های اکسیژن در درون محفظه پخش می شود و با کاتد برخورد می کند جریان الکتریکی از کاتد به آند برقرار می شود که متناسب با مقدار اکسیژن محلول است.

با اندازه گیری این جریان می توان اکسیژن را به صورت درصد اشباع یا میلی گرم بر لیتر نشان داد.

سنسور نوری :

سنسورهای نوری اکسیژن بر اساس اصل فرونشاندن فلورسانس عمل می‌کند.

این سنسور ها دارای LED، دیود حساس به نور و یک بخش جداکننده از محلول که توسط یک لایه نفوذپذیر اکسیژن پوشیده شده است این لایه حاوی مولکول‌های نشانگر است که توسط یک نور نارنجی برانگیخته‌شده و با یک نور فلورسانس قرمز تیره پاسخ می‌دهد.

مولکول‌های اکسیژن به مولکول‌های نشانگر متصل شده و نور فلورسنت را خنثی می‌کنند.

دیود حساس به نور میزان شدت نور را نشان می دهد که فشار اکسیژن را در محیط نشان می دهد.

منابع:

1. P. R. WARBURTON, M. P. PAGANO, R. HOOVER, M. LOGMAN and K. CRYTZER, Anal Chem. 70 (1998) 998.

   Google Scholar

2. F. GARZON, I. RAISTRICK, E. BROSHA, R. HOULTON and B. W. CHUNG, Sensors and Actuators B 50 (1998) 125.

3. Z. PENG, M. LIU and ED. BALKO, ibid. 72 (2001) 35.

4. S. YU, Q. WU, M. T-. AZAR and C.-C. LIU, ibid. 85 (2002) 212.