سنسور اکسیژن (Oxygen Sensor - Lambda Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور اکسیژن (Oxygen Sensor - Lambda Sensor) :
سنسور اکسیژن (یا سنسور لامبدا) برای اندازه گیری غلظت اکسیژن در گازها یا مایعات استفاده می شود. معروف ترین کاربرد آن در خودروها برای اندازه گیری اکسیژن باقی مانده در گازهای خروجی اگزوز است تا نسبت هوا به سوخت (AFR) بهینه تنظیم شود و مبدل کاتالیزوری کارایی بهینه داشته باشد. دو نوع اصلی سنسور اکسیژن وجود دارد: سنسور پتانسیومتری (نوع نرنست - Nernst) و سنسور آمپرومتریک (نوع پمپ اکسیژن - زیرکونیای محدودکننده جریان).
سنسور اکسیژن پتانسیومتری (نرنستی): رایج ترین نوع در خودروها. از یک الکترولیت جامد از جنس دی اکسید زیرکونیوم (
\[ ZrO_2 \]) تثبیت شده با ایتریا ساخته شده است که در دماهای بالا (
\[ > ۳۵۰°C \]) به یون های اکسیژن رسانا می شود. دو طرف این الکترولیت با الکترودهای پلاتین متخلخل پوشانده شده است. یک طرف در معرض گاز اگزوز و طرف دیگر در معرض هوای مرجع (با غلظت اکسیژن ثابت ~۲۱٪) قرار دارد. اختلاف فشار جزئی اکسیژن در دو طرف، یک ولتاژ تولید می کند (معادله نرنست). در نقطه استوکیومتری (λ=۱)، ولتاژ به شدت تغییر می کند (از ~۰.۱ ولت به ~۰.۹ ولت). بنابراین این سنسور یک خروجی دو حالته (rich/lean) ارائه می دهد.
سنسور اکسیژن آمپرومتریک (پمپ اکسیژن - wideband): این سنسورها قادر به اندازه گیری دقیق نسبت هوا به سوخت در یک محدوده وسیع (نه فقط نزدیک λ=۱) هستند. آنها از دو سلول تشکیل شده اند: یک سلول پمپ که با اعمال ولتاژ، اکسیژن را به داخل یا خارج از یک حفره کوچک پمپ می کند، و یک سلول حسگر که غلظت اکسیژن درون حفره را اندازه می گیرد. جریان پمپ متناسب با غلظت اکسیژن گاز اگزوز است.
نوع دیگر، سنسور اکسیژن الکتروشیمیایی محلول (مانند سنسور کلارک) است که برای اندازه گیری اکسیژن محلول در آب (مثلا در تصفیه فاضلاب) استفاده می شود.
مزایا:
اطلاعات حیاتی برای کنترل موتور و کاهش آلایندگی.
دقت خوب در نقطه استوکیومتری.
معایب:
نیاز به گرم کننده داخلی برای رسیدن به دمای کار.
عمر محدود (به دلیل آلودگی و دمای بالا).
نوع پهن باند گران تر است.
\[ E = \frac{RT}{4F} \ln \left( \frac{P_{O_2,ref}}{P_{O_2,exhaust}} \right) \]کاربردها: خودروها (کنترل موتور)، صنایع (پایش گازهای دودکش)، پزشکی (مانیتورینگ اکسیژن تنفسی)، و تصفیه فاضلاب (اکسیژن محلول).
