Un sensor del oxígeno del es un dispositivo electrónico que mide la proporción del oxígeno (O2) en el gas o el líquido que es analizado. Fue desarrollado por el Roberto Bosch GmbH durante el finales de los sesenta bajo supervisión del Dr. El elemento de detección original se hace con un dedal-shaped de cerámica del Zirconia cubierto en el extractor y la referencia echa a un lado con una capa delgada del platino y viene en formas calentadas y sin calentar. El sensor del planar-estilo incorporó el mercado a 1998 (también iniciado por Roberto Bosch GmbH) y perceptiblemente reducido la masa del elemento de detección de cerámica así como la incorporación del calentador dentro de la estructura de cerámica. Esto dio lugar a un sensor que ambo funcionamiento que comienza más pronto y respondido más rápidamente. El uso más común es medir la concentración del gas de escape de oxígeno para los motores de combustión interna en los automóviles y otros vehículos. Los zambullidores también utilizan un dispositivo similar para medir la presión parcial del oxígeno en su gas de respiración .

Sensores del oxígeno del uso de los científicos para medir la respiración o la producción de oxígeno y para utilizar un diverso acercamiento. Los sensores del oxígeno se utilizan en los analizadores del oxígeno que encuentran mucho uso en usos médicos tales como monitores de la anestesia, respiradores y concentradores del oxígeno.

Hay muchas maneras diferentes de medir el oxígeno y éstos incluyen tecnologías tales como Zirconia, electroquímico (también conocido como galvánico), infrarrojo, ultrasónico y muy recientemente laser. Cada método tiene sus propias ventajas y desventajas.

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Los sensores automotores del oxígeno, familiar conocidos como los sensores de O2 o sensores de la lambda, hacen la inyección de carburante moderna y el control de emisión electrónicos posibles. Determinan si el cociente aire-combustible que sale un motor de la gas-combustión es rico (con el vapor de combustible sin quemar) o magro (con exceso de oxígeno). La inyección de carburante regeneración-controlada a circuito cerrado varía la salida del inyector de combustible según datos en tiempo real del sensor algo que el funcionamiento con un mapa (de anillo abierto) predeterminado del combustible. Además de mejorar la operación total del motor, reducen las cantidades de ambos combustible y los óxidos del nitrógeno sin quemar de incorporar la atmósfera. El combustible sin quemar es contaminación bajo la forma de hidrocarburos aerotransportados, mientras que los óxidos del nitrógeno (gases del NOX) son un resultado de exceso del aire en la mezcla del combustible y causan la niebla con humo y el la lluvia ácida . Volvo era el primer fabricante de automóviles para emplear esta tecnología en el último 70s, junto con el catalizador de tres vías.

La información sobre la concentración de oxígeno se envía a la computadora o el ECU de la gerencia del motor, que ajustan la mezcla para dar al motor la economía del combustible mejor y las emisiones de extractor posibles más bajas . La falta de estos sensores, con el envejecimiento normal, el uso de combustibles plomados, o la contaminación del combustible con los silicones o los silicatos por ejemplo, puede llevar al daño del convertidor catalítico de un automóvil y de reparaciones costosas.

El tratar de forzar con o la modificación de la señal que el sensor del oxígeno envía a la computadora del motor puede ser perjudicial al control de emisiones y puede incluso dañar el motor. Cuando el motor está bajo condiciones de la bajo-carga (por ejemplo al acelerar muy suavemente, o manteniendo una velocidad constante), está funcionando en “modo a circuito cerrado”. Esto refiere a un lazo de regeneración entre los inyectores de carburante y el sensor del oxígeno, para mantener cociente estequiométrico. Si las modificaciones hacen la mezcla funcionar con magro, habrá un aumento leve en economía del combustible, pero un gran aumento en emisiones del óxido de nitrógeno, y el riesgo de dañar el motor debido a la detonación y excesivamente - las altas temperaturas del gas de escape. Si las modificaciones hacen la mezcla funcionar a ricos, después habrá un aumento leve en energía, otra vez con riesgo de recalentar y de encender las emisiones del hidrocarburo del convertidor catalítico, mientras que disminuye de la economía del combustible y del aumento.

Cuando un motor de combustión interna está bajo alta carga (por ejemplo al usar la válvula reguladora abierta de par en par ), la salida del sensor del oxígeno se no hace caso, y el motor enriquece automáticamente la mezcla para proteger el motor. Cualquier cambio en la salida del sensor será no hecho caso en este estado, al igual que cambios del metro de flujo de aire, que pudo bajar de otra manera el funcionamiento de motor debido a la mezcla que era también ricos o se inclinan también, y aumenta el riesgo de daño de motor debido a la detonación si la mezcla es demasiado magra.

Función de una punta de prueba de lambda

Las puntas de prueba de lambda son utilizadas para reducir emisiones del vehículo asegurándose de que los motores queman su combustible eficientemente y limpio. El Roberto Bosch GmbH introdujo la primera punta de prueba de lambda automotora en 1976, y primero fue utilizado por Volvo y Saab en ese año. Los sensores fueron introducidos en los E. a partir del cerca de an o 80, y requeridos en todos los modelos de coches en muchos países en Europa en 1993.

Midiendo la proporción de oxígeno en el gas de escape restante, y sabiendo el volumen y la temperatura del aire que entra en los cilindros entre otras cosas, un ECU puede utilizar las tablas de operaciones de búsqueda para determinar la cantidad de combustible requerida para quemar en el cociente estequiométrico (14.7: 1 aire: combustible por la masa para la gasolina) para asegurar la combustión completa.

La punta de prueba

El elemento del sensor es un cilindro de cerámica plateado adentro y hacia fuera con los electrodos porosos del platino ; una gasa del metal protege a la asamblea entera. Funciona midiendo la diferencia en oxígeno entre el gas de escape y el aire externo, y genera un voltaje o cambia su resistencia dependiendo de la diferencia entre los dos. Los sensores funcionan solamente eficazmente cuando están calentados a aproximadamente 300°C, tan la mayoría de las más nuevas puntas de prueba de lambda tienen elementos de calefacción encajonados en el de cerámica para traer la extremidad de cerámica hasta temperatura rápidamente cuando el extractor es frío. La punta de prueba tiene típicamente cuatro alambres atados a ella: dos para la salida de la lambda, y dos para la energía del calentador, aunque algunos fabricantes de coches utilicen un terreno común para el elemento y los calentadores del sensor, dando por resultado tres alambres. Sensores anteriores del no-eléctrico-calentador tenían uno o dos alambres.

Operación de la punta de prueba

Sensor del Zirconia

El dióxido de circonio, o el zirconia, sensor de la lambda se basa en una pila de combustible electroquímica de estado sólido llamada la célula de Nernst. Sus dos electrodos proporcionan un voltaje de la salida que corresponde a la cantidad de oxígeno en el extractor en relación con eso en la atmósfera. Un voltaje de la salida de 0. de V (200 milivoltio) representa una mezcla magra. Ése es uno donde está suficiente la cantidad de oxígeno que entra en el cilindro oxidar completamente el monóxido de carbono (CO), producido en la quema del aire y del combustible, en el dióxido de carbono (CO2). de V (800 milivoltio) representa una mezcla rica, una que sea alto en combustible incombusto y bajo en oxígeno restante. de V (450 milivoltio); aquí es donde están las cantidades de aire y de combustible en el cociente óptimo, llamado el punto estequiométrico, y el extractor hecho salir consiste en principalmente CO2 completamente oxidado.

El voltaje produjo por el sensor es tan no linear con respecto a la concentración de oxígeno que es impráctico que la unidad de control electrónica (ECU) mida valores intermedios - coloca simplemente el " lean" o " rich", y ajusta periódico la mezcla del combustible/del aire para guardar la salida del sensor que alterna entre estos dos estados. El plazo elegido por el ECU para supervisar el sensor y para ajustar la mezcla del combustible/del aire crea un retardo inevitable, que hace este sistema menos responsivo que uno usar un sensor linear (véase abajo). Cuanto más corto es el plazo, más alto es el " supuesto; count" cruzado; y más responsivo el sistema.

El sensor del zirconia es del tipo “de banda estrecha”, refiriendo a la gama estrecha de cocientes del combustible/aire a los cuales responda.

Sensor Wideband del zirconia

Una variación en el sensor del zirconia, llamado el sensor “wideband”, fue introducida por Roberto Bosch en el 1994 pero (en fecha el 2006 ) se utiliza en solamente algunos vehículos. Se basa en un elemento planar del zirconia, pero también incorpora una bomba de gas electroquímica. Un circuito electrónico que contiene controles de un lazo de la regeneración la corriente de la bomba de gas para guardar la salida del constante de célula electroquímico, de modo que la corriente de la bomba indique directo el contenido en oxígeno del gas de escape. Este sensor elimina el ciclo inclinar-rico inherente en sensores des banda estrecha, permitiendo que la unidad de control ajuste la regulación de la entrega y de encendido del combustible del motor mucho más rápido. En la industria del automóvil este sensor también se llama un sensor del UEGO (para el oxígeno universal del gas de escape). Los sensores de UEGO son también de uso general en el dyno adaptación de del mercado de accesorios y equipo de exhibición aire-combustible del conductor de alto rendimiento. El sensor wideband del zirconia se utiliza en sistemas estratificados de la inyección de carburante, y se puede ahora también utilizar en motores diesel para satisfacer los límites de la emisión próxima del EURO y de ULEV.

Sensor del Titania

Un tipo menos común de sensor de banda estrecha de la lambda tiene un elemento de cerámica hecho del dióxido Titanium (titania). Este tipo no genera su propio voltaje, sino cambios su resistencia eléctrica en respuesta a la concentración de oxígeno. La resistencia del titania es una función de la presión parcial del oxígeno y de la temperatura. Por lo tanto, algunos sensores se utilizan con un sensor de temperatura del gas para compensar el cambio de la resistencia debido a la temperatura. El valor de la resistencia en cualquier temperatura es sobre 1/1000o el cambio en la concentración de oxígeno. Afortunadamente, en lambda = 1, hay un cambio grande del oxígeno, así que el cambio de la resistencia es típicamente 1000 veces entre rico y magro, dependiendo de la temperatura.

Pues el titania es un N-tipo semiconductor con una estructura TiO2-x, los defectos de x en el enrejado cristalino conducen la carga. Así pues, porque el extractor combustible-rico la resistencia es bajo, y para combustible-inclinar el extractor que la resistencia es alta. La unidad de control alimenta el sensor con una pequeña corriente eléctrica y mide el voltaje resultante a través del sensor, que varía de 0 voltios cercanos a cerca de 5 voltios. Como el sensor del zirconia, este tipo es tan no linear que está utilizado en la práctica simplemente como " binario; ricos o lean" indicador. Los sensores del Titania son más costosos que los sensores del zirconia, pero también responden más rápidamente.

En usos automotores el sensor del titania, desemejante del sensor del zirconia, no requiere una muestra de referencia de aire atmosférico funcionar correctamente. Esto hace el conjunto del sensor más fácil diseñar contra la contaminación del agua. Mientras que la mayoría de los sensores automotores son sumergible, los sensores zirconia-basados requieren una fuente muy pequeña de aire de la referencia de la atmósfera. En teoría, se sellan el arnés y el conectador del alambre del sensor. Ventilar que las lixiviaciones a través del arnés del alambre al sensor están asumidas para venir de un punto abierto en el arnés - generalmente el ECU que se contiene en un espacio incluido como el interior del tronco o del vehículo.

Localización de la punta de prueba en un sistema

La punta de prueba se atornilla típicamente en un agujero golpeado ligeramente en el extractor, localizado después de que el múltiple de la rama del dispositivo de escape combine, y antes del convertidor catalítico . Los nuevos vehículos se requieren para tener un sensor antes y después del catalizador del extractor para resolver las regulaciones de los E. que requieren que todos los componentes de las emisiones estén supervisados para la falta. Pre y se supervisan las señales del poste-catalizador de determinar eficacia del catalizador. Además, algunos sistemas del catalizador requieren breves ciclos del gas (oxígeno-que contiene) magro cargar el catalizador y promover la oxidación-reducción adicional de los componentes indeseables del extractor.

Vigilancia del sensor

El cociente aire-combustible y naturalmente, el estado del sensor, se puede supervisar por medio de usar un metro aire-combustible del cociente que exhiba el voltaje leído de la salida del sensor.

Faltas del sensor

Normalmente, el curso de la vida de un sensor sin calentar es cerca de 30. El curso de la vida Heated del sensor es típicamente 100. La falta de un sensor sin calentar es causada generalmente por la acumulación del hollín en el elemento de cerámica, que alarga su tiempo de reacción y puede causar la pérdida total de capacidad de detectar el oxígeno. Para los sensores heated, los depósitos normales son burn off durante la operación y la falta ocurre debido al agotamiento del catalizador, similar a la razón las paradas de una batería produciendo la corriente. La punta de prueba entonces tiende a divulgar la mezcla magra, el ECU enriquece la mezcla, el extractor consigue rico con monóxido e hidrocarburos de carbono, y el kilometraje empeora.

La gasolina plomada contamina los sensores del oxígeno y los convertidores catalíticos. La mayoría de los sensores del oxígeno son clasificados para una cierta vida de servicio en presencia de la gasolina plomada pero la vida del sensor será acortada a tan poco como 15.000 millas dependiendo de la concentración del plomo. los sensores Llevar-dañados tienen típicamente su oxidado ligero descolorada las extremidades.

Otra causa común de la falta prematura de las puntas de prueba de lambda es contaminación del combustible con los silicones (usados en algunos lacres y grasas o silicatos (usados como inhibidores de corrosión en algunos anticongelantes . En este caso, los depósitos en el sensor se colorean entre gris claro blanco y granoso brillante.

Los escapes del aceite en el motor pueden cubrir la extremidad de la punta de prueba con un depósito negro aceitoso, con la pérdida asociada de respuesta.

Una mezcla excesivamente rica causa la acumulación del depósito polvoriento negro en la punta de prueba. Esto se puede causar por la falta de la punta de prueba sí mismo, o por un problema a otra parte en el sistema que raciona del combustible.

La aplicación de un voltaje externo a los sensores del zirconia, e. comprobándolos con algunos tipos del ohmímetro, puede dañarlos.

Usos del salto

considera también:

electrogalvánico de la pila de combustible

El tipo del salto de sensor del oxígeno, que a veces se llama un analizador del oxígeno del o el metro ppO2, se utiliza en el buceo con escafandra . Se utilizan para medir la concentración de oxígeno de mezclas del gas de respiración tales como Nitrox y Trimix . También se utilizan dentro de los mecanismos de control del oxígeno a circuito cerrado Rebreathers para guardar la presión parcial del oxígeno dentro de límites seguros. Este tipo de sensor funciona midiendo la electricidad generada por una pila de combustible electrogalvánica del pequeño .

Una compañía basada fuera del Reino Unido realizó un estudio de 6 años de los sensores del oxígeno y su funcionamiento en la industria del salto se relacionó con la seguridad y la confiabilidad. Algunos hechos interesantes para el mercado del rebreather del salto: http://www.uk/or_files/DV_O2_cell_study_070329.pdf

Usos científicos

En la biología marina o las medidas del oxígeno de la limnología se hacen generalmente para medir la respiración de una comunidad o de un organismo, pero también se han utilizado para medir la producción primaria de las algas . La manera tradicional de medir la concentración de oxígeno en una muestra de agua ha sido utilizar técnicas mojadas de la química e. el método de la titulación de Winkler. Hay sin embargo los sensores disponibles en el comercio del oxígeno que miden la concentración de oxígeno en líquidos con gran exactitud. Hay dos tipos de sensores del oxígeno disponibles: electrodos (sensores electroquímicos) y optodes (sensores ópticos).

Electrodos

El Clark - el tipo electrodo es el sensor más usado del oxígeno para el oxígeno de medición disuelto en un líquido. El principio de base es que hay un cátodo y un ánodo submersed en un electrólito . El oxígeno entra en el sensor a través de una membrana permeable por la difusión, y se reduce en el cátodo, creando una corriente eléctrica mensurable.

Hay una relación linear entre la concentración de oxígeno y la corriente eléctrica. Con una calibración del dos-punto (saturación del aire del 0% y del 100%), es posible medir el oxígeno en la muestra.

Una desventaja a este acercamiento es que el oxígeno está consumido durante la medida con una tarifa igual a la difusión en el sensor. Esto significa que el sensor se debe revolver para conseguir la medida correcta y evitar el agua estancada . Con un tamaño cada vez mayor del sensor, los aumentos de la consumición del oxígeno y hacen tan la sensibilidad stirring. En sensores grandes tienden también a ser una deriva en la señal en un cierto plazo debido a la consumición del electrólito. Sin embargo, el Clark-tipo sensores se puede hacer muy pequeño con un tamaño de la extremidad del µm 10. La consumición del oxígeno de tal microsensor es tan pequeña que es prácticamente insensible al revolvimiento y se puede utilizar en medios estancados tales como sedimentos o tejido vegetal del interior.

Optodes

Un Optode del oxígeno es un sensor basado en la medida óptica de la concentración de oxígeno. Una película química se pega a la extremidad de un cable óptico y las características de la fluorescencia de esta película dependen de la concentración de oxígeno. La fluorescencia está en un máximo cuando no hay presente del oxígeno. Cuando viene una molécula de O2 adelante choca con la película y este apaga el Photoluminescence . En una concentración de oxígeno dada habrá un número específico de moléculas de O2 que chocan con la película en un momento dado, y las características de la fluorescencia serán estables.

La señal (fluorescencia) al cociente del oxígeno no es linear, y un optode es la mayoría sensible en la concentración con poco oxígeno. Es decir, la sensibilidad disminuye mientras que la concentración de oxígeno aumenta el siguiente de la relación de la Popa-Volmer. Los sensores del optode pueden, sin embargo, trabajar en la región entera el 0% a la saturación 100% del oxígeno en agua, y la calibración se hace la misma manera que con el tipo sensor de Clark. No se consume ningún oxígeno y por lo tanto el sensor es insensible al revolvimiento, pero la señal se estabilizará más rápidamente si el sensor se revuelve después de ser puesto en la muestra.

Ver también

Oxímetro del pulso
Saturación del oxígeno
Pulso oximetry
Sensor del CO2

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  • Zenithic
  • Butternut, Wisconsin
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