氧化鋯氧傳感器電壓輸出特性模型的研究

黃彩虹，金福江

（華僑大學 信息科學與工程學院，福建 廈門361021）

在工業生產的燃燒過程、氧化反應和生化處理等過程中，都需要利用氧化鋯氧傳感器作為測量元件，測量和控制混合氣體中的氧體積分數。例如，通過對煙道氣中氧體積分數的測定來控制鍋爐燃燒過程，可以提高鍋爐燃燒的熱效率；又如在污水處理場的生化過程中，控制一定氧體積分數的混合氣體，使某種微生物大量繁殖，以促進生化過程［1］；在汽車發動機中，氧傳感器用于測定廢氣中的氧體積分數，控制程序根據該信號，修改噴油時間、點火時間等參數，以實現節油和減少環境污染。由此可見，氧傳感器是一個重要的反饋元件，氧傳感器輸出信號的準確性將直接影響生產過程的工作效率、可靠性［2］。

氧化鋯測氧利用固體電解質濃差電池的原理，由能斯特方程來表述氧電勢與待測氧體積分數之間的關系。能斯特方程是一個理想公式，針對的是理想氣體，然而，工業氧化鋯測氧過程中存在現場噪聲復雜、探頭老化快、不同探頭具有離散性等不利因素，直接使用能斯特公式進行測量，會給測量帶來誤差。目前國內的測氧儀表只對方程進行了微小的改動［3－5］，準確度較差。筆者根據現場實際測量到的氧體積分數與氧傳感器兩段電勢的數據表，進行線性回歸分析，提出了新的數學模型，可以有效地降低誤差。

1 氧傳感器測氧原理

1.1 氧化鋯固體電解質導電機理

電解質溶液導電是靠離子導電，某些固體也具有離子導電的性質，稱為固體電解質?！?br>