氧化锆传感器与 λ = 1 的开关
把发动机的混合气从稀调到浓,记下氧化锆传感器的电压,找出化学计量点;再改变传感器温度和氧化钇含量,看哪些量会改变读数。
实验目的 测出传感器电压随 λ 的变化曲线,定位跳变点,并解释电压为什么与温度有关、与氧空位的多少无关。
操作步骤
- 传感器温度 900 K。从 λ = 1.05 开始,每次减小 0.01,记下电压,直到 λ = 0.95。
- 在 0.99 到 1.01 之间改用 0.001 的步长,找出电压跨过 0.45 V 的那一点。
- 把温度改成 700 K 和 1000 K,重复几个关键点。
- 最后把 Y₂O₃ 含量从 3 mol% 调到 10 mol%,观察空位数目和电压各怎样变化。
注意观察
- 900 K 时,稀的一侧电压只有 0.06–0.09 V(λ = 1.05–1.01),浓的一侧 0.85–0.91 V(λ = 0.99–0.95);电压在 λ = 1 两侧千分之五以内几乎完成全部跳变。
- 温度越高,浓的一侧电压越低(λ = 0.95 时 700 K 为 1.00 V,1000 K 为 0.86 V):燃烧平衡常数随温度减小,平衡氧分压升高。
- 改变 Y₂O₃ 含量,空位比例随之改变,电压却完全不变:能斯特电压只取决于两侧氧的活度,电解质只要能导氧离子就行。
真实实验室
- 传感器和排气管工作时有几百摄氏度,要等冷却后再拆装;在室内运转发动机必须把尾气排到室外——一氧化碳没有气味却致命。
- 含铅汽油会毒化传感器的铂电极和尾气催化剂,这也是装有催化器的汽车只能用无铅汽油的原因之一。
- 实际的控制器以约 0.45 V 为界判断浓稀,让混合气在化学计量点附近来回摆动;传感器老化后响应变慢,会被诊断系统发现。