Principiul de funcționare a celulelor electrochimice
Celula este format din două metale diferite în soluția de electrolit. In soluție metalele pot forma ioni cu intensitate diferită și intensitate diferită încărcat cu electroni. Ca rezultat, între metale apare o diferență de potențial.
Fig. 1. Element galvanic: 1 - primul electrod (metal №1); 2 - electrolit; 3 - un al doilea electrod (metal №2).
- bateria vehiculului;
- sonda lambda încălzită.
Principiul de funcționare al sondei lambda
Sonda Lambda (λ-sondă) - senzor de oxigen. Aceasta permite să se estimeze numărul rămas oxigen disponibil în gazele de evacuare eficientă (economică și ecologică) a motorului cu ardere internă. raportul aer-combustibil în amestecul combustibil-aer trebuie să fie constantă în toate modurile de operare.
Senzorii de oxigen convenționali funcționează pe același principiu ca și celula electrochimică, cu excepția faptului că acestea nu conțin lichid și un electrolit solid, și anume - oxid de zirconiu (ZrO2). Deoarece 300 ° C, elementul ceramic trece ioni de oxigen, dar nu electroni trece. Numai în astfel de circumstanțe zirconiu capătă o conductivitate electrolit și diferența în cantitatea de oxigen atmosferic și oxigen într-o țeavă de eșapament conduce la electrozii de pe tensiunea de ieșire a sondei lambda.
Solidul electrolit - un material care are o gamă largă de temperaturi de conductivitate ionică, comparabil cu electroliți lichizi. Conductivitatea se datorează faptului că structura ionilor de electrolit solid au o mobilitate semnificativă, adică nu legat strict la anumite site-uri ale rețelei cristaline. Ei ocupă o poziție intermediară între o structură cristalină regulată și un electrolit lichid. Aproximativ vorbind, putem spune că electrolitul solid - „este un lichid ionic în cristal“ Acest punct de vedere satisface în mod adecvat, cum ar fi electroliții ZrO2 utilizate în mod obișnuit. stabilizat cu CaO sau Y2 O3. care se caracterizează printr-o conductivitate oxigen-ion.
Fig. 2. Dependența tensiunii sonda lambda din raportul de exces de aer (l) la temperaturi ale senzorului 500 ° C, 800 ° C, 900 ° C
Pentru a măsura cantitatea de oxigen din senzorii de gaze de evacuare utilizate în majoritatea zirconia (ZrO2) și doi electrozi. Electrozii sunt folosite pentru a determina numărul de posibile ioni O2 la fiecare suprafață a stratului electrolit solid este ZrO2.
Fig. sonda 3. Aparatură lambda și dependența tensiunii sonda lambda de conținut (%) de oxigen în amestecul combustibil-aer: 1 - strat poros de protecție (pe partea laterală a gazului de intrare); 2 - electrod poros Pt (+ ZrO2); 3 - un electrolit solid este ZrO2 (+ Y2 O3); 4- electrod poros Pt (+ ZrO2) (din aerul de referință).
O parte a ZrO2 electrolit solid este pus în contact cu gazele de eșapament, iar cealaltă parte este pusă în contact cu aerul de referință. Diferența de concentrație de oxigen de pe fiecare parte a electrolitului solid creează ioni de mișcare O2 din interiorul stratului de ZrO2. Aceasta înseamnă că partea care vine în contact cu aerul de referință are întotdeauna o concentrație stabilă, iar latura în contact cu gazele de evacuare vor avea concentrația de oxigen variabilă. amestec aer-combustibil bogat reduce conținutul de oxigen din gazele de eșapament, și se amestecă săraci - pentru a crește conținutul de oxigen.
Atunci când un amestec aer-combustibil bogat va colecta electroni pe electrodul contact electrozii de aer și de referință pe ZrO2 electrolit solid creează o diferență de potențial de aproximativ 0,8 V (diferența de concentrație de oxigen de 21%, pentru că atunci când o presiune de 1 atm. În aer conține aproximativ 21 % oxigen).
Structura și sonda lambda principiu de lucru poate considera exemplul unei celule concentrației de oxigen cu electrolit solid (Fig. 4).
Fig. 4. Celula concentrația oxigenului cu electrolit solid
Celula este alcătuită din două sisteme - standard și probă, care sunt separate prin ceramică (electrolit solid) cu zirconiu conduce oxigen-ion. In fiecare din sistemele, este adus electrod de platină inert. Datorită diferenței de presiune de oxigen din sistemele standard și probă este un curent de ioni de oxigen prin electrolit solid din sistem cu presiune ridicată mai mică. Acest proces are loc din cauza posibilității de primire și de electroni liberi de recul de pe electrozi inerți, conform reacției chimice: O2 + 4e - = 2O2 -. La rândul său, curentul de ioni de oxigen în electrolit solid este direct legat la CEM care are loc la electrozi, care pot fi măsurate cu un voltmetru.
Soiurile de sonde lambda
Senzorul de bandă largă este o sondă modernă de proiectare lambda. Este folosit ca senzorul de intrare al convertorului catalitic. În bandă largă valoarea senzorului „lambda“ determinată folosind injecție de curent.
În caz de defectare a sistemului de senzori intră în modul de alarmă, fără corecție de aer în amestec.
Senzorul de bandă largă permite să se obțină mai multe tensiune diferită sondă lambda dependență de conținut (%) de oxigen în amestecul aer-combustibil (Fig. 5).
Fig. 5. Dependenta tensiuni sonda lambda de bandă largă cu privire la conținutul (%) de oxigen în amestecul combustibil-aer.
plus Zirconiu, există senzorii de oxigen pe bază de dioxid de titan (TiO2). La schimbarea oxigenului (O2) din gazele de eșapament, își schimbă rezistivitate volumul lor. Titan genera senzori EMF nu se poate; acestea sunt structural complicate și costisitoare de zirconiu, prin urmare, în ciuda utilizării unor vehicule (Nissan, BMW, Jaguar), nu este utilizat pe scară largă.
Pentru a crește sensibilitatea sondelor lambda la temperaturi scăzute și după o pornire la rece folosind display-ul forțat. Elementul de încălzire (NE) este dispus în interiorul corpului senzorului ceramic și conectat la sursa de alimentare auto (Fig. 6).
Fig. 6. Proiectarea senzorului de oxigen cu un radiator.
Schema de instalare și condițiile de sonda lambda
Sonda Lambda montat în sistemul de evacuare. În anumite modele de autovehicule se aplică doi senzori de oxigen, unul montat la convertorul catalitic, celălalt - după. Utilizarea a doi senzori de oxigen îmbunătățește controlul compoziției gazelor de eșapament și să asigure funcționarea eficientă a neutralizator.
Fig. senzor de oxigen 7. Schema pe bază de dioxid de zirconiu, dispus în țeava de eșapament 1 - electrolit solid ZrO2; 2, 3 - electrozi exterioare și interioare; 4 - legare la pământ de contact; 5 - "Semnal de contact"; 6 - țeava de eșapament.
Fig. 8. Terminale cele mai comune Zirconiu sonde lambda: și - fără încălzitor; b, c - preincalzitor.