陶瓷傳感器在汽車電子中的的應用及發(fā)展趨勢
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（一）檢測汽車溫度
一輛汽車檢測溫度一般需用10余只陶瓷溫度傳感器。例如，發(fā)動機電噴系統(tǒng)需要連續(xù)精確地測量冷卻水溫度、進氣溫度、排氣溫度的傳感器，以便根據(jù)溫度變化修正或補償燃油噴射量，改變怠速轉(zhuǎn)速控制目標值等，獲得最佳空燃比；負溫度系數(shù)NTC熱敏電阻的溫度特性為一種指數(shù)函數(shù)，隨溫度升高電阻值減小，呈現(xiàn)出負溫度特性、靈敏度高、價格便宜等特點，常用作檢測冷卻水和進氣以及機油溫度傳感器；NTC熱敏電阻由Mn、Cu、Ni、Fe等過渡金屬氧化物配方，經(jīng)陶瓷燒結(jié)工藝制作，按配方的不同，主要分為二元系、三元系、四元系等材料。工作溫度范圍在-200℃～130℃的NTC用于水溫進氣溫度的檢測，其結(jié)構是將NTC電阻裝配在螺栓型金屬外殼內(nèi)，與電控單元的電阻串聯(lián)。另一類以BaTiO3為主要材料，與金屬氧化物混合燒結(jié)制成的正溫度系數(shù)PTC熱敏電阻，則用作汽車的液面水平傳感器或低溫啟動加熱元件。
（二）檢測汽車尾氣
利用固體電解質(zhì)氣敏陶瓷材料，研制出用于汽車尾氣監(jiān)測的氧傳感器，測定尾氣排放中的氧濃度來檢測發(fā)動機空燃比，除可節(jié)省燃油外，還能減少CO、NO2等有害氣體的排放量。ZrO2氧傳感器因靈敏度高、可靠性好，在汽車的實際應用中大多數(shù)采用這種類型，其主要結(jié)構由產(chǎn)生電動勢的U形ZrO2電解質(zhì)敏感管以及起電極作用的襯套、電阻加熱器、有廢氣進口的防護外殼、多孔陶瓷帽組成。ZrO2管的內(nèi)外表面涂覆有薄薄一層R，Pt既作電極又具有電動勢放大作用，以及R涂覆在ZrO2管上的催化作用，外電極是測量電極，內(nèi)電極是參比電極。氣體要通過多孔陶瓷帽（擴散障）的小氣量小，排氣溫度低時，由電控單元給電阻加熱器通電加熱，保證氧傳感器正常工作。ZrO氧傳感器安裝在歧管或前排氣管內(nèi)，在400℃高溫下，敏感管內(nèi)外面存在氧濃度差時就會產(chǎn)生電動熱，提供0～1V的反饋信號，通過檢測廢氣中的氧壓比，非常適于空燃比的控制。按工作原理，可分為濃差電池型和電化學泵的極限電流型氧傳感器，這兩種結(jié)構類似，制造工藝相似，分別適宜理論空燃比和稀薄燃燒系統(tǒng)空燃比的控制。此外，TiO2、Nb2O5和CeO2等氧化物陶瓷氧傳感器、薄膜和厚膜型氧傳感器的研發(fā)及在汽車中的應用開發(fā)也在積極深入開展。
汽車采用柴油發(fā)動機作動力時，除氧傳感器外，用氮氧化物NOx傳感器進一步改善燃燒狀態(tài)和廢氣再處理也是十分重要的。利用濺射法在氧化鋁基板上形成約100μm厚的ZnO及SnO2薄膜，然后加上電極，并在基板內(nèi)側(cè)裝上加熱器，構成NOx傳感器。NOx在薄膜表面上吸附負電荷，NOx濃度增加時，薄膜電阻增大，在3～15s內(nèi)即可檢測出廢氣中的NOx濃度，靈敏度為5～800ppm。
（三）檢測汽缸工作狀態(tài)
基于壓阻效應的壓電陶瓷可以監(jiān)測汽缸工作的狀態(tài)。壓電陶瓷爆震傳感器由壓電陶瓷振子、金屬片、密封墊、金屬外殼等構成。壓電振子產(chǎn)生的電荷與發(fā)動機氣缸發(fā)生的振動成正比，所產(chǎn)生的電壓經(jīng)屏蔽線進入電控單元，由此檢測出7kHz左右振動所產(chǎn)生的電壓，電控單元根據(jù)這一電壓的大小判斷爆震強度，及時修正或相應推遲點火提前角消除爆震，使發(fā)動機在接近爆震、熱效率最高、燃料消耗量最少的點火時刻工作，實現(xiàn)無爆震工作狀態(tài)，保證發(fā)動機以最大可能的功率與經(jīng)濟指標運轉(zhuǎn)。
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