Датчик оксида азота

Датчик оксида азота или NO _xДатчик обычно представляет собой высокотемпературное устройство, предназначенное для обнаружения оксидов азота в средах сгорания, таких как автомобиля , грузовика выхлопная труба или дымовая труба .

Обзор

Термин NO _x представляет собой несколько форм оксидов азота, таких как NO ( оксид азота ), NO ₂ ( диоксид азота ) и N ₂ O ( закись азота , также известная как веселящий газ). В бензиновом двигателе NO является наиболее распространенной формой. NO _x составляет около 93%, NO ₂ составляет около 5%, а остальное составляет N ₂ O. Существуют и другие формы NO _x, такой как N ₂ O ₄ ( димер NO ₂ ), который существует только при более низких температурах, и N ₂ O ₅ , например. ^{[ 1 ]}

Между тем, для дизельных двигателей ситуация с выбросами иная. Из-за гораздо более высоких температур сгорания (в результате высокой степени сжатия в цилиндрах, а также турбонаддува или наддува) дизельные двигатели производят гораздо более высокую мощность двигателя. Выбросы NO _x выше, чем у бензиновых двигателей с искровым зажиганием. Недавняя доступность системы селективного каталитического восстановления (SCR) позволяет правильно оборудованным дизельным двигателям выбрасывать аналогичные значения выбросов. NO _x в выхлопной трубе по сравнению с обычным бензиновым двигателем с трехходовым катализатором . SCR заменяет вредные оксиды азота, добавляя раствор AdBlue , который снижает загрязнение окружающей среды и защищает выхлопную систему. Кроме того, катализатор окисления дизеля существенно увеличивает долю NO ₂ в " NO _x » путем окисления более 50% NO с использованием избытка кислорода в выхлопных газах дизельного двигателя.

Стремление разработать Датчик NO _x возникает из-за факторов окружающей среды. Газы NO _x могут вызывать различные проблемы, такие как смог и кислотные дожди . Многие правительства по всему миру приняли законы, ограничивающие их выбросы (наряду с другими дымовыми газами, такими как SOx (оксиды серы ), CO ( окись углерода ) и CO ₂ ( диоксид углерода ) и углеводороды ). Компании осознали, что один из способов минимизировать Выбросы NO _x заключаются в том, чтобы сначала обнаружить их, а затем использовать своего рода петлю обратной связи в процессе сгорания, тем самым позволяя минимизировать выбросы NO x. Производство NO _x , например, за счет оптимизации сгорания или регенерации НЕТ _{ловушек} . Поэтому во многих приложениях с системами очистки выхлопных газов один датчик NOx используется перед системой очистки выхлопных газов (вверх по потоку), а второй датчик используется после системы очистки выхлопных газов. Входной датчик используется для вышеупомянутого контура обратной связи. Между тем, расположенный ниже по потоку датчик используется главным образом для подтверждения того, что установленные законом пределы выбросов не были превышены.

Проблемы

Суровая окружающая среда

Из-за высокой температуры среды горения на месте могут работать только некоторые виды материалов . Большинство Разработанные датчики NO _x изготовлены из оксидов металлов керамического типа, наиболее распространенным из которых является иттрием , стабилизированный оксид циркония (YSZ), который в настоящее время используется в датчике кислорода, созданном несколько десятилетий назад . YSZ спрессован в плотную керамику и проводит ионы кислорода (O ²⁻) при высоких температурах выхлопной трубы, например, 400 °C и выше. Чтобы получить сигнал от датчика, на поверхность помещается пара высокотемпературных электродов, таких как благородные металлы ( платина , золото или палладий ) или оксиды других металлов, и электрический сигнал, такой как изменение напряжения или тока, измеряется как функция NOx _{Концентрация} .

Требуются высокая чувствительность и долговечность.

Уровни NO составляют около 100–2000 частей на миллион ( частей на миллион ), а NO _{2 —} 20–200 частей на миллион в диапазоне 1–10% O ₂ . Датчик должен быть очень чувствительным, чтобы уловить эти уровни.

Основными проблемами при разработке датчиков являются селективность, чувствительность, стабильность, воспроизводимость, время отклика, предел обнаружения и стоимость. Кроме того, из-за суровых условий горения высокая скорость потока газа может охладить датчик, что приведет к изменению сигнала, или со временем может привести к расслоению электродов, а частицы сажи могут разрушить материалы.

Одной из основных проблем, с которыми сталкиваются такие датчики газа, является влажность. Относительное влияние на отклик сигнала сильно зависит от типа датчика. Электрохимические датчики в основном невосприимчивы к воздействию влажности, поскольку молекулы воды помогают регулировать концентрацию электролита, но длительное воздействие сухого газа может снизить концентрацию растворителя в электролите. В газовых сенсорах наблюдалась высокая перекрестная чувствительность из-за сходства механизма электронного обмена между целевыми газами и молекулами воды. ^{[ 2 ]}

См. также

Список датчиков

Ссылки

^ Оксиды азота (NOx) почему и как с ними борются . Издательство ДИАНА. 1999. ISBN 978-1-4289-0280-0 .
^ Гош, Суджой; Иланго, Муругая; Праджапати, Чандра; Бхат, Наваканта (7 января 2021 г.). «Уменьшение эффекта влажности в тонкопленочном датчике NO2 на основе WO3 с использованием физико-химической оптимизации». Кристаллические исследования и технологии . 56 (1): 2000155. doi : 10.1002/crat.202000155 . ISSN 1521-4079 . S2CID 229393321 .

[1] Оксиды азота (NOx) почему и как с ними борются . Издательство ДИАНА. 1999. ISBN 978-1-4289-0280-0 .

[Ghosh-2] Гош, Суджой; Иланго, Муругая; Праджапати, Чандра; Бхат, Наваканта (7 января 2021 г.). «Уменьшение эффекта влажности в тонкопленочном датчике NO2 на основе WO3 с использованием физико-химической оптимизации». Кристаллические исследования и технологии . 56 (1): 2000155. doi : 10.1002/crat.202000155 . ISSN 1521-4079 . S2CID 229393321 .

[ 1 ]

[ 2 ]