5 контактный лямбда зонд: Перевірка браузера, будь ласка, зачекайте…

Для широкополосных датчиков требуется контроллер, поскольку они более сложны, чем стандартный узкополосный датчик. Они более точны из-за этой сложности, но это означает, что для их работы вообще требуется технически сложный контроллер. Сам датчик можно представить как две тесно связанные части, которые электрически нагреваются до слабого тепла считывания:

• Узкополосный датчик для определения концентрации кислорода в небольшой камере.
• Насосная ячейка, которая транспортирует ионы кислорода к поверхности этой маленькой камеры или от нее.

Как мы увидим, широкополосный датчик работает от тока, который подается в ячейку накачки или из нее с помощью электроники широкополосного контроллера. Это принципиально отличается от узкополосного датчика, который вырабатывает свое узкополосное напряжение без какой-либо внешней электроники при нагреве до рабочей температуры. Чтобы понять широкополосность, мы должны сначала понять

  Узкополосные датчики

Узкополосные датчики имеют от одного до четырех проводов. Один из проводов всегда будет сигнальным напряжением. Второй провод можно использовать для изоляции заземляющего конца сигнала, чтобы уменьшить шум сигнала. К трех- и четырехпроводным датчикам добавляется нагревательный элемент, поэтому датчик начинает работать быстрее и надежнее.

На изображении слева показана 4-проводная версия — в практических узкополосных конструкциях датчик часто имеет форму наперсток, чтобы максимизировать площадь поверхности, подверженной воздействию выхлопных газов. Электрический нагреватель используется для повышения температуры диоксида циркония. (ZrO ₂ ) материал, из которого изготовлен чувствительный элемент.

Диоксид циркония (часто легированный оксидом иттрия) является важным веществом, сохраняющим механическую жесткость при способны проводить электрический ток в расплавленном (раскаленном докрасна) состоянии. Ток сенсора переносится ионами кислорода, которые становятся доступными только тогда, когда сенсор достаточно нагрет. Платиновое покрытие является проводящим и способствует каталитической реакции. между ионами кислорода и частично сгоревшим топливом. Уравнение Нернста описывает напряжение, возникающее в результате этой каталитической реакции с участием ионов кислорода, платинового катализатора и выхлопных газов.

• В _с = (RT/4F)*ln(pO ₂ ^воздух /pO ₂ ^exh ) pO ₂ = парциальное давление на границе газа

pO ₂ ^xxx представляет собой парциальное давление кислорода и является удобным представлением концентрации кислорода.

Уравнение также говорит, что при более высоких температурах

Насосная ячейка

Узкополосный датчик, описанный выше, определяет напряжение В _с , создаваемое ячейкой Нернста. Можно пропустить ток через расплавленный электролит и вызвать химическую реакцию. так что кислород перекачивается (в виде о ^2- ионов) с одной стороны клетки на другую.

• О ₂ + 4e ^— > 2 О ^2-

В богатой смеси ионы кислорода будут соединяться на каталитической поверхности насосной ячейки с топливом с образованием воды и двуокиси углерода. Когда все топливо будет израсходовано, свободного кислорода не будет, и полученная смесь будет стоична. В бедной смеси (или даже на открытом воздухе) ток насоса меняется на противоположный, и свободный кислород откачивается. до тех пор, пока ничего не останется, и полученная смесь также будет стоична.

Комбинация узкополосных и насосных ячеек > 5-проводной датчик

Сочетание узкополосного датчика и клеток накачки позволяет узкополосному датчику обнаруживать смесь, образующаяся в результате нагнетания кислорода в диффузионную камеру или из нее. Полученный датчик показан слева. Для экономии проводов ячейки Vs (смысл) и Ip (насос) соединены между собой — они в любом случае имеют общую реакционную поверхность, так что это не проблема.

Многие контроллеры не имеют этой схемы, и для точной работы они должны пройти этап калибровки в открытом воздухе. Обратите также внимание на то, что все широкополосные датчики с насосными ячейками будут иметь не менее 5 проводов от датчика. От разъема будет идти шесть или 7 проводов (некоторые датчики используют калибровочный резистор в разъеме, оба конца которого свободны).

Следует отметить, что при активном управлении датчиком смесь в диффузионной камере находится в стоическом состоянии, а напряжение Vs близко к 450 мВ. Существует небольшой эффект самонакачки атмосферного кислорода в диффузионную камеру сенсорной частью по сравнению с , но он намного меньше, чем действие ячейки насоса. Поскольку концентрация атмосферного кислорода (т.е. свободного воздуха) используется в качестве эталона на одной стороне ячейки Vs , то поток воздуха к задней части ячейки датчик необходимо обслуживать — обычно это делается через оболочку, покрывающую провода к датчику/от датчика. Оболочка провода не должна быть пережата!

Как работает широкополосный контроллер?

Задача контроллера состоит в том, чтобы поддерживать температуру диффузионной камеры в узких пределах и контролировать смесь там при стеичности при прокачке более-менее Ip тока, и путем изменения направления Ip , когда смесь меняется между бедной и богатой. Точное измерение Ip производится для расчета лямбда смеси с использованием справочной таблицы.

Чтобы контроллер вообще работал, чувствительный элемент должен быть нагрет до правильной рабочей температуры. где ионы кислорода могут поддерживать необходимые каталитические реакции. Температура датчика поддерживается на уровне оптимальной рабочей температуры путем измерения импеданса (электрическое сопротивление) либо ячейки насоса, либо vs сенсорная ячейка. Более точные результаты обычно получаются при измерении температуры ячейки по сравнению с (как это делается в устройствах Tech Edge ). но это может быть немного сложнее, чем измерения импеданса ячейки Ip . Нагреватель большинства 5-проводных датчиков предназначен для обеспечения максимальной мощности нагрева при более низком напряжении, чем напряжение аккумуляторной батареи автомобиля. Это сделано для того, чтобы учесть потери напряжения в схеме контроллера и более быстрый нагрев от холода, но это также означает, что для длительного срока службы датчика контроллер должен быть осторожным, чтобы не нагружать датчик во время прогрева, когда достаточно большие токи могут разрушить нагреватель.

На изображении слева показаны основные части схемы управления нагревателем. На самом деле он более сложный, чем схема измерения лямбда. Операционный усилитель E с помощью резистора с очень низким сопротивлением, может напрямую измерять ток через нагреватель, и это используется во время прогрева для контролируйте среднюю мощность нагревателя в узких пределах (как указано в документации производителей датчиков). Также можно использовать ток нагревателя и напряжение батареи ( Вбатт ). (через закон Ома) для расчета приблизительной температуры нагревателя. Когда датчик достаточно теплый для его Vs Полное сопротивление сенсорной ячейки для непосредственного измерения можно сделать более точное измерение температуры. Малые импульсы напряжения подаются на Vs с помощью драйвера F , и снова для расчета используется закон Ома. импеданс сенсорной ячейки путем измерения различных напряжений с помощью операционного усилителя D . Нагреватель переключается на частоте около 30 Гц с помощью драйвера FET нижнего плеча. и алгоритм ПИД-регулирования нагревателя.