Главная Промышленная автоматика.


Рис. 5. Конструкция датчика на Ti02

/ - элемент из ТЮг; 2 - стальной корпус; 3 - керамический изолятор; 4 - выводные штыри; 5 - керамический цемент; S - провод; 7 - стальная защитная труба

Уплотнение керамики замед- ? ляет установление равновесия \ при изменениях величины ро, до такой степени, что уплотненная керамика становится не чувстви- К тельной к изменениям ро, по / крайней мере для существующих в настоящее время пороговых методов регулирования. Это положение будет рассмотрено в следующем разделе.

Элемент, чувствительный к кислороду, обработан составом из благородных металлов для того, чтобы повысить чувствительность датчика при низкой температуре.

На рис. 6 сравниваются микроструктуры терморезистора и элемента, чувствительного к кислороду. Чувствительный элемент вы-лолнен из мелкозернистой высокопористой керамики, в то время как терморезистор имеет в несколько раз большие зерна и в несколько раз меньшую пористость.

Для контакта с терморезистором и кислородным элементом датчика вплавлены электроды из благородного металла. Отводящие провода проходят через керамический изолятор и соединяются с выводными штырями. Для закрепления штырей и уплотнения отверстий вблизи их концов использован керамический цемент. Хотя большая неплотность нежелательна, идеальный герметизации все-таки не требуется, так как датчик не контактирует с возду-зсом.


Рис. 6. Микроструктуры кислородного элемента терморезистора (700-кратное увеличение):

в квслородный элемент; б - терморезистор



Наиболее существенными особенностями датчика, обеспечивающими его низкую стоимость и соответствующую надежность на пробеге 80 ООО км, являются следующие.

1. Для работы датчика не требуется эталонной пробы воздуха, а также особых высокотемпературных уплотнений с целью предотвращения утечки кислорода между эталонным воздухом и отработавшими газами.

2. Электроды как кислородного элемента, так и терморезистора герметично заделаны внутрь керамики из ТЮг, что обеспечивает защиту поверхности контакта керамика - металл от абразивных и коррозионных компонентов отработавших газов. Коэффициенты теплового расширения керамики из ТЮг и материала электродов подобраны близкими по величине с тем, чтобы уменьшить тепловые напряжения на разделяющей поверхности.

3. Керамический изолятор, содержащий элементы из Ti02, несет на себе незначительную электрическую нагрузку (изолированные отводящие провода находятся под напряжением 1-10 В). Поэтому его материал и конструктивные особенности определяются в первую очередь способностью выдерживать высокую температуру отработавших газов и удовлетворять требованиям массового производства.

4. Насыщение пористой керамики благородным металлом вместо покрытия им поверхности уплотненной керамики лучше обеспечивает стойкость ее к абразивному износу и не требует защиты пористой керамики дополнительным покрытием.

Функциональные характеристики датчика

Простейшая схема для измерения электрических характеристик датчика показана на рис. 7. Напряжение питания Vg приложено к последовательно соединенным чувствительному элементу, терморезистору и резистору 1,5 кОм, а выходное напряжение Увых

Определения электрических параметров датчика

Таблица t

Параметр

Определение

Выходное напряжение Время установления

Асимметрия времени установления

Внутренние сопротивления датчика и терморезистора

Напряжение, измеряемое на последовательно соединенных терморезисторе и резисторе 1,5 кОм (см. схему на рис. 7)

Время, в течение которого происходит переход выходного напряжения от 33% (66%) до 66% (33%) при изменении коэффициента избытка bosj духа а от значения соответствующего бедной (богатой) до значения соответствующего богатой (бедной) смеси

Разность между временем установления для переходов бедная - богатая и богатая - бедная смеси

Сопсотивления, измеренные по схеме, данной на рис. 7 при температуре 350°С и Я<1



датчика измеряется иа терморезисторе и последовательно соединенном с ним резисторе. Терморезистор действует как зависящее от температуры сопротивление нагрузки. Параметры терморезистора скомпенсированы с последовательно соединенными резистором 1,5 кОм и резистором нагрузки с сопротивлением 2 МОм.

Некоторые из наиболее важных электрических характеристик датчика приведены в табл. 1. Измерение и изучение этих .-характеристик было проведено как в лаборатории, так и на двигателе. Одно из приспособлений, использованных для лабораторных исследований, состояло из коррозионно-стойкой стальной трубы с выступами и отверстиями для крепления датчика и установленной на одном из ее концов пропановой горелкой для нагревания и испытания датчика. Горелка позволяет создавать богатые или бедные топливно-воздушные смеси и нагревать наконечник датчика до температуры 250-900° С.

На рис. 8 показаны результаты типичных испытаний, выполненных с пропановой горелкой для установления температурной зависимости сопротивлений кислородного элемента и терморезистора с подстроечным резистором для богатых и- бедных смесей. В диапазоне температуры 250-850°С сопротивление кислородного элемента изменяется очень резко, более чем на три порядка, если а смеси изменяется от значения соответствующего бедной смеси до значения соответствующего богатой смеси. Стабилизация - измеряемой величины происходит за время, меньше 100 мс. Отметим, что изменение сопротивления в богатой и бедной смесях на

Красный

\ Белый

Черный

Рис. 7. Схема измерительной це-i. яи для датчика на TiOs:

\ 1 - кислородный элемент; 2 - термо- резистор; 3 - резистор нагрузки 2 МОм

Рис. 8. Температурная зависи-, мость сопротивления кислородного элемента и терморезистора (подстроечного резистора) для I богатой и бедной смесей:

[ I - бедная смесь, сопротивление кисло-* родного элемента; 2 - бедная смесь; В - богатая смесь; 4 - богатая смесь, со-противление кислородного элемента; > - необходимый диапазон рабочей температуры; 6 - терморезист.ор (подстроечный резистор) синкронизации и ста-оилизации

1Г WOM

1 100н


О 200 100 600 800 1000 Темг1ерчтурд,°С





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [11] 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

0.0035