ساخت و بررسی عمل کرد سنسور اکسیژن و بهبود آن با استفاده از نیمه هادی اکسید فلزات تیتانیوم و سزیم و قلع به عنوان مرجع های جامد

با توجه به این که بخش مهمی از آلودگی های زیست محیطی ناشی از احتراق ناقص سوخت در اتومبیل هاست، برای دستیابی به استانداردهای زیست محیطی وضع شده، در کنار توسعه فن آوری به کارگیری مبدل های کاتالیستی در اگز.ز اتومبیل، از سال 1970 سنسورهای اکسیژن به منظور تنظیم نسبت هوا به سوخت در مقدار بهینه آن همراه با این مبدل ها در یک سیستم کنترلی مورد استفاده قرار گرفتند. در این تحقیق انواع سنسور اکسیژن پایه ییتریا-زیرکونیا (YSZ)، به عنوان الکترولیت جامد، ساخته و بررسی شد. نوع متداول سنسور اکسیژن اصولا یک پیل غلظتی شامل YSZ و دو الکترود پلاتین متخلخل می باشد که یکی از این الکترودها در معرض هوا (با غلظت ثابت و به عنوان رفرنس) و دیگری در معرض اگزوز (با غلظت اکسیژن متغیر متناسب با نسبت هوا به سوخت تزریق شده به موتور) می باشد. با استفاده از نیمه هادی های اکسید فلزی مانند سریا و تیتانیا به جای رفرنس هوا سنسور اکسیژنی ساخته شد که نسبت به نوع متداول دارای اندازه کوچک تر بوده و در نتیجه زمان پاسخ کم تر و حساسیت بالاتری دارد و نیز زمان light-off کوتاه تری داشته که در کاهش آلایندگی cold-start بسیار موثر است. پاسخ انتقالی این سنسور همچون سنسور معمول اکسیژن در ناحیه استوکیومتری نسبت هوا به سوخت صورت می گیرد. برای افزایش بازدهی موتورها و کاهش میزان آلایندگی آن ها، اخیرا استفاده از موتورهای lean-burn با نسبت هوا به سوخت بالاتر از استکیومتری مطرح می باشد که سنسورهای فوق در این مورد قابل استفاده نمی باشند. با استفاده از اکسیدهای فلزی نیمه هادی هم چون اکسید سریم، تیتانیوم و قلع با خواص مختلف ناحیه انتقالی به نسبت های بالاتر از نسبت استوکیومتری هوا به سوخت (1?>) انتقال داده شد.