СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2012

П РЕИМУЩЕСТВА ДИНАМИЧЕСКОГО ДАТЧИКА КИСЛОРОДА Динамический датчик кислорода, разработанный фирмой Heraeus Sen sor Technology (Германия), представля ет собой амперометричекий сенсор для измерения парциального давления кислорода в газах и базируется на из мерительной ячейке из стабилизиро ванного диоксида циркония (ZrO 2 ). Датчик имеет следующие преиму щества: ● область измерений от 0,5 до 25% O 2 ; ● нет необходимости в эталонной ат мосфере; ● калибровка в одной точке; ● вследствие динамического цикла из мерения пригоден для автоматичес кой проверки работоспособности; ● не требует применения расходуемых материалов; ● высокая термостойкость; ● долговечность в эксплуатации. ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2012 Область измерений можно расши рить до 100%O 2 с помощьювыбора со ответствующей электроники. Техни ческие характеристики датчика кис лорода приведены в таблице. П РИНЦИП РАБОТЫ Сенсор состоит из керамической под ложки,нанижнейсторонекоторойнане сёнтонкийнагревательныйплатиновый элемент, анаверхнейстороненаходится измерительная камера (рис. 1). Измери тельная камера ограничена сверху мем бранойизZrO 2 , котораярасположенана строгоопределённомрасстоянииотпод ложки. Обрамление из платины проти востоитвысокимрабочимтемпературам вплоть до750 ° C.МембранаизZrO 2 собе их сторонпокрыта тонкимслоемплати ны.Награницетрёхфаз,Pt/ZrO 2 /газ,про исходит ионизация молекул кислорода. Так как ZrO 2 при высоких температурах проводит ионы кислорода, кислород с помощьюнапряжения U pump можетбыть закачан в камеру, что создаёт напряже ние Нернста ( U Nernst ) между платиновы ми электродами на внешней и внутрен нейповерхностяхмембраныиз ZrO 2 . Схема включения датчика показана нарис. 2.Циклизмерениясостоитизфаз прокачки и измерения. Во время фазы прокачки цепь замкнута, и ионы кис лорода через мембрану из ZrO 2 зака чиваются в камеру до тех пор, пока не будет достигнуто заданное напряжение Нернста. Напряжение Нернста связано функциональнойзависимостьюсотно шениемвнешнего парциального давле ниякислородаквнутреннему. Вследую щей фазе прокачки полярность U pump меняется, и кислород откачивается из камеры до тех пор, пока напряжение Нернстанедостигнетвторогозаданного значения. Чтобыдостичьэтихзаданных значенийнапряжения, необходимо, что бы определённое количество электри ческих зарядов в виде ионов кислорода прошло через мембрану. Обрабатыва ющая электроника из измеренных зна чений напряжений Нернста и ионного токаможетрассчитатьпарциальноедав ление кислорода в измеряемой среде. В зависимости от установки электро ники, измерениезначенийможетпроиз водиться, например, через2с. Благодаря тому, что принцип измерения основан на оценке напряженийНернста прина полненной и откачанной камерах, для определения парциального давления кислороданетребуетсяэталоннаясреда. Динамический датчик кислорода Heraeus может калиброваться в одной точке при нормальной атмосфере. К ОРПУС ДАТЧИКА КИСЛОРОДА И СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ Датчик кислорода Heraeus доступен в различных корпусах, а также как отдель ныйэлементвместеспрограммнымалго ритмом измерений. По желанию потре бителя поставляется комплексная систе маизмеренийвместе с электроникой. Алгоритм измерения, который был разработан для этого сенсора, преду сматривает функцию самопроверки. Датчик кислорода Heraeus может быть использован для многих применений, где необходимы стабильные и просто калибруемые датчики O 2 . Tел.: +375 17 286 36 60 http://www.heraeus sensor technology.ru Рис. 1. Чувствительный элемент динамического датчика кислорода U pump(+/–) R pump = 100 кОм U Nernst Pt Тонкоплёночный нагреватель Платиновый электрод Pt ZrO 2 Рис. 2. Схема внутреннего устройства и принципа работы динамического датчика кислорода Технические характеристики датчика кислорода Heraeus Динамический датчик кислорода Матвей Зинкевич (Германия), Александр Ядевич (Белоруссия) В статье рассмотрен динамический датчик для измерения парциального давления кислорода в газах, разработанный фирмой Heraeus Sensor Technology (Германия). Приведены описание, принцип работы, технические характеристики и преимущества. На правах рекламы Диапазон измерений, объём. % О2 0,5…25 (до 100 с адаптированной электроникой) Точность измерения, объём. % ±0,25 Частота измерения 1 (значение приблизительно в 2 с) Мощность нагревателя, Вт 3,2 Мощность нагревателя в момент нагрева, Вт 5,2 Ток нагрева, не более, мА 350 Время нагрева, с 20 Рабочая температура, °С Около 780 Напряжение нагрева, В 12 Сопротивление холодного нагревателя, Ом 12 ± 0,5 Сопротивление нагревателя при рабочей температуре, Ом 42,5…46,2 Материал подложки Керамика Материал нагревателя Платина Размер, мм 4,8 × 5,9 © СТА-ПРЕСС