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尾氣檢測(cè)高靈敏度快速測(cè)定NOx傳感器問世


日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(簡(jiǎn)稱產(chǎn)綜研)開發(fā)出高靈敏管式輸送機(jī)度、快振動(dòng)輸送機(jī)速測(cè)定的NOx傳感器(圖1)??杉磿r(shí)測(cè)量NOx濃度來控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。還可降低柴油車等的NOx排放量并提高燃效。

  此前的NOx傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣等嚴(yán)酷環(huán)境下的耐久性和耐熱性較低。作為解決辦法,一部分研究人員開始開發(fā)采用陶瓷固態(tài)電解質(zhì)(氧離子導(dǎo)體)的傳感器,不過由于結(jié)構(gòu)一直很復(fù)雜,必須組合多種電化學(xué)反應(yīng)才能測(cè)破碎篩分機(jī)定NOx濃度,所以本質(zhì)上生產(chǎn)線很難實(shí)現(xiàn)快速測(cè)定。因此可用于車載的NOx傳感器始終沒有能夠?qū)嶋H應(yīng)用。

  產(chǎn)綜研先進(jìn)制造工藝研究部門——功能模塊化研究小組的產(chǎn)綜研特別研究員濱本 孝一等開發(fā)的NOx傳感器,通過精密控制檢測(cè)NOx的電極表面的納米結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了極高的NOx分子選擇性能。通過改進(jìn)電化學(xué)單元結(jié)構(gòu)、直接檢測(cè)NOx分子,檢測(cè)速度比此前提高了約5倍,并且NOx分子的檢測(cè)靈敏度粉體輸送機(jī)提高了約2倍板鏈輸送機(jī)。

  汽油發(fā)動(dòng)機(jī)車型方面,稀薄燃燒(Lean Burn)發(fā)動(dòng)機(jī)用NOx吸藏還原觸媒已開始實(shí)際應(yīng)用。稀薄燃燒時(shí),使堿類物質(zhì)吸收NOx,吸收量達(dá)到飽和時(shí),使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生Rich Spike(燃料過量供給),利用瞬時(shí)增加的燃料來還原并凈化吸附的NOx。不過,目前的技術(shù)為:在發(fā)動(dòng)機(jī)的使用范圍內(nèi)測(cè)繪尾氣狀態(tài),通過模型演算來推算NOx的吸收量,并求出Rich Spide的開始時(shí)刻。由于該方法沒有直接測(cè)定尾氣中的NOx濃度,所以有必礦用破碎機(jī)要驗(yàn)證是否在在任何條件下都能正常發(fā)揮作用。

  另一方面,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車型由于NOx和未燃碳是此消彼漲的關(guān)系,降低NOx的排放量,PM的排放量將反擊式粉碎機(jī)增加,所以有必要使用NOx傳感器將NOx的排放控制在規(guī)定值,以便把PM的排放量降低到最小。

  由于這一原因,業(yè)界熱切期待著開發(fā)出檢測(cè)速度快、檢測(cè)靈敏度和定量測(cè)量性能高的小型車載高性能NOx傳感器。通過監(jiān)測(cè)每時(shí)每刻的NOx排放量、皮帶輸送設(shè)備僅提供最低限度的Rich Spide來節(jié)約燃料,實(shí)現(xiàn)效率更高的NOx排放控制并提高燃效。

  此次的成果是將鈧(Sc)穩(wěn)定型氧化鋯陶瓷作為電解質(zhì),控制檢測(cè)電極的微細(xì)結(jié)構(gòu)得到的,300℃以下的低溫下仍能夠?qū)O分子有很高的檢測(cè)能力和很快的響應(yīng)速度GZ電磁震動(dòng)給料機(jī),能夠應(yīng)用于混合電位型傳感器。

弧形篩  混合電位型傳感器通過數(shù)種氣體產(chǎn)生的電位差之和來測(cè)定氣體濃度。特別是對(duì)于NOx的濃度變化,通過努力使得傳感器的電位差能夠發(fā)生顯著變化。

  實(shí)際制成的傳感器為1cm×2.5mm×振動(dòng)喂料機(jī)300nm左右的電化學(xué)單元。傳感器采用脈沖激光沉積法(Pulsed Laser Deposition,PLD),在SiO2底板上形成氧化鋯陶瓷等(圖2)。在350℃下,對(duì)于用含5%氧氣的氮?dú)庀♂尩?000ppm NO氣體進(jìn)行檢測(cè)時(shí),該電化學(xué)單元能夠產(chǎn)生約100mV的電壓變化。對(duì)于很難檢測(cè)的NO氣體,也顯示出了全球最高級(jí)別的檢測(cè)特性(圖3)。
此外,如圖4所示,檢測(cè)電極的微細(xì)結(jié)構(gòu)調(diào)整到了最佳狀態(tài),90%的檢測(cè)的響應(yīng)速度都在5秒以下(根據(jù)測(cè)量條件的不同,已經(jīng)確認(rèn)實(shí)際的檢測(cè)速度還要更快)。結(jié)構(gòu)未實(shí)現(xiàn)最佳狀態(tài)時(shí)的元件響應(yīng)速度,在600℃以上的高溫下,單齒輥破碎機(jī)最快也需要1分鐘以上。一般來說,由于混合電位型傳感器的響應(yīng)速度依賴于氣體的吸附脫落能力,在氣體吸附脫離速度較慢的低溫下,傳感器的響應(yīng)速度就將變慢。因此,此前300℃低溫下的混合電位型傳感器的開發(fā)幾乎沒有取得什么進(jìn)展。

&ZSL系列大型冷礦振動(dòng)篩nbsp;

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