Cuando se utiliza un sensor de 5 hilos (banda ancha) hacemos ciertas suposiciones sobre el ambiente del sensor se utiliza, por ejemplo asumimos que el sensor se utiliza para medir los subproductos de la combustión de escape bastante com pleto. La combustión puede ser interno, como en un vehículo convencional o de combustión externa, como en un horno u otro dispositivo de consumo de combustible y oxígeno. Si se alteran estas condiciones entonces lecturas inapropiadas pueden resultar. Por ejemplo, si se produce un fallo al fuego y las gotas de combustible sin quemar de ir a través del motor, el sensor leerá magra, ya que no detectará el combustible líquido. Al sintonizar un vehículo, que no debería confiar únicamente en la lectura de un sensor. Deje que su sentido común y un poco de conocimiento de cómo funciona el sensor, a guiarlo.
Banda ancha sensores requieren un controlador, ya que son más complejas que un sensor de banda estrecha estándar. Ellos son más precisos debido a esta complejidad, pero esto significa que requieren un controlador técnicamente complejos para que puedan trabajar en absoluto. El sensor en sí mismo puede ser considerado como dos partes estrechamente conectadas que se calientan eléctricamente a un calor de lectura aburrida:
Un sensor de banda estrecha para detectar la concentración de oxígeno dentro de una pequeña cámara. Una célula de la bomba que transporta los iones de oxígeno hacia o desde la superficie de esta pequeña cámara.
Como veremos, el sensor de banda ancha es operado por la corriente que se bombea dentro o fuera de la célula de la bomba por la electrónica del controlador de banda ancha. Esto es fundamentalmente diferente a un sensor de banda estrecha que produce la tensión de banda estrecha, sin ningún tipo de electrónica externa, cuando se calienta a la temperatura de funcionamiento. Para entender de banda ancha, hay que entender primero banda estrecha sensores: estrecha sensores:
Sensores de banda estrecha sensores de banda estrecha tienen entre uno y cuatro hilos. Uno de los cables siempre será el voltaje de la señal. Un segundo cable se puede utilizar para aislar el extremo de tierra de la señal para reducir el ruido de la señal. Tres y cuatro sensores de cuerda añaden un elemento de calentamiento por lo que el sensor se pone en marcha más rápida y fiable. La imagen de la izquierda muestra una representación de una versión de 4 hilos - en ba nda estrecha práctica diseña el sensor es a menudo la forma de un dedal para maximizar el área de superficie expuesta a los gases de escape. El calentador eléctrico se utiliza para elevar la temperatura del dióxido de circonio (ZrO $ 2 ) material que el elemento sensor está hecho de. De dióxido de circonio (a menudo dopado con óxido de itrio ) es una sustancia importante que mantiene la rigidez mecánica mientras capaz de conducir una corriente eléctrica cuando está en un estado fundido (rojo caliente). El sensor de corriente es transportada por los iones de oxígeno que están disponibles sólo cuando el sensor está lo suficientemente caliente. El revestimiento de platino es a la vez conductor y promueve una reacción catalítica entre los iones de oxígeno y combustible parcialmente quemado. La ecuación de Nernst describe la tensión producida como result ado de esta reacción catalítica que implica iones de oxígeno, el catalizador de platino y de gases de escape.
V s = (RT / 4F) * ln (pO fronteras
2
de aire /
PO
2
exh )
pO 2 = presión parcial del gas a través de
El pO 2 xxx es la presión parcial de oxígeno, y es una representación conveniente de la concentración de oxígeno en cada lado del sensor de oxígeno. El RT / 4F plazo puede ser pensado como una constante multiplicada por la temperatura T . ¿Qué dice esta ecuación es que con mezclas ricas, donde casi no hay oxígeno, pero una gran cantidad de combustible libre, la tensión V s producida por el sensor será bastante alto.Alrededor stoich algo de oxígeno libre disponible y el voltaje producido por el sensor cae rápidamente. El gráfico de la izquierda muestra la forma en V srápidamente cambia de un voltaje de alrededor de 0,9 voltios a alrededor de 0,1 voltios en un rango muy pequeño Lambda (o AFR). Esta conmutación rápida es una de las razones sensores de banda estrecha no son exactos en la región rica, donde la mayor parte de ajuste de potencia se lleva a cabo. La ecuación también dice que a temperaturas más altas V s también será mayor. Esto se muestra en la imagen de la derecha. Es otra de las razones principales por las que los sensores de banda estrecha no son muy precisos lejos de estequiométrico. A medida que la carga en el motor varía, la temperatura del sensor va a cambiar, y se leerá un valor diferente, aunque el Lambda real (o AFR) no ha cambiado. Es po sible temperatura compensar mediante la medición de la impedancia del sensor y el cálculo de su temperatura media, y esto es lo que la mayoría de los metros Lambda de mejor calidad, que utilizan un sensor de banda estrecha (tal como el LSM-11), hacen con el fin de mejorar su exactitud.
bomba celular El sensor de banda estrecha, se ha descrito anteriormente, detecta la tensión V s producido por la célula de Nernst. Es posible forzar una corriente a través del electrolito fundido y para conducir la reacción química tal que el oxígeno se bombea (en forma de O 2- iones) de un lado de la celda a la otra.
O 2 + 4e - -> 2 O
2-
En una rica mezcla de los iones de oxígeno se combinan, en la superficie catalítica de la célula de la bomba, con el combustible para producir agua y dióxido de carbono. Cuando se consume todo el combustible no habrá oxígeno libre y la mezcla resultante habrá al estequiométrico. En una magra mezcla (o incluso al aire libre) de la corriente de la bomba se invierte y el oxígeno libre se bombea hasta que no quede ninguno, y la mezcla resultante también estará en estequiométrico. La imagen de la derecha muestra una celda de la bomba y una pequeña cámara que el gas de escape puede entrar. La rica, o pobre, el gas dentro de la cámara se puede reducir, o oxida, para producir una mezcla estequiométrico. Una parte importante de la celda de la bomba es el tamaño del agujero de entrada de la bomba de células y la anchura de la cámara de difusión. A medida que estos están sujetos a las variaciones de fabricación, los diferenciales de los parámetros de funcionamiento se espera, y un esquema para tener en cuenta es necesaria esta variación.
La combinación de células en banda y la bomba estrechas - Sensor> 5 hilos La combinación de la de las células de la bomba de banda estrecha y de banda estrecha permite que el sensor para detectar la mezcla resultante de bombeo de oxígeno en o fuera de la cámara de difusión. El sensor resultante se muestra a la izquierda. Para guardar cables, la Vs (sentido) y las Ip células (bomba) están conectados entre sí - que comparten una superficie de reacción común de todos modos, así que esto no es un problema. El problema variación de fabricación, lo que resulta en sensores de diferente sensibilidad (diferentes corrientes de bombeo para el mismo Lambda), se resuelve mediante la adición de un componente de calibración. Una resistencia (RCAL) es recortado por láser después de que el sensor está construido y probado. El láser quema el material y aumenta el valor de la resistencia hasta un nivel Ip actual se produce en un valor Lambda conocido. Si este circuito se reproduce en el propio controlador continuación, cada sensor se calibra automáticamente y sin calibración adicional. Obviamente, ya que cada sensor es calibrado en fábrica, y el componente de calibración es por lo general en el conector del sensor en sí, si alguien quita el conector, entonces el sensor se ha convertido en no calibrado! Muchos controladores no tienen este circuito y tienen que pasar por una fase de calibración al aire libre para trabajar con precisión. Tenga en cuenta también que toda la célula de la bomba de banda ancha sensores tendrán al menos 5 hilos del sensor. Seis o 7 hilos vendrán del conector (algunos sensores utilizan una resistencia de calibración en el conector que tiene dos extremos libres). Algunas cosas a observar es que cuando el sensor está siendo controlado de forma activa, la mezcla en la cámara de difusión está en estequiométrico y la Vs de tensión está cerca de 450 mVolts. Hay un pequeño efecto de auto-bombeo de oxígeno atmosférico en la cámara de difusión por el Vs parte sensor, pero esto es mucho más pequeña que la acción de la celda de la bomba. Como la concentración de oxígeno atmosférico (. Es decir, al aire libre) se utiliza como la referencia en un lado de la Vs celular, entonces el flujo de aire a la parte posterior del sensor debe mantenerse - esto es por lo general a través de la vaina que cubre los cables a / desde el sensor. La vaina del cableado no debería ser constreñido!
¿Cómo funciona un controlador de banda ancha? El trabajo del controlador es para mantener la temperatura de la cámara de difusión dentro de límites estrechos y para controlar la mezcla de allí al estequiométrico bombeando más o menos Ip actual, y cambiando la dirección de IP cuando el medio entre magro y rico. Una medición precisa de Ip se hace para calcular la Lambda de la mezcla mediante el uso de una tabla de consulta.
La imagen de la derecha representa esto en acción. Op-Amp A produce una tensión que representa la diferencia entre Vs y una tensión de referencia de 450 mV - con la idea de mantener Vs al valor estequiométrico de 450 mV. Un microcontrolador implementación de un controlador PID utiliza Vs como su entrada y la salida PID unidades opamp B configurado como una fuente de corriente que produce el Ip actual utilizada por el sensor. Op-amp C mide directamente la corriente de la bomba y produce un voltaje que se mide por el microcontrolador. El microcontrolador convierte efectivamente Ip en una representación interna Lambda que se utiliza para producir los voltajes de salida, se almacena como datos, etc. Para que el controlador funciona en absoluto, el elemento sensor debe ser calentado a la temperatura de operación correcta, donde los iones de oxígeno pueden sostener las reacciones catalíticas necesarias. La temperatura del sensor se mantiene a la temperatura de funcionamiento óptima mediante la medición de la impedancia (resistencia eléctrica) de cualquiera de la celda de la bomba o de la Vs celular sentido. La búsqueda precisa por lo general son el resultado de Vs de detección de temperatura de la célula (como se hace en la tecnología Edge unidades), pero esto puede ser un poco más complejo que Ipmediciones de impedancia célula. El calentador de la mayoría de los sensores 5alambre está diseñado para producir la máxima potencia de calentamiento a una tensión inferior a la tensión de la batería del vehículo. Esto es para permitir que las caídas de tensión en los circuitos de control y de más rápida del calor desde el frío, pero también significa que, para una vida útil del sensor de largo, el controlador debe tener cuidado de no hacer hincapié en el sensor durante el calentamiento cuando grandes corrientes suficientes para destruir la calentador puede fluir. La imagen de la izquierda muestra l as partes principales de la circuitería de control del calentador. De hecho, es más complejo que el circuito de medición Lambda. Op-amp E , con la ayuda de una resistencia de ohms muy bajo, se puede medir directamente la corriente a través del calentador y esto se utiliza durante el calentamiento para controlar la potencia media calentador dentro de límites estrechos (como se especifica en la documentación fabricantes de sensores ') . El voltaje de corriente del calentador y de la batería ( Vbat ) también se puede utilizar (a través de la ley de Ohm ) para calcular una temperatura del calentador en bruto. Cuando el sensor está lo suficientemente caliente para él es Vs impedancia de la pila sentido para medir directamente una medición de temperatura más precisa se puede hacer. Pulsos pequeño voltaje se aplican a Vs , utilizando el controlador F y de nuevo la ley de Ohm se usan para calcular la impedancia de la pila sentido mediante la medición de diversas tensiones con op-amp D . El calentador está encendido, en torno al 30 hz, usando un lado de baja controlador FET y el algoritmo de control PID del calentador.
