به نام خدا
علاقمندی به توسعه ی سنسورهای اکسیژن ارزان قیمت از آنجا ناشی می شود که این سنسورها کاربردی ویژه ای در نمایش و نظارت -یا مونیتور کردن- گازهای خروجی موتورهای احتراق داخلی مانند موتور اتومبیل دارند.
در چنین محیط هایی تغییرات همزمان در فشار جزیی اکسیژن (PPO یا Partial Pressure of Oxygen ) و سایر گازها بصورت نسبت هوا به سوخت در ترکیب احتراق عمل می کند. به نسبت هوا به سوخت ضریب لامدا یا نسبت لامدا Lambda Ratio نیز می گویند و از این رو به چنین سنسورهای اکسیژنی، سنسور لامبدا نیز گفته می شود. کاربرد ویژه ی چنین سنسورهایی بازخواهد گشت به عملکرد سیستم در ناحیه ی سوخت کم یا Fuel Lean Region . این ناحیه در واقع ناحیه ای است که در آن احتراق سوخت داخلی موتور در نسبت هوا به سوخت بالای 65:1 صورت می گیرد. در حالت ایده آل در این ناحیه هیچ سوختی نباید وجود داشته باشد که بالطبع از نظر عملی غیر ممکن است.
سنسورهای لامبدا در واقع به تغییرات فشارجزیی اکسیژن در دمای بالای 700 درجه سانتیگراد با ایجاد موازنه بین ترکیب گازهای موجود و استویکیومتری Stoichiometry حجم سنسور پاسخ می دهند. رابطه ی بین فشار جزیی اکسیژن و هدایت الکتریکی بصورت زیر در یک سنسور با مکانیزم حجم بیان میشود:
σ = Aexp(−EA/kT )PO2 1/N
که در آن σ هدایت الکتریکی ، A ثابت (مقدار هدایت الکتریکی اولیه σo ) و T دمای محیط بر حسب کلوین، K ثابت بولتزمن ، EA انرژی فعال سازی برای هدایت ، PO2 فشار جزیی اکسیژن و سرانجام N ثابتی است که توسط نوع حجم در گیر شده در موازنه بین اکسیژن و سنسور تعیین می شود.
این معادله نشان می دهد که سنسور با مقدار N کمتر ، حساسیت هدایت الکتریکی بیشتری را به تغییرات فشار جزیی اکسیژن از خود نشان خواهد داد. همین طور EA کمتر باعث حساسیت کمتر پاسخ به تغییرات دما خواهد شد. اولین ماده ای که بطور جدی بعنوان سنسور اکسیژن موازنه حجم بکار رفت، دی اکسید تیتانیوم بود که ماده ای از نوع n است (1983). سنسورهای حساس به اکسیژنی که بصورت تکنولوژی Thick - Film با TiO2 ساخته شدند سادگی بیشتر و پاسخ انتقال سریعتری نسبت به سنسورهای تجاری اکسید زیرکونیوم ZrO2 داشتند.

شکل یک:نمونه ای از سنسورهای مکانیسم حجم که در بینی های الکترونیکی E-Nose استفاده می شوند.

شکل دو: سنسور گاز اکسیژن (لامبدا سنسور ) شامل یک فیلمان هادی که توسط یک لایه ی کاتالیتیک پوشیده شده و توسط جریان الکتریکی گرم می شود. این سنسور با تکنولوژی میکروماشین ساخته شده که به فیلمان اجازه می دهد تا بسیار کوچک ساخته شود و بصورت معلق بالای زیرلایه قرار گیرد. در نتیجه توان مصرفی بسیار پایین می آید. گازهای ناشی از احتراق با سطح کاتالیتیک واکنش صورت داده و منجر به آزادی گرما و در نتیجه تغییر در مقاومت فیلمان می شوند.












