Un sensor de óxido de nitrógeno o NO
X El sensor suele ser un dispositivo de alta temperatura construido para detectar óxidos de nitrógeno en entornos de combustión, como un automóvil , el tubo de escape de un camión o una chimenea .
Descripción general
El término NO
X representa varias formas de óxidos de nitrógeno como NO ( óxido nítrico ), NO 2 ( dióxido de nitrógeno ) y N 2 O ( óxido nitroso , también conocido como gas de la risa). En un motor de gasolina , el NO es la forma más común de NO
X alrededor del 93%, mientras que el NO 2 es alrededor del 5% y el resto es N 2 O. Hay otras formas de NO
X como el N 2 O 4 (el dímero del NO 2 ), que solo existe a temperaturas más bajas, y el N 2 O 5 , por ejemplo. Sin embargo, debido a temperaturas de combustión mucho más altas debido a la alta compresión del cilindro y turbo o sobrealimentación, los motores diésel producen un NO de salida de motor mucho más alto.
X emisiones que los motores de gasolina de encendido por chispa. La reciente disponibilidad de reducción catalítica selectiva (SCR) permite que el motor diesel debidamente equipado emita valores similares de NO
X en el tubo de escape en comparación con un motor de gasolina típico con un catalizador de 3 vías . Además, el catalizador de oxidación diesel aumenta significativamente la fracción de NO 2 en " NO
X "oxidando más del 50% de NO utilizando el exceso de oxígeno en los gases de escape del diesel .
El impulso para desarrollar un NO
X El sensor proviene de factores ambientales. NO
X Los gases pueden causar varios problemas como el smog y la lluvia ácida . Muchos gobiernos de todo el mundo han aprobado leyes para limitar sus emisiones (junto con otros gases de combustión como SOx (óxidos de azufre ), CO ( monóxido de carbono ) y CO 2 ( dióxido de carbono ) e hidrocarburos ). Las empresas se han dado cuenta de que una forma de minimizar el NO
X emisiones es detectarlas primero y luego emplear algún tipo de circuito de retroalimentación en el proceso de combustión, minimizando el NO
X producción mediante, por ejemplo, optimización de la combustión o regeneración de NO
X trampas. Por lo tanto, en muchas aplicaciones con sistemas de tratamiento de gases de escape se utiliza un sensor de NOx antes del sistema de tratamiento de gases de escape (aguas arriba) y un sensor después del sistema de tratamiento de gases de escape (aguas abajo). El sensor de aguas arriba se utiliza para el circuito de retroalimentación mencionado anteriormente. El sensor aguas abajo se utiliza principalmente para probar que se cumplen las legislaciones y los límites de emisiones relacionados.
Desafíos
Ambiente dificil
Debido a la alta temperatura del ambiente de combustión, solo ciertos tipos de material pueden operar in situ . La mayoría de NO
X Los sensores desarrollados se han fabricado con óxidos metálicos de tipo cerámico , siendo el más común la zirconia estabilizada con itria (YSZ), que se utiliza actualmente en el sensor de oxígeno de décadas de antigüedad . El YSZ se compacta en una cerámica densa y conduce iones de oxígeno (O 2 - ) a las altas temperaturas de un tubo de escape a 400 ° C y más. Para obtener una señal del sensor, se colocan en la superficie un par de electrodos de alta temperatura, como metales nobles ( platino , oro o paladio ) u otros óxidos metálicos, y se mide una señal eléctrica como el cambio de voltaje o corriente como una función de NO
X concentración.
Requiere alta sensibilidad y durabilidad
Los niveles de NO son alrededor de 100 a 2000 ppm ( partes por millón ) y NO 2 de 20 a 200 ppm en un rango de 1 a 10% de O 2 . El sensor tiene que ser muy sensible para captar estos niveles.
Los principales desafíos en el desarrollo de sensores son la selectividad, la sensibilidad, la estabilidad, la reproducibilidad, el tiempo de respuesta, el límite de detección y el costo. Además, debido al duro entorno de combustión, el alto caudal de gas puede enfriar el sensor, lo que altera la señal o puede deslaminar los electrodos con el tiempo y las partículas de hollín pueden degradar los materiales.
Uno de los principales desafíos que enfrentan estos sensores de gas es la humedad. El efecto relativo sobre la respuesta de la señal es muy subjetivo al tipo de sensor. Los sensores electroquímicos son en su mayoría inmunes al efecto de la humedad, ya que las moléculas de agua ayudan a regular la concentración de electrolito, pero la exposición a largo plazo al gas seco puede reducir la concentración de disolvente del electrolito. Se ha observado una alta sensibilidad cruzada en los sensores de gas debido a la similitud en el mecanismo de intercambio de electrones entre los gases objetivo y las moléculas de agua. [1]
Ver también
Referencias
- ^ Ghosh, Sujoy; Ilango, Murugaiya; Prajapati, Chandra; Bhat, Navakanta (7 de enero de 2021). "Reducción del efecto de la humedad en el sensor de NO2 basado en película delgada WO3 mediante optimización fisicoquímica". Investigación y tecnología de cristal . 56 (1): 2000155. doi : 10.1002 / caja.202000155 . ISSN 1521-4079 .