Utmaningarna med kväveoxidsensor

Hård miljö

På grund av den höga temperaturen i förbränningsmiljön kan endast vissa typer av material fungera in situ. Majoriteten av NEJx utvecklade sensorer har gjorts av keramisk typ metalloxider, varvid den vanligaste är yttria-stabiliserad zirkoniumoxid (YSZ), som för närvarande används i decennier gamla syresensor. YSZ komprimeras till en tät keramik och leder syrejoner (O^2-) vid de höga temperaturerna i ett avgasrör såsom 400 °C och högre. För att få en signal från sensorn ett par högtemperaturelektroder som ädelmetaller (platina, guld-, eller palladium) eller andra metalloxider placeras på ytan och en elektrisk signal såsom förändringen i spänning eller ström mäts som en funktion av NEJx koncentration.

Hög känslighet och hållbarhet krävs

Nivåerna av NO är runt 100–2000 ppm (delar per miljon) och nej₂ 20–200 ppm i intervallet 1–10 % O₂. Sensorn måste vara mycket känslig för att fånga upp dessa nivåer.

De största utmaningarna i sensorutvecklingen är selektivitet, känslighet, stabilitet, reproducerbarhet, svarstid, detektionsgräns och kostnad. På grund av den hårda förbränningsmiljön kan den höga gasflödeshastigheten dessutom kyla sensorn vilket ändrar signalen eller så kan den delaminera elektroderna över tid och sot partiklar kan bryta ner materialen.

En av de stora utmaningarna för sådana gassensorer är fuktighet. Den relativa effekten på signalsvaret är mycket subjektiv för typen av sensor. Elektrokemiska sensorer är mestadels immuna mot fukteffekter eftersom vattenmolekyler hjälper till att reglera elektrolytkoncentrationen men långvarig exponering för torr gas kan minska lösningsmedelskoncentrationen i elektrolyten. Hög korskänslighet har observerats i gassensorer på grund av likheten i elektronbytesmekanismen mellan målgaser och vattenmolekyler.