氧化鋯感測器在機載惰性氣體生成系統方面的應用

2017年5月5日14時許，上海浦東國際機場。世界的目光聚焦在一架白色大型飛機上。

啟動、滑行，機頭昂起，直插雲霄……我國首款擁有自主智慧財產權、具備國際主流水準的幹線飛機——C919成功首飛。

國之重器，今朝夢圓。

就在幾天前， 2017年12月17日，第二架國產大型客機C919在上海浦東國際機場成功試飛。

自飛機誕生以來，它的安全性一直是重中之重，因為只要它有一絲故障，就關係到飛機上所有人的生命。即便是我國科研人員費勁心力研發的C919大型客機，即使已經有兩架飛機試飛成功，也要經歷長達數年的適航取證能真正進入市場。此前，我國國產新支線客機ARJ21就用了6年的時間，完成了數百項考試科目才獲得中國民航局頒發的適航認證。這一歷程， C919同樣需要經歷。因此飛機在安全性方面不應該有一絲一毫問題。

飛機燃油系統起火或爆炸是引起飛機失事的主要原因之一。

飛機燃油系統的防火防爆能力，直接關係到飛機生存力和易損性，也關係到飛機的利用率、成本以及人員安全。燃油箱若有防爆能力，即使中彈或其他原因引起火災，也不至於機毀人亡，飛機經修復後仍可繼續使用，這就相應提高了飛機的利用率和生存力，降低了飛機的易損性。飛機燃油箱防爆技術的採用還可以增加救生時間，使飛機在燃油箱出現故障的情況下有足夠的時間返航。另外還可以在應急情況下保護飛機。

隨著飛行技術的發展，飛機上將普遍採用燃油熱管理技術，使燃油溫度提高，相應地增加了飛機燃油箱起火爆炸的幾率。因此，使燃油箱始終處於安全狀態是非常重要的。

目前國際上普遍採用的飛機油箱安全技術是惰化系統。

飛機燃油箱惰化技術在國外得到迅速發展，並開始應用到戰鬥機、直升機和運輸機上。惰化技術的應用等有效地提高了飛機的安全性、生存力、利用率和可靠性。

飛機燃油箱惰化技術是利用空氣分離裝置,將飛機發動機引氣進行分離,產生油箱惰化所需富氮氣體,並將該富氮氣體充入油箱,以實現油箱氣相空間氧氣濃度控制。在飛機飛行的全過程中，使該氧濃度始終低於燃油燃燒所需的氧濃度下限，從而達到防爆抑爆的目的。它是目前確保飛機油箱安全、抑制油箱燃爆事故發生的最有效實用、最經濟的方法之一。

要把飛機燃油箱控制到多少濃度最好呢？提到這個必須說下惰化界限。

惰化界限指的是支持燃燒的最低氧氣濃度。早期決定惰化界限的試驗應用可見光作為標準來檢驗是否有燃燒反應發生。很多的試驗表明，壓力上升是檢驗是否發生燃燒的標準。惰化系統的惰化界限被軍方或者管理機構做了說明，多種核實惰化界限的試驗得出一致的結論。試驗表明當海平面氧氣濃度低於9.8%時會發生明顯的反應，但是只有氧氣濃度上升到12%才能使壓力上升。試驗也表明惰化界限隨著海拔的升高而升高。而且，越小的點火源需要更高的氧氣濃度來發生燃燒反應。雖然惰化界限試驗結果是一致的，但是不同的客戶需要不同的安全因素。美國軍方在任何海拔應用的惰化界限為9%，

地面上為12%。軍用惰化系統設計為統一的大小來保持整個飛行任務中氧氣濃度低於惰化界限，所以燃料組份和溫度帶來的可燃界限的變化與存活性分析不相關。由於飛機飛行過程中海拔高度可以從0到上萬米不等，因此都把9%氧濃度作為惰化界限。對於商用飛機系統，因為關係到更多人的生命安全，安全也是更高，也都採用9%的惰化界限。

飛機燃油箱在一定條件下可分為四個不同的層面：最下面為液態燃油層，該層的燃油含有氧氣，當壓力變化和被晃動時，燃油會釋放出氧氣；緊靠液態燃油層為富油氣體層，它不僅含有大量的油分子，還含有大量氧分子；再上面為含氧最豐富的燃燒曾，蓋層易燃；最上面為貧油分子層，氧氣濃度很淡不易燃燒。因此必須控制燃燒層和富油層的氧氣濃度，保證氧氣濃度低於9%，使燃油箱始終處於惰化狀態。目前在飛機上油箱惰化系統主流都是採用機載惰性氣體生成系統OBIGGS（On-Board Inert Gas Generating System）。

下面是OBIGGS系統組成示意圖：

機載惰性氣體生成系統核心部件之一就是氧氣感測器，它直接決定了惰化的最終效果。那用什麼氧氣感測器好呢？在航空條件下，壓力、溫度、加速度等環境因素負雜，註定了一般的氧氣感測器不能用在航空領域。

航太航空領域氣體檢測一直是是感測器業界的難點，因為航空環境負雜，地面上可以用的感測器在航空環境下無法正常工作。深圳市工采網代理的英國進口SST氧化鋯感測器能解決航空OBIGGS系統氧氣檢測的難題。英國著名感測器公司SST通過技術攻關，研製出了帶接線法蘭型氧化鋯氧氣感測器 O2S-FR-T5，可以說是為航空領域量身定做的。

O2S-FR-T5 法蘭型氧化鋯氧氣感測器特徵有：

氧壓範圍：2mbar-3bar

氧化鋯檢測元件

非消耗型技術

集成加熱元件

不需要溫度穩定

不需要參考氣體

高精度

線性輸出信號

可與外部介面板配合工作

M18×1.5 螺絲安裝

規格參數如下所示：

加熱電壓全透型4.35VDC±0.1VDC（1.85A）保持電壓2VDC（0.85A）泵阻抗@700℃< 6kΩ允許氣體溫度-100 到 250℃氣流速率0 到 10m/s允許的重複加速度5g允許的暫態加速度30g

隨著我國航空工業的發展，國防、航太事業都取得了巨大進步，各種用途的飛機也越來越多。從上表可以看出，O2S-FR-T5氧化鋯氧氣感測器允許的暫態加速度高達30g，體現了該系列感測器在航空複雜條件下的卓越性能，可以用到運輸機、戰鬥機等軍事用途，為我國國防事業保駕護航。深圳市工采網代理的英國SST O2S-FR-T5 法蘭型氧化鋯氧氣感測器採用不銹鋼封裝、堅固耐用、精度高、穩定性好，完全能滿足航空要求，為複雜航空環境下測量氧氣提供了一個不錯的解決方案，在未來市場前景廣闊。

氧氣濃度很淡不易燃燒。因此必須控制燃燒層和富油層的氧氣濃度，保證氧氣濃度低於9%，使燃油箱始終處於惰化狀態。目前在飛機上油箱惰化系統主流都是採用機載惰性氣體生成系統OBIGGS（On-Board Inert Gas Generating System）。