氧傳感器原理

氧傳感器是汽車上的標(biāo)準(zhǔn)配置，它是利用陶瓷敏感元件測量汽車排氣管道中的氧電勢，由化學(xué)平衡原理計(jì)算出對應(yīng)的氧濃度，達(dá)到監(jiān)測和控制燃燒空燃比，以保證產(chǎn)品質(zhì)量及尾氣排放達(dá)標(biāo)的測量元件。氧傳感器廣泛應(yīng)用于各類煤燃燒、油燃燒、氣燃燒等爐體的氣氛控制，它是目前最佳的燃燒氣氛測量方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、維護(hù)容易、使用方便、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用該傳感器進(jìn)行燃燒氣氛測量和控制既能穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約能源。

汽車上的氧傳感器工作原理與干電池相似，傳感器中的氧化鋯元素起類似電解液的作用。其基本工作原理是：在一定條件下，利用氧化鋯內(nèi)外兩側(cè)的氧濃度差，產(chǎn)生電位差，且濃度差越大，電位差越大。大氣中氧的含量為21%，濃混合氣燃燒后的廢氣實(shí)際上不含氧，稀混合氣燃燒后生成的廢氣或因缺火產(chǎn)生的廢氣中含有較多的氧，但仍比大氣中的氧少得多。在高溫及鉑的催化下，帶負(fù)電的氧離子吸附在氧化鋯套管的內(nèi)外表面上。由于大氣中的氧氣比廢氣中的氧氣多，套管上與大氣相通一側(cè)比廢氣一側(cè)吸附更多的負(fù)離子，兩側(cè)離子的濃度差產(chǎn)生電動(dòng)勢。

當(dāng)汽車套管廢氣一側(cè)的氧濃度低時(shí)，在氧傳感器電極之間產(chǎn)生一個(gè)高電壓（0.6～1V），這個(gè)電壓信號被送到汽車ECU放大處理，ECU把高電壓信號看作濃混合氣，而把低電壓信號看作稀混合氣。根據(jù)氧傳感器的電壓信號，電腦按照盡可能接近14.7：1的理論最佳空燃比來稀釋或加濃混合氣。因此氧傳感器是電子控制燃油計(jì)量的關(guān)鍵傳感器。氧傳感器只有在高溫時(shí)（端部達(dá)到300°C以上）其特性才能充分體現(xiàn)，才能輸出電壓。它在約800°C時(shí)，對混合氣的變化反應(yīng)最快，而在低溫時(shí)這種特性會(huì)發(fā)生很大變化。

氧傳感器的作用：

電噴車為獲得高排氣凈化率，降低排氣中（CO）一氧化碳、（HC）碳?xì)浠衔锖停∟Ox）氮氧化合物成份，必須利用三元催化器。但為了能有效地使用三元催化器，必須精確地控制空燃比，使它始終接近理論空燃比。催化器通常裝在排氣歧管與消聲器之間。氧傳感器具有一種特性，在理論空燃比（14.7：1）附近它輸出的電壓有突變。這種特性被用來檢測排氣中氧氣的濃度并反饋給電腦，以控制空燃比。當(dāng)實(shí)際空燃比變高，在排氣中氧氣的濃度增加而氧傳感器把混合氣稀的狀態(tài)（小電動(dòng)勢：O伏）通知ECU。當(dāng)空燃比比理論空燃比低時(shí)，在排氣中氧氣的濃度降低，而氧傳感器的狀態(tài)（大電動(dòng)勢：1伏）通知（ECU）電腦。

ECU根據(jù)來自氧傳感器的電動(dòng)勢差別判斷空燃比的低或高，并相應(yīng)地控制噴油持續(xù)的時(shí)間。但是，如氧傳器有故障使輸出的電動(dòng)勢不正常，（ECU）電腦就不能精確控制空燃比。所以氧傳感器還能彌補(bǔ)由于機(jī)械及電噴系統(tǒng)其它件磨損而引起空燃比的誤差?？梢哉f是電噴系統(tǒng)中唯一有“智能”的傳感器。

傳感器的作用是測定發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的排氣中氧是否過剩的信息，即氧氣含量，并把氧氣含量轉(zhuǎn)換成電壓信號傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)以過量空氣因數(shù)為目標(biāo)的閉環(huán)控制；確保三元催化轉(zhuǎn)化器對排氣中的碳?xì)浠衔铮℉C）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物（NOX）三種污染物都有最大的轉(zhuǎn)化效率，最大程度地進(jìn)行排放污染物的轉(zhuǎn)化和凈化。

氧傳感器的組成：

氧傳感器利用了Nernst原理。

其核心元件是多孔的ZrO2陶瓷管，它是一種固態(tài)電解質(zhì)，兩側(cè)面分別燒結(jié)上多孔鉑（Pt）電極。在一定溫度下，由于兩側(cè)氧濃度不同，高濃度側(cè)(陶瓷管內(nèi)側(cè)4)的氧分子被吸附在鉑電極上與電子（4e）結(jié)合形成氧離子O2-，使該電極帶正電，O2-離子通過電解質(zhì)中的氧離子空位遷移到低氧濃度側(cè)(廢氣側(cè))，使該電極帶負(fù)電,即產(chǎn)生電勢差。

當(dāng)空燃比較低時(shí)(濃混合氣)，廢氣中的氧較少，因此陶瓷管外側(cè)氧離子較少，形成1.0V左右的電動(dòng)勢；

當(dāng)空燃比等于14.7時(shí)，此時(shí)陶瓷管內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生的電動(dòng)勢為0.4V~0.5V， 該電動(dòng)勢為基準(zhǔn)電動(dòng)勢；

當(dāng)空燃比較高時(shí)（稀混合氣），廢氣中氧含量較高，陶瓷管內(nèi)外的氧離子濃度差較小，所以產(chǎn)生電動(dòng)勢很低，接近為零。

加熱型氧傳感器：

加熱型氧傳感器抗鉛能力強(qiáng)；

對排氣溫度依賴少，能在負(fù)荷低、廢氣溫度較低的情況下照常發(fā)揮作用；

起動(dòng)后迅速進(jìn)入閉環(huán)控制

加熱型管式氧傳感器核心元件：

加熱型片式式氧傳感器芯片：