氧傳感器原理

氧傳感器是汽車上的標準配置，它是利用陶瓷敏感元件測量汽車排氣管道中的氧電勢，由化學平衡原理計算出對應的氧濃度，達到監測和控制燃燒空燃比，以保證產品質量及尾氣排放達標的測量元件。氧傳感器廣泛應用于各類煤燃燒、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，具有結構簡單、響應迅速、維護容易、使用方便、測量準確等優點。運用該傳感器進行燃燒氣氛測量和控制既能穩定和提高產品質量，又可縮短生產周期，節約能源。

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，利用氧化鋯內外兩側的氧濃度差，產生電位差，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際上不含氧，稀混合氣燃燒后生成的廢氣或因缺火產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，帶負電的氧離子吸附在氧化鋯套管的內外表面上。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比廢氣一側吸附更多的負離子，兩側離子的濃度差產生電動勢。

當汽車套管廢氣一側的氧濃度低時，在氧傳感器電極之間產生一個高電壓（0.6～1V），這個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量的關鍵傳感器。氧傳感器只有在高溫時（端部達到300°C以上）其特性才能充分體現，才能輸出電壓。它在約800°C時，對混合氣的變化反應最快，而在低溫時這種特性會發生很大變化。

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）碳氫化合物和（NOx）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。當實際空燃比變高，在排氣中氧氣的濃度增加而氧傳感器把混合氣稀的狀態（小電動勢：O伏）通知ECU。當空燃比比理論空燃比低時，在排氣中氧氣的濃度降低，而氧傳感器的狀態（大電動勢：1伏）通知（ECU）電腦。

ECU根據來自氧傳感器的電動勢差別判斷空燃比的低或高，并相應地控制噴油持續的時間。但是，如氧傳器有故障使輸出的電動勢不正常，（ECU）電腦就不能精確控制空燃比。所以氧傳感器還能彌補由于機械及電噴系統其它件磨損而引起空燃比的誤差。可以說是電噴系統中唯一有“智能”的傳感器。

傳感器的作用是測定發動機燃燒后的排氣中氧是否過剩的信息，即氧氣含量，并把氧氣含量轉換成電壓信號傳遞到發動機計算機，使發動機能夠實現以過量空氣因數為目標的閉環控制；確保三元催化轉化器對排氣中的碳氫化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物（NOX）三種污染物都有最大的轉化效率，最大程度地進行排放污染物的轉化和凈化。

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，它是一種固態電解質，兩側面分別燒結上多孔鉑（Pt）電極。在一定溫度下，由于兩側氧濃度不同，高濃度側(陶瓷管內側4)的氧分子被吸附在鉑電極上與電子（4e）結合形成氧離子O2-，使該電極帶正電，O2-離子通過電解質中的氧離子空位遷移到低氧濃度側(廢氣側)，使該電極帶負電,即產生電勢差。

當空燃比較低時(濃混合氣)，廢氣中的氧較少，因此陶瓷管外側氧離子較少，形成1.0V左右的電動勢；

當空燃比等于14.7時，此時陶瓷管內外兩側產生的電動勢為0.4V~0.5V， 該電動勢為基準電動勢；

當空燃比較高時（稀混合氣），廢氣中氧含量較高，陶瓷管內外的氧離子濃度差較小，所以產生電動勢很低，接近為零。

加熱型氧傳感器：

加熱型氧傳感器抗鉛能力強；

對排氣溫度依賴少，能在負荷低、廢氣溫度較低的情況下照常發揮作用；

起動后迅速進入閉環控制

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：