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氧傳感器的工作原理圖：為什么氧傳感器總是壞？
上一次我們分析了氧傳感器為什么會(huì)壞掉，這次我們來講講氧傳感器到底是如何工作的？
起源1889年德國(guó)物理化學(xué)家Nernest能斯特發(fā)現(xiàn)“熱力學(xué)第三定律”即能斯特方程。發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的氧化鋯在高溫下呈現(xiàn)離子導(dǎo)電現(xiàn)象，到1976年BOSCH公司將這項(xiàng)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用到沃爾沃轎車，隨后得到廣泛應(yīng)用。
基礎(chǔ)原理氧化鋯(ZrO2)是典型離子體，在600℃以上成為氧的快離子導(dǎo)體，人們稱他為固體電解質(zhì)，這種陶瓷材料對(duì)氧具有高度敏感性，被廣泛應(yīng)用于氧探頭。氧化鋯(ZrO2)是離子導(dǎo)電體，它是通過晶格內(nèi)的氧離子空位來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的。在氧化鋯電解質(zhì)(ZrO2管)的兩側(cè)分別燒結(jié)多孔鉑(Pt)電極，在一定溫度下，當(dāng)電解質(zhì)兩側(cè)氧濃度不同時(shí)，高濃度側(cè)的氧分子(O2)被吸附到鉑(Pt)電極上與電子(4e)結(jié)合形成氧離子(O2-)，使該電極帶正電(+)，氧離子(O2-)通過電解質(zhì)的氧離子空位遷移到氧濃度低的Pt電極上放出電子，轉(zhuǎn)化成楊分子(O2)，使該電極帶負(fù)電。
這樣兩個(gè)電極間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，氧化鋯、Pt電極、兩側(cè)不同的氧濃度氣體組成氧探頭即氧化鋯濃差電池(也叫能斯特電池)，其方程就是著名的能斯特方程：
公式中：
ES – 能斯特參考電壓，
R - 氣體常數(shù)8.314J/(mol·K)，
T - 絕對(duì)溫度，
F –法拉第常數(shù)C.mol-1，
Po2– 測(cè)量氣他中氧分壓，
Poref– 參考?xì)馑醴謮?通常為20.95%的標(biāo)準(zhǔn)空氣)。
通過公式可知，當(dāng)空氣為參考?xì)怏w，在知道能斯特電壓及被測(cè)氣體溫度后，便可知道被測(cè)氣體的濃度，氧傳感器正是利用這一原理制成的。
窄域氧傳感器最初BOSCH利用上述原理制作了四線窄域氧傳感器，其結(jié)構(gòu)體如下，氧化鋯元件內(nèi)外壁都設(shè)置具有催化作用的多孔鉑(Pt)電極，其內(nèi)側(cè)與氧濃度高的大氣連通。由于氧傳感器的氧化鋯材料在350℃或更高溫度是才可以引導(dǎo)氧離子擴(kuò)散，所以專門設(shè)計(jì)了加熱單元來加熱氧化鋯電解質(zhì)以使傳感器盡快進(jìn)入工作狀態(tài)。
當(dāng)氧傳感器內(nèi)外表面濃度差增大時(shí)，所產(chǎn)生的的Nernst電壓也隨之增加，當(dāng)尾氣為濃混合氣(λ
氧傳感器的工作原理圖：氧傳感器的工作原理是什么？
氧傳感器的工作原理是：利用陶瓷敏感元件測(cè)量汽車排氣管道中的氧電勢(shì)，由化學(xué)平衡原理計(jì)算出對(duì)應(yīng)的氧濃度，達(dá)到監(jiān)測(cè)和控制燃燒空燃比的目的，以保證產(chǎn)品質(zhì)量及尾氣排放達(dá)標(biāo)的測(cè)量元件。氧傳感器的作用是：測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后排氣中氧是否過剩的信息，并把氧氣含量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)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)以過量空氣為目標(biāo)的閉環(huán)控制，確保三元催化轉(zhuǎn)化器對(duì)排氣中的碳?xì)浠衔铩⒁谎趸肌⒌趸衔镂廴疚镉休^大的轉(zhuǎn)化效率，較大程度地進(jìn)行排放污染物的轉(zhuǎn)化和凈化。
氧傳感器的工作原理圖：氧傳感器的組成與工作原理
現(xiàn)在的汽車上主要運(yùn)用的氧傳感器有二氧化鋯氧傳感器、二氧化鈦氧傳感器及寬域型氧傳感器三種，下面將重點(diǎn)介紹二氧化鋯氧傳感器結(jié)構(gòu)、原理以及檢測(cè)方法。
氧傳感器的作用
氧傳感器用于檢測(cè)廢氣中的氧含量并獲得混合氣的空燃比濃稀信號(hào)，該信號(hào)輸入ECM后，ECM 根據(jù)該信號(hào)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油量，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使催化轉(zhuǎn)換器更好地發(fā)揮凈化作用。
二氧化鋯氧傳感器的組成結(jié)構(gòu)
二氧化鋯氧傳感器由鋯管（傳感元件）、電極和防護(hù)套管等組成，如下圖所示。鋯管是由含有少量釔的二氧化鋯（ZrO2）制成的固態(tài)電解質(zhì)元件，在鋯管內(nèi)、外兩側(cè)涂覆一層多孔性鉑膜電極。鋯管內(nèi)側(cè)通大氣，外側(cè)與排氣接觸。
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二氧化鋯氧傳感器的組成構(gòu)造（單線）
二氧化鋯氧傳感器的工作原理
工作時(shí)，在高溫廢氣沖刷下，氧氣發(fā)生電離，由于鋯管內(nèi)側(cè)氧離子濃度高，外側(cè)氧離子濃度低，在氧濃差作用下，氧離子從大氣側(cè)向排氣側(cè)擴(kuò)散，從而形成了氧濃度差電池，如下圖所示。
當(dāng)混合氣稀時(shí)，排氣中含氧量高，鋯管內(nèi)外兩側(cè)濃度差小，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)小，大約為100mV。
當(dāng)混合氣濃時(shí)，排氣中含氧量低，濃度差大，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)高，大約為900mV。電動(dòng)勢(shì)的高低以理論空燃比為界限發(fā)生突變，如下圖。
氧傳感器輸出特性曲線
氧傳感器的輸出特性與排氣溫度有關(guān)，當(dāng)排氣溫度低于300℃時(shí)，氧傳感器的輸出特性不穩(wěn)定。
發(fā)動(dòng)機(jī)剛剛啟動(dòng)后，由于排氣溫度偏低，氧傳感器不工作，發(fā)動(dòng)機(jī)在開環(huán)狀態(tài)下工作。只有排氣溫度升高后，氧傳感器才工作。所以，氧傳感器的安裝位置應(yīng)在排氣溫度較高處。
有的車型上安裝有排氣溫度傳感器，當(dāng)排氣溫度傳感器的信號(hào)達(dá)到一定值后ECU 才根據(jù)氧傳感器的信號(hào)進(jìn)行空燃比反饋修正一調(diào)整噴油量、控制混合氣的濃度，即發(fā)動(dòng)機(jī)開始進(jìn)行閉環(huán)控制。
氧傳感器的工作原理圖：氧氣傳感器工作原理詳細(xì)介紹【圖解】
氧 傳感器 是安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上為了減少排氣污染的裝置。也可以說是汽車尾氣的過濾器，在當(dāng)今霧霾嚴(yán)重的今天氧傳感器是必不可少的原件。氧傳感器具有了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)迅速、維護(hù)容易、使用方便和節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，這么神奇的裝置大家沒興趣了解一下嗎?
氧傳感器是一種用來檢測(cè)某設(shè)備排氣中氧的濃度，并向ECU發(fā)出反饋信號(hào)，再由ECU控制噴油器噴油量的增減，從而將混合氣的空燃比控制在理論值附近的傳感器。
其工作原理與 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(高溫和鉑催化)，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(shì)。當(dāng)套管廢氣一側(cè)的氧濃度低時(shí)，在電極之間產(chǎn)生一個(gè)高電壓(0。6～1V)，這個(gè)電壓信號(hào)被送到ECU放大處理，ECU把高電壓信號(hào)看作濃混合氣，而把低電壓信號(hào)看作稀混合氣。
根據(jù)氧傳感器的電壓信號(hào)，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(duì)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。
氧傳感器也有其缺點(diǎn)，但是它的利遠(yuǎn)大于弊端，它不僅為現(xiàn)在惡化的環(huán)境起到了緩解的作用，還潛移默化的保護(hù)了我們的健康，使我們呼入的氧氣更加干凈。
