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氧传感器的类型
自1976年德国博世公司率先在瑞典沃尔沃(VOLV0)轿车上装用氧传感器之后，通用、福特、丰田、日产等汽车公司相继完成了氧传感器的开发与应用工作。汽车发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为二氧化锆(zrO2)式和二氧化钛(TiO2)式两种类型，二氧化锆式又分为加热型与非加热型两种，二氧化钛式一般都为加热型。由于实用的二氧化钛式氧传感器价格便宜(每只售价约600元人民币)，且不易受到硅离子的腐蚀，因此越来越多的汽车采用这种氧传感器。
二氧化锆式氧传感器
1．二氧化锆式氧传感器的结构特点
二氧化锆式氧传感器的外形如上图所示，主要由钢质护管、钢质壳体、锆管、加热元件、电极组威。，在固体电解质粉末(ZrO2、TiO2等)中添加少量的添加剂后通过压力成形，再烧结而成；绝缘体的成形工艺完全相同。二氧化锆晶体的体积蛮化量会因晶体老化而失效(阻止氧离子扩散)，加入添加剂的目的就是防止二氧化锆晶体的老化。常用的添加剂有三氧化二钇(Y2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化二镱(Yb2O)。锆管制作成试管形状，以便氧离子能均匀扩散与渗透。锆管为了防止发动机排出的废气腐蚀外层铂电极，在外层铂电极表面还涂敷一层陶瓷保护层。
在锆管的内、外表面都涂覆一层金属铂(Pt)作为电极，并用金属线与传感器信号输出端子连接。金属铂除了起到电极作用将信号电压引出传感器之外，另一个更重要的作用是催化作用。在催化剂铂的作用下，当发动机排气中的一氧化碳(CO)有害气体与氧气(O2)接触时，就会生成二氧化碳(CO2)无害气体，其化学反应方程式为
2CO+O2=2C02
二氧化锆陶瓷管的强度很低，而且安装在排气管上承受排气压力冲击。为了防止锆管受排气压力冲击而造成陶瓷管破碎，因此将锆管封装在钢质护管内。护管上制作有若干个小孔，以便于排气流通。在钢质壳体上制作有六角螺边和螺纹，以便安装和拆卸传感器。国产轿车大都采用非加热型氧传感器，其线束插头只有一个或两个接线端子；中高档轿车大都采用加热型氧传感器，其线束插头有三个或四个接线端子。加热器采用陶瓷加热元件制成，没在锆管内侧，由汽车电源通入电流进行加热。由于二氧化锆式氧传感器在300。以上的环境中时，才能输出稳定地信号电压，因此加热的目的是保证低温(排气温度在150～200℃以下)时，氧传感器就能投人工作，从而减少有害气体的排放量。
二氧化锆式氧传感器工作原理
空气中的氧离子在某些固体电解质中容易通过，目前已经发现的这些具有多孔性的固体电解质材料有二氧化锆(ZrO2)、二氧化钍(ThO2)、三氧化二铋(Bi2O3)、二氧化铈(C2eO2)等。当这些电解质的表面与内部之间氧气的浓度不同(即存在浓度差)时，氧气浓度高处的氧离子就会向浓度低的一侧扩散，以求达到平衡状态。当固体电解质表面设置多孔电极之后，在其两表面之间就可得到电动势E，因此将其称为“氧浓差电池”，该电动势的表达式二氧化锆式· 氧传感器
氧传感器工作原理
空气中的氧离子在某些固体电解质中容易通过，目前已经发现的这些具有多孔性的固体电解质材料有二氧化锆(ZrO2)、二氧化钍(ThO2)、三氧化二铋(Bi2O3)、二氧化铈(C2eO2)等。当这些电解质的表面与内部之间氧气的浓度不同(即存在浓度差)时，氧气浓度高处的氧离子就会向浓度低的一侧扩散，以求达到平衡状态。当固体电解质表面设置多孔电极之后，在其两表面之间就可得到电动势E，因此将其称为“氧浓差电池”，该电动势的表达式为
氧传感器的固体电解质普遍使用二氧化锆，其工作原理如图2-39所示。因为锆管内侧与氧离子浓度高的大气相通，外侧与氧离子浓度低的排气相通，且锆管外侧的氧离平随可燃混合气浓度变化而变化，所以当氧离子在锆管中扩散时，锆管内外表面之间的电位差将随可燃混合气浓度变化而变化，即锆管相当于一个氧浓差电池，传感器的信号源相当于一个可变电源。
3．二氧化锆式氧传感器工作特性
氧传感器的工作特性如图2-40a所示。当供给发动机的可燃混合气较浓[即空燃比(A／F)小于14．7或过量空气系数λ小于1]时，排气中氧离子含量较少、一氧化碳(CO)浓度较大。在锆管外表面催化剂铂的催化作用下，氧离子几乎全部都与CO发生氧化反应而生成二氧化碳(CO2)气体，使外表面上氧离子浓度为零。由于锆管内表面与大气相通，氧离子浓度很大，因此锆管内、外表面之间的氧离子浓度差较大，两个铂电极之间的电位差较高，约为0．9V。
当可燃混合气较稀[即空燃比(A／F)大于14．7或过量空气系数λ大于1]时，排气中氧离子含量较多、CO浓度较小，即使CO全部都与氧离子产生化学反应，锆管外表面上还是有多余的氧离子存在。因此，锆管内、外表面之间氧离子的浓度差较小，两个铂电极之间的电位差较低，约为0．1V。
当空燃比(A／F)接近于理论空燃比14．7(或过量空气系数λ接近于1)时，排气中的氧离子和CO含量都很少。在催化剂铂的作用下，氧离子与CO的化学反应从缺氧状态(CO过剩，氧离子浓度为0)急剧变化为富氧状态(CO为0，氧离子过剩)。由于氧离子浓度差急剧变化，因此铂电极之间的电位差急剧变化，使传感器输出电压从0．9V急剧变化到0．1V。