氧化锆式氧传感器
传感器 电化学 氧化锆
传感器电化学氧化锆氧化锆（Zirconia）是一种具有重要应用价值的材料，尤其是在传感器和电化学领域。
它的化学式是ZrO2，具有高熔点、高电阻率、高催化性和良好的热、力学性能等优点。
因此，氧化锆已经广泛应用于气体和液体传感器、电化学传感器和其它相关设备中。
氧化锆在传感器领域的应用主要体现在气体浓度检测和液体参数监测。
其中，气体浓度检测主要包括氧气浓度和气体成分检测。
氧化锆氧传感器基于氧化锆的电化学性质，利用其在高温下与氧气发生反应生成氧离子的特性，通过测量氧离子浓度的变化来检测气体中氧气的浓度。
这种传感器广泛应用于燃烧控制、车辆尾气监测和生命科学等领域。
另外，氧化锆还可以用于检测其它气体成分，如CO2、CO、NOx等，适用于环境监测、工业过程控制等应用场合。
除了气体传感器，氧化锆在液体参数监测中也有广泛应用。
例如，氧化锆pH传感器通过测量液体中氧离子和阳离子的浓度变化来监测液体的pH值。
这种传感器通常用于化学、医疗和生物技术领域，广泛应用于水质监测、生物反应器控制等。
此外，氧化锆还可以用于测量液体中的电导率、温度等参数，对于工业过程控制和环境监测等具有重要作用。
在电化学领域，氧化锆也是一个重要的材料。
由于氧化锆具有高催化性和良好的电化学性能，它被广泛应用于电化学传感器和电化学催化剂中。
电化学传感器是一种通过测量电流、电势或阻抗变化来检测物质浓度或参数变化的传感器。
氧化锆基的电化学传感器通常通过改变表面的电势来实现对物质浓度或参数变化的检测。
这种传感器广泛应用于环境监测、生命科学和工业过程控制等领域。
此外，氧化锆还可以作为电化学催化剂，在电化学反应中发挥催化作用。
例如，氧化锆可以用作氧还原反应的催化剂，促进氧气在电极表面的还原和氧化反应。
这种催化剂常用于燃料电池、电解水制氢等系统中，对于能源领域具有重要意义。
综上所述，氧化锆在传感器和电化学领域具有广泛的应用价值。
通过利用氧化锆的电化学性质和催化性能，可以开发出高精度、高灵敏度的传感器，并且在物质浓度检测和参数监测中具有重要作用。
氧传感器的检测及故障案例
氧传感器的检测及故障案例1、结构和工作原理在使用三效催化转化器降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的。
三效催化转化器安装在排气管的中段，它能净化排气中CO、HC和NO某三种主要的有害成分，但只在混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内，三效催化转化器才能有效地起到净化作用。
故在排气管中插入氧传感器，借检测废气中的氧浓度测定空燃比。
并将其转换成电压信号或电阻信号，反馈给ECU。
ECU控制空燃比收敛于理论值。
目前使用的氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种，其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。
（1）氧化锆式氧传感器氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管（固体电解质），亦称锆管图1。
锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。
氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔；电线将锆管内表面铂极经绝缘套从此接线端引出。
氧化锆在温度超过300℃后，才能进行正常工作。
早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机起动运转数分钟后才能开始工作，它只有一根接线与ECU相连（图2a）。
现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器（图2b），这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机起动后的20-30内迅速将氧传感器加热至工作温度。
它有三根接线，一根接ECU，另外两根分别接地和电源锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。
由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压（图3）。
当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即发动机以较浓的混合气运转时，排气中氧含量少，但CO、HC、H2等较多。
这些气体在锆管外表面的铅催化作用下与氧发生反应，将耗尽排气中残余的氧，使锆管外表面氧气浓度变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓差加大，两铅极间电压陡增。
因此，锆管氧传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变：稀混合气时，输出电压几乎为零；浓混合气时，输出电压接近1V。
汽车发动机维修氧传感器的检测与更换
氧传感器的检测程序如下图所示。
（2）丰田COROLLA车4A-C、4A-GE和 4A-FE发动机氧传感器的检测。
测量氧传感器加热电阻
2）氧传感器反馈电压的检测
（1）丰田V形六缸发动机氧传感器反馈电压检测 。
①将发动机热车至正常工作温度（或起动后以 2500r/min的转速连续运转2min）。 ②把电压表的负极测笔接故障诊断插座内的E1插孔 或蓄电池负极，正极测笔接故障检测插座内的OX1或 OX2插孔或接氧传感器线束插头上的引出线,如下图 。
c.接上并设置好波形测试设备。 d.起动发动机，并使发动机在2500r/min下运 转2~3min。
e.使发动机怠速运转。
f.打开丙烷开关，加注丙烷，直到氧传感器 输出的信号电压升高，此时一个运行正常的 燃油反馈控制系统会试图将氧传感器的信号 电压向变小的方向拉回；再继续缓慢地加注 丙烷，直到该系统失去将混合气变稀的能力 ；再继续加注丙烷，直到发动机转速下降 100~200r/min。这个操作步骤须在20~25s 内完成。
汽车发动机维修氧传感 器的检测与更换
2024年2月8日星期四
任务要求
1.知道氧传感器的作用、种类和 工作原理；
2.分析发动机开环控制和闭环控 制对发动机的影响；
3.正确检测氧传感器的波形并根 据波形判断氧传感器是否损坏；
4.分析由氧传感器引起的故障
理论知识
1.氧传感器的安装位置 2.氧传感器作用、种类和工作原理 3.氧传感器的检测
1-主继电器；2-氧传感器；3-发动ECU
氧化锆氧传感器工作原理
氧化锆氧传感器工作原理
氧化锆氧传感器是一种使用氧化锆材料作为传感元件的气体传感器。
其工作原理基于氧化锆对氧气敏感的特性。
氧化锆是一种具有高离子电导率的固体材料，当氧分子与氧化锆接触时，氧分子会从气相中被电子从氧化锆表面弹出，生成氧化锆表面上的氧空缺。
这些氧空缺会导致氧化锆晶体形成正电静电场。
当氧气含量较高时，氧分子与氧化锆的接触频率较高，氧空缺较少，正电静电场较小。
而当氧气含量较低时，氧分子与氧化锆的接触频率较低，氧空缺较多，正电静电场较大。
氧化锆氧传感器利用这种特性来测量氧气含量。
传感器的结构中包含两个氧化锆电极，其中一个电极暴露在待测气体中，另一个电极则绝缘不被气体接触。
这两个电极之间的空间中装填着一种离子传导液体，该液体允许氧离子在两个电极之间传递。
当氧气含量较高时，氧化锆电极上的氧分子被电子弹出，产生氧空缺，形成正电静电场。
这个正电静电场会促使氧离子从暴露在气体中的电极传导到绝缘电极，引起电流流动。
而当氧气含量较低时，氧化锆电极上的氧空缺增加，正电静电场增大，导致更多的氧离子传导。
因此，氧化锆氧传感器的输出电流与氧气含量呈线性关系。
通过测量传感器的输出电流，可以确定待测气体中的氧气含量。
这种氧化锆氧传感器具有高灵敏度、快速响应、稳定可靠等优
点，因此广泛应用于空气质量监测、工业过程控制、环境监测等领域。
氧化锆式氧传感器的性能与应用
氧化锆式氧传感器的性能与应用摘要：氧传感器安装在排气管上，将检测到的废气中氧浓度的电信号传递给ECU，ECU根据此信号对喷油和废气再循环量进行反馈控制，为尾气净化装置（如三元催化转换器、存储式NOx净化器等）提供良好的外部环境，从而降低尾气排放，以满足严格的排放法规。
氧传感器性能的优劣对于尾气净化的效果起着关键作用。
本文通过简述氧化锆式氧传感器的工作原理，重点论述了氧化锆式氧传感器的类型、性能特点、应用及发展情况，并阐述了其使用方法和注意事项。
关键词：氧化锆式氧传感器；性能；应用；发展1 氧化锆式氧传感工作原理1.1 氧传感器类型根据检测电信号不同：可分为氧化锆式氧传感器和二氧化钛（Ti02）式氧传感器，前者为电压型，后者为电阻型。
发动机电控系统常用氧化锆式氧传感器（下文氧传感器均为氧化锆式氧传感器）。
1.2 氧传感器的工作原理当气缸内混合气空燃比较浓时，排放气体中的氧气比较少，大气中的氧通过二氧化锆管在两电极（通常为Pt电极）间通过氧的渗透产生较大的电压（1V）左右；反之，当空燃比较低时，排气管中氧气浓度较高，大气中的氧通过二氧化锆管在两电极（Pt电极）间氧通过氧的渗透产生较小的电压（0V）左右。
因此，氧传感器是一个反应排气管氧含量浓稀的一个开关，形象地称为是一个随时向ECU反馈空燃比信息的“通信员”。
ECU则根据反馈来的氧传感器信号及时调整喷油量（喷油脉宽），如信号反映混合气较浓，则减少喷油时间；反之，如信号反映较稀，则延长喷油时间。
从而使混合气的空燃比始终保持在理论空燃比（14.7：1）附近，这就是氧传感器闭环控制或氧传感器反馈控制。
2 氧化锆式氧传感器的应用与发展2.1 普通型氧化锆传感器氧化锆式传感器的基本元件是氧化锆管。
氧化锆管固定在带有安装螺纹的固定套内，在氧化锆管的内、外表面均覆盖着一薄层铂（Pt）作为电极，传感器内侧通大气，外侧直接与排气管中的废气接触。
在氧化锆管外表面的铂层上，还覆盖着一层多孔的陶瓷涂层，并加有带槽的防护套管，用来防止废气对铂电极产生腐蚀；在传感器的线束连接器端有金属护套，其上设有小孔，以便使氧化锆管内侧通大气。
氧传感器的原理
氧传感器，也称为λ传感器，主要应用在汽车排放控制系统中，用于测量发动机排放气体中的氧含量。
它的工作原理基于一个化学反应，即氧化锆（ZrO2）的离子传导性质会随着氧分压的变化而改变。
在氧传感器的结构中，有一个陶瓷体，其一侧通入发动机排气管中的废气，另一侧则通入外界空气。
由于两侧的氧气浓度不同，就会在氧化锆陶瓷体内产生电势差。
当混合气的空燃比（A/F）偏离理论空燃比时，排气中的氧含量也会随之变化，从而导致氧传感器输出的电压信号发生变化。
具体来说，当混合气偏稀（A/F>14.7）时，排气中的氧含量较高，传感器的输出电压较低（接近0V）；反之，当混合气偏浓（A/F<14.7）时，排气中的氧含量较低，传感器的输出电压较高（接近1V）。
因此，通过监测氧传感器的输出电压，就可以判断出发动机混合气的空燃比情况。
在现代汽车中，氧传感器的作用不仅仅局限于排放控制。
它还被用于燃油喷射控制、点火提前角控制等多个系统中，以实现更精确、更经济的燃烧控制。
例如，在燃油喷射控制系统中，ECU（发动机控制单元）会根据氧传感器的反馈信号来调整喷油量，以保证发动机在各种工况下都能获得最佳的燃烧效率。
此外，氧传感器还需要定期维护和更换。
因为长时间在高温、高湿、高污染的环境下工作，会导致传感器的老化、失效或堵塞。
一般来说，建议每行驶XX至XX万公里就检查或更换一次氧传感器。
这样可以确保发动机的性能和排放都能保持在最佳状态。
以上便是氧传感器的工作原理和应用介绍。
通过对氧含量的精确测量和控制，氧传感器为现代汽车的燃油效率、性能和环保性做出了重要贡献。
氧传感器原理
氧传感器原理
氧传感器通过测量氧气浓度来确定气体或液体中的氧含量。
其工作原理基于氧分子在固体电解质表面的电离和还原。
下面是氧传感器的工作原理：
1. 锆氧电池传感器原理(ZrO2)：
- 在两侧电极之间存在一个氧离子导体，通常是由氧化锆构成。
- 当传感器的一个侧面暴露在待测气体或液体环境中时，氧气分子会通过穿透金属屏蔽层并进入氧离子导体。
- 在导体表面，氧气分子会与导体中的自由氧离子结合形成氧离子，这些氧离子会在传感器电解质上建立电势差。
- 电势差通过两侧的电极之间的电阻读数来测量，由此可以得出氧气浓度的值。
2. 膜扩散型氧传感器原理：
- 传感器的一个侧面暴露在待测气体或液体环境中，传感器内部为气体分压系统。
- 氧气分子在待测气体和膜层之间扩散，通过气体分压差来影响传感器输出。
- 传感器上的半导体或电极被氧气分子吸附，从而改变电流或电势输出，用于测量氧气浓度。
这些氧传感器工作原理的共同点是使用传感器内部的氧离子导体或膜层与待测气体中的氧气发生反应，通过测量电势差或电
流变化进行氧气浓度的测量。
这些传感器在许多应用中被广泛使用，包括环境监测、医疗设备和工业领域等。
汽车氧化锆(ZrO2)式氧气浓度传感器的原理与结构
汽车氧化锆（ZrO 2）式氧气浓度传感器的原理与结构汽车氧化锆（ZrO 2）式氧气浓度传感器属于电化学传感器中浓度差电池式传感器类，又从属于浓度差电池式的固体电解质浓度差电池传感器。
一、基本理论当两种物质之间有化学反应，并出现电子转移现象时，就形成化学反应的电效应，是化学电池的基本原理。
其中的能量转换关系，由能斯特方程定量表示。
对物质A 、B 间的可逆化学反应B A βα+ H G ηγ+当有电子转移时，其电动势E 为ηγa a a a nF RT E E ln 0-= （1） 上式即为能斯特方程，能够产生电动势的典型化学反应是氧化-还原反应。
（1）式中：E ，化学反应电动势，单位为V ；E 0，标准电动势，不同的反应和温度有不同的标准电动势；R ，通用理想气体常数，R = 8.314 J·mol -1·K -1；T ，化学反应温度，单位为热力学温度K ；n ，化学反应中转移的电子数；F ，法拉第常数，表示每摩尔电子所携带的电荷，F =96485 C·mol -1，C 是电荷单位即库伦；a ，x 物质的活度，x 表示化学反应体系中的组分，为A 、B 、G 和H ，i =α，β，γ，η。
对理想溶液，活度是组分的浓度；对非理想溶液，活度代表组分的有效浓度。
对理想气体，可以用其分压力表示活度。
对实际气体，用逸度表示活度。
固体成分不计。
从（1）式可看出，化学反应电动势取决于化学反应的计量式，受反应温度和反应体系中各组分浓度的影响。
只有对确定的化学反应，在确定的反应温度或温度影响可以忽略的条件下，当被测组分物质以外的其它组分的浓度已经确定时，才能通过化学反应电动势测量被测组分物质的浓度。
二、典型结构汽车氧化锆式氧气浓度传感器的典型结构如图1所示。
传感器的主要元件是专用陶瓷体，即氧化锆（ZrO 2）、陶瓷薄膜和微孔铂（Pt ）电极。
氧化锆作为固体电解质，制成微孔管状（锆管），内外两侧有能透气的微孔Pt 电极。
氧化锆式氧传感器传感器的工作原理
氧化锆式氧传感器传感器的工作原理氧化锆式氧传感器是一种常见的气体传感器，广泛用于氧气浓度检测、燃烧控制以及空气质量检测等领域。
本文将介绍氧化锆式氧传感器的工作原理。
氧化锆式氧传感器的基本结构氧化锆式氧传感器的主要结构包括探头、氧离子传输管和阴、阳极。
其中，探头由氧化锆陶瓷和铂电极构成，氧离子传输管则是由硅酸盐陶瓷制成，阴、阳极则分别由金属银和金属铂构成。
工作原理首先，氧化锆作为氧离子的传输介质，其极性与氧离子一致，即氧离子在氧化锆中呈现出负电荷。
而在探头上，铂电极对氧气与氧化锆之间的氧离子的输送过程进行检测，通过检测，可以了解氧气的浓度。
简单来说，氧化锆式氧传感器的工作原理使用氧化锆陶瓷充当离子传输介质，通过氧离子在氧化锆中的传输，等效于对氧气进行浓度检测。
在实际应用中，氧化锆式氧传感器需要使用电源进行驱动，并通过接收电极上的反馈信号来计算氧气的浓度，然后再输出结果。
同时，为了保证氧化锆的稳定性和使用寿命，氧化锆式氧传感器还需要进行定期的校准和维护。
氧化锆式氧传感器的优点相较于其他氧气传感器，氧化锆式氧传感器具有许多优点，包括：•灵敏度高：氧化锆式氧传感器对氧气的检测灵敏度非常高，可以检测非常低的氧气浓度。
•反应快：氧化锆式氧传感器的反应速度快，可以在数秒内输出准确的检测结果。
•稳定可靠：氧化锆式氧传感器具有良好的稳定性和可靠性，可以在长时间内稳定地工作。
•体积小：相较于其他氧气传感器，氧化锆式氧传感器体积更小，易于集成和使用。
结论氧化锆式氧传感器是一种常见的气体传感器，具有高灵敏度、快速反应、稳定可靠以及小体积等优点。
其工作原理基于氧离子在氧化锆中的传输过程，通过对氧气浓度的检测，可以在氧气浓度检测、燃烧控制以及空气质量检测等领域中发挥重要的作用。
氧传感器常见故障与检查方法
三 ，汽车氧气传感器 的检查方法
（ 氧探头） 的市场前景非 常广 阔。因此 ， 技术 人 员提高对氧传感器的维修及检测技 术也 变得非常之关键。 目前 ，实际应用的氧传 感器主要有两 种 ：一种 是以氧化锆为测试敏感元件 的氧
化 锆 式 氧 传 感 器 ，另 一 种是 利 用 二 氧 化钛 为敏感材料 的氧化钛式氧传 感。这些敏感 材料在高 温时与废 气中的氧 气发生 反应 ， 输出微弱的电压信号 ，随着废气中含氧量 的不同， 产生和输 出的 电压值也不同， 从而 对废气中氧的含量进行监测 。而常见的氧 传感器又有单 引线、双引线和三根引线之 分． 单引线的为氧化锆式氧传感器； 引线 双 的为氧化钛式氧传感器 ；三根引线的为加 热型氧化锆式氧传感器 ，原则上三种引线 方式的氧传感器是不能替代使用的 ，其中 应用最多的便是氧化锆式氧传感器。
目前 在 国际 上应 用传 感嚣最 市场 之一便 大的 是汽车行业 ｉ 氧传感 器申报的专利数 ， 霸 位于汽 车传 感器之 首。 氧传 感器一般 安装 在排 气歧
另外 ， 氧传感器也常发生硅中毒事件 。 一般 来说 ，汽油和润滑油中含有的硅化合物燃 烧后生成的二氧化硅 ，硅橡胶密封垫 圈使 用不 当散发出的有机硅气体 ，都会使氧传 感器失效， 即硅中毒 。 因而在汽车维修过程 中要正确选用和安装橡胶 垫圈，不要在传 感器上涂敷制造厂规 定使 用以外的溶剂和 防粘剂 ，尽量使用质量较 好的燃油和润滑 油。
一
．
氧化锆式氧 传感器 的构造与
原 理
凡装有 用三元催化转换器降低排 放污 染 的 发动机 ，氧 传 感器是 必 不可 少的元
１ 、加热器电阻的检查 拔 下氧传感器线束插头 ，用万用表 电 阻挡测量氧传感器接线端 中加热 器接柱与 搭铁接柱之 间的 电阻 ， 其阻值为４ ４ （（ — ０ ２具 体参考各车 型说 明书） 。如不符合标准 ，应 更换氧传感器。 ２ 、反 馈 电压 的测 量 空 燃 比 一 旦 偏 离 理 论 空 燃 比 ，三 元 催 化 剂 测量氧传感 器的反馈 电压时，应拔 下 对 ＣＯ、ＨＣ和 ＮＯ 的净化能力将急剧下 氧传感器的线束插头 ， 照车型的电路 图， 对 降， 所以在排气管中安装氧传感器 ， 用以检 测排出废气中氧气的浓度 ，并将信号反馈 从氧传感器的反馈 电压输 出接 线柱上 引出 条细导线 ， 然后插好线束插头 ， 在发动机 给 Ｅ Ｕ，由 Ｅ Ｕ控制喷油 器喷油量的增 Ｃ Ｃ 从 减 ，从而将混合气的空燃比控制在理论值 运转 中， 引出线上测出反馈 电压。 对氧 传 感器的反馈 电压进行检测时 ，最好使用 附近 。 具有低量程（ 常为２ 和高阻抗（ 通 Ｖ） 内阻大干 二 、汽 车 氧 传 感 器 的 常 见故 障 Ｉ Ｍ （） 指 针 型 万 用 表 。 在正 常情 况 下 ， Ｏ 的 氧传 感 器一 旦 出现 故 障 ，将 使 电子 燃 随 着 反馈 控 制 的 进 行 ，氧 传 感 器 的 反馈 电 油喷射系统 的ＥＣ Ｕ不能得到排气管 中氧浓 压将在 ０４ Ｖ上下不断变化 ，１ｓ ．５ ０ 内反馈电 度的信息 ，从而不能对空燃 比进行反馈控 压 的变化次数应 不少于 ８ 。 次 如果少于８ ， 次 制， 会使发动机油耗和排气污染增加 ， 发动 则说 明氧传感器或反馈控制系统工作不正 机出现怠速不稳 、 排气管冒黑烟 、 功率下降 常。 及油耗升高等故障现象 。 因此 ， 必须及时地 ３ 、检查氧传感器有无损坏 排除故障或更换 。 拔 下 氧 传 感 器 的线 束 插 头 ，使 氧 传 感 ｌ 、氧传感器中毒 器 不再 与 电脑 连 接 ， 反馈 控 制 系 统 处 于 开 氧传感器中毒是经常 出现的且较难防 环控制状态 。将万用表 电压挡的正表笔直 治的一种故障 ，尤其是经常使用含铅汽油 接 与氧传感 器反馈 电压输 出接线柱连接 ， 的汽车 ， 即使是新的氧传感器， 也只能 工作 负表 笔良好搭铁 。在发动机运转中测量反 几千公里。 如果只是轻微 的铅 中毒 ， 着使 接 馈 电压 ，先 脱开接在进气管上的 曲轴箱强 用一箱不含铅的汽油 ，就能 消除氧传感器 制 通风 管或其他真空软管 ，人为地形成稀 表面的铅 ， 使其恢复正常工作。 沮往往 由于 混 合气， 同时观看 电压表 ， 其指针读数应下 过高的排气温度 ， 而使铅侵入其 内部 ， 阻碍 了氧离子 的扩 散 ，使氧传感 器完全失效 。 转第、 页｜每
氧化锆式氧传感器工作原理
氧化锆式氧传感器工作原理
氧化锆式氧传感器是利用氧化锆陶瓷片作为敏感元件的一种传感器，它是目前在汽车上使用最多的一种氧传感器。
氧化锆式氧传感器由两部分组成：一个是敏感元件（陶瓷片）；另一个是补偿元件（电桥）。
在电桥中，补偿元件主要起到限制输出电流的作用，而敏感元件则起到控制输出电压的作用。
当发动机处于工作状态时，燃烧状况不均匀，燃料和空气的混合气过浓或过稀时，会引起进气歧管内的空燃比过浓或过稀，导致混合气燃烧不完全，使发动机废气排出量增加，导致发动机尾气中含氧量下降。
此时应检测进气歧管内的空燃比并及时调整混合气浓度。
氧传感器是测量排气中氧气含量的器件。
其基本结构是：一根长为20~25mm的陶瓷管（或叫传感器芯）与一根长为6~8mm的铂丝（或铂丝绕成螺旋状）组成。
传感器芯与铂丝之间是绝缘介质。
当发动机处于工作状态时，传感器芯产生的信号电压经电桥转换成与发动机工作状况有关的信号电压；当发动机停止工作时，则输出与发动机工况无关的信号电压。
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氧化锆式氧传感器传感器的工作原理
氧化锆式氧传感器传感器的工作原理氧化锆式氧传感器作为现代化工生产中广泛应用的控制元件，在化学、石化、冶金、电子等领域都有广泛应用。
其主要作用是用来测量氧气浓度，并将氧气浓度的信号转化为电信号输出，从而辅助控制生产过程。
本文将介绍氧化锆式氧传感器的工作原理。
什么是氧化锆式氧传感器氧化锆式氧传感器是一种基于氧化锆和其它材料的纯氧传感器，能够在高温、高压、潮湿和腐蚀性环境下稳定地测量氧气浓度。
这种传感器的主要部件是氧化锆气敏元件，通常有两个部分：一个是镀有白金的外电极，另一个是氧离子传递膜和钨势垒电极。
氧化锆式氧传感器的工作原理氧化锆式氧传感器是基于氧离子在氧穿透膜中的摩尔扩散，差分电流措施以及准离子电流设备检测氧气浓度的。
在氧离子灰化的过程中，氧气在膜上分解成氧阴离子和电子。
当每个氧阴离子通过氧穿透膜到达内部的阳极，就和内部的电子结合，形成一个氧分子。
在阳极内出现一定的准离子电流，这个电流的大小和浓度成正比。
通常电子流量的极化反应是通过外部电路中的电源控制的。
当把一个比例氧气/氮气混合物（模拟氧气浓度）带到氧化锆气敏元件的膜上，氧离子通过膜，氧气浓度和可以进入膜的氧气浓度成正比。
准离子电流因为有氧离子的流量而变化，终端的检测电路可以将该差分电流数改动为OX/QUOT(氧气浓度)的比值。
传感器利用这个信号输出氧气浓度测量值。
氧化锆式氧传感器的优点1.精度高：氧化锆式氧传感器的精度非常高，可以达到±1%以下的误差范围。
2.使用寿命长：氧化锆式传感器的材料寿命很长，可以经历长时间的高温高压，同时抵御常见的腐蚀。
3.响应速度快：氧化锆式氧传感器响应速度非常快，大致在秒级别以内。
4.维护成本低：氧化锆式氧传感器维护成本非常低，通常只需要在使用后定期清洗即可，不需要常年更换。
总之，氧化锆式氧传感器是一种非常优秀的传感器，其工作原理简单、精度高、维护成本低，使用寿命长等特点，使其广泛应用于各种工业控制领域，为工业持续发展提供了重要的技术支持。
简述氧化锆式氧传感器工作原理
氧化锆式氧传感器是一种常用的氧气浓度检测器，它能够准确地检测出氧气在特定环境下的浓度。
其工作原理主要是通过氧离子在氧化锆电解质中的传输来实现的。
当氧气在传感器的两侧形成氧分压差时，就会在电极上产生电压差，通过测量这个电压差来确定氧气的浓度。
让我们简单了解一下氧化锆式氧传感器的结构。
它主要由氧离子导电的固体氧化物电解质、金属氧化物电极和参比电极组成。
电解质是传感器的核心部分，常用的有氧化锆和氧化钇稀土材料。
金属氧化物电极和参比电极则分别位于电解质的两侧，用来测量氧气的分压差。
在传感器工作过程中，氧气分子首先通过传感器的外部保护层，然后渗透进入传感器的氧离子导电固体氧化物电解质中。
在电解质中，氧气分子会与固体氧化物发生化学反应，产生氧离子并且导致电解质中产生氧分压差。
这时，氧离子会向金属氧化物电极和参比电极迁移，形成电势差。
通过测量这个电势差，就可以计算出氧气在传感器周围的浓度。
当氧分压增加时，电势差也会随之增加，反之则下降。
这样通过测量电势差的变化，就可以准确地得到氧气浓度的变化情况。
在实际应用中，氧化锆式氧传感器被广泛应用于各种工业领域，例如汽车尾气排放监测、工业燃烧设备的氧气浓度控制等。
它的高精度、快速响应和稳定性使得它成为了很多领域不可或缺的检测设备。
总结来说，氧化锆式氧传感器的工作原理是基于氧离子在氧化锆电解质中的传输来实现的。
通过测量氧离子在电极上形成的电势差，可以准确地得到氧气在特定环境下的浓度。
其结构简单，但在工业应用中有着重要的作用。
氧化锆式氧传感器作为一种普遍使用的氧气浓度检测器，其在各个领域都发挥着重要的作用。
在汽车尾气排放监测中，氧化锆式氧传感器能够准确地检测出汽车尾气中氧气的浓度，帮助监测和控制车辆的排放水平，保护环境减少空气污染。
在工业领域中，氧化锆式氧传感器也被广泛应用于工业燃烧设备的氧气浓度控制。
在燃烧过程中，通过实时监测氧气浓度，可以控制燃烧的效率和安全性，提高工业生产的效率和质量，降低环境污染和能源消耗。
二氧化锆式氧传感器的结构
二氧化锆式氧传感器的结构简介二氧化锆式氧传感器是一种常用于检测和测量氧气浓度的传感器。
它基于二氧化锆（ZrO2）的氧离子传导性质，通过测量氧气分压差来获得氧气浓度信息。
在许多工业和研究领域，二氧化锆式氧传感器被广泛应用于氧气浓度监测和控制中。
结构二氧化锆式氧传感器包括以下主要组成部分：1. 护套和刺激电极护套为传感器提供外部保护，并通过放置或安装在测量介质中以确保氧气的接触。
刺激电极通过与护套接触来建立电路，并对传感器进行电流刺激。
2. 参比氧气参比氧气通常由纯氧气提供，用于与测量氧气进行对比和校准。
参比氧气通过通道进入传感器，并在传感器内建立一个参比电极。
3. 传感氧气传感氧气是待测氧气，通过通道进入传感器，并与参比氧气进行比较。
传感氧气与参比氧气之间的氧分压差将被测量并转换为氧气浓度。
4. 阻抗测量装置阻抗测量装置用于测量二氧化锆式氧传感器的电阻，该电阻取决于氧离子在二氧化锆中的传导性质。
传感器中的电阻变化将直接反映出氧气浓度。
5. 温度补偿器温度补偿器用于校正传感器中由于温度变化引起的测量误差。
它通过测量和补偿环境温度来确保传感器的准确性和稳定性。
工作原理二氧化锆式氧传感器的工作原理基于二氧化锆的氧离子传导特性。
以下是传感器的工作流程：1.传感器中施加一个小电压以刺激二氧化锆。
2.当二氧化锆暴露在氧气中时，它会导致氧离子在晶体内部移动。
3.传感电极和参比电极之间的氧分压差将导致晶体内发生电流流动。
4.通过测量电流流动并将其与传感器的特性曲线进行比较，可以计算出氧气浓度。
5.温度补偿和校准将用于提高测量的准确性和稳定性。
应用领域二氧化锆式氧传感器在许多行业和应用中发挥着重要作用。
以下是一些常见的应用领域：1. 环境监测二氧化锆式氧传感器可用于监测工业过程中的氧气浓度，以确保环境安全和遵守法规。
它也可以用于自动化系统中，对氧气进行控制和调节。
2. 医疗设备二氧化锆式氧传感器在医疗领域中得到广泛应用，例如用于麻醉设备、呼吸机和氧气供应系统中，以监测和控制患者的氧气供应。
氧化锆氧传感器工作原理
氧化锆氧传感器工作原理
氧化锆氧传感器是一种常用的气体传感器，用于测量气体中氧气的浓度。
它的工作原理基于氧气和锆液相互作用的化学反应。
下面将详细介绍氧化锆氧传感器的工作原理。
首先，氧化锆氧传感器由几个关键部分组成，包括加热器、锆液晶体、固态电解质和电极。
其中，加热器用于提高传感器的工作温度，使锆液更加活跃。
锆液晶体是氧化锆的一种导电材料，它有很高的氧离子传导性能。
固态电解质用于分隔锆液晶体和电极，以防止氧离子的扩散。
电极则用于测量氧气浓度并产生相应的电信号。
在传感器工作时，加热器将传感器加热至高温状态，使锆液晶体和电解质都处于活跃的状态。
此时，氧气会与锆液晶体发生化学反应。
具体地说，氧气与锆液晶体中的氧离子结合，形成氧化锆。
这个反应是一个可逆反应，当氧气浓度高时，反应趋向向右进行，产生更多的氧化锆；当氧气浓度低时，反应趋向向左进行，产生更多的氧离子。
产生的氧化锆和氧离子会改变锆液晶体的导电性能，进而影响到电极的电位。
电极会感知这个电位的变化，并将其转化为对应的电信号。
通过测量这个电信号的大小，就可以确定气体中氧气的浓度。
需要注意的是，在传感器中，锆液晶体的导电性能和氧离子的扩散速率都与温度密切相关。
因此，为了保证传感器的准确性，需要将传感器加热至一个稳定的工作温度。
加热器的功率和温
度需要根据具体应用来调节。
总结起来，氧化锆氧传感器的工作原理是利用氧气和锆液晶体之间的化学反应，通过测量电位的变化来确定气体中氧气的浓度。
通过控制传感器的温度和加热功率，可以提高传感器的准确性和灵敏度。
氧化锆芯体氧传感器结构
氧化锆芯体氧传感器结构
氧化锆芯体氧传感器结构是一种常用于测量氧气浓度的装置。
它主要由氧化锆管、搭桥电路、外壳等组成。
氧化锆芯体氧传感器中的关键组件是氧化锆管。
氧化锆管是一个管状结构，内部涂有钇稳定的氧化锆陶瓷。
氧气通过氧化锆管的外部表面渗透进入管内，并在管内与氧化锆发生反应。
这种反应将氧气与电子转化为二氧化锆和电子。
当氧气浓度增加时，氧化锆管内的电子导体的电导率增加，这种变化可以通过搭桥电路检测和测量。
搭桥电路是氧化锆芯体氧传感器中另一个重要的组件。
它负责测量氧化锆管内电导率的变化，并将这些变化转化为电信号输出。
搭桥电路一般由几个电阻和运算放大器组成，其中一个电阻与氧化锆管的电极连接，另一个电阻则用来调节电桥的灵敏度。
外壳是氧化锆芯体氧传感器的保护性外壳。
它通常由不锈钢或其他耐腐蚀材料制成，以保护传感器内部的组件免受外界环境的干扰和损坏。
外壳还有助于将氧气引导到氧化锆管的表面，并防止杂质进入传感器内部。
氧化锆芯体氧传感器结构由氧化锆管、搭桥电路和外壳等组成。
它的工作原理是通过测量氧化锆管内的电导率变化来测量氧气浓度。
这种传感器结构的特点是精度高、稳定性好，并且在工业、医疗和燃料监测等领域有广泛应用。
氧化锆氧传感器
氧化锆探头是利用氧化锆浓差电势来测定氧含量的传感器，其核心的氧化锆管安置在一个微型电炉内，位于整个探头的顶端，其结构原理图如下图所示。
氧化锆管是由氧化锆材料掺以必然量的氧化钇或氧化钙经高温烧结后形成的稳固的氧化锆陶瓷烧结体。
由于它的立方晶格中含有氧离子空穴，因此在高温下它是良好的氧离子导体。
因其这一特性，在必然高温下，当锆管两边的氧含量不同时，它即是一个典型的氧浓差电池，在此电池中，空气是参比气，它与烟气别离位于内外电极。
在实际的氧探头中，空气流经外电极，烟气流经内电极，当烟气氧含量P小于空气氧含量P0（%O2）时，空气中的氧分子从外电极上夺取4个电子形成2个氧离子，发生如下电极反映：O（P0）+4e-→2O-2氧离子在氧化锆管中迅速迁移到烟气边，在内电极上发生相反的电极反映：2O-2 →O（P0）+4e-由于氧浓差致使氧离子从空气边迁移到烟气边，因此产生的电势又致使氧离子从烟气边反向迁移到空气边，当这两种迁移达到平衡后，便在两电极间产生一个与氧浓差有关的电势信号E,该电势信号符合"能斯特"方程：E=(RT/4F)Ln(P0 /P) (1)式中R、F别离是气体常数和法拉第常数，T是锆管绝对温度（K）, P0是空气氧含量（%O2）, P 是烟气含量。
由（1）式可见，在必然的高温条件下（一般）600℃），必然的烟气氧含量便会有一对应的电势输出，在理想状态下，其电势值在高温区域内对应氧含量见下表。
附表被测气体温度、氧浓差电势与氧浓度对照表注：参比气为大气，在理想状况下（本底为零时），热电偶为K分度号。
0 0 0 0 0 0 0 0 0在理想状态下，当被测烟气与参比气浓度一样时，其输出电势E值为0 mV, 但在实际应用中，锆管实际条件和现场情形均不是理想状态。
故事实上的锆管是偏离此值的。
实际上，必然氧含量锆管输出的电势为理论值和本底电势的和，咱们称为无浓差条件下锆管输出的电势值为本底电势或称为零位电势，此值的大小又在不同温度下呈不同的值，而且随锆管利用期延长而转变。
二氧化锆式氧传感器的结构
二氧化锆式氧传感器的结构一、引言二氧化锆式氧传感器是一种常见的气体传感器，它广泛应用于环境监测、工业生产和医疗诊断等领域。
本文将详细介绍二氧化锆式氧传感器的结构。
二、二氧化锆式氧传感器的原理二氧化锆式氧传感器利用电学原理测量被检测物中的氧含量。
当被检测物中存在一定量的氧分子时，这些分子会与电极表面上的金属催化剂反应，从而引起电流变化。
通过测量这种电流变化，就可以确定被检测物中的氧含量。
三、二氧化锆式氧传感器的结构1. 外壳：外壳是二氧化锆式氧传感器最外层的保护层，通常由不锈钢或塑料制成。
2. 电极：电极是二氧化锆式氧传感器最重要的部件之一，它通常由铂金制成。
在电极表面上涂有一层金属催化剂，用于促进被检测物中的氧分子与电极表面上的金属催化剂反应。
3. 二氧化锆膜：二氧化锆膜是二氧化锆式氧传感器的另一个重要部件，它通常由二氧化锆制成。
二氧化锆膜的作用是将被检测物与电极隔离开来，防止其他物质对电极产生干扰。
4. 加热器：加热器是二氧化锆式氧传感器中的一个辅助部件，它通常由铂金制成。
加热器的作用是使电极表面温度升高，从而促进被检测物中的氧分子与电极表面上的金属催化剂反应。
四、二氧化锆式氧传感器的优缺点1. 优点：（1）精度高：二氧化锆式氧传感器具有很高的精度和稳定性。
（2）响应速度快：二氧化锆式氧传感器响应速度快，可以在几秒钟内完成一次测量。
（3）使用寿命长：由于其结构简单、工作原理稳定，因此二氧化锆式氧传感器使用寿命长。
2. 缺点：（1）价格昂贵：由于二氧化锆式氧传感器的制造工艺较为复杂，因此价格相对较高。
（2）对环境要求高：二氧化锆式氧传感器对环境温度、湿度等条件有一定的要求。
五、总结二氧化锆式氧传感器是一种精度高、响应速度快、使用寿命长的气体传感器。
其结构包括外壳、电极、二氧化锆膜和加热器等部件。
虽然价格较高，但在环境监测、工业生产和医疗诊断等领域得到了广泛应用。
氧化锆氧传感器的工作原理
氧化锆氧传感器的工作原理氧化锆氧传感器是一种常用的氧气浓度检测器，它利用氧化锆的半导体特性来测量气体中的氧气浓度，具有高灵敏度、良好的可靠性和快速响应等优点，被广泛应用于工业领域和医疗行业中。
下面就详细介绍一下氧化锆氧传感器的工作原理。
首先，我们需要了解氧化锆的性质。
氧化锆是一种具有高氧化物活性的陶瓷材料，它具有一定的导电性，但在氧气存在时，氧化锆的导电性会明显增强。
这是因为氧气可以与氧化锆发生反应，生成带正电荷的离子空位和带负电荷的电子，从而使氧化锆的导电性增加。
氧化锆氧传感器的核心部件是氧化锆薄膜，通常是由氧化锆和稀土元素掺杂而成。
当氧化锆薄膜受到氧气的作用时，其导电性发生变化，这种变化可以通过测量氧化锆薄膜电阻率的方式来反映氧气浓度。
具体来说，氧化锆氧传感器是通过测量氧化锆薄膜电阻率的变化来检测氧气浓度的。
传感器的工作原理可以简化为以下三个步骤：1.氧气与氧化锆反应，使得氧化锆薄膜表面出现电荷分布不均的情况，导致氧化锆薄膜的导电性发生变化；2.在传感器中加入恒定的电流激励，通过测量氧化锆薄膜的电阻率来反映氧气的浓度变化；3.传感器通过将测量值与标准曲线进行比较，来得出氧气浓度的具体数值。
在实际应用中，氧化锆氧传感器通常需要与温度传感器一起使用，以消除温度变化对氧化锆薄膜电阻率的影响。
此外，氧化锆薄膜的厚度和掺杂元素的选择也会影响传感器的响应时间和准确度等性能指标。
因此，在制造氧化锆氧传感器时需要进行严格的工艺控制和材料选择，以确保传感器的性能和稳定性。
总之，氧化锆氧传感器是一种基于氧化锆半导体特性的传感器，可以快速、准确地检测气体中的氧气浓度。
其具有高灵敏度、良好的可靠性和快速响应等优点，被广泛应用于工业领域和医疗行业中。
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静态值：发动机不运转，
0.45-0.5V
V
（2）示波器检测
最高信号电压 >850mV
从浓到稀的最 大允许响应时
间<100ms
最低信号电压 75~175mV
发动机转速2500r/min，2-3min， 每10s内，变化不少于8次。
氧传感器的信号波形
七、故障分析
传感器头部的孔堵塞、 传感器脏污、无加热
丰田LS400轿车氧传感器控制电路
六、氧传感器检测
（1）万用表检测
桑塔纳AJR
起动，水温大于80℃
1）检测加热线圈
V
a、线圈电阻：
室温1-5Ω
b、供电电压： Ω
起动后12V
c、搭铁电阻：0Ω Ω
2）检测信号电路 动态值：发动机运转 2500r/min， 以 0.45V为中心上下波动 次数10s内不少于8次
窄带式 氧化锆（ZrO2）式 氧化钛（TiO2）式
宽带式
一、氧化锆式氧传感器（窄带式）
SANTANA氧传感 器
JETTA氧传感器的外 型
宝来六线式氧传感器的外型
1、结构
由陶瓷二氧化锆管、 防护罩、电极等组成。
2、工作原理
二氧化锆固体电解质 U型管，安装在带有 螺丝的固定套中，内 表面与大气相通，外 表面与废气相通，安 装于排气管上，锆管 的陶瓷体是多孔的， 允许氧渗入该固体电 解质内。
解除闭环控制
氧传感器失效
怠速不稳、油耗增大、污染增大
混合气过浓、过稀
氧传感器故障
信号电压持 续偏低
信号电压持 续偏高
氧传感器
变化次数少
加速、减速 无变化
氧传感器故障
EFI系统的闭环控制过程
在带氧传感器的EFI系统中，并不是所有工况都进行闭 环控制。在起动、怠速、暖机、加速、全负荷、减速断油 等工况下，发动机不可能以理论空燃比工作，此时仍采用 开环控制方式。
第六节 氧传感器
Exhaust Gas Oxygen Sensor，EGO
【作用】氧传感器是用来检测排气管中 氧气的浓度，并将氧气浓度信号转变成 电子信号输送给发动机控制模块，作为 判定混合气浓度并对混合气浓度进行修 正的重要参考信号。 【目的】采用氧传感器的最终目的是为 了提高发动机的排放性能。
【安装位置】排气管上 【分类】按检测A/F范围分
泵氧元电阻
四、主、副EGO
❖ 三元催化器之前为主EGO： 用作空燃比控制的反馈信号
❖ 三元催化器之后为副EGO： 用来检测三元催化器（TWC）转化 效能
五、氧传感器电路
两个热型氧传感器 两个普通型氧传感器
氧传感器外部接线： 单线：信号线、外壳 接地 双线：信号线、接地 线 三线：电源、加热、 信号（外壳接地） 四线：电源、加热、 信号、接地
金属保护套
导线
陶瓷元件
2、工作原理（电阻型氧传感器）
在排气管中氧气浓度发生变化的时候，氧 传感器的电阻将发生变化（氧含量少，电阻下 降），发动机控制模块根据传感器两端的电压 降来判定混合气的浓度，进而对混合气的浓度 进行适当的调整。 (a)废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值 增大； (b)废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减 小。
3、信号特性
氧传感器产生的电 压将在理想空燃比 14.7时产生突变， 浓混合气时，氧传 感器输出电压几乎 为零，一般为0.1V， 稀混合气时，氧传 感器输出电压去接 近1V或0.9V。
4、工作条件
❖ 发动机水温高于60℃ ❖ 传感器自身温度高于600℃ ❖ 中等负荷工况形成闭环控制Hale Waihona Puke 三、宽带式氧传感器 UEGO
4、工作条件
❖ 发动机水温高于60℃ ❖ 传感器自身温度高于300℃ ❖ 中等负荷工况形成闭环控制
（在中等负荷工况时ECU根据输出信号 对喷油量进行修正，其他工况采用开环 控制）
二、氧化钛式氧传感器
1、结构组成
由二氧化钛元件、导线、金属外壳和 接线端子等。
二氧化钛元件
金属外壳
陶瓷绝缘体
接线端子
❖ 稀混合气：排气中氧气↑→排气中氧气扩散到 测试腔→电压小于0.45V→ECU控制泵氧元 的电流变化，使测试腔的氧气减少，维持电 压在0.45V，此时电流为正电流
3、电路图 教材P70 2-79
❖ 1-泵电流输入端 ❖ 2、4-参考电压端 ❖ 3-信号输出端
电压值为1-2V 稀：1.5-2.0V 浓：1.0-1.5V ❖ 5、6加热端子
❖ 能够提供准确的空燃比反馈信号给ECU， 从而使ECU精确地控制喷油时间，使气 缸内混和气浓度始终保持理论空燃比值。 1、组成 感应室（一面通大气，一面接测试腔） 泵氧元（一面接测试腔，一面通排气）
2、工作原理
❖ 浓混合气：排气中氧气↓→测试腔氧气扩散到 排气中→电压大于0.45V→ECU控制泵氧元 的电流变化，使测试腔的氧气增多，维持电 压在0.45V，此时电流为负电流
案例：氧传感器铅中毒
车型：宁波美日MR6370A型轿车，装用天津丰田8AFE电喷发动机。 故障：发动机怠速不稳、排气管冒黑烟且排污超标，故 障灯亮起。 检查：故障代码21，无氧传感器信号。起动待发动机 温度上升为60℃以上时，用万用表检测氧传感器的输 出信号，始终为0.7V。拔下一根发动机的真空管，使 混合气变稀，再堵住空气滤清器，使混合气变浓，输出 电压还是0.7V不变，说明氧传感器损坏。拆下氧传感 器，顶尖呈棕色状（铅中毒），更换后试车，故障灯熄 灭，故障排除。 分析：使用含铅汽油，汽油中的铅造成氧传感器失效。 ECU不能实行空燃比闭环控制，造成怠速时混合气较浓。
温度较高时，氧气分子 发生电离变成氧离子， 若陶瓷体内（大气）外 （废气）侧氧离子含量 不一致，即存在浓度差 时，在固体电解质内部 氧离子从大气一侧向排 气一侧扩散，锆管元件 成了一个微电池，在锆 管两铂极间产生电压。
当混合气稀时，排气 中所含氧多，两侧氧 浓度差小，只产生小 的电压；当混合气浓 时，排气中氧含量少， 两电极间产生较大的 电压。
3、信号特性
(1)氧传感器产生的 电压将在理想空燃比 14.7时产生突变，稀 混合气时，氧传感器 输出电压几乎为零， 一般为0.1V，浓混合 气时，氧传感器输出 电压去接近1V或 0.9V。
（2）ECU如何根据信号电压识别空燃比， 控制喷油？
大于0.45V ， ECU控制减油；小于0.45V， ECU控制增油。维持空燃比14.7。