新型氧含量测量方法--3D离子流氧分析仪
来源：上海市计量测试技术研究院上海昶艾电子科技有限公司 | 作者：高艳秋陈亚平颜怀智 | 发布时间：2014-02-13 | 浏
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摘要：通过铜氨溶液吸收法”、“燃料电池法”、“磁氧法”、“氧化锆法”、“激光法”等测氧方法的原理、特点等的叙说，介绍一种先进的“离子流”测氧仪。
关键词：铜氨溶液、燃料电池、磁氧、氧化锆、激光、离子流、测氧仪。
氧含量在很多工业生产过程中都是一个非常重要的指标，直接影响着工业生产的产能、速度、效率及安全等。因此，如何更加快速方便，准确可靠地对氧含量进行测量，以便及时地对氧含量进行控制就显得十分重要。而离子流法就是基于这一需求所研发的新型氧含量测量方法，与传统的氧含量测量方法相比，在响应速度、稳定性、仪器价格以及传感器使用寿命等方面均有不小的优势，尤其适用于高含量氧气分析。
1.传统的氧含量测量方法：包括铜氨溶液吸收法、燃料电池法、顺磁法、氧化锆浓差电位法以及激光法等，现简述其原理及优缺点如下：
1.1铜氨溶液吸收法
铜氨溶液是将卷成螺旋状的铜丝投入由氯化铵饱和溶液与氨水以1:1比例配
制的溶液中所制成的。当将含有氧气的气体样品通入装有铜氨溶液的吸收瓶时，在有氨气存在的情况下，铜被样品中的氧气氧化，生成氧化铜(CuO)和氧化亚铜(Cu2O)，反应方程式如下：
所生成的氧化铜和氧化亚铜分别与氨水、氯化铵作用，生成可溶性的高价铜盐Cu(NH3)2Cl2和低价铜盐Cu2(NH3)2Cl2。低价铜盐吸收氧气转成高价铜盐，高价铜盐又被铜还原成低价铜盐，如此循环作用，直到气体中的氧气耗完为止。根据气体体积的减少量即可得到气体中的氧含量(体积百分比浓度)。
此方法是经典的氧含量测量方法，常用于仲裁，且成本较低，目前仍有不少气体实验室和检测机构保留此类方法，但一般只适用于测量氧含量小于99.9%的气体样品。其缺点包括需要配制溶液、绕制铜丝，较为繁琐；整个测量过程均需手工操作，不适用于在线式连续分析；当被测气体中含有其它氧化性气体时会对测量结果产生干扰等。且由于整套吸收装置均为玻璃器皿，较易损坏。
1.2燃料电池法
燃料电池通常由惰性金属电极(阴极)+铅(或石墨)电极(阳极)+电解质(分为酸性和碱性
两种)组成，阴极与阳极各连接一块金属片作为电极引线，电解质通过阴极上的众多圆孔
外溢在阴极表面形成一层电解质薄层，电解质薄层的上面覆盖一张可以渗透气体的聚四
氟乙烯(PTFE)膜，气体样品经过渗透膜进入阴极，其中的氧与电解质发生反应，所产生
的OH-离子在电场作用下迁移至阳极，在阳极失去电子生成水。例如以银作为阳极材料时，
化学反应方程式如下：
OH-迁移所产生的电流强度与气体样品中的氧含量成正比，通过测量燃料电池中所产生的电流强度即可得到气体样品中的氧含量。此方法的优点是燃料电池结构简单，体积小巧，且响应速度较快，因此此方法的氧分析仪非常适于便携使用，而且价格较为便宜。但燃料电池为消耗型检测器，其寿命决定于流经传感器的氧累积总量，阳电极在测量中不断反应消耗，一旦耗尽，燃料电池即失效，需进行更换。且燃料电池法氧分析仪的测量精度和稳定性较差，尤其当用于测量含氧量大于90%的气体样品时，月漂移量在可达到1%以上。此外，需要注意的是当使用电解质为碱性的燃料电池时，不适用于酸性气体中的氧含量分析，而当电解质为酸性时，则不适用于碱性气体的测量。
1.3顺磁法(以磁力机械式为例)
顺磁法测量氧含量是基于氧气是顺磁性物质，其体积磁化率在20℃时可达到k=1
062×10-6(C.G.S.M)的特性，其它气体的体积磁化率与氧气相比(NO除外)要小得
多，因此利用顺磁法分析氧含量一直是最为有效的方法之一。
磁力机械式氧分析仪是顺磁法分析氧含量的代表性仪器之一。其氧传感器是一对
充满氮气的石英玻璃哑铃球，哑铃球上缠有铂丝，形成电反馈回路，哑铃球悬挂
在磁场中，正中装有一个小反射镜。仪器内置的光源发射光束，经反射镜反射后
被光敏组件制成的光检测器接收。当哑铃球周围存在氧气分子时，在磁场作用下
氧气分子发生迁移，推动哑铃球体发生偏转，氧浓度越高，偏转角度越大，这一
偏转将带动反射镜，使射向光检测器的光路也发生偏转。光检测器将会测出这一
偏转，并产生电信号，经由放大器放大后经回馈电路形成回路，在磁场作用下推
动哑铃回复主平衡位置，此回路中电流值与氧含量成正比。通过测量该电流值即
可得到样品中的氧含量。
1.3顺磁法(以磁力机械式为例)
顺磁法测量氧含量的优点是测量基本不受气体样品中非待测组分的影响(除NO、Xe外)，可用于氧含量较高的气体样品的测量，且响应速度较快，稳定性好。但此方法也有其缺陷，包括对气体样品的预处理以及测量环境等要求较高，样品中的压力、粉尘、焦油、水汽等都会对测量结果产生影响，甚至损坏传感器，此外还需保证仪器水平放置，避免振动，避免强磁场，仪器周围不能有较大功率用的设备或动力线等。顺磁法氧分析仪比较娇贵，内部结构较为复杂、且价格偏高。
1.4氧化锆浓差电位法。
氧化锆浓差电位法所使用的氧化锆管是以氧化锆材料掺以一定比例的氧化钇或氧化钙经高温烧结而形成的稳定的氧化锆陶瓷烧结体，由于氧化钇或氧化钙分子的存在，其立方晶格中存在氧离子空穴，在高温下是良好的氧离子导体。因其这一特性，在一定温度下，当氧化锆管两侧气体中氧含量不同时，就形成了一个典型的氧浓差电池。氧化锆管整体为管状，中间以氧化锆材料分隔，在氧化锆的两侧各烧结一层多孔的金属作为电极(通常采用铂Pt作为电极材料)。在一定温度下(600℃~1400℃)，氧含量较高的一侧氧分子被吸附在电极上，在铂的催化作用下，发生还原反应，得到电子形成氧离子，即：
同时使该侧电极带正电，成为氧浓差电池的正
极或阳极。氧离子通过氧化锆晶体中的空穴迁
移至氧含量较低的另一侧，在铂电极上失去电
子，形成氧分子，即：
同时使该电极带负电，成为氧浓差电池的负极或阴极。这样在两个电极上由于正负电荷的堆积而形成一定的电势，此电势与氧化锆两测气体中的氧含量有关，符合能斯特方程：
式中：
E：氧浓差电势(mV);
R：气体常数8.3145 J/mol·K;
T：以绝对温度表示的氧化锆探头工作温度(K) = 273.15 + t (℃);
n：参加反应的电子数，对氧而言 n = 4;
F：法拉第常数, 96485.3365 (C/mol);
P0：参比气体中的氧分压;
P1：待测气体中的氧分压。
该方程是氧化锆浓差电池法测量气体中氧含量的基础。在实际测量中将氧化锆管加热至600~1400℃，在氧化锆管的参比侧通入含氧量较高且氧含量已知的气体作为参比气，如空气(P0 =20.6%)，而另一侧则通入待测气体，通过测量浓差电池电势E以及氧化锆探头的绝对温度，即可计算出待测气体中的氧分压(P1)，从而得到待测气体中的氧浓度。
该方法的优点是灵敏度高，响应速度快，线性范围较宽，重现性及稳定性较好。氧化锆法氧分析仪的内部结构较磁氧法仪器更为简单，几乎不受外界环境条件如温度，震动等的影响，且几乎不需要后期维护。但其缺点也较为明显，由于必须在较高温度下电子才能在氧化锆材料中进行迁移，因此仪器内部必须配备加热炉对氧化锆管进行加热，这也导致氧化锆法分析仪器需要较长的预热时间才能正常使用。且氧化锆法在测量氧浓度时会受到待测气体中的还原性气体影响，从而导致测量结果偏低，因此不适用于测量还原性气体或还原性气体含量较高的气体样品中的氧浓度，尤其当测量氧浓度为ppm级别的气体样品时更需考虑样品中还原性气体对测量结果的影响。另外，当待测气体样品中氧浓度高于空气中氧浓度(20.6%)时，除需使用浓度更高的气体作为参比气以保证浓差电势为正外，还需对氧化锆检测池进行改造，从而使得仪器造价大大提高。
1.5激光测氧法
激光测氧法是基于氧分子能够吸收特定波
长激光的特性，在仪器内部由激光二极管
产生一束光强已知的固定波长激光束，该
光束射入充满待测气体样品的测量池，在
测量池两侧的两块反射镜之间来回反射数
次后，一部分光被气体样品中的氧所吸收，
剩余的光束被反射至收集极后被捕集。
根据比尔定律，被吸收后的光束强度与原
始光强之间的比值与气体样品中的氧含量
成比例：
Ln[I0/I] = S × L × N
式中：
I0：原始光强；
I：被气体样品中的氧所吸收后的剩余光强；
S：氧对特定波长激光的吸收常数；
L：光程长度；
N：光程上的氧分子数量，与样品气中的氧含量有关；
因此通过测量原始光强以及被吸收后的光强即可得到气体样品中的氧含量。由于所选定的激光波长特定，因此测量结果几乎不被其它气体所影响。而使用I/I0进行计算则几乎可以排除光源强度、镜面反射率以及电器方面的变化所带来的影响。目前，国内应用此类原理生产的仪器价格相对较高，而且性能的稳定性方面还有待进一步提高。
2. 3D离子流技术
3D离子流氧传感器的工作原理如图1 所示。
图1 离子流氧传感器原理图
在已稳定化的ZrO2两侧被覆铂电极，阴极侧用有气体扩散孔的罩接合，形成阴极空腔。一定温度下，ZrO2电极两侧如加一定电压时，空腔内的氧分子在阴极处获得电子形成氧离子（O2-），O2-通过ZrO2的氧空位迁移到阳极，放出电子后变成氧分子气体释放出来，这种现象被称为电化学泵，这样，阴极空腔中的氧气就被ZrO2电解质源源不断地泵到空腔外，在回路中形成电流。当氧气摩尔分数一定时，电压增加，电流强度随之增加，当电压超过某一值时，电流强度达到饱和，这是氧气通过小孔向阴极空腔内扩散受小孔限制的结果。这个饱和电流称为离子电流。气体在小孔中的扩散机制决定着传感器的性质。小孔扩散一般有2 种离子电流情况，即分子扩散和Knudsen扩散。当小孔直径比气体分子的平均直径大时，即在分子扩散区离子电流值IL为：
式中，F—法拉第常数；D—自由空间氧分子扩散系数；S—扩散小孔的截面积；L—扩散小孔的长度；C—传感器周围氧的摩尔分
数；CT—整个气体物质的摩尔分数。当C/CT＜1 时，由式（1）可知，离子电流值与氧的摩尔分数就变成正比关系，离子电流值IL为：
由式（2）可知，离子电流和氧摩尔分数几乎成线性关系。根据输出电流大小就可以确定被测气体中的氧摩尔分数。
用多孔陶瓷基片作为扩散层控制供给传感器阴极的氧，这种利用LSM作为多孔层型结构的致密扩散障碍层如图2 所示。
图2 多孔层型氧传感器
这种多孔层型氧传感器的离子电流和式（2）相同，离子电流值为：
式中，F—法拉第常数；Deff—多孔层内氧有效扩散系数；S—阴极面积；L—多孔层基片厚度；C—传感器周围的氧摩尔分数。由式（3）可知，多孔层型氧传感器的极限电流值与氧摩尔分数成线性关系。
电压电流特性
传感器在不同氧浓度环境气体中，电压电流特性如图3所示：
图3 传感器电压电流特性示图
3D离子电流值与氧浓度的关系曲线如图4所示：
图4 离子电流与氧浓度关系曲线图
3.与“铜氨溶液吸收法”的比对:
上海计量测试技术研究院曾将"昶艾"生产的"离子流测氧仪与"铜氨溶液吸收法“作过比对。先用24.1%He中O2对仪器进行了标定，然后去测某公司送来的用“铜氨溶液吸收法”测得其氧含量为97.78%的气体，仪器显示为97.71%，过几天再测，前后测了多次，其显示范围在97.65%-97.89%之间。显然其重复性，稳定性都较好，误差也较小。仪器一般开机几分钟就能稳定，测一个样品六分钟左右，在一定程度上可代替“铜氨溶液吸收法”测量氧含量。
5. 3D离子流氧分析仪的应用
国内生产的3D离子流氧分析仪系列在2004年就投放市场，在近10年的市场实践和使用中，已经取得了骄人的战绩，在空分过程分析市场占有一定的市场分额，尤其在医用制氧行业得到广泛使用，深信在“国标”中将有它的一席之地。它不仅实用于实验室，便携式仪器可以很方便到处使用，特别在在线分析中可代替“磁氧”。
河北钢铁集团旗下的文峰钢铁、龙海钢铁、唐钢、上海宝钢集团、新疆八一钢铁、大阳日酸、山西建邦集团、山东莱钢天元气体、河南神马尼龙化工、山西蓝星化工、宁波林德气体、首钢长治钢铁等等,都已使用上离子流测氧仪,打破了空分过程分析系统中高含量氧的检测，一直以来以磁氧原理所主导的局面，为祖国自主产品打下坚实的基础，让全世界的用户所亲睐。
CI-PC84系列氧分析仪
技术参数：
测量范围 10%～95%/99.99%，0～40% O2 （请查看机身铭牌说明）
传感器新型离子流氧传感器
精度≤±1%FS
重复性≤±0.5%FS
稳定性＜±0.5%FS/7d
响应时间 T90＜15s
传感器寿命大于5年（正常使用）
仪器寿命大于6年（正常使用）
外形尺寸参见图1～图4
仪器重量约2kg
供电电源 85～264VAC，功耗小于10VA 环境温度 0～45℃
环境湿度＜80%RH
样气流量 400～600ml/min
样气压力 86～106kPa
模拟输出自由设定
4-20mA/0-20mA/0-1V/0-5V/0-10V/1-5V
通讯 RS485（标配）/232（选配）
报警输出 2组浓度报警开关量输出
快 讯 INFO ’RAPID ZX （1） N0 88 东风雪铁龙服务备件部 DCAD/DPS 氧传感器故障诊断 2008年12月17日 该资料应分类留存在：富康、爱丽舍快讯夹子中 CE DOCUMENT EST A CLASSER DANS：LE CLASSEUR NOTE TECHNIQUE ET INFO RAPIDE ZX、Elysee 一、涉及车型： 装备 TU5JP4发动机的东风雪铁龙所有车型。 二、故障现象： 发动机故障灯亮，PROXIA 诊断为氧传感器故障，故障码为P0134、P0135等。 三、检查更换工艺： 氧传感器工作电路原理图 ，如下图 1、（拆下氧传感器插头）将数字万用表打到欧姆档，测量传感器加热（+）与加热（-）两端针脚。常 温下其阻值为2.5~4.5Ω；若电阻为无穷大（断路）则更换氧传感器。 2、（拆下氧传感器插头）测量与加热1＃脚连接的线束电压是否为12V；如供电电压不是12V，按车辆 电路图检查相关的供电电路。 3、启动发动机，怠速运行几分钟后通过PROXIA 读取氧传感器电压，检查电压是否在0.1V—0.9V 间 波动，若电压值无波动或波动异常（持续偏稀或偏浓）则进行下面的4、5项检查。 4、拆下氧传感器贴近耳朵轻轻摇动，如有异响说明内部的陶瓷探针可能破裂，需更换氧传感器。 5、 氧传感器柄部套下有通气孔,外界空气由此进入氧传感器的内腔,一旦油污或者其他沉积物进入氧 传感器内腔,或者堵塞了该通气孔,会使氧传感器的输出信号失真。检查头部通气孔是否堵塞，清理积碳堵塞物，然后装车。按 第3项重新检测，电压的波动值不正常则更换氧传感器。 注：实际测量以车辆电路图上信号脚为准。
汽车传感器的种类和作用 汽车传感器把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态。 车用传感器很多，判断传感器出现的故障时，不应只考虑传感器本身，而应考虑出现故障的整个电路。因此，在查找故障时，除了检查传感器之外，还要检查线束、插接件以及传感器与电控单元之间的有关电路。下面我们来认识一下汽车上的主要传感器。 空气流量传感器 空气流量传感器是将吸入的空气转换成电信号送至电控单元（ecu），作为决定喷油的基本信号之一。根据测量原理不同，可以分为旋转翼片式空气流量传感器（丰田previa旅行车）、卡门涡游式空气流量传感器（丰田凌志ls400轿车）、热线式空气流量传感器（日产千里马车用vg30e发动机和国产天津三峰客车tj6481aq4装用的沃尔沃b230f发动机）和热膜式空气流量传感器四种型式。前两者为体积流量型，后两者为质量流量型。目前主要采用热线式空气流量传感器和热膜式空气流量传感器两种。 进气压力传感器
进气压力传感器可以根据发动机的负荷状态测出进气歧管内的绝对压力，并转换成电信号和转速信号一起送入计算机，作为决定喷油器基本喷油量的依据。国产奥迪100型轿车（v6发动机）、桑塔纳2000型轿车、北京切诺基（25l发动机）、丰田皇冠3．0轿车等均采用这种压力传感器。目前广泛采用的是半导体压敏电阻式进气压力传感器。 节气门位置传感器 节气门位置传感器安装在节气门上，用来检测节气门的开度。它通过杠杆机构与节气门联动，进而反映发动机的不同工况。此传感器可把发动机的不同工况检测后输入电控单元（ecu），从而控制不同的喷油量。它有三种型式：开关触点式节气门位置传感器（桑塔纳2000型轿车和天津三峰客车）、线性可变电阻式节气门位置传感器（北京切诺基）、综合型节气门位置传感器（国产奥迪100型v6发动机）。 曲轴位置传感器 也称曲轴转角传感器，是计算机控制的点火系统中最重要的传感器，其作用是检测上止点信号、曲轴转角信号和发动机转速信号，并将其输入计算机，从而使计算机能按气缸的点火顺序发出最佳点火时刻指令。曲轴位置传感器有三种型式：电磁脉冲式曲轴位置传感器、霍尔效应式曲轴位置传感器（桑塔纳2000型轿车和北京切诺基）、光电效应式曲轴位置传感器。曲轴位置传感器型式不同，其控制方式
传感器分类 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。 按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1．电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。
2．磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。 3．光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。
宽带氧传感器的工作原理和常见故障的检查方法 发布时间: 2010-4-29 15:52 | 编辑: 汽车乐https://www.doczj.com/doc/9618078433.html, | 查看: 1067次来源: 网络 随着汽车尾气排放限值要求的不断提高，传统的开关型氧传感器已不能满足需要，取而代之的是控制精度更高的线性宽带氧传感器(Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor，简称UEGO)。氧传感器闭环控制调节发动机燃烧室内的混合汽，以实现最佳的三元催化转换器运行，从而满足排放限值的要求。为此，氧传感器闭环控制的任务是确保废气空燃比始终处于催化转换器的最佳工作点。氧传感器闭环控制只改变所要喷射的燃油质量、燃烧室内的空气质量，也就是说汽缸充气和点火正时均不受影响，因此氧传感器是用来帮助确定废气中氧含量而反映实际工况中的空燃比。控制单元内的氧传感器闭环控制必须通过所提供的信号来对混合汽的成分做出相应调整，控制过程很大程度上取决于氧传感器的属性。 宽带氧传感器能够提供准确的空燃比反馈信号给ECU，从而ECU精确地控制喷油时间，使汽缸内混合汽浓度始终保持理论空燃比值。宽带氧传感器的使用提高了ECU的控制精度，最大限度地发挥了三元催化器的作用，优化了发动机的性能，并可节省大约15％的燃油消耗，更加有效地降低了有害气体的排放。 宽带氧传感器通过检测发动机尾气排放中的氧含量，并向电子控制单元(ECU)输送相应的电压信号，反映空气燃油混合比的稀浓。ECU根据氧传感器传送的实际混合汽浓稀反馈信号而相应调节喷油脉宽，使发动机运行在最佳空燃比(λ=1)状态，从而为催化转换器的尾气处理创造理想的条件。如果混合汽太浓(λ<1)，必须减少喷油量，如果混合汽太稀(λ>1)，则要增加喷油量。 现代汽车发动机管理系统中，安装在催化转换器前的宽带氧传感器，称作控制氧传感器，安装在三元催化器的上游位置，监测尾气中氧的浓度，并将信息反馈给控制单元，用于调节喷油量，从而实现发动机的闭环控制，改善发动机的燃烧性能并减少有害气体的排放。根据OBD-Ⅱ规定，现代汽车必须对三元催化转换器效率进行持续监控，为此配有诊断氧传感器，安装在催化转换器的下游端。通过比较催化转换器上游和下游的传感器信号，可以确定催化转换器的效率。主要原因是由于控制氧传感器因老化，其向ECU输送的电压信号曲线会发生偏移，诊断氧传感器会检测控制氧传感器是否仍然处于最佳工作状态，然后ECU 就可计算出矫正偏移所需的补偿量。 由于老化而造成工作性能变差的氧传感器，也会影响燃油经济性的指标。老化的氧传感器提供给DME的混合汽浓度信号存在误差，将使DME控制单元在可燃混合汽形成的控制产生偏差，而造成燃油消耗的增加。表1是博世公司所做的氧传感器对燃油经济性影响的明细表。 一、宽带型氧传感器的分类及基本构造 根据氧传感器的制造材料不同，宽带型氧传感器可分为以ZrO2为基体的固化电解质型和利用氧化物半导体电阻变化型两大类；根据传感器的结构不同，宽带型氧传感又可分为电池型、临界电流型及泵电池型。 宽带型氧传感器的基本控制原理就是以普通氧化锆型氧传感器为基础扩展而来。氧化锆型氧传感器有一特性，即当氧离子移动时会产生电动势。反之，若将电动势加在氧化锆组件上，即会造成氧离子的移动。根据此原理即可由发动机控制单元控制所想要的比例值。 构成宽带型氧传感器的组件有两个部分：一部分为感应室，另一部分是泵氧元。 感应室的一面与大气接触，而另一面是测试腔，通过扩散孔与排气接触，与普通氧化锆传感器一样，由于感应室两侧的氧含量不同而产生一个电动势。一般的氧化锆传感器将
氧气传感器 概况 所有的氧气传感器都是自身供电，有限扩散，其金属-空气型电池由空气阴极，阳极和电解液组成。 氧气传感器简单来说是一个密封容器（金属的或塑料的容器），它里面包含有两个电极： 阴极是涂有活性催化剂的一片PTFE（聚四氟乙烯），阳极是一个铅块。这个密封容器只在顶部有一个毛细微孔，允许氧气通过进入工作电极。两个电极通过集电器被连接到传感器表面突出的两个引脚，而传感器通过这两个触角被连接到所应用的设备上。传感器内充满电解质溶液，使不同种离子得以在电极之间交换（参见图1）。 Figure 1 - Schematic of oxygen sensor.O2+ 2H 2O + 4e-">4OH- 这些氢氧根离子通过电解质到达阳极（铅），与铅发生氧化反应，生成对应的金属氧化物。 2Pb + 4OH-">2PbO + 2H 2O + 4e- 上述两个反应发生生成电流，电流大小相应地取决于氧气反应速度（法拉第定律），可外接一只已知电阻来测量产生的电势差，这样就可以准确测量出氧气的浓度。电化学反应中，铅极参与到氧化反应中，使得这些传感器具有一定的使用期限，一旦所有可利用的铅完全被氧化，传感器将停止运作。通常氧气传感器的使用寿命为1-2年，但也可以通过增加阳极铅的含量或限制接触阳极的氧气量来延长传感器的使用寿命。 毛细微孔氧传感器和分压氧传感器
城市技术生产的氧气传感器根据进入传感器的氧气的扩散方式的不同分为两种，一种是在传感器顶部设有一毛细微孔，而另一种设有一层固体薄膜允许气体通过。细孔传感器测量的是氧气浓度，而固体薄膜传感器测量的是氧气的分压。 细孔传感器产生的电流反映的是被测氧气的体积百分比浓度，与气体总压力无关。但当氧气压力瞬间发生变化时，传感器会产生一个瞬间电流，如果没有控制好就会出现问题。同样的问题在传感器受到重复压力脉冲时也会出现，例如进入传感器的气体是抽运式的。对这个现象的解释如下所示： 压力瞬变 当细孔氧气传感器遇到急剧增压或减压，气体将被迫通过细孔栅板（大流量）。气体的增加（或减少）产生了一个瞬变电流信号。 一旦情况重新稳定不再有压力脉冲，瞬变即告结束。此类瞬变可以通过仪器报警，这样CityTech就可以努力寻求解决方案以减小压力影响。 所有城市技术的细孔氧气传感器都采用了抗大流量机制，见图 2。"根本上来说，可以增加一个PTFE抗大流量薄膜来减弱压力变化带来的瞬变影响。这层薄膜用一个金属盖或塑料盖紧紧固定在细孔上，这个设计可以很大程度上减少信号的瞬间变化影响。 Figure 2 - Bulk Flow Membrane on Capillary Sensor 但某些压力变化产生的瞬变力量超过了这种设计允许的范围，特别是使用抽取式仪器对传感器输送气体的设备。某些泵产生的气体对CiTiceL氧传感器造成持续的压力脉冲，人为地增强了信号。在这种情况下，有必要在传感器外设计一个气体膨胀室减 小对传感器的压力脉冲。 部分分压型氧传感器
将压力转换为电信号输出的传感器。通常把压力测量仪表中的电测式仪表称为压力传感器。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件（见位移传感器）或应变计（见电阻应变计、半导体应变计）转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功能集于一体，如压阻式传感器中的固态压力传感器。压力是生产过程和航天、航空、国防工业中的重要过程参数，不仅需要对它进行快速动态测量，而且还要将测量结果作数字化显示和记录。大型炼油厂、化工厂、发电厂和钢铁厂等的自动化还需要将压力参数远距离传送（见遥测），并要求把压力和其他参数，如温度、流量、粘度等一起转换为数字信号送入计算机。因此压力传感器是极受重视和发展迅速的一种传感器。压力传感器的发展趋势是进一步提高动态响应速度、精度和可靠性以及实现数字化和智能化等。常用压力传感器有电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器（见变磁阻式传感器、差动变压器式压力传感器）、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器（见光纤传感器）、谐振式压力传感器等。 传感器的基本知识 一、传感器的定义 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 二、传感器的分类 目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种： １、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器 ２、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。 ３、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“１”和"０”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。 关于传感器的分类： 1.按被测物理量分：如：力，压力，位移，温度，角度传感器等； 2.按照传感器的工作原理分：如：应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等； 3.按照传感器转换能量的方式分： （1）能量转换型：如：压电式、热电偶、光电式传感器等； （2）能量控制型：如：电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等； 4.按照传感器工作机理分： （1）结构型：如：电感式、电容式传感器等； （2）物性型：如：压电式、光电式、各种半导体式传感器等； 5.按照传感器输出信号的形式分： （1）模拟式：传感器输出为模拟电压量； （2）数字式：传感器输出为数字量，如：编码器式传感器。 三、传感器的静态特性 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方
氧传感器 常见故障及检查方 在电子控制的发动机系统中, 氧传感器检测发动机所排废气中氧的含量, 向ECU 提纲空燃比的反馈信号, 进行喷油量的闭环控制。氧传感器工作失常会影响电脑 ECU 对混合气空燃比精确的控制, 此时发动机易出现怠速不稳、加速不良、尾气超标和油耗增加等现象。目前,常见的氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种氧传感器。目前我公司系列产品用的是加热型氧化锆式氧传感器。 一、氧传感器的工作原理 氧传感器的工作原理与干电池相似,传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用。作为传感元件的锆管是多缝隙的陶瓷体,外侧通排气,内侧通大气。当传感陶瓷管的温度达到 350℃时,即具有固态电解质的特性。由于其材质的特殊性,使得氧离子可以自由的通过陶瓷管。正是利用这一特性,将氧气的浓度差转化成电势差,从而形成电信号输出。若混合气体偏浓,则陶瓷管内外氧离子浓度差较高,电势差偏高,大量的氧离子从内侧移到外侧,输出电压较高(接近 900mV ;若混合气偏稀,则陶瓷管内外氧离子浓度差较低, 电势差较低,仅有少量的氧离子从内侧移动到外侧,输出电压较低(接近 100mV 。二、氧传感器的构造 氧传感器由保护套管、锆管(传感陶瓷管、加热器、密封件、信号输出电缆及连接头组成。锆管是氧传感器的核心部件,锆管空腔内装有加热器,内外表面涂有一层渗透性的铂电极。由于铂电极要与尾气接触,因而其表面覆盖了一层紧密粘附的高渗透性的陶瓷保护层,可防止尾气中的残留物腐蚀起催化作用的铂电极,保证传感器较长的使用寿命。三、氧传感器的常见故障 1. 氧传感器中毒 (1 铅中毒:使用了含铅汽油的车辆, 铅会沾附、沉积在传感器的工作面而发生铅“中毒” 。使用含铅汽油的车辆, 即使是新的氧传感器, 也只能正常行驶几千公里。如果只是轻微的铅中毒,接着使用不含铅的汽油,可清除氧传感器表面的铅,使
氧传感器燃烧测试系统 技术方案 北京博安佳创科技有限公司
设备简介 设备简介 本设备是用来检测氧传感器成品质量好坏的关键性设备。可以同时测试四个基片，采用人工摆放基片到定位工装中，检测完成后由人工取出放 入下工序工装。 系统采用国际知名品牌的检测仪器，提高了系统的稳定性和可靠性，保证了出厂产品的一致性。 北京博安佳创科技有限公司
主要测试项目 北京博安佳创科技有限公司序号 2 描述3 冲击电流测量传感器通电时的冲击电流精度指标0.1K 欧0.01 A 0.01 A 传感器正常工作后的电流大小1 1 ms 测试传感器正常工作后的内阻1mV 1mV 1ms 4 从通电到正常工作所需要的时间5 传感器在稀气下的电压输出6 传感器在浓气下 的电压输出7浓稀气体转换后电压转换所需要的时间测试项目传感器内阻加热电流起燃时间稀气体的电压输出浓气体的电压输出浓稀转换反应时间
设备组成 丙烷空气配气系统手动工装测试系统电气控制系统显示器燃烧加热保温系统
设备配置及操作注意事项操作注意事项3 本设备排出高温尾气、需要客户自备厂内排气管道，设备提供接口序号 1 本设备为手工取放锆板2 4锆板温度较高，手工取放需要配戴高温手套设备所需要丙烷、空气管道需要客户自备，设备提供接口燃烧台配置6 lamda 检测系统由客户自备，本设备不包含7 序号 1 标准人性化操作软件系统，带数据库及数据记录保存丙烷、空气气体自动配气系统（七星流量计+模拟量卡+精密电源）2 3 研华PCI 上位机、NI 32通道采集卡、研华I/O 控制板卡组成电气采集控制系统5 铝合金工作台及304不锈钢手动工装系统（较好的保温防护）气体加热温控系统（350度），可达500度以上4 自动气体切断，自动点火
一、传感器的定义 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 二、传感器的分类 目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种： １、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器２、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。 ３、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量(“１”和"０”或“开”和“关”)的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。 关于传感器的分类： 1.按被测物理量分：如：力，压力，位移，温度，角度传感器等； 2.按照传感器的工作原理分：如：应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等； 3.按照传感器转换能量的方式分： (1)能量转换型：如：压电式、热电偶、光电式传感器等； (2)能量控制型：如：电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等； 4.按照传感器工作机理分： 结构型：如：电感式、电容式传感器等； (2)物性型：如：压电式、光电式、各种半导体式传感器等； 5.按照传感器输出信号的形式分： (1)模拟式：传感器输出为模拟电压量； (2)数字式：传感器输出为数字量，如：编码器式传感器。 三、传感器的静态特性
传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类 传感器的分类方法很多．主要有如下几种： （1）按被测量分类，可分为力学量、光学量、磁学量、几何学量、运动学量、流速与流量、液面、热学量、化学量、生物量传感器等。这种分类有利于选择传感器、应用传感器 （2）按照工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式，光电式，光栅式、热电式、压电式、红外、光纤、超声波、激光传感器等。这种分类有利于研究、设计传感器，有利于对传感器的工作原理进行阐述。 （3）按敏感材料不同分为半导体传感器、陶瓷传感器、石英传感器、光导纤推传感器、金属传感器、有机材料传感器、高分子材料传感器等。这种分类法可分出很多种类。 （4）按照传感器输出量的性质分为摸拟传感器、数字传感器。其中数字传感器便干与计算机联用，且坑干扰性较强，例如脉冲盘式角度数字传感器、光栅传感器等。传感器数字化是今后的发展趋势。 （5）按应用场合不同分为工业用，农用、军用、医用、科研用、环保用和家电用传感器等。若按具体便用场合，还可分为汽车用、船舰用、飞机用、宇宙飞船用、防灾用传感器等。 （6）根据使用目的的不同，又可分为计测用、监视用，位查用、诊断用，控制用和分析用传感器等。 主要特点传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统（MEMS）技术基础上的，已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。 主要功能常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟： 光敏传感器——视觉 声敏传感器——听觉 气敏传感器——嗅觉 化学传感器——味觉 压敏、温敏、传感器（图1） 流体传感器——触觉 敏感元件的分类： 物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。 化学类，基于化学反应的原理。 生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。 通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。 1)光纤传感器 光纤传感器技术是随着光导纤维实用化和光通信技术的发展而形成的一门崭新的技术。光纤传感器与传统的各类传感器相比有许多特点，如灵敏度高.抗电磁干扰能力强，耐腐蚀，绝缘性好，结构简单，体积小.耗电少，光路有可挠曲性，以及便于实现遥测等. 光纤传感器一般分为两大类，一类是利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器.称为功能型传感器;另一类是光纤仅仅起传输光波的作用，必须在光纤端面或中间加装其他敏感元件才能构成传感器，称为传光型传感器。无论哪种传感器，其工作原理都是利用被测量的变化调制传输光光波的某一参数，使其随之变化，然后对已调制的光信号进行检测，从而得到被测量。
目前，实际应用的氧传感器有氧化锆式氧传感器和氧化钛式氧传感器两种。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；双引线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。 氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。因此，必须及时地排除故障或更换。 氧传感器的常见故障 1.氧传感器中毒 氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。 另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。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，因而要使用质量好的燃油和润滑油。修理时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等。 2.积碳 由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不 能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为油耗上升，排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。 3.氧传感器陶瓷碎裂 氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。 4.加热器电阻丝烧断
氧化锆氧传感器工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第一部分氧化锆氧传感器工作原理 一、产品简介： 氧化锆氧传感器是利用氧化锆陶瓷敏感元件测量各类加热炉或排气管道中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉内燃烧空然比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件，广泛应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气氛控制。它是目前最佳的燃烧气氛测量方式，具有结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。运用该传感器进行燃烧气氛测量和控制既能稳定和提高产品质量，又可缩短生产周期，节约能源。 二、氧传感器工作原理： 氧传感器是利用稳定的二氧化锆陶瓷在650℃以上的环境中产生的氧离子导电特性而设计的。在一定的温度条件下，如果在二氧化锆块状陶瓷两侧的气体中分别存在着不同的氧分压(即氧浓度)时，二氧化锆陶瓷内部将产生一系列的反应，和氧离子的迁移。这时通过二氧化锆两侧的引出电极，可测到稳定的毫伏级信号，我们称之为氧电势。它服从能斯特(Nernst)方程： 式中E为氧传感器输出的氧电势(mv)，Tk为炉内的绝对温度（K），P1和P2分别为二氧化锆两侧气体的氧分压。实际应用时，将二氧化锆的一侧通入已知氧浓度的气本（通常为空气），我们称之为参比气。另一侧则是被测气体，就是我们要检测的炉内的气氛，详见图1。氧传感器输出的信号就是氧电势信号，通过能斯特方程我们就可以得到被测炉气氛中的氧分压和氧电势的关系。参比气为空气时，可表示为： 式中E为氧传感器输出氧电势；Tk为炉内的绝对温度；P02为炉内的氧分压。我们的氧传感器产品带有自加热装置，一般温度保证在700℃，这样TK数值基本是恒定的，从而通过上式可以直接测量出炉内氧分压浓度。工程应用中采用标准气体来标定氧传感器输出氧电势E和氧分压浓度PO2的对应关系，这种方法也是目前公认的最准确、最直接的标定方法。 第二部分 HMP系列氧传感器 一．HMP氧传感器基本结构： HMP氧传感器的核心部件采用进口氧化锆氧传感器（详见图2），该氧化锆氧传感器自带智能加热装置，提供稳压恒定控制信号即可快速达到使用温度，并保证传感器在该恒定温度下连续、稳定工作。安装该探头需要调整引导板方向，尽量使引导板正对气流方向，这样才能形成对检测气氛的气体自导流。进口氧化锆氧传感器典型性能特性如下： 零点误差：￡±0.2mv ；交流电阻（1500赫兹）：（700℃）￡100 千欧；（1100℃）￡ 5 千欧。响应时间（700-1300℃）：￡1秒 二．HMP氧传感器采样、维护方式： HMP氧传感器采用气氛自导流方式，导入被检测气氛，考虑工程现场的环境因数，设计有吹扫清除通道，可方便地对采样引导管道进行吹扫工作，以避免炉内或管道内的灰尘、煤灰、油杂质等等堵塞采样管，请参考图3。
压力传感器的分类及应用原理 教程来源：网络作者：未知点击：28 更新时间：2009-2-16 10:11:30 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用 1、应变片压力传感器原理与应用 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。 金属电阻应变片的内部结构 如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： 式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m） 我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情2、陶瓷压力传感器原理及应用 抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。 陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。 3、扩散硅压力传感器原理及应用 工作原理 被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一
传感器的定义传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统”。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。 传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。 无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能，传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。文档收集自网络，仅用于个人学习 传感器原理结构在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器；在轴上固定着：(1)能源环形变压器的次级线圈，(2)信号环形变压器初级线圈，(3)轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。在传感器的外壳上固定着：文档收集自网络，仅用于个人学习 （1）激磁电路，(2)能源环形变压器的初级线圈(输入)，(3) 信号环形变压器次级线圈(输出)，(4)信号处理电路文档收集自网络，仅用于个人学习 工作过程 向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成 1.5v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2 从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。文档收集自网络，仅用于个人学习 传感器分类倾角传感器 倾角传感器在军事、航天航空、工业自动化、工程机械、铁路机车、消费电子、海洋船舶等领域得到广泛运用。辉格公司为国内用户提供全球最全面、最专业的产品方案和服务。提供
氧传感器的功能及工作原理 氧传感器的功能 测定发动机排气中氧气含量，确定汽油与空气是否完全燃烧。电子控制器根据这一信息实现以过量空气系数λ=1为目标的闭环控制，以确保三元催化转化器对排气中HC、CO和NOX三种污染物都有最大的转化效率。 工作原理 氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用，其基本工作原理是：在一定条件下（高温和铂催化），利用氧化锆骨外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为21%，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。 特点 抗铅；较少依赖于排气温度；起动后迅速进入闭环控制。 氧传感器的常见故障 氧传感器中毒 氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽油的 汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使 用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。但往往由于 过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时 就只能更换了。 积碳 由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或 尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为油耗上升，排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。 氧传感器陶瓷碎裂 氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。 加热器电阻丝烧断
压力传感器及压力变送器分为表压、尽压、差压等种类。常见0.1、0.2、0.5、1.0等精度等级。可丈量的压力范围很宽，小到几十毫米水柱，大的可达上百兆帕。不同种类压力传感器及压力变送器的工作温度范围也不同，常分成 0~70℃、-25~85℃、- 40~125℃、-55~150℃几个等级，某些特种压力传感器的工作温度可达400~500℃。 压力传感器及压力变送器基于不同的材料及结构设计有着不同的防水性能及防爆等级，接液腔体由于材料、外形的差异可丈量的流体介质种类也不同，常分为干燥气体、一般液体、酸碱腐蚀溶液、可燃性气液体、粘稠及特殊介质。压力传感器及压力变送器作为一次仪表需与二次仪表或计算机配合使用，压力传感器及压力变送器常见的供电方式为：DC 5V、12V、24V、±12V等，输出方式有：0~5V、1~5V、0.5~4.5V、0~10mA、 0~20mA、 4~20mA等及Rs232、Rs485等与计算机的接口。 用户在选择压力传感器及压力变送器时，应充分了解压力丈量系统的工况，根据需要公道选择，使系统工作在最佳状态，并可降低工程造价。 压力传感器常见精度参数及试验设备 传感器静态标定设备：活塞压力计：精度优于0.05% 数字压力表：精度优于0.05% 直流稳压电源：精度优于0.05% 。 传感器温度检验设备：高温试验箱：温度从0℃～+250℃温度控制精度为 ±1℃ 低温试验箱：温度能从0℃～-60℃温度控制精度为±1℃ 传感器静态性能试验项目：零点输出、满量程输出、非线性、迟滞、重复性、零点漂移、超复荷。 传感器环境试验项目：零点温度漂移、灵敏度漂移、零点迟滞、灵敏度迟滞。（检查产品在规定的温度范内对温度的适应能力。此项参数对精度影响极为重要） 压力传感器使用留意事项 压力传感器及压力变送器在安装使用前应具体阅读产品样本及使用说明书，安装时压力接口不能泄露，确保量程及接线正确。压力传感器及压力变送器的外壳一般需接地，信号电缆线不得与动力电缆混合展设，压力传感器及压力变送器
氧传感器故障最简单有效的判定方法 利用氧传感器输出电压可随混合气的角度变化而变化的特性，可以帮助我们诊断一些燃油或空气甚至机械部分的故障，但前提是氧传感器及控制系统功能必须完好：检查步骤如下。 1.检查氧传感器加热器电阻。拔下氧传感器插头，用万用表电阻档测量传感器侧1、2号插头间的电阻值，具体标准应查阅具体车型的维修手册，但一般来说，应在4～40之间，如果不符合标准值，应更换氧传感器。 2.检查氧传感器反馈电压。查阅所测车型的维修手册，找氧传感器信号线，用电线中的铜丝插入相应手术的插孔。然后插好插接器，用万用表直流电压档测量铜丝对负极的电压。注意必须使用数字式万用表，并且铜丝绝对不能搭铁，否则将不可恢复性地损坏氧传感器。此时起动发动机并使水温达到至少80℃，使发动机多次达到 2500r/min后使发动机转速保持2500r/min,并观察万用表显示的电压，电压值应在此0.1-1.0v之间迅速跳动，在10s之内电压应在0.1-1.0v之间变化至少8次，若电压变化比较缓慢，不一定就是氧传感器或反馈控制系统有故障，可能是氧传感器表面被积碳覆盖而灵敏性降低。这时可使发动机高速运转几分钟以清除积碳，然后再观察氧传感器信号电压是否符合规定，如仍不符合规定，则进行下一步检查。 3.检查氧传感器是否损坏。拔开插接器，使氧传感器和控制单元
分离，万用表测量信号输出端对负极的电压。这时人为地拔下一根进气管上的真空管，形成稀混合气，此时电压应下降;而当拔下油压调节器真空管，并用手堵住以形成浓混合气时，电压应当上升。如果这时氧传感器本身没有故障，故障在电脑或线路以及燃油、空气、机械方面。应该首先检查燃油、空气及机械部分的故障，这里面的影响是很奥妙的，需要大家动脑思考。比如空气系统漏真空。这时排气中氧分子浓度变大，氧传感器输出低电压，电脑便认为混合气稀，发出指令向浓的方向调整，但无论如何也弥补不了漏进系统的大量空气，所以氧传感器就会一直显示0.1-0.3v的低电压；再比如油压调节器出现故障导致油压过高，会使排气中氧分子含量减少。氧传感器输出高电压，表示混合气过浓，电脑便减少喷油时间，但氧回溃系统的调整是微量的，无法弥补油压过高造成的混合气过浓；所以氧传感器总显示0.6-0.9的高电压。其它情况还有很多，比如缺缸造成的影响等等。
氧化锆氧传感器的原理及应用 第一部分氧化锆氧传感器工作原理 一、产品简介： 氧化锆氧传感器是利用氧化锆陶瓷敏感元件测量各类加热炉或排气管道中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉内燃烧空然比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件，广泛应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气氛控制。它是目前最佳的燃烧气氛测量方式，具有结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。运用该传感器进行燃烧气氛测量和控制既能稳定和提高产品质量，又可缩短生产周期，节约能源。 二、氧传感器工作原理： 氧传感器是利用稳定的二氧化锆陶瓷在650℃以上的环境中产生的氧离子导电特性而设计的。在一定的温度条件下，如果在二氧化锆块状陶瓷两侧的气体中分别存在着不同的氧分压(即氧浓度)时，二氧化锆陶瓷内部将产生一系列的反应，和氧离子的迁移。这时通过二氧化锆两侧的引出电极，可测到稳定的毫伏级信号，我们称之为氧电势。它服从能斯特(Nernst)方程：式中E为氧传感器输出的氧电势(mv)，Tk 为炉内的绝对温度（K），P1和P2分别为二氧化锆两侧气体的氧分压。实际应用时，将二氧化锆的一侧通入已知氧浓度的气本（通常为空气），我们称之为参比气。另一侧则是被测气体，就是我们要检测的炉内的气氛，详见图1。氧传感器输出的信号就是氧电势信号，通过能斯特方程我们就可以得到被测炉气氛中的氧分压和氧电势的关系。参比气为空气时，可表示为：式中E为氧传感器输出氧电势；Tk为炉内的绝对温度；P02为炉内的氧分压。我们的氧传感器产品带有自加热装置，一般温度保证在700℃，这样TK数值基本是恒定的，从而通过上式可以直接测量出炉内氧分压浓度。工程应用中采用标准气体来标定氧传感器输出氧电势E和氧分压浓度PO2的对应关系，这种方法也是目前公认的最准确、最直接的标定方法。 第二部分 HMP系列氧传感器 一．HMP氧传感器基本结构： HMP氧传感器的核心部件采用进口氧化锆氧传感器（详见图2），该氧化锆氧传感器自带智能加热装置，提供稳压恒定控制信号即可快速达到使用温度，并保证传感器在该恒定温度下连续、稳定工作。安装该探头需要调整引导板方向，尽量使引导板正对气流方向，这样才能形成对检测气氛的气体自导流。进口氧化锆氧传感器典型性能特性如下：零点误差：￡±0.2mv ；交流电阻（1500赫兹）：（700℃）￡100 千欧；（1100℃）￡ 5 千欧。响应时间（700-1300℃）：￡1秒 二．HMP氧传感器采样、维护方式： HMP氧传感器采用气氛自导流方式，导入被检测气氛，考虑工程现场的环境因数，设计有吹扫清除通道，可方便地对采样引导管道进行吹扫工作，以避免炉内或管道内的灰尘、煤灰、油杂质等等堵塞采样管，请参考图3。 三．技术性能： 使用温度：室温～1100℃；氧电势显示范围：－50～1240mV；氧电势输出精度：±0.5mV；响应时间：≤1秒；正常使用使用寿命：≥18个月。 第三部分氧传感器的安装 合理的安装是保证氧传感器可靠运行的关键，许多使用问题均由于氧传感器安装不当造成的，希望用户一定要特别注意这一点，安装氧传感器请尽量考虑氧传感器的安装要求： 一、采样测量点： 确定测量点是首要的工作。应遵循如下几项原则： （1）选择的测量点要求能正确反映所需要的炉内气氛，以保证氧传感器输出信号的真实性，尽量避开回风死角；