氧传感器检测方法

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谈谈前氧传感器的检测

作者：林敏

来源：《西部论丛》2018年第09期

摘 要：阐述前氧传感器的结构、工作原理、作用和分类，重点介绍前氧传感器的检测方法。

关键词：前氧传感器；结构；作用；分类；工作原理；检测方法

现在汽车是越来越多，但人民对汽车的环保节能要求也越来越高，简单说的话，前氧传感器对汽车就是起到环保节能的作用。前氧传感器安装在汽车排气管上，通过对尾气中氧含量的检测，信号传给ECU，ECU就能判断刚燃烧完的混合气是浓是稀，来修正下次喷油量，使混合气空燃比无限接近最佳空燃比。

一、 前氧传感器安装位置

一般车型都有两个氧传感器，安装在汽车的排气管上，具体是安装在排气管的三元催化器前面，称作前氧传感器（又称上游氧传感器），在三元催化器后面的，称作后氧传感器（又称下游氧传感器）。前、后氧传感器结构是一样，但起得作用完全不一样。

二、前氧传感器的作用

前氧传感器的作用是检测汽车尾气中氧的含量，将信号反馈给给ECU，ECU根据此信号（前氧传感器信号属于反馈信号）判断混合气过浓（电压0.45～0.9V）或者过稀（0.10～0.45V），如果混合气过浓则修正下次喷油偏稀，混合气过稀则修正下次喷油偏浓，使混合气尽可能接近最佳空燃比。

三、氧传感器的类型

氧传感器有氧化锆式和氧化钛式2种类型，其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。

四、氧传感器的结构和工作原理

1、氧化锆式氧传感器

①、结构

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），也称锆管，如图一所示。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，其内表面与大气龙源期刊网

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，导线将锆管内表面铂电极经绝缘套管从此接线引出。

- 1 - 简述氧传感器的检测方法

氧传感器是一种多功能仪器，它可以同时检测空气中的氧分子量和含氧量。它可以用于生态环境检测和安全控制，以及汽车工业的排放控制等。本文简要介绍了氧传感器的检测方法。

氧传感器的检测方法一般分为两种：一是光学检测，二是电化学检测。

1、光学检测

光学检测是利用氧的吸收光谱特性，根据不同的可见光谱区域，同时检测空气中的氧含量和氧分子浓度。光学检测的主要原理是：氧分子吸收可见光，产生一定强度的共振能量，然后根据氧气在可见光谱处的吸收率，由传感器计算出氧分子浓度和含氧量。

2、电化学检测

电化学检测是指通过氧分子及其同位素之间的传导电化学反应，来测量氧分子浓度和氧分子含量。氧传感器通过量测氧分子在电位差中的变化，来计算出空气中的氧含量。

由于氧传感器的传感特性良好，它可以用于实时监测氧分子含量，让环境更安全。它的使用范围很广，包括氧浓度的测定和氧质量的控制，它也可以用于医药研究和实验，以及汽车工业的排放控制等。

因此，氧传感器是一种重要的仪器，它的正确使用可以使环境更安全和可持续，减少污染物的排放，保护我们的家园。

总之，氧传感器是一种多功能仪器，通过光学检测和电化学检测，能够对空气中的氧分子浓度和含氧量进行准确的检测。氧传感器的应 - 2 - 用范围非常广泛，它可以帮助我们减轻环境污染，保护人类的家园。值得一提的是，在使用氧传感器时，应注意正确的操作，避免测试过程中出现错误结果。

《汽车微电脑控制系统与故障检测》王忠良 人民邮电出版社

氧浓度传感器

氧浓度传感器(又称氧传感器)是发动机电子控制系统中一个重要的传感器，其作用就

是把排气中氧的浓度转换为电压信号，微电脑根据氧浓度传感器输入的信号判断混合气的浓

度，进而修正喷油量，最终将缸内混合气的浓度控制在理想空燃比14．7附近。

现代汽车为了降低发动机排气中的有害成分(CO、HC、NOX等)的含量，在排气管中安装了三元催化转换装置。三元催化转换装置内有三元催化剂(常用的是铂、钯、铑)，三元催化剂能促使排气中的有害成分进行化学反应，可使CO氧化为CO2，使HC氧化为CO2和H2O，将NOx还原为N2。但是，只有当发动机在14．7空燃比附近的一个很小范围内运转时，三元催化剂才能同时促进氧化、还原反应，三元催化转换装置的转换效率才最高，排气中有害物质的含量才最低。因此，现代汽车中均安装了氧传感器。

氧传感器的数量因车而异，有的发动机只有一个氧传感器：有的双排气管发动机在左、

右排气管上各安装一个氧传感器，这样该系统就有两个氧传感器，即左氧传感器和右氧传感

器；也有的双排气管发动机在每个排气管的三元催化转换装置前、后各安装一个氧传感器(分

别叫主、副氧传感器)，这样该系统共有4个氧传感器，即左主氧传感器、左副氧传感器、 右主氧传感器以及右副氧传感器。氧传感器安装在排气管中排气消音器的前面。

一、氧传感器的结构与工作原理

氧传感器根据内部敏感材料的不同分为氧化锆式(也称锆管式)和氧化钛式两种。

1．氧化锆式氧传感器

氧化锆式氧传感器是目前应用最多的氧传感器，它主要由锆管、电极等组成，如图1—42

图l—42 氧化锆式氧传感器的结构

氧化锆式氧传感器内部的敏感元件是二氧化锆(ZrO2)固体电解质。在二氧化锆固体电

解质粉末中添加少量的添加剂并烧制成管状，便称为锆管。紧贴锆管内、外表面的是作为锆

.

. 氧传感器的检测

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NOx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 2（a））。现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器（图 2（b）），这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机起动后的20-30s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。