平板式汽车氧传感器的结构原理及研究进展

氧传感器工作原理氧传感器是一种用于测量氧气浓度的设备，它在汽车、工业生产和环境监测等领域有着广泛的应用。

那么，氧传感器是如何工作的呢？接下来，我们将详细介绍氧传感器的工作原理。

首先，让我们来了解一下氧传感器的结构。

氧传感器通常由氧离子传导固体电解质、参比气室、工作电极和参比电极等部分组成。

其中，氧离子传导固体电解质是氧传感器的核心部件，它能够传递氧离子，并且只允许氧离子通过，而阻止其他气体的渗透。

工作电极和参比电极则是用来测量氧气浓度的关键部件。

当氧传感器工作时，参比气室和环境中的氧气通过氧离子传导固体电解质，进入到工作电极和参比电极之间的空间。

在这个空间中，氧气会与工作电极上的铂电极发生化学反应，产生电流。

而参比电极则用来补偿温度和压力的影响，以确保测量结果的准确性。

通过测量工作电极和参比电极之间的电流，氧传感器就能够准确地测量出环境中的氧气浓度。

当氧气浓度增加时，工作电极和参比电极之间的电流也会相应增加，反之则会减少。

这样，氧传感器就能够实时地监测环境中的氧气浓度，并将测量结果传输给控制系统，以便进行调节和控制。

除了测量环境中的氧气浓度外，氧传感器在汽车尾气处理系统中也有着重要的作用。

在汽车尾气处理系统中，氧传感器可以监测排放气体中的氧气浓度，并根据测量结果来调节发动机的燃烧效率，从而降低排放物的排放量，保护环境。

总的来说，氧传感器是一种能够准确测量环境中氧气浓度的设备，它通过氧离子传导固体电解质、工作电极和参比电极等部件的协同作用，实现了对氧气浓度的高精度监测。

在汽车、工业生产和环境监测等领域，氧传感器都发挥着重要的作用，为保护环境和提高生产效率发挥着重要的作用。

通过以上的介绍，我们相信大家对氧传感器的工作原理有了更深入的了解。

希望本文对大家有所帮助，谢谢阅读！。

浅析汽车氧传感器的工作原理及故障诊断发表时间：2016-05-09T09:55:01.843Z 来源：《教育学文摘》2016年4月总第188期作者：唐有朋[导读] 江苏省兴化市板桥运业有限公司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。

江苏省兴化市板桥运业有限公司225700一、汽车氧传感器的结构与工作原理1.氧传感器空燃比控制原理。

燃烧过程离不开氧，对汽车发动机而言，燃料燃烧充分与否，取决于进入燃烧室的空气与燃料之比（亦即空燃比A/F），而排出的废气中各气体成分的含量又反映了燃烧是否完全，它们和燃料入口处的NF值有一定的关系。

控制汽车发动机A/F用的氧传感器，装在汽车排气管道内，用它来检测废气中的氧含量，根据氧含量与A/F的对应关系，故测出了氧的含量，也就确定了A/F之值。

因而可根据氧传感器所得到的信号，把它反馈到控制系统，来微调燃料的喷射量，使A/F控制在最佳状态，既大大地降低了排污量，又节省了能源。

2.氧传感器的分类。

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。

3.氧化锆式氧传感器的结构及工作原理。

（1）结构。

氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管（电解质），亦称锆管（如图1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。

图1. 氧化锆式氧传感器氧化锆在温度超过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，如下页图2（a）所示。

现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器，如下页图2（b）所示。

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。

汽车氧传感器工作原理
汽车氧传感器工作原理是通过测量引擎排气中的氧气含量来判断燃烧的效果以及排放物的浓度，从而实现对引擎的燃烧控制和排放控制。

汽车氧传感器通常由两个电极组成，它们与环境中的氧气接触。

其中，一个电极是参考电极，负责与环境中的氧气达到平衡；而另一个电极则是测量电极，负责测量排气中的氧气含量。

当引擎正常运行时，测量电极所在的区域因为存在可燃物质（如燃油、一氧化碳等）而缺氧，因此测量电极产生的电流较小。

而参考电极周围则存在氧气，因此产生的电流较大。

这样，在两个电极之间形成了电势差。

汽车氧传感器中引入了一个陶瓷层，用于分离两个电极，并且只允许在一侧通过氧气。

随着氧气的透过，电流通过参考电极和测量电极之间的分割氧离子传导，形成了电势差。

这个电势差在传感器的电路中被转换为电压信号。

当氧气含量较高时，如过量空气燃烧状态，则传感器输出的电压较高；反之，当氧气含量较低时，如燃油丰富燃烧状态，则传感器输出的电压较低。

这样，车辆控制系统就可以根据氧传感器输出的电压信号来判断引擎燃烧的效果，并进行相应的调整。

总之，汽车氧传感器通过测量排气中的氧气含量来实现对引擎燃烧和排放的控制。

运用电势差原理，通过测量电极和参考电
极间的电流差异，将其转化为电压信号。

根据该信号，车辆控制系统能够调整燃烧状态，以达到优化燃烧效果及排放物浓度的目的。

汽车氧传感器工作原理及其失效原因简介
随着技术的进展，越来越多的被应用到汽车控制系统中。

汽车氧传感器是汽车控制系统中一个重要的组成部分，它能够有效地提高发动机性能及整车的经济性。

了解汽车氧传感器工作原理以及汽车氧传感器的失效缘由，对于整体掌握汽车控制系统有很大的协助。

本文介绍汽车氧传感器工作原理及其失效缘由。

1、汽车氧传感器工作原理
氧化锆(ZrO2)为固态电解质的一种，它有一种特性就是在高温时氧离子易于移动。

此型氧传感器将氧化锆烧结成管状，并与内层与外层涂上白金(Pt)，这就是氧化触媒的作用，当氧离子移动时即会产生电动势，而电动势的大小是依氧化锆两侧的白金所接触到的氧而定，最外层则笼罩一层庇护壳。

内层白金面所大气接触，所以氧气浓度高，外层白金与排气接触，氧气浓度低。

当混合比较高时，排放的废气所含的氧相对地削减，因此氧化锆两侧的白金所接触到的氧气凹凸落差大，所产生的电动势也相对高(将近1V);当混合比稀时，燃烧完所多余的氧气较多，氧化锆两侧的白金层的氧气落差小，因此所产生的电动势低(将近0V)。

引擎控制计算机由此讯号即可侦测到当初混合比的情况。

然而氧传感器须在高温才干发挥正常用作(400℃~900℃)，因此当引擎刚开头发动时，氧传感器尚未开头作用，须等到达到其作工温度才开头有电动势的产生，所以之后的氧传感器皆改良成加热型，所示，也就是利用陶瓷加热器来使得传感器能也快速地达到正常的作工状态，因此目前的车型几乎可以在引擎发动30秒后，汽车氧传感器即可供应计算机正确的讯号，有些车型甚至可以达到更低的时光。

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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。

摘要：本文简述了氧传感器的结构和工作原理，并根据结构和工作原理分析了氧传器故障的产生原因及对汽车发动机的影响，提出了检测、诊断方法。

关键词：汽车；氧传感器；故障检测1. 引言随着汽车工业的发展，汽车尾气所带来的环境污染问题日益严重。

因此，有效地控制汽车尾气，减少其对环境污染已成为当今重要的研究课题之一[1]。

许多汽车在发动机排放系统中装有三元催化转换器，以降低排放污染。

空燃比一旦偏离理论空燃比(14.7：1)，三元催化剂对CO，HC和NOx的净化能力急剧下降。

故在排气管中插入氧传感器，根据排气中的氧浓度测定空燃比，向微机控制装置发出反馈信号，以控制空燃比收敛于理论值。

汽车行业是目前国际上应用传感器最大市场之一，现在世界上汽车年产量在4000万辆以上，其中日本的年产量达1000万辆以上。

从世界各国公布的专利情况来看，各主要汽车生产厂家和电气、元件生产厂家，都很重视汽车传感器的研制和生产。

而氧传感器的申报专利数，居汽车传感器的首位，这反映了该传感器的技术难度和各国的重视程度[2]。

控制汽车空燃比用的氧传感器在日本以每年50％-60％的速度增长。

就我国来说，仅近三年需改加氧传感器的旧车就超过2000万辆，每年新生产的轿车所需的氧传感器也超过200万个。

目前，一辆普通家用轿车大约要安装几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量可多达200余只。

据报道，2000年汽车传感器的市场为61.7亿美元 (9.04亿件产品)，2005年达到84.5亿美元(12.68亿件产品)，增长率为6.5％(按美元计)和7.0％(按产品件数计)，所以，氧传感器(氧探头)的市场前景非常广阔，对氧传感器的研究也成为热点[3]。

2.氧传感器的结构和原理发动机的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降。

所以为了使装有三元催化转换装置的发动机达到最佳的排气净化性能，必须把混合气的空燃比控制在理论空燃比附近很窄的范围内。

一、前言随着汽车工业的快速发展，电子控制燃油喷射系统（EFI）已成为现代汽车发动机的重要技术。

氧传感器作为EFI系统中的关键部件，其性能的优劣直接影响到发动机的排放、燃油经济性和动力性能。

本次实训旨在通过对氧传感器的结构与工作原理的学习，以及其实际应用中的故障诊断与排除，提高我们对氧传感器相关知识的掌握程度。

二、实训目的1. 了解氧传感器的结构、工作原理及分类。

2. 掌握氧传感器故障的诊断方法及排除技巧。

3. 提高实际操作能力，为日后汽车维修工作打下基础。

三、实训内容1. 氧传感器的结构及工作原理氧传感器主要由敏感元件、加热元件、绝缘体和引线等部分组成。

其中，敏感元件是氧传感器实现其功能的核心部分，根据其材料的不同，分为二氧化锆（ZrO2）和二氧化钛（TiO2）两种类型。

加热元件的作用是保证传感器在高温环境下正常工作，绝缘体则起到隔离作用，防止传感器内部短路。

氧传感器的工作原理基于其敏感元件在富氧和贫氧环境下的电阻值变化。

当发动机处于富氧状态时，敏感元件的电阻值较小；而当发动机处于贫氧状态时，敏感元件的电阻值较大。

氧传感器将这一变化转化为电信号，传递给发动机控制单元（ECU），ECU根据信号调整喷油量，从而实现闭环控制。

2. 氧传感器故障的诊断方法氧传感器故障的诊断主要从以下几个方面进行：（1）外观检查：观察氧传感器外观是否有损坏、腐蚀等现象。

（2）性能测试：使用专用仪器对氧传感器进行性能测试，判断其是否达到标准。

（3）数据流分析：通过读取发动机控制单元的数据流，观察氧传感器的工作状态，判断是否存在故障。

（4）对比试验：将故障氧传感器与正常氧传感器进行对比试验，找出故障原因。

3. 氧传感器故障的排除技巧（1）清洁氧传感器：使用无水酒精或专用清洗剂清洁氧传感器，去除污垢和积碳。

（2）更换氧传感器：当氧传感器损坏或性能下降时，应及时更换。

（3）调整点火时间：根据氧传感器信号调整点火时间，使发动机处于最佳工作状态。

汽车用氧气传感器的研究与进展摘要：汽车尾气中的有害物主要有CO、HC、NOx、SOx 以及一些微粒物质，给人类赖以生存的大气环境带来了严重的危害。

用氧传感器对汽车发动机的空燃比进行调节，控制发动机中的燃烧过程，可以达到减少污染和节约能源的双重目的。

目前适用于汽车空燃比控制的传感器主要有三种：氧化物半导体型（TiO2传感器）、浓差电池型（ZrO2氧传感器）、极限电流型。

本文在介绍了这三种汽车用氧传感器的原理、结构的基础上，重点介绍了一种新型极限电流型氧传感器—致密扩散障碍层极限电流型氧传感器，并简要分析了其发展趋势。

关键词：氧传感器；氧化物半导体型；氧浓差电池型；极限电流型一、引言随着人们对汽车的需求越来越大，汽车已逐渐成为人们生活的必需品。

而随之带来的污染、能源短缺等问题也就越来越严重。

汽车的有害排放物主要来自发动机的排气，汽车尾气所含的有害物主要有CO、HC、NOx、SOx 以及微粒物质（铅化物、碳烟、油雾等）等，这些有害污染物的排放已经威胁到人类赖以生存的环境。

因此要采取各种措施降低汽车尾气中有毒物质的含量，同时尽量使燃烧过程更充分，从而达到节能和降低环境污染的目的，而这一目的的实现就要通过氧传感器来完成。

通过氧传感器对汽车发动机的空燃比（A/F）进行调节，控制发动机中的燃烧过程，既可解决排气净化问题，又可提高燃料的燃烧效率，节约能源。

二、汽车用氧传感器燃烧过程离不开氧，对汽车发动机而言，燃料燃烧充分与否，取决于A/F，控制汽车发动机A/F用的氧传感器，装在汽车排气管道内，用它来检测废气中的氧含量，根据氧含量与A/F的对应关系，故测出了氧的含量，也就确定了A/F之值。

因而可根据氧传感器所得到的信号，把它反馈到控制系统，来微调燃料的喷射量，使A/F控制在最佳状态，既大大降低了排污量，又节省了能源。

目前，用汽车氧传感器控制的空燃比主要集中在理论空燃比处和稀薄燃烧区内。

理论空燃比传感器的输出电压在理论空燃比附近会发生急剧的变化，这种变化是由于装置内氧分压的变化引起的。

平板式ZrO2汽车氧传感器的结构、原理及研究进展
任继文;张鸿海;刘胜;王景道
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2007(000)004
【摘要】庞大的汽车氧传感器市场、严格的汽车尾气排放法规和国内相关技术的
欠缺,使得研究和开发具有自主产权的、性能好、可靠性高的氧传感器产品显得尤
为迫切和重要.目前,平板式ZrO2汽车氧传感器由于具有尺寸小、响应快、能耗低、易集成、在恶劣环境下工作稳定等优点,而成为汽车尾气控制的主流氧传感器.介绍
了该传感器的结构、原理、国内外发展研究进展及发展趋势.
【总页数】6页(P8-12,14)
【作者】任继文;张鸿海;刘胜;王景道
【作者单位】华中科技大学微系统中心,湖北武汉,430074;华东交通大学机电工程
学院,江西南昌,330013;华中科技大学微系统中心,湖北武汉,430074;华中科技大学
微系统中心,湖北武汉,430074;韦恩州立大学机械工程系,美国底特律MI,48202;华
中科技大学微系统中心,湖北武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.2
【相关文献】
1.我国平板式汽车氧传感器专利技术申请分析 [J], 周程丽;周庆成;余玲
2.平板式ZrO2汽车氧传感器发展综述 [J], 任继文
3.新型平板式汽车氧传感器的结构设计与数值模拟 [J], 任继文;蔡福兵
4.汽车氧传感器ZrO2基电解质材料的研究进展 [J], 江涛;魏群;杨金平;江丽君;李艳
5.平板式ZrO2汽车氧传感器制备工艺新进展 [J], 黄海琴;谢光远;王杏;尹亮亮因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

浅谈氧传感器的结构原理与检测作者：贤美亮来源：《时代汽车》 2017年第21期摘要：本文论述了氧传感器的结构原理，在此基础上，分析了氧传感器检测方法，使氧传感器保持了活力，提高了发动机的动力性、经济性。

关键词：氧传感器；结构；工作原理；检测1氧传感器的概述氧传感器是安装在汽油发动机排气管上的一个传感器，用来测定废气中的含氧量，然后将检测的结果及时传送给电子控制系统，电子控制系统会参考结果对喷油设备的喷油程度进行改进，保证发动机的混合气空燃比例保持在14.7比1的标准上。

2氧传感器类型当前，在汽油发动机上广泛应用的氧传感器可分为两种，其一是形成电压变化的氧化锆型传感器，其二是形成电阻变化的氧化钛型传感器。

而氧化锆型氧传感器安装灵活性大，测量范围宽，稳定性好；氧化钛型氧传感器结构简单，造价便宜，抗腐蚀抗污染能力强。

3氧传感器的工作流程31传感器的内部构造3.1.1氧化锆式传感器的构造当前一般的氧化锆式氧传感器由二氧化锆管、起电极作用的衬套，以及防止氧化锆管损坏和导人汽车排气的带孔防护套管等构成。

3.1.2氧化锆的特性氧化锆是一种具有氧离子传导性的固体电解质，在高温状态下，氧气发生电离，外氧、锆管内含量不一致时，因此在固定电解质内部的氧离子将从大气的一边逐渐向虚设备的排气方向进行扩散，就会在内、外电极间产生电动势，内、外侧氧浓度差值越大，电动势亦越大。

如果混合气变稀时，排气中所含氧的浓度较大，而两侧的氧浓度差值会较小，几乎不产生电动势。

如果混合气浓时，则排气中氧含量会较少，但是会出现较多的未完全燃烧的H2、co、HC等气体，在锆管的外表面会进行铂催化作用，它们与氧进行反应，因此减少了排气中含氧量，导致锆管的外表面氧气浓度几乎变成零，此时，锆管内、外表面的氧浓度差值变得非常大，可产生约1V的电动势。

在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有—突变。

3.1.3氧化锆式氧传感器的工作原理发动机运转时，排出的废气流经锆管的外表面，在高温时氧分子发生电离，电离后的氧离子会吸附于氧化锆管的内外表面中，而且由于在大气里的氧气含量将会比废气中氧含量高，所以锆管内表面的氧离子比外表面的氧离子多，两侧氧离子的浓度差产生了电动势；当发动机以较浓的混合气运转时，废气中缺氧，锆管内外氧离子差值大，在两电极之间形成高电压通常在0.6V到1V之间，为这个电压形成的信号将被送到ECU系统中进行处理，ECU把高电压形成的信号当成是浓混合气体，进而将低电压形成的信号当成是稀混合气体．从氧传感器发送过来的电压信号，电子控制系统通过控制喷油器的喷油量，使实际混合气尽可能接近14.7:1的标准混合气（亦称理论空燃比）。