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一、氧传感器概念及工作原理
氧传感器是利用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，从而达到监测和控制燃烧空燃比，以保证产品质量及尾气排放达标的测量元件。
其实，氧传感器并不仅仅应用在汽车发动机，它还广泛应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气成分控制，它是目前最佳的燃烧气成分测量方式，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成分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。
氧传感器是利用了Nernst原理。其核心元件是一种多孔的ZrO2陶瓷管，它是一种固态电解质，两侧面分别烧结上多孔铂（Pt）电极。在一定温度下，由于两侧氧浓度不同，高浓度侧(陶瓷管内侧4)的氧分子被吸附在铂电极上与电子（4e）结合形成氧离子O2-，使该电极带正电，O2-离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧(废气侧)，使该电极带负电, 即产生电位差，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。 
在高温及铂的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。
当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压(0。6～1V)，这个电压信号被送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7：1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。
因此氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。氧传感器只有在高温时(端部达到300°C以上)其特性才能充分体现，才能输出电压。它在约800°C时，对混合气的变化反应最快，而在低温时这种特性会发生很大变化。
二、氧传感器的分类及特点
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。
 1、氧化锆式氧传感器
（1）氧化锆式氧传感器结构
氧化锆式氧传感器主要由氧化锆（ZrO2）、和护套组成。氧化锆式氧传感器有加热式的和非加热式的两种。加热式的氧传感器在锆管中间有加热棒， 锆管是由陶瓷体制成、固定在带有安装螺纹的固定套中。
导人排插入排气管中，它的内表面与空气相通，外表面与废气相通。锆管的内、外表面覆盖一层多孔性铂膜作电极，为防止废气腐蚀铂膜，在锆管外表面的铂膜层上覆盖一层多孔陶瓷层，并有一个防护套管，套管上开有槽口或孔。
氧传感器的接线端有一个金属护套，上面开有孔，使锆管内表面与空气相通，电线将锆管内表面铂极经绝缘套从传感器引出。
（2）氧化锆式氧传感器特点
优点：结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确。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。
缺点：其缺点是这种特性只有在温度较高时（600℃左右）才充分体现出来。在低温时，这种特性会发生很大变化。

3、 氧化钛式氧传感器
（1）氧化钛式氧传感器工作原理
相对于氧化锆型的氧传感器是以产生电压的讯号，氧化钛(TiO2)型则是利用电阻的变化来判别其中的含氧量。在某个温度以上钛与氧的结合微弱，在氧气极少的情况下就必须放弃氧气，因此缺氧而形成低电阻的氧化半导体。

相反的，若氧气较多，则形成高电阻的状态。就像水温度传感器一样，有着电阻高低的变化，这时只要供给一参考电压，即可由电压来可知冷却水的温度。

（2）氧化钛式氧传感器特点

氧化钛式氧传感器对比氧化锆式氧传感器的工作原理有很大的不同，它是利用多孔状导体TiO2的导电性随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电阻性氧传感器。
这种传感器的结构简单、体积小、成本低，但是在300℃～900℃工作时，电阻值随温度变化较大，所以必须用温度补偿的方法来提高精度，通常用另一个实心TiO2导体作为温度补偿。
三、氧传感器的未来发展
前面提到过，氧传感器并不仅仅应用在汽车发动机，它还广泛应用于各类烧煤、烧油、烧气等炉体的气成分控制，甚至在医疗领域也有广泛应用。
但汽车行业是目前国际上应用传感器的最大市场之一，而从世界各国公布的专利情况来看，氧传感器的申报专利数，居汽车传感器的首位。因此氧传感器（氧探头）的市场前景非常广阔。
从目前情况来看，针对氧传感器材料的研究重点应在以下几个方面：
1、研究改进保护层材料，提高抗劣化性，增强透气性。
汽油和机油中含有铅、硫、磷等杂质，会使传感器性能大幅下降．而灰尘、油、硅等成分则会堵塞传感器保护层和电极。为此，需改进保护层材料，使传感器元件抗劣化性能提高。
可采取的方式有使用吸附效果、催化作用好的材料，使杂质被吸附、聚集在保护层上并得到转化。同时通过添加适当材料改进制造工艺．使保护层透气性能增强，减小响应时间。
2、提高氧传感器材料的环境适应性，延长使用寿命。
对于汽车用氧传感器其工作环境很恶劣．工作时处于500℃～800℃的高温下，平时还要承受一30℃左右的气候温度的影响。因此，扩大其工作温度范围，尤其是商温区工作稳定性，耐久性，成为材料改进的一个方向。
同时整个元件在很大温差快速变化下，其可靠性、抗劣化性的改进也是～个关键问题。普遍采取的方法是，从材料添加剂入手，改进电极材料、敏感材料在高温时的稳定性，改进工艺，提高电极与敏感材料的附着力。
3、扩大空/燃比控制测量区域。实现广域空/燃比的测量控制。
这样可使氧传感器能连续计量控测从过浓区域空/燃比向稀薄区域(贫油区)的整个状态，实现厂域反馈控制。
4、提高测量、反馈信号的精确度，增强对瞬时变化状态的反馈控制能力。
由子西方发达国家对排放废气法规的目趋严格，因而要求氧传感器测量信号的精度不断提高，以利于提高控制能力。同时对瞬时变化的排气也要求做到及时测量修正。因此，这也成为改进材料性能的一个主要方向。