氧化锆氧气传感器在汽车发动机电控系统中的应用

现代汽车的电控系统通常由中央控制单元（ECU）、传感器和执行器组成。其中，传感器负责采集各种参数，将其转换为电信号并传输给ECU，而执行器则根据ECU指令完成动作，比如控制油门、制动器等。氧气传感器是气体传感器中的一种，通常被安装在排气管中是电控发动机空燃比控制系统的核心部件，其功能是用来检测排气中的氧含量，以确定实际空燃比是否合适，并向ECU反馈相应的电压信号，ECU根据氧传感器反馈的空燃比浓稀信号．来控制喷油量的增加或减少。 发动机工作时，陶瓷锆管的内表面与大气（外界空气）相通，外表面被排气管中排出的废气包围。两边的氧浓度相差悬殊。在温度较高时，锆管内外表面上存在氧浓度差，氧气发生电离；内表面（大气侧氧浓度高）带负电荷的氧离子从大气一侧向排气一侧扩散，结果锆管（固态电解质）成了一个微电池。内表面带正电，成为正极，外表面带负电，成为负极，在锆管两电极间产生电位差，两极间的电位差便是氧传感器的输出信号电压。信号电压的高低取决于锆管内表面（大气）、外表面（排气）之间氧的浓度差。由于大气中的含氧量比较稳定，所以实质上取决于排气中氧的含量。当混合气稀时，排气含氧较多，两侧的浓度差小，只产生很小的电压；当混合气浓时，排气含氧较少，加之铂电极的催化作用，两侧的浓度差急剧增大，两电极间的电压便突然增大。 氧气传感器是保持排放控制系统稳定运行的关键。目前已实际应用的氧传感器有氧化锆式、氧化钛式和新型宽带氧传感器。氧化锆式氧传感器：是按固态电解质的氧浓度差原电池原理制成的。电压值在0.1～0.9V间变化，也称作窄带氧传感器。 氧化锆式氧传感器其核心元件是由二氧化锆陶瓷材料制成的陶瓷锆管。陶瓷锆管不透气。在陶瓷锆管的内、外表面上都涂有一薄层透气的多孔铂，它一方面起催化作用，影响着传感器输出特性，另一方面构成两个电极。由于陶瓷锆管凸入排气管的排气流中，为了防止铂催化层遭受废气中沉积物的腐蚀和侵蚀，确保传感器长期稳定性，所以在铂层上再涂上一层高孔隙度的陶瓷保护层。 英国SST高温氧化锆氧气传感器中棒式氧化锆氧气传感器（氧探头）O2S-T2/O2S-FR-T2采用两个氧化锆盘，在其中间是一个密封空间，其中一个盘起的功能是可逆氧气泵，依次充满样品气和抽空此小空间，另一个盘用于测量氧分压差比率，得到相对应的传感电压。氧化锆盘作为氧气泵运行时，需要700摄氏度的温度由加热元件产生，氧气泵使小空间范围内达到额定的小值和大值压力所花的时间和环境中的氧分压值具有对应关系。