氧化鋯氧氣傳感器在汽車發動機電控系統中的應用

現代汽車的電控系統通常由中央控制單元（ECU）、傳感器和執行器組成。其中，傳感器負責采集各種參數，將其轉換為電信號并傳輸給ECU，而執行器則根據ECU指令完成動作，比如控制油門、制動器等。氧氣傳感器是氣體傳感器中的一種，通常被安裝在排氣管中是電控發動機空燃比控制系統的核心部件，其功能是用來檢測排氣中的氧含量，以確定實際空燃比是否合適，并向ECU反饋相應的電壓信號，ECU根據氧傳感器反饋的空燃比濃稀信號．來控制噴油量的增加或減少。

發動機工作時，陶瓷鋯管的內表面與大氣（外界空氣）相通，外表面被排氣管中排出的廢氣包圍。兩邊的氧濃度相差懸殊。在溫度較高時，鋯管內外表面上存在氧濃度差，氧氣發生電離；內表面（大氣側氧濃度高）帶負電荷的氧離子從大氣一側向排氣一側擴散，結果鋯管（固態電解質）成了一個微電池。內表面帶正電，成為正極，外表面帶負電，成為負極，在鋯管兩電極間產生電位差，兩極間的電位差便是氧傳感器的輸出信號電壓。信號電壓的高低取決于鋯管內表面（大氣）、外表面（排氣）之間氧的濃度差。由于大氣中的含氧量比較穩定，所以實質上取決于排氣中氧的含量。當混合氣稀時，排氣含氧較多，兩側的濃度差小，只產生很小的電壓；當混合氣濃時，排氣含氧較少，加之鉑電極的催化作用，兩側的濃度差急劇增大，兩電極間的電壓便突然增大。

氧氣傳感器是保持排放控制系統穩定運行的關鍵。目前已實際應用的氧傳感器有氧化鋯式、氧化鈦式和新型寬帶氧傳感器。氧化鋯式氧傳感器：是按固態電解質的氧濃度差原電池原理制成的。電壓值在0.1～0.9V間變化，也稱作窄帶氧傳感器。 氧化鋯式氧傳感器其核心元件是由二氧化鋯陶瓷材料制成的陶瓷鋯管。陶瓷鋯管不透氣。在陶瓷鋯管的內、外表面上都涂有一薄層透氣的多孔鉑，它一方面起催化作用，影響著傳感器輸出特性，另一方面構成兩個電極。由于陶瓷鋯管凸入排氣管的排氣流中，為了防止鉑催化層遭受廢氣中沉積物的腐蝕和侵蝕，確保傳感器長期穩定性，所以在鉑層上再涂上一層高孔隙度的陶瓷保護層。

英國SST高溫氧化鋯氧氣傳感器中棒式氧化鋯氧氣傳感器（氧探頭）O2S-T2/O2S-FR-T2采用兩個氧化鋯盤，在其中間是一個密封空間，其中一個盤起的功能是可逆氧氣泵，依次充滿樣品氣和抽空此小空間，另一個盤用于測量氧分壓差比率，得到相對應的傳感電壓。氧化鋯盤作為氧氣泵運行時，需要700攝氏度的溫度由加熱元件產生，氧氣泵使小空間范圍內達到額定的小值和大值壓力所花的時間和環境中的氧分壓值具有對應關系。

審核編輯 黃宇