什么是氧传感器_氧传感器的作用

　　什么是氧传感器

        在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。由于混合气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，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。

　　氧传感器的作用

　　电喷车为获得高排气净化率，降低排气中(CO)一氧化碳、(HC)碳氢化合物和(NOx)氮氧化合物成份，必须利用三元催化器。但为了能有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比。催化器通常装在排气歧管与消声器之间。氧传感器具有一种特性，在理论空燃比(14.7：1)附近它输出的电压有突变。这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑，以控制空燃比。当实际空燃比变高，在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态(小电动势：O伏)通知ECU。当空燃比比理论空燃比低时，在排气中氧气的浓度降低，而氧传感器的状态(大电动势：1伏)通知(ECU)电脑。

　　ECU根据来自氧传感器的电动势差别判断空燃比的低或高，并相应地控制喷油持续的时间。但是，如氧传器有故障使输出的电动势不正常，(ECU)电脑就不能精确控制空燃比。所以氧传感器还能弥补由于机械及电喷系统其它件磨损而引起空燃比的误差。可以说是电喷系统中唯一有“智能”的传感器。

　　氧传感器的作用是测定发动机燃烧后的排气中氧是否过剩的信息，即氧气含量，并把氧气含量转换成电压信号传递到发动机计算机，使发动机能够实现以过量空气因数为目标的闭环控制;确保三效催化转化器对排气中的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化合物(NOX)三种污染物都有最大的转化效率，最大程度地进行排放污染物的转化和净化。

　　氧传感器类型

　　目前，市场上存在多种类型的氧传感器。工业的发展需要氧传感器具有高精确度，高重复性，并且使用简单，少维护和校准等特点。基于这一目的，对于使用者来说，就需要应用的需要来考虑各种不同传感器的优点，选择合适的传感器。没有一种传感器是万能的。

　　环境温度电化学传感器

　　环境温度电化学传感器是一种电流传感器。常见是电化学传感器是比较小的，局部密封，圆柱形的1-1/4英寸直径，高0.75英寸左右，传感器包含两个不同的电极，浸泡在电解质溶液中，常规的电解质溶液是KOH。氧气分子扩散通过传感器一边的半透过性模，在阴级上形成OH根离子。OH根离子迁移到阳级上，发生氧化反应。在这个过程中，氧分子减少，氧化反应发生，并在阴阳极之间形成了电流，电流的大小与样品氧气的浓度成正比。电极之间的电流通过另外的电子设备检测并以百分比浓度或百分比浓度为单位显示到屏幕上。随着机械设计的进步，电极材料的纯化，和电解质溶液的改善，现在电化学传感器已经较以前而言，大大提高了使用寿命，这种传感器可精确的测定百分比的氧气浓度或是痕量的的氧浓度。同时，反应时间现在也有提高。目前这种传感器的一个最主要的问题是在有酸性气体存在的环境中，易于损坏，例如硫化氧，氯化氢，二氧化硫等气体都会对它造成损害。在有这些成份存在环境中，除非提前对气体进行净化，否则传感器的使用寿命将会受到较大影响。另外这种传感器还会受到过压损伤，因为当样品气体压力大于5个大气压时，压力调节器或压力控制阀就成了必须配备的了。

　　顺磁性传感器

　　动态磁场和哑铃型的设计是种传感器的主要特点。与其它一些气体，如氮气，氦气，氩气相比，氧气具有很高的磁场敏感性，并且会表现出顺磁性的特点。顺磁性的传感器由一个圆柱形的仓体，仓内放有一个小的环璃哑铃组成。哑铃是空心的，充有惰性气体如氮气，悬挂地一条挂紧的铂金丝上，位于一个非匀均的磁场中。这种哑铃设计要求能让哑铃自由的转动。当含用氧气成分的样品气体流过哑铃时，氧气会被磁场中比较强的部分所吸引，从而引起哑铃的转动。包括一条光源、光电二极管和放大器电路的精确度光学系统被用于测量哑铃的自转的程度。 在一些顺磁性氧气传感器设计中，应用反方向的电流来使哑铃恢复到它的正常位置。 使哑铃恢复正常的电流与氧气的浓度成正比，从测量数值上反应，就是氧气的百分度浓度。不同厂家厂商设计了各式各样的不同顺磁性氧气传感器。 这些基它的传感器就包括热磁/磁风传感器和磁空腔传感器。 通常情况下，普通条件下使用，顺磁的氧气传感器有非常好的反应时间特征，并且没有消费品零件，使用寿命长，还可以提供在1%到100%氧气的范围的优秀精确度。 这种动态磁场传感器是相当精细的并且对振动和位置是敏感的。 由于在测量敏感性的不足，顺磁性氧气传感器不推荐用于痕量的氧气测量。 其它气体产生的磁化率可能导致一定程度上的计量误差。顺磁性氧气传感器及分析仪的制造商应提供有关这些干涉气体的细节。

　　极谱氧传感器

　　极谱氧气传感器经常指克拉克仓[J.L.克拉克(1822年- 1898)]。 在此种传感器，阳极(典型的为银)和阴极(典型的为金) 浸没在氯化钾电解质溶液中。 电极与样品之间通过一个半透膜分离，这也是氧气扩散进入传感器的机制。 银质阳极一般来说相对于金的阴极有一个潜在的0.8V 极电压。根据法拉第法律，代表氧浓度的分子氧气消耗电化学上与电流的强度正比例。 从传感器引起的输出电流被测量并且被放大提供百分之氧气浓度。极谱氧气传感器的好处的一点是，当不运行作用，没有银电极(阳极)的消耗。 存储时间是几乎是无限的。 类似电化学氧气传感器，他们对位置也不敏感。 由于极谱分析的氧气传感器的独特的设计，这种传感器测定的是溶解在液体中的氧气。 对于其它气相氧气测量，极谱分析的氧气传感器仅适用于百分比浓度的氧气测量。 相对高的传感器替换频率是另一个潜在的缺点，以及维护传感器膜和电解质也是问题。

　　对极谱氧气传感器的一个变种是有些制造者设计非耗尽的电量传感器，它使用二个相似的电极浸泡在包括有氢氧化钾的电解质溶液中。 正常情况下，1.3 VDC的外部EMF横跨电位是作为消耗或氧化作用反应的机制起作用的。 这是因为反应的电流与样品气体的氧浓度成正比。 对其他类型传感器相同，从这种传感器获得的信号在显示之前被放大并且被修正。 不同于常规极谱氧气传感器，此种传感器可以设计用于用于百分比浓度的氧测定和痕量氧气测量。 然而，不同于氧化锆，一个传感器不可能同时用于测量百分比水平氧和痕量水平的氧浓度。 这种类型传感器的一主要好处是它可以测量每十亿分之一水平的氧气浓度。 传感器是位置敏感的，并且重置成本是相当昂贵的，在某些情况下，一个传感器的价格与其它使用传感器一台分析仪整机价格相当。而且不建议用于氧浓度超出25%的应用。

　　氧化锆氧气传感器

　　此种传感器偶尔地被称为“高温”电化学传感器，这是根据能斯脱原则[W.H.能斯脱(1864-1941)]。氧化锆传感器使用固体电解质，含有氧化锆和氧化钇成份。 氧化锆探针在反面的边上镀有充当传感器电极的铂金。 如果要使用氧化锆传感器，必须加热它到大约650摄氏度。 在这个温度，根据分子的主要成分，锆晶形成多孔，允许氧气离子的运动从氧气的更高的浓度的到一更低一个，根据氧气分压。 要创造这个分压差别，一个电极通常被暴露在空气(20.9%氧气)，当另一个电极被暴露在样品气体时。 氧气离子横跨氧化锆的运动导致在二个电极之间的产生电压，电压的大小与参考气体和样品气体之间氧气差相关。 氧化锆氧气传感器具有非常快反应时间特征。 另一优势在于同一个传感器可以被用于测量100%氧气，并且可于用测量痕量的氧气浓度。由于高温操作的影响，频繁的开关操作会缩短该传感器的寿命。使用过程中，这样不断加热和冷却，构成材料的系数的系统变化，往往会形成“传感器疲劳症” 。一个主要的使用限制氧化锆氧传感器是他们不适合用于有还原性气体存在时(如碳氢化合物的气体，氢气，一氧化碳)，用于微量氧测量。在操作温度为650摄氏度，还原性气体会与氧气反应，在检测之间产生消耗，从而使测量值低于实际氧浓度。错误的程度与还原性气体浓度成正比。氧化锆氧传感器是“ defacto标准”在原位燃烧控制等方面的应用。

　　另外其他类型的氧测量技术正在发展，在某些情况下被用于特定应用。他们包括，发光两极化，光电化学传感器，激光气体传感器，等等。这些新的技术正在进一步发展和改善，他们可能会成为目前正在使用的几种主要氧传感器的替代方法。

　　氧传感器的常见故障

　　1.氧传感器中毒

　　修理时要正确选用和安装橡胶垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等。

　　2.积碳

　　将沉积物清除，就会恢复正常工作。

　　3.氧传感器陶瓷碎裂

　　处理时要特别小心，发现问题及时更换。

　　4.加热器电阻丝烧断

　　对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。

　　5.氧传感器内部线路断脱。

　　二、氧传感器的检查方法

　　1.氧传感器加热器电阻的检查

　　拔下氧传感器线束插头，用万用表电阻档测量氧传感器接线端中加热器接柱与搭铁接柱之间的电阻，其阻值为4-40Ω。如不符合标准，应更换氧传感器。

　　2.氧传感器反馈电压的测量

　　测量氧传感器的反馈电压时，应拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电路图，从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束插头，在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压。

　　对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用具有低量程和高阻抗的指针型万用表。具体的检测方法如下：

　　1)将发动机热车至正常工作温度;

　　2)将万用表电压档的负表笔接故障检测插座内的E1或蓄电池负极，正表笔接故障检测插座内的OX1或OX2插孔，或接氧传感器线束插头上的号|出线;

　　3)让发动机以2500r/min左右的转速保持运转，同时检查电压表指针能否在0-1V之间来回摆动，记下10s内电压表指针摆动的次数。在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的反馈电压将在0.45V上下不断变化，10s内反馈电压的变化次数应不少于8次。如果少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，其原因可能是氧传感器表面有积碳，使灵敏度降低所致。对此，应让发动机以2500r/min的转速运转约2min，以清除氧传感器表面的积碳，然后再检查反馈电压。如果在清除积碳可后电压表指针变化依旧缓慢，则说明氧传感器损坏，或电脑反馈控制电路有故障。

　　4)检查氧传感器有无损坏

　　拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与电脑连接，反馈控制系统处于开环控制状态。将万用表电压档的正表笔直接与氧传感器反馈电压输出接线柱连接，负表笔良好搭铁。在发动机运转中测量反馈电压，先脱开接在进气管上的曲轴箱强制通风管或其他真空软管，人为地形成响合气，同时观看电压表，其指针读数应下降。然后接上脱开的管路，再拔下水温传感器接头，用一个4-8KΩ的电阻代替水温传感器，人为地形成浓混合气，同时观看电压表，其指针读数应上升。也可以用突然踩下或松开加速踏板的方法来改变混合气的浓度，在突然踩下加速踏板时，混合气变浓，反馈电压应上升;突然松开加速踏板时，混合气变稀，反馈电压应下降。如果氧传感器的反馈电压无上述变化，表明氧传感器已损坏。

　　另外，氧化钛式氧传感器在采用上述方法检测时，若是良好的氧传感器，输出端的电压应以2.5V为中心上下波动。否则可拆下传感器并暴露在空气中，冷却后测量其电阻值。若电阻值很大，说明传感器是好的，否则应更换传感器。

　　5)氧传感器外观颜色的检查

　　从排气管上拆下氧传感器，检查传感器外壳上的通气孔有无堵塞，陶瓷芯有无破损。如有破损，则应更换氧传感器。

　　通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障：

　　①淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色;

　　②白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器;

　　③棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器;

　　④黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积碳。