氮氧传感器原理
汽车用氧传感器
汽车用氧传感器摘要：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。
因此，对于汽车排放出来的有害气体的净化处理越来越受到重视。
车用传感器地迅速发展在汽车尾气排放的控制，节省燃料和进化空气方面起到了重要作用。
本文简述了氧传感器的功能、构造、工作原理及其类型,指出我国加速发展汽车用氧传感器的必要性。
关键词：汽车尾气排放净化氧气传感器引言：氧传感器用于检测废气中剩余氧气的含量,并将此量值以电信号的形式传给电控单元, 电控单元根据这个信号修正喷油量的多少, 形成发动机在该工况下所需浓度的混合气, 使三元催化反应器(在理论空燃比时)发挥最佳的净化效果, 且使发动机实现了闭环控制状态。
汽车尾气中不仅含有未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳, 而且含有致癌物质氮氧化物。
现在, 汽车造成的污染问题已引起了全世界的关注, 工业发达国家制订了愈来愈严格的尾气排放标准。
目前, 汽车用氧传感器主要包括浓差电池型ZrO2传感器、极限型ZrO2传感器、半导体型TiO2传感器。
近年来,氧传感器在汽车上的应用日益广泛,汽车用氧传感器的发展十分迅猛。
1977年汽车用固体电解质型氧传感器还不足20万只, 但到1980年已超过百万只,1984年达到40万只,迄今每年有数千万只用于汽车工业。
氧传感器在钢铁工业等领域也获得大量应用,其产量已占整个气体传感器的39% ,居于首位。
1.氧传感器的构造及工作原理常用的氧传感器有氧化锆传感器与氧化钛传感器。
氧化钛传感器是用二氧化钛(TiO2)作为敏感元件,由于高纯度二氧化钛是一种在常温具有高电阻的半导体,若氧气不足,氧化钛的晶格就出现缺陷,导致电阻值减少。
实际使用中接一个电阻器与二氧化钛构成分压电路,降低蓄电池电压。
对应混合气浓稀变化,二氧化钛的阻值低高变化,相应地钛氧传感器向电控单元提供一个高低变化的电压。
氧化锆( ZrO2) 是一种具有氧离子传导性的固体电解质, 并有部分氧化钇起稳定作用。
氧传感器原理
汽车氧传感器是电喷发动机控制系统中关键的传感部件，是控制汽车尾气排放、降低汽车对环境污染、提高汽车发动机燃油燃烧质量的关键零件。
氧传感器均安装在发动机排气管上。
氧传感器安装位置一：作用氧传感器是排气氧传感器的简称，其功用是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号，并将该信号转变为电信号输入到发动机ECU。
ECU根据氧传感器信号，对喷油时间进行修正，实现空燃比反馈控制（闭环控制），从而将过量空气系数（λ）控制在0.98～1.02之间（空燃比A/F约为14.7），使发动机得到最佳浓度的混合气，从而达到降低有害气体的排放量和节约燃油之目的。
同时也可以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。
现代汽车普遍采用的宽带式氧传感器还具有检查气缸失火和判缸功能。
二：类型发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为氧化锆（ZrO2）式、氧化钛（TiO2）式和六线宽带式三种类型。
氧化锆式又分为加热型与非加热型氧传感器两种，氧化钛式一般都为加热型传感器。
氧传感器安装在排气管上。
3．二氧化锆式氧传感器氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆（ZrO2）陶瓷管（固体电解质），亦称锆管（图7-33a）。
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铂膜，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，电线将锆管内表面的铂极经绝缘套从此接线端引出。
（一）氧化锆（ZrO2）式氧传感器结构图1.保护套管2.内表面铂电极层3.氧化锆陶瓷体4.外表面铂电极层5.多孔氧化铝保护层6.线束接头原理图锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。
由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压（图7-33b）。
关于汽车氧传感器的知识
关于汽车氧传感器的知识1.什么时候我们开始使用氧传感器?多数在80年后生产的车都配有氧传感器,它是作为发动机控制的一部分.采集信号给发动机电脑.目的是使车辆动力更好,节省燃油,排放更好.汽油机需要完全燃烧,表现出来就是空气和汽油的最佳比例14.7:1.如果空气少于最佳比例,燃油就不能完全燃烧,叫混合器过浓.不完全燃烧的气体排放到大气中,就会造成污染.如果空气过多,就会造成混合气过稀,导致过多的氮氧化物排放,发动机动力下降并会导致发动机的损坏.自1995~96年使用了OBD II检测口,氧传感器的数量也翻倍了,分为了上游和下游氧传感器.2.氧传感器就是健康卫士氧传感器位于排气管上,可以检测混合气的浓稀.原理是通过金属铂电极的化学反应产生电压.发动机电脑通过收到的电压信号来判断混合气的浓稀,再控制发动机的喷油量.当混合气过稀时,就会有过多的氧,电压输出就会降到0.1-0.3V.正常时是0.45V.当氧传感器发生错误时发动机电脑将不能判断正确的空气比,所以控制喷油嘴只能靠推测,导致车辆性能下降和更多的燃油消耗.需要氧传感器的原因还有大气中的氧受许多因素的影响,如海拔,大气温度,发动机温度,大气压力,发动机负载等等.3.氧传感器的活力并不是永久的,随着岁月的增长它也会衰老.氧传感器的工作环境比较恶劣,油灰等物质会沉积在传感器表面,就会影响到传感器的反映.同时,传感器的传出电压也可能没有以前的高了,会使电脑错误地认为混合气过稀,随之而来的更多的燃油消耗.这个问题可能不会被你注意,因为它是逐步发生的,不过时间越长越越严重.4.氧传感器损毁后不及时更换将会对你的车辆造成巨大损失.损坏的氧传感器将导致发动机开环控制,使排放和油耗增加.另外,氧传感器损坏后会导致催化器的损坏.过浓的混合气不完全燃烧后进入排气管,造成催化器过热,催化介质将融化或破裂,导致排气不通畅.发动机无力,最终还会导致发动机温度过高,活塞融化等恶性故障.所以不要因小失大.5.你知道什么时候该更换氧传感器吗?有些车辆带有氧传感器提示灯以提醒司机检测传感器了,多数都没有,除非是有显著的驾驶问题或发动机检测等亮.多数人都不知道他们的车辆氧传感器是好是坏.通常是在检测到排放超标时才发现问题.在美国,有50%左右的车辆都是在测排放时更换氧传感器.工作不正常的氧传感器通常会导致HC或CO超标.6.要想减少不必要的损失,就不要等到氧传感器失效,到它的寿命周期时就可更换.氧传感器有它的寿命周期,博世公司对它的产品更换周期见下表.车型推荐的更换间隔公里数1976~90年代初期非加热型氧传感器48000~80000KM80年代中期~90年代中期第一代加热型氧传感器96000KM90年代中期以后第二代加热型氧传感器160000KM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:由极炭造成的,在排除发动机极炭故障后,一般可已自动清除氧传感器上的保持氧传感器的活力,可提高燃油经济性10~15%,还会减少其它损失.所以氧传感器也要像火花塞一样定期更换,只不过时间更长,而90年以前生产车辆的氧传感器生命周期要短一些.通常拆卸,安装都很方便,传感器螺纹都带有防卡功能.拆卸氧传感器时要注意氧传感器工作温度高,要等冷却后再操作.氧传感器及其作用首先，我们来看一下氧传感器在汽车中扮演着一个什么样的角色。
几种氧分析仪原理及应用
1、电化学氧分析仪：相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。
利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。
电化学气体传感器分很多子类：（1）原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。
以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到阳极，在那里铅金属被氧化。
电流的大小与氧气的浓度直接相关。
这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。
（2）恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析的传感器。
这种传感器已经成功地用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流传感器。
（3）浓差电池型气体传感器，具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧，会自发形成浓差电动势，电动势的大小与气体的浓度有关，这种传感器的成功实例就是汽车用氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。
（4）极限电流型气体传感器，有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧（气）浓度传感器，用于汽车的氧气检测，和钢水中氧浓度检测。
目前这种传感器的主要供应商遍布全世界，主要在德国、日本、美国，最近新加入几个欧洲供应商：英国、瑞士等。
2、顺磁式氧分析仪：顺磁式氧分析仪：根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多，在磁场中具有极高的顺磁特性的原理制成的一种测量气体中含氧量的分析仪器。
顺磁式氧分析仪，也可叫做磁效应式氧分析仪、或磁式氧分析仪，我们通常通称为磁氧分析仪。
它一般分为热磁对流式、压力机械式和磁压力式氧分析仪三种。
物质的磁特性：任何物质在外界磁场的作用下都会被磁化，呈现出一定的磁特性。
物质在外加磁场中被磁化，其本身就会产生一个附加磁场，附加磁场与外磁场方向相同时，该物质就被外磁场吸引；附加磁场与外磁场方向相反时，则被外磁场排斥。
GNL-YF1氧量分析仪
GNL-YF1氧量分析仪文章来源：/全新推出GNL-B3/GNL-YF1（回流焊、波峰焊、钎焊专用）氧分析仪，采用变频离子流测试原理，结合了当今世界先进技术，打破了传统的检测模式，开创性的实现了在线检测无需基准气体（不受环境氧浓度影响），此传感器具有互换性好、不通电不消耗、测试精度高、校准周期长、体积小巧、功耗低、稳定可靠的特点，此传感器可有效降低松香及焊剂对传感器的影响。
产品特点：◆新型长寿命的变频离子流检测器，灵敏度高、响应速度快◆高精度的温度自动补偿系统，消除环境温度的影响◆友好人机对话菜单，操作直观方便◆友好人机对话菜单，操作直观方便◆自动寻检传感器工作状态，独特的双路工作切换模式，延长传感器使用寿命◆一体化设计，体积小、重量轻、结构简单◆控制点输出任意设置◆上下限报警点能在全量程范围内任意设置◆具有0～5V DC或4～20mA电流信号输出◆仪器具有一个标准的RS232C或485通讯口，可与计算机实现双向通讯。
技术说明：显示器： 4位数码LED，可视窗口72×25 mm测量范围： 0～10/100/1000ppm,25%O2测量精度：≤±5 ppm (0～100ppm)≤±2%F.S(0～1000ppm)≤±1.5%F.S(0～25%)响应时间：T90≤20s(0~1000ppm)重复性：≤±1%F.S(0～1000ppm）≤±0.75%F.S（0～25%）稳定性：零点漂移≤±2%F.S/7d量程漂移≤±2%F.S/7d工作温度： 0～45℃环境湿度： <90%RH样气流量： 400～600ml/min样气压力：0.035MPa≤入口压力≤0.21MPa样气温度： 0～50℃工作电源： AC85-265V 50/60Hz、功耗≤30VA模拟输出信号：4～20mA、0～10V数字输出信号：RS232报警触点容量：AC125V 0.3A AC110V 0.5A DC24 3A测量介质：氮、氧混合气体传感器原理：变频离子流传感器寿命： >36月（正常使用条件）仪器重量：约4kg安装尺寸： GNL-YF1125mm×200mm×300mm(W×H×D)系统特点：◆操作简单、使用寿命长、易维护；◆无须基准气体，不受工作环境氧浓度影响；◆校准间隔周期长、精度高、稳定可靠；◆测量范围1ppm-25％O2，自动切换量程；◆用户可自由设置4-20mA或0-5V输出对应氧浓度上下限值，◆使用户得到更高精度的模拟输出；◆电源范围宽，使用方便。
NOx 传感器
O2
10-3 ppm
第二测量室
NO
1/2 N2 + 1/2 O2
氧气泵（ZrO2）
测量泵
➢在第一测量室内尾气中的氧气被泵出同 时在铂金 材料上HC, CO, H2 被氧化。
➢第二测量室中，NOx在催化材料上复原 同时释放出O2。
➢测量第二测量室产生O2的量就代表了 NOx含量。
被泵出氧气的量与NOx含 量成比例
-40 C +85 C 85C –110C 允许 10分钟 -40C 95 C 2 years 800 C
620 C
-40C 200C
根本测量原理 (1)
氧气被泵出 进/出 （富氧/缺氧）
氧气进一步被泵出
主泵
氧气泵（ZrO2）
氧气泵（ZrO2）
பைடு நூலகம்
附加泵
O2 some ppm
HC, CO, H2 被氧化 在Pt 材料上
根本测量原理 (2) NOx 传感器 = 2个氧传感器
•第一个腔室 泵出了氧气但是剩下了NO。因为第一腔室有氧，所 以复原反响不能发生。 • NO 渗透进入第二个腔室并被复原成氮气和氧气。 •测量第二个腔室中被转换出来的氧气的含量。
传感器的精度
应用在 SCR系统上的NOx传感 器
概述：传感器特性参数
传感器类型: 传感材料： 制造商： 价格：
电化学传感器
氧化锆 ZiO2 大陆（德国）
Operating temperature range
最低工作温度（模块） 最高工作温度（模块） 工作温度限制
最低存储温度 (特殊包装) 最高存储温度 (特殊包装) 最长存储时间 (特殊包装) 最高排气温度 排气温度 950C 时，最多允许100小时 传感器头部螺栓最高温度 传感器头部螺栓温度为650C时， 最多允许 100小时 线束最低温度 线束最高温度 线束温度230C时，最多允许100小时
汽车排放控制系统的原理和检修方法
汽车排放控制系统的原理和检修方法一、汽车排放控制系统的原理汽车排放控制系统主要由以下几个部分组成：1、燃油蒸发控制系统（EVAP）燃油蒸发控制系统的主要作用是防止燃油箱内的燃油蒸气逸入大气中。
燃油箱内的燃油蒸气通过活性炭罐被吸附，当发动机运行时，进气歧管内的真空度将活性炭罐内的燃油蒸气吸入发动机燃烧。
2、废气再循环系统（EGR）废气再循环系统将一部分废气引入进气歧管，与新鲜空气混合后进入气缸参与燃烧。
这降低了燃烧室内的最高温度，从而减少氮氧化物（NOx）的生成。
3、三元催化转化器（TWC）三元催化转化器是汽车排放控制系统中最重要的部件之一。
它能够同时将尾气中的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）转化为无害物质，如二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）和水（H₂O）。
4、氧传感器氧传感器用于监测排气中的氧含量，并将信号反馈给发动机控制单元（ECU）。
ECU 根据氧传感器的信号调整燃油喷射量，以确保燃油燃烧充分，减少有害气体排放。
5、二次空气喷射系统二次空气喷射系统将新鲜空气引入排气歧管，促进废气中的一氧化碳和碳氢化合物进一步氧化，降低尾气排放。
二、汽车排放控制系统的检修方法1、外观检查首先，对排放控制系统的各个部件进行外观检查，查看是否有明显的损坏、泄漏、连接松动等情况。
例如，检查燃油管路是否有渗漏，EGR 阀和管路是否堵塞，氧传感器插头是否松动等。
2、故障码读取使用汽车故障诊断仪读取发动机控制单元中存储的故障码。
故障码可以提供有关排放控制系统故障的重要线索，帮助确定故障的大致范围。
3、数据流分析通过故障诊断仪读取排放控制系统相关的数据流，如氧传感器信号、EGR 阀开度、燃油修正值等。
对比正常数据，分析是否存在异常。
4、部件测试（1）燃油蒸发控制系统可以使用专用的烟雾测试仪检查燃油蒸发系统是否存在泄漏。
同时，检查活性炭罐是否堵塞，电磁阀工作是否正常。
（2）废气再循环系统检查 EGR 阀是否能够正常开启和关闭，可以通过真空驱动或电子控制的方式进行测试。
JNYQ-O-10系列型氧（氮）分析仪 说明书
氧分析仪系列（图示）JNYQ- O-10系列型氧（氮）分析仪特点：·标准270mm宽度3U高度机箱，适用于成套设备，也可用于实验室；·抗H2、抗腐蚀传感器、抗交叉干扰，先进的数字处理技术；·使用寿命：3年～4年；·测量信号输出线性表达；·手动/零点/终点校准；·多种状态信号输出：声、光、画面、继电器、通讯信息；·掉电保护，启动自恢复；·数字化温度补偿；·上下限无源触电；·全中文菜单操作（英文版本订货说明）；应用领域：JNYQ- O-10系列型分析仪器可用于热电、空分、水泥、冶金、化肥、化工、医疗、保鲜、环保、科研等领域（备注：100－O2= N2）。
检测原理：JNYQ- O-10系列型分析仪器采用进口日本电化学氧传感器及先进的数字处理技术，实现对氧的连续自动快速在线检测。
技术参数：◆. 测量范围：0.00～1000×10-60.00～25%O275.00～99.99% N2；◆. 精度：≤±5％F.S(0.00～10×10-6)；≤±2％F.S(10～1000×10-6)；≤±2％F.S(0.00～25%)；◆.稳定性：零点漂移≤±2％F.S/7d；量程漂移≤±2％F.S/7d；◆.重复性：≤±1％；◆. 分辨率：0.01×10-6；◆.触点容量：220VAC，1A 24VDC，1A；◆.输出信号：4～20mA或0～10mA DC可选；◆.工作环境：温度：－5℃～＋45℃；湿度：≤90%RH；◆. 工作电源：220VAC±10%，50Hz±5%；◆. 外形尺寸：270mm（宽）×135mm（高）×310mm（深）;◆. 安装尺寸：214mm（宽）×133mm（高）；◆.重量：约3.6kg;JNYQ—O－11系列型氧量分析仪特点·标准483mm宽度4U高度19英寸机柜标准机箱，适用于成套设备；·抗H2、抗腐蚀传感器、抗交叉干扰，先进的数字处理技术；·使用寿命：3年～5年；·测量信号输出线性表达；·手动/零点/终点校准；·多种状态信号输出：声、光、画面、继电器、通讯信息；·在总量程内可以自由设置需要的量程段；·数字化温度补偿；·多通道显示、可选配置组分：CO、H2、O2、CH4等多种气体；·全中文菜单操作（英文版本订货说明）；应用领域钢铁厂：过程煤气分析和过程气体的分析。
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氮氧传感器原理
氮氧传感器是一种用于测量发动机尾气中氮氧化物（NOx）浓度的重要设备。
它在汽车尾气处理系统中起着至关重要的作用，能够帮助车辆达到更高的排放标准，并提高燃油效率。
在本文中，我们将详细介绍氮氧传感器的原理，以及它在汽车尾气处理系统中的作用。
氮氧传感器是通过测量尾气中氮氧化物的浓度来监测发动机燃烧过程的设备。
它通常安装在汽车的排气管上，可以实时监测尾气中的氮氧化物浓度，并将这些信息反馈给发动机控制单元（ECU）。
ECU根据传感器的反馈，调整发动机的燃烧过程，以确保尾气中的氮氧化物浓度在可接受的范围内。
氮氧传感器的工作原理基于氧化还原反应。
在传感器内部，有一根氧离子传导体，通常是氧化锆陶瓷。
这根传导体的两端分别暴露在尾气和大气中，形成氧分压差。
当尾气中存在氮氧化物时，它会与氧离子传导体上的氧发生化学反应，从而释放出电子。
这些电子会在传感器内部产生电压信号，ECU通过这个信号来判断尾气中氮氧化物的浓度。
氮氧传感器通常分为两种类型，窄带传感器和宽带传感器。
窄带传感器用于监测尾气中氮氧化物的浓度，但对氧气浓度的变化非常敏感。
而宽带传感器不仅可以监测氮氧化物的浓度，还可以准确地测量尾气中氧气的浓度。
这使得宽带传感器能够更精确地控制发动机燃烧过程，提高燃油效率和降低排放。
除了在汽车尾气处理系统中的应用，氮氧传感器还被广泛用于工业领域和环境监测中。
它们能够帮助监测工业排放中的氮氧化物浓度，保护环境和人类健康。
总的来说，氮氧传感器是一种非常重要的设备，它通过测量尾气中氮氧化物的浓度，帮助汽车达到更高的排放标准和提高燃油效率。
它的工作原理基于氧化还原反应，能够实时监测尾气中的氮氧化物浓度，并将这些信息反馈给发动机控制单元，以调整发动机的燃烧过程。
不仅如此，氮氧传感器还在工业领域和环境监测中发挥着重要作用。
随着汽车排放标准的不断提高，氮氧传感器的作用将变得更加重要。