什么是氧傳感器_氧傳感器的作用 - 全文

　　什么是氧傳感器

????????在使用三元催化轉(zhuǎn)換器以減少排氣污染的發(fā)動機(jī)上，氧傳感器是必不可少的元件。由于混合氣的空燃比一旦偏離理論空燃比，三元催化劑對CO、HC和NOx的凈化能力將急劇下降，故在排氣管中安裝氧傳感器，用以檢測排氣中氧的濃度，并向ECU發(fā)出反饋信號，再由ECU控制噴油器噴油量的增減，從而將混合氣的空燃比控制在理論值附近。

　　氧傳感器的作用

　　電噴車為獲得高排氣凈化率，降低排氣中(CO)一氧化碳、(HC)碳?xì)浠衔锖?NOx)氮氧化合物成份，必須利用三元催化器。但為了能有效地使用三元催化器，必須精確地控制空燃比，使它始終接近理論空燃比。催化器通常裝在排氣歧管與消聲器之間。氧傳感器具有一種特性，在理論空燃比(14.7：1)附近它輸出的電壓有突變。這種特性被用來檢測排氣中氧氣的濃度并反饋給電腦，以控制空燃比。當(dāng)實際空燃比變高，在排氣中氧氣的濃度增加而氧傳感器把混合氣稀的狀態(tài)(小電動勢：O伏)通知ECU。當(dāng)空燃比比理論空燃比低時，在排氣中氧氣的濃度降低，而氧傳感器的狀態(tài)(大電動勢：1伏)通知(ECU)電腦。

　　ECU根據(jù)來自氧傳感器的電動勢差別判斷空燃比的低或高，并相應(yīng)地控制噴油持續(xù)的時間。但是，如氧傳器有故障使輸出的電動勢不正常，(ECU)電腦就不能精確控制空燃比。所以氧傳感器還能彌補(bǔ)由于機(jī)械及電噴系統(tǒng)其它件磨損而引起空燃比的誤差?？梢哉f是電噴系統(tǒng)中唯一有“智能”的傳感器。

　　氧傳感器的作用是測定發(fā)動機(jī)燃燒后的排氣中氧是否過剩的信息，即氧氣含量，并把氧氣含量轉(zhuǎn)換成電壓信號傳遞到發(fā)動機(jī)計算機(jī)，使發(fā)動機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)以過量空氣因數(shù)為目標(biāo)的閉環(huán)控制;確保三效催化轉(zhuǎn)化器對排氣中的碳?xì)浠衔?HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化合物(NOX)三種污染物都有最大的轉(zhuǎn)化效率，最大程度地進(jìn)行排放污染物的轉(zhuǎn)化和凈化。

　　氧傳感器類型

　　目前，市場上存在多種類型的氧傳感器。工業(yè)的發(fā)展需要氧傳感器具有高精確度，高重復(fù)性，并且使用簡單，少維護(hù)和校準(zhǔn)等特點(diǎn)。基于這一目的，對于使用者來說，就需要應(yīng)用的需要來考慮各種不同傳感器的優(yōu)點(diǎn)，選擇合適的傳感器。沒有一種傳感器是萬能的。

　　環(huán)境溫度電化學(xué)傳感器

　　環(huán)境溫度電化學(xué)傳感器是一種電流傳感器。常見是電化學(xué)傳感器是比較小的，局部密封，圓柱形的1-1/4英寸直徑，高0.75英寸左右，傳感器包含兩個不同的電極，浸泡在電解質(zhì)溶液中，常規(guī)的電解質(zhì)溶液是KOH。氧氣分子擴(kuò)散通過傳感器一邊的半透過性模，在陰級上形成OH根離子。OH根離子遷移到陽級上，發(fā)生氧化反應(yīng)。在這個過程中，氧分子減少，氧化反應(yīng)發(fā)生，并在陰陽極之間形成了電流，電流的大小與樣品氧氣的濃度成正比。電極之間的電流通過另外的電子設(shè)備檢測并以百分比濃度或百分比濃度為單位顯示到屏幕上。隨著機(jī)械設(shè)計的進(jìn)步，電極材料的純化，和電解質(zhì)溶液的改善，現(xiàn)在電化學(xué)傳感器已經(jīng)較以前而言，大大提高了使用壽命，這種傳感器可精確的測定百分比的氧氣濃度或是痕量的的氧濃度。同時，反應(yīng)時間現(xiàn)在也有提高。目前這種傳感器的一個最主要的問題是在有酸性氣體存在的環(huán)境中，易于損壞，例如硫化氧，氯化氫，二氧化硫等氣體都會對它造成損害。在有這些成份存在環(huán)境中，除非提前對氣體進(jìn)行凈化，否則傳感器的使用壽命將會受到較大影響。另外這種傳感器還會受到過壓損傷，因為當(dāng)樣品氣體壓力大于5個大氣壓時，壓力調(diào)節(jié)器或壓力控制閥就成了必須配備的了。

　　順磁性傳感器

　　動態(tài)磁場和啞鈴型的設(shè)計是種傳感器的主要特點(diǎn)。與其它一些氣體，如氮?dú)?，氦氣，氬氣相比，氧氣具有很高的磁場敏感性，并且會表現(xiàn)出順磁性的特點(diǎn)。順磁性的傳感器由一個圓柱形的倉體，倉內(nèi)放有一個小的環(huán)璃啞鈴組成。啞鈴是空心的，充有惰性氣體如氮?dú)猓瑧覓斓匾粭l掛緊的鉑金絲上，位于一個非勻均的磁場中。這種啞鈴設(shè)計要求能讓啞鈴自由的轉(zhuǎn)動。當(dāng)含用氧氣成分的樣品氣體流過啞鈴時，氧氣會被磁場中比較強(qiáng)的部分所吸引，從而引起啞鈴的轉(zhuǎn)動。包括一條光源、光電二極管和放大器電路的精確度光學(xué)系統(tǒng)被用于測量啞鈴的自轉(zhuǎn)的程度。 在一些順磁性氧氣傳感器設(shè)計中，應(yīng)用反方向的電流來使啞鈴恢復(fù)到它的正常位置。 使啞鈴恢復(fù)正常的電流與氧氣的濃度成正比，從測量數(shù)值上反應(yīng)，就是氧氣的百分度濃度。不同廠家廠商設(shè)計了各式各樣的不同順磁性氧氣傳感器。 這些基它的傳感器就包括熱磁/磁風(fēng)傳感器和磁空腔傳感器。 通常情況下，普通條件下使用，順磁的氧氣傳感器有非常好的反應(yīng)時間特征，并且沒有消費(fèi)品零件，使用壽命長，還可以提供在1%到100%氧氣的范圍的優(yōu)秀精確度。 這種動態(tài)磁場傳感器是相當(dāng)精細(xì)的并且對振動和位置是敏感的。 由于在測量敏感性的不足，順磁性氧氣傳感器不推薦用于痕量的氧氣測量。 其它氣體產(chǎn)生的磁化率可能導(dǎo)致一定程度上的計量誤差。順磁性氧氣傳感器及分析儀的制造商應(yīng)提供有關(guān)這些干涉氣體的細(xì)節(jié)。

　　極譜氧傳感器

　　極譜氧氣傳感器經(jīng)常指克拉克倉[J.L.克拉克(1822年- 1898)]。 在此種傳感器，陽極(典型的為銀)和陰極(典型的為金) 浸沒在氯化鉀電解質(zhì)溶液中。 電極與樣品之間通過一個半透膜分離，這也是氧氣擴(kuò)散進(jìn)入傳感器的機(jī)制。 銀質(zhì)陽極一般來說相對于金的陰極有一個潛在的0.8V 極電壓。根據(jù)法拉第法律，代表氧濃度的分子氧氣消耗電化學(xué)上與電流的強(qiáng)度正比例。 從傳感器引起的輸出電流被測量并且被放大提供百分之氧氣濃度。極譜氧氣傳感器的好處的一點(diǎn)是，當(dāng)不運(yùn)行作用，沒有銀電極(陽極)的消耗。 存儲時間是幾乎是無限的。 類似電化學(xué)氧氣傳感器，他們對位置也不敏感。 由于極譜分析的氧氣傳感器的獨(dú)特的設(shè)計，這種傳感器測定的是溶解在液體中的氧氣。 對于其它氣相氧氣測量，極譜分析的氧氣傳感器僅適用于百分比濃度的氧氣測量。 相對高的傳感器替換頻率是另一個潛在的缺點(diǎn)，以及維護(hù)傳感器膜和電解質(zhì)也是問題。

　　對極譜氧氣傳感器的一個變種是有些制造者設(shè)計非耗盡的電量傳感器，它使用二個相似的電極浸泡在包括有氫氧化鉀的電解質(zhì)溶液中。 正常情況下，1.3 VDC的外部EMF橫跨電位是作為消耗或氧化作用反應(yīng)的機(jī)制起作用的。 這是因為反應(yīng)的電流與樣品氣體的氧濃度成正比。 對其他類型傳感器相同，從這種傳感器獲得的信號在顯示之前被放大并且被修正。 不同于常規(guī)極譜氧氣傳感器，此種傳感器可以設(shè)計用于用于百分比濃度的氧測定和痕量氧氣測量。 然而，不同于氧化鋯，一個傳感器不可能同時用于測量百分比水平氧和痕量水平的氧濃度。 這種類型傳感器的一主要好處是它可以測量每十億分之一水平的氧氣濃度。 傳感器是位置敏感的，并且重置成本是相當(dāng)昂貴的，在某些情況下，一個傳感器的價格與其它使用傳感器一臺分析儀整機(jī)價格相當(dāng)。而且不建議用于氧濃度超出25%的應(yīng)用。

　　氧化鋯氧氣傳感器

　　此種傳感器偶爾地被稱為“高溫”電化學(xué)傳感器，這是根據(jù)能斯脫原則[W.H.能斯脫(1864-1941)]。氧化鋯傳感器使用固體電解質(zhì)，含有氧化鋯和氧化釔成份。 氧化鋯探針在反面的邊上鍍有充當(dāng)傳感器電極的鉑金。 如果要使用氧化鋯傳感器，必須加熱它到大約650攝氏度。 在這個溫度，根據(jù)分子的主要成分，鋯晶形成多孔，允許氧氣離子的運(yùn)動從氧氣的更高的濃度的到一更低一個，根據(jù)氧氣分壓。 要創(chuàng)造這個分壓差別，一個電極通常被暴露在空氣(20.9%氧氣)，當(dāng)另一個電極被暴露在樣品氣體時。 氧氣離子橫跨氧化鋯的運(yùn)動導(dǎo)致在二個電極之間的產(chǎn)生電壓，電壓的大小與參考?xì)怏w和樣品氣體之間氧氣差相關(guān)。 氧化鋯氧氣傳感器具有非常快反應(yīng)時間特征。 另一優(yōu)勢在于同一個傳感器可以被用于測量100%氧氣，并且可于用測量痕量的氧氣濃度。由于高溫操作的影響，頻繁的開關(guān)操作會縮短該傳感器的壽命。使用過程中，這樣不斷加熱和冷卻，構(gòu)成材料的系數(shù)的系統(tǒng)變化，往往會形成“傳感器疲勞癥” 。一個主要的使用限制氧化鋯氧傳感器是他們不適合用于有還原性氣體存在時(如碳?xì)浠衔锏臍怏w，氫氣，一氧化碳)，用于微量氧測量。在操作溫度為650攝氏度，還原性氣體會與氧氣反應(yīng)，在檢測之間產(chǎn)生消耗，從而使測量值低于實際氧濃度。錯誤的程度與還原性氣體濃度成正比。氧化鋯氧傳感器是“ defacto標(biāo)準(zhǔn)”在原位燃燒控制等方面的應(yīng)用。

　　另外其他類型的氧測量技術(shù)正在發(fā)展，在某些情況下被用于特定應(yīng)用。他們包括，發(fā)光兩極化，光電化學(xué)傳感器，激光氣體傳感器，等等。這些新的技術(shù)正在進(jìn)一步發(fā)展和改善，他們可能會成為目前正在使用的幾種主要氧傳感器的替代方法。

　　氧傳感器的常見故障

　　1.氧傳感器中毒

　　修理時要正確選用和安裝橡膠墊圈，不要在傳感器上涂敷制造廠規(guī)定使用以外的溶劑和防粘劑等。

　　2.積碳

　　將沉積物清除，就會恢復(fù)正常工作。

　　3.氧傳感器陶瓷碎裂

　　處理時要特別小心，發(fā)現(xiàn)問題及時更換。

　　4.加熱器電阻絲燒斷

　　對于加熱型氧傳感器，如果加熱器電阻絲燒蝕，就很難使傳感器達(dá)到正常的工作溫度而失去作用。

　　5.氧傳感器內(nèi)部線路斷脫。

　　二、氧傳感器的檢查方法

　　1.氧傳感器加熱器電阻的檢查

　　拔下氧傳感器線束插頭，用萬用表電阻檔測量氧傳感器接線端中加熱器接柱與搭鐵接柱之間的電阻，其阻值為4-40Ω。如不符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)更換氧傳感器。

　　2.氧傳感器反饋電壓的測量

　　測量氧傳感器的反饋電壓時，應(yīng)拔下氧傳感器的線束插頭，對照車型的電路圖，從氧傳感器的反饋電壓輸出接線柱上引出一條細(xì)導(dǎo)線，然后插好線束插頭，在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，從引出線上測出反饋電壓。

　　對氧傳感器的反饋電壓進(jìn)行檢測時，最好使用具有低量程和高阻抗的指針型萬用表。具體的檢測方法如下：

　　1)將發(fā)動機(jī)熱車至正常工作溫度;

　　2)將萬用表電壓檔的負(fù)表筆接故障檢測插座內(nèi)的E1或蓄電池負(fù)極，正表筆接故障檢測插座內(nèi)的OX1或OX2插孔，或接氧傳感器線束插頭上的號|出線;

　　3)讓發(fā)動機(jī)以2500r/min左右的轉(zhuǎn)速保持運(yùn)轉(zhuǎn)，同時檢查電壓表指針能否在0-1V之間來回擺動，記下10s內(nèi)電壓表指針擺動的次數(shù)。在正常情況下，隨著反饋控制的進(jìn)行，氧傳感器的反饋電壓將在0.45V上下不斷變化，10s內(nèi)反饋電壓的變化次數(shù)應(yīng)不少于8次。如果少于8次，則說明氧傳感器或反饋控制系統(tǒng)工作不正常，其原因可能是氧傳感器表面有積碳，使靈敏度降低所致。對此，應(yīng)讓發(fā)動機(jī)以2500r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)約2min，以清除氧傳感器表面的積碳，然后再檢查反饋電壓。如果在清除積碳可后電壓表指針變化依舊緩慢，則說明氧傳感器損壞，或電腦反饋控制電路有故障。

　　4)檢查氧傳感器有無損壞

　　拔下氧傳感器的線束插頭，使氧傳感器不再與電腦連接，反饋控制系統(tǒng)處于開環(huán)控制狀態(tài)。將萬用表電壓檔的正表筆直接與氧傳感器反饋電壓輸出接線柱連接，負(fù)表筆良好搭鐵。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中測量反饋電壓，先脫開接在進(jìn)氣管上的曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)管或其他真空軟管，人為地形成響合氣，同時觀看電壓表，其指針讀數(shù)應(yīng)下降。然后接上脫開的管路，再拔下水溫傳感器接頭，用一個4-8KΩ的電阻代替水溫傳感器，人為地形成濃混合氣，同時觀看電壓表，其指針讀數(shù)應(yīng)上升。也可以用突然踩下或松開加速踏板的方法來改變混合氣的濃度，在突然踩下加速踏板時，混合氣變濃，反饋電壓應(yīng)上升;突然松開加速踏板時，混合氣變稀，反饋電壓應(yīng)下降。如果氧傳感器的反饋電壓無上述變化，表明氧傳感器已損壞。

　　另外，氧化鈦式氧傳感器在采用上述方法檢測時，若是良好的氧傳感器，輸出端的電壓應(yīng)以2.5V為中心上下波動。否則可拆下傳感器并暴露在空氣中，冷卻后測量其電阻值。若電阻值很大，說明傳感器是好的，否則應(yīng)更換傳感器。

　　5)氧傳感器外觀顏色的檢查

　　從排氣管上拆下氧傳感器，檢查傳感器外殼上的通氣孔有無堵塞，陶瓷芯有無破損。如有破損，則應(yīng)更換氧傳感器。

　　通過觀察氧傳感器頂尖部位的顏色也可以判斷故障：

　?、俚疑敿猓哼@是氧傳感器的正常顏色;

　?、诎咨敿猓河晒栉廴驹斐傻?，此時必須更換氧傳感器;

　　③棕色頂尖：由鉛污染造成的，如果嚴(yán)重，也必須更換氧傳感器;

　?、芎谏敿猓河煞e碳造成的，在排除發(fā)動機(jī)積碳故障后，一般可以自動清除氧傳感器上的積碳。