開車的朋友有時在某個(ge) 時間，會(hui) 發現在汽車發動機儀(yi) 表盤上會(hui) 突然出現下麵這個(ge) 圖標。熟悉汽車的朋友都知道這是發動機自檢故障燈，如果汽車啟動後還是常亮的話，一般都表示發動機某個(ge) 部位出現了故障。

發動機故障燈

如果車輛的年限比較久的話，很多情況下，這個(ge) 故障燈一般都會(hui) 和某個(ge) 部件名詞相關(guan) ——發動機氧傳(chuan) 感器。接下來，我們(men) 就和大家一起聊一聊這個(ge) 與(yu) 汽車發動機緊密相關(guan) 的氧傳(chuan) 感器

氧傳(chuan) 感器

對汽車發動機而言，氧傳(chuan) 感器並不是一開始就存在的，為(wei) 滿足環保部門日益嚴(yan) 格的汽車排放要求，電噴發動機越來越得到廣泛應用，氧傳(chuan) 感器則是電噴發動機中的一個(ge) 非常重要的部件。

在使用三元催化轉換器減少排氣汙染的發動機上，氧傳(chuan) 感器是必不可少的元件。由於(yu) 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的淨化能力將急劇下降，故在排氣管中安裝氧傳(chuan) 感器，用以檢測排氣中氧的濃度，並向ECU發出反饋信號，再由ECU根據來自氧傳(chuan) 感器的信號差別判斷空燃比的低或高，並相應地控製噴油持續的時間。

同時，氧傳(chuan) 感器還能彌補由於(yu) 機械及其它件磨損而引起空燃比的誤差。可以說，它是電噴係統中唯一有“智能”的傳(chuan) 感器。

氧傳感器概念及工作原理

氧傳(chuan) 感器是利用陶瓷敏感元件測量各類加熱爐或排氣管道中的氧電勢，由化學平衡原理計算出對應的氧濃度，從(cong) 而達到監測和控製燃燒空燃比，以保證產(chan) 品質量及尾氣排放達標的測量元件。

其實，氧傳(chuan) 感器並不僅(jin) 僅(jin) 應用在汽車發動機，它還廣泛應用於(yu) 各類煤燃燒、油燃燒、氣燃燒等爐體(ti) 的氣成分控製，它是目前最佳的燃燒氣成分測量方式，具有結構簡單、響應迅速、維護容易、使用方便、測量準確等優(you) 點。運用該傳(chuan) 感器進行燃燒氣成分測量和控製既能穩定和提高產(chan) 品質量，又可縮短生產(chan) 周期，節約能源。

氧傳(chuan) 感器的結構

氧傳(chuan) 感器是利用了Nernst原理。其核心元件是一種多孔的ZrO2陶瓷管，它是一種固態電解質，兩(liang) 側(ce) 麵分別燒結上多孔鉑（Pt）電極。在一定溫度下，由於(yu) 兩(liang) 側(ce) 氧濃度不同，高濃度側(ce) (陶瓷管內(nei) 側(ce) 4)的氧分子被吸附在鉑電極上與(yu) 電子（4e）結合形成氧離子O2-，使該電極帶正電，O2-離子通過電解質中的氧離子空位遷移到低氧濃度側(ce) (廢氣側(ce) )，使該電極帶負電, 即產(chan) 生電位差，且濃度差越大，電位差越大。

大氣中氧的含量為(wei) 21%，濃混合氣燃燒後的廢氣實際上不含氧，稀混合氣燃燒後生成的廢氣或因缺火產(chan) 生的廢氣中含有較多的氧，但仍比大氣中的氧少得多。

在高溫及鉑的催化下，帶負電的氧離子吸附在氧化鋯套管的內(nei) 外表麵上。由於(yu) 大氣中的氧氣比廢氣中的氧氣多，套管上與(yu) 大氣相通一側(ce) 比廢氣一側(ce) 吸附更多的負離子，兩(liang) 側(ce) 離子的濃度差產(chan) 生電動勢。

當套管廢氣一側(ce) 的氧濃度低時，在電極之間產(chan) 生一個(ge) 高電壓(0。6～1V)，這個(ge) 電壓信號被送到ECU放大處理，ECU把高電壓信號看作濃混合氣，而把低電壓信號看作稀混合氣。根據氧傳(chuan) 感器的電壓信號，電腦按照盡可能接近14.7：1的理論最佳空燃比來稀釋或加濃混合氣。

因此氧傳(chuan) 感器是電子控製燃油計量的關(guan) 鍵傳(chuan) 感器。氧傳(chuan) 感器隻有在高溫時(端部達到300°C以上)其特性才能充分體(ti) 現，才能輸出電壓。它在約800°C時，對混合氣的變化反應最快，而在低溫時這種特性會(hui) 發生很大變化。

氧傳感器的分類及特點

實際應用的氧傳(chuan) 感器有氧化鋯式氧傳(chuan) 感器和氧化鈦式氧傳(chuan) 感器兩(liang) 種。而常見的氧傳(chuan) 感器又有單引線、雙引線和三根引線之分；單引線的為(wei) 氧化鋯式氧傳(chuan) 感器；雙引線的為(wei) 氧化鈦式氧傳(chuan) 感器；三根引線的為(wei) 加熱型氧化鋯式氧傳(chuan) 感器，原則上三種引線方式的氧傳(chuan) 感器是不能替代使用的。

氧化鋯式氧傳(chuan) 感器

氧化鋯式氧傳(chuan) 感器結構

氧化鋯式氧傳(chuan) 感器主要由氧化鋯（ZrO2）、和護套組成。氧化鋯式氧傳(chuan) 感器有加熱式的和非加熱式的兩(liang) 種。加熱式的氧傳(chuan) 感器在鋯管中間有加熱棒， 鋯管是由陶瓷體(ti) 製成、固定在帶有安裝螺紋的固定套中。

導人排插入排氣管中，它的內(nei) 表麵與(yu) 空氣相通，外表麵與(yu) 廢氣相通。鋯管的內(nei) 、外表麵覆蓋一層多孔性鉑膜作電極，為(wei) 防止廢氣腐蝕鉑膜，在鋯管外表麵的鉑膜層上覆蓋一層多孔陶瓷層，並有一個(ge) 防護套管，套管上開有槽口或孔。

氧傳(chuan) 感器的接線端有一個(ge) 金屬護套，上麵開有孔，使鋯管內(nei) 表麵與(yu) 空氣相通，電線將鋯管內(nei) 表麵鉑極經絕緣套從(cong) 傳(chuan) 感器引出。

氧化鋯式傳(chuan) 感器結構

氧化鋯式氧傳(chuan) 感器特點

優(you) 點：結構簡單、響應迅速、維護容易、使用方便、測量準確。運用該傳(chuan) 感器進行燃燒氣氛測量和控製既能穩定和提高產(chan) 品質量，又可縮短生產(chan) 周期，節約能源。

缺點：其缺點是這種特性隻有在溫度較高時（600℃左右）才充分體(ti) 現出來。在低溫時，這種特性會(hui) 發生很大變化。

氧化鈦式氧傳感器

氧化鈦式氧傳(chuan) 感器工作原理

相對於(yu) 氧化鋯型的氧傳(chuan) 感器是以產(chan) 生電壓的訊號，氧化鈦(TiO2)型則是利用電阻的變化來判別其中的含氧量。在某個(ge) 溫度以上鈦與(yu) 氧的結合微弱，在氧氣極少的情況下就必須放棄氧氣，因此缺氧而形成低電阻的氧化半導體(ti) 。

相反的，若氧氣較多，則形成高電阻的狀態。就像水溫度傳(chuan) 感器一樣，有著電阻高低的變化，這時隻要供給一參考電壓，即可由電壓來可知冷卻水的溫度。

氧化鈦式傳感器結構

氧化鈦式氧傳(chuan) 感器特點

氧化鈦式氧傳(chuan) 感器對比氧化鋯式氧傳(chuan) 感器的工作原理有很大的不同，它是利用多孔狀導體(ti) TiO2的導電性隨排氣中氧含量的變化而變化的特性製成的，故又稱電阻性氧傳(chuan) 感器。

這種傳(chuan) 感器的結構簡單、體(ti) 積小、成本低，但是在300℃～900℃工作時，電阻值隨溫度變化較大，所以必須用溫度補償(chang) 的方法來提高精度，通常用另一個(ge) 實心TiO2導體(ti) 作為(wei) 溫度補償(chang) 。

氧傳感器的未來發展

前麵提到過，氧傳(chuan) 感器並不僅(jin) 僅(jin) 應用在汽車發動機，它還廣泛應用於(yu) 各類燒煤、燒油、燒氣等爐體(ti) 的氣成分控製，甚至在醫療領域也有廣泛應用。

但汽車行業(ye) 是目前國際上應用傳(chuan) 感器的最大市場之一，而從(cong) 世界各國公布的專(zhuan) 利情況來看，氧傳(chuan) 感器的申報專(zhuan) 利數，居汽車傳(chuan) 感器的首位。因此氧傳(chuan) 感器（氧探頭）的市場前景非常廣闊。

從(cong) 目前情況來看，針對氧傳(chuan) 感器材料的研究重點應在以下幾個(ge) 方麵：

1、研究改進保護層材料，提高抗劣化性，增強透氣性。

汽油和機油中含有鉛、硫、磷等雜質，會(hui) 使傳(chuan) 感器性能大幅下降．而灰塵、油、矽等成分則會(hui) 堵塞傳(chuan) 感器保護層和電極。為(wei) 此，需改進保護層材料，使傳(chuan) 感器元件抗劣化性能提高。

可采取的方式有使用吸附效果、催化作用好的材料，使雜質被吸附、聚集在保護層上並得到轉化。同時通過添加適當材料改進製造工藝．使保護層透氣性能增強，減小響應時間。

2、提高氧傳(chuan) 感器材料的環境適應性，延長使用壽命。

對於(yu) 汽車用氧傳(chuan) 感器其工作環境很惡劣．工作時處於(yu) 500℃～800℃的高溫下，平時還要承受一30℃左右的氣候溫度的影響。因此，擴大其工作溫度範圍，尤其是商溫區工作穩定性，耐久性，成為(wei) 材料改進的一個(ge) 方向。

同時整個(ge) 元件在很大溫差快速變化下，其可靠性、抗劣化性的改進也是～個(ge) 關(guan) 鍵問題。普遍采取的方法是，從(cong) 材料添加劑入手，改進電極材料、敏感材料在高溫時的穩定性，改進工藝，提高電極與(yu) 敏感材料的附著力。

3、擴大空/燃比控製測量區域。實現廣域空/燃比的測量控製。

這樣可使氧傳(chuan) 感器能連續計量控測從(cong) 過濃區域空/燃比向稀薄區域(貧油區)的整個(ge) 狀態，實現廠域反饋控製。

4、提高測量、反饋信號的精確度，增強對瞬時變化狀態的反饋控製能力。

由子西方發達國家對排放廢氣法規的目趨嚴(yan) 格，因而要求氧傳(chuan) 感器測量信號的精度不斷提高，以利於(yu) 提高控製能力。同時對瞬時變化的排氣也要求做到及時測量修正。因此，這也成為(wei) 改進材料性能的一個(ge) 主要方向。

氧傳感器的作用

上世紀90年代，汽車排放汙染已日漸成為(wei) 人們(men) 關(guan) 注的熱門話題。隨著我國汽車排放法規的逐步規範和社會(hui) 對汽車排放汙染物控製的重視，電噴發動機在我國開始普及。經過近二十年的發展，電噴發動機技術已日益成熟，而汽車排放汙染也得到了逐步控製，這都和發動機上一個(ge) 重要的部件—氧傳(chuan) 感器密不可分。

確切地說，電噴發動機采用了混合氣成分的閉環控製和三元催化反應裝置的聯合使用技術，這是目前為(wei) 止汽油機最有效的淨化排氣的方法。三元催化轉化器能有效地淨化CO,HC和NOx這三種有害氣體(ti) ，但其淨化效率嚴(yan) 格依賴於(yu) 混合氣濃度必須保持在理論空燃比（14.7:1）附近的狹小範圍內(nei) 。一旦混合氣體(ti) 濃度偏離了這個(ge) 範圍，三元催化轉化器淨化排氣汙染物的能力便急劇下降。正是由於(yu) 空燃比的變化會(hui) 引起排氣中氧濃度相應的變化，因此，便在排氣管中設置了氧傳(chuan) 感器。

氧傳(chuan) 感器隨時檢測排氣中的氧濃度，並隨時向汽車的電控單元反饋信號。電控單元根據反饋信號及時調整噴油量，如信號反映混合氣偏濃，則減少噴油時間；反之，則增加噴油時間，從(cong) 而使混合氣的空燃比始終保持在理論空燃比附近。這就是所謂的發動機閉環控製。

氧傳(chuan) 感器是實現這一閉環控製必不可少的重要部件，它對發動機排放控製起著不可或缺的作用。現代電噴發動機一般裝有前後兩(liang) 隻氧傳(chuan) 感器，三元催化轉化器效率監測，必須使用位於(yu) 三元催化轉化器後方的第二個(ge) 氧傳(chuan) 感器。當三元催化轉化器工作正常時，位於(yu) 三元催化器前方的氧傳(chuan) 感器的變動次數應高於(yu) 後方的氧傳(chuan) 感器，監測器比較前／後氧傳(chuan) 感器的變動次數來判定三元催化轉化器老化與(yu) 否。

氧傳感器的常見故障

氧傳(chuan) 感器一旦出現故障，汽車電控單元就不能接收空燃比反饋信號，因而不能對空燃比進行反饋控製，會(hui) 使發動機油耗和排氣汙染增加，發動機出現怠速不穩、缺火、喘振等故障現象。

1、氧傳(chuan) 感器中毒

氧傳(chuan) 感器中毒是經常出現並且較難防治的一種故障，氧傳(chuan) 感器頂尖部位的正常顏色為(wei) 淡灰色，當頂尖部位的顏色為(wei) 白色則是矽中毒，顏色為(wei) 棕色則是鉛中毒。

隨著環保要求的日益提高，我國已全麵禁止使用含鉛汽油，這也避免了氧傳(chuan) 感器鉛中毒的問題。

2、積碳

積碳的氧傳(chuan) 感器頂部是碳黑色的。積碳粘附在氧傳(chuan) 感器表麵，讓對氧敏感材料不能與(yu) 排氣充分接觸，積碳少的情況下，可能出現輸出信號失準，積碳過多的情況下，氧傳(chuan) 感器會(hui) 完全失效。

3、氧傳(chuan) 感器陶瓷碎裂

氧化鋯氧傳(chuan) 感器的陶瓷硬並且脆，在安裝或維修過程中要避免用較硬的工具敲擊或者是用強烈氣流吹洗，這樣都有可能會(hui) 使陶瓷碎裂，所以要特別注意。

4、加熱器電阻絲(si) 燒斷

加熱器電阻絲(si) 是給氧傳(chuan) 感器進行加熱，讓其可以提前進入工作狀態，如果加熱器電阻絲(si) 燒蝕，就很難使傳(chuan) 感器達到正常的工作溫度而失去作用。

5、氧傳(chuan) 感器內(nei) 部線路斷脫

氧傳(chuan) 感器內(nei) 部線路有很多是由線束和端子連接不良造成的，故障還可能是由於(yu) 其它電係統幹涉和機械或化學損壞所造成的，有時會(hui) 因為(wei) 檢修或其它原因導致其線路斷路或脫落。

氧傳感器的檢測

1、氧傳(chuan) 感器加熱器電阻的檢測

將點火開關(guan) 置於(yu) “OFF”，拔下氧傳(chuan) 感器的導線連接器，用萬(wan) 用表歐姆擋測量氧傳(chuan) 感器接線端中加熱器端子與(yu) 搭鐵端子間的電阻（具體(ti) 端子請查閱相關(guan) 車型的維修手冊(ce) ），其電阻值應符合標準，一般為(wei) 4～40Ω（具體(ti) 數值參見具體(ti) 車型說明書(shu) ）。如不符合標準，應更換氧傳(chuan) 感器。測量後，重新連接好氧傳(chuan) 感器線束，以便作進一步的檢測。

2、氧傳(chuan) 感器反饋電壓的檢測

測量氧傳(chuan) 感器反饋電壓時，應先拔下氧傳(chuan) 感器線束連接器插頭，使用汽車電路測試跨接線進行測量，在發動機運轉時從(cong) 引出線上測量反饋電壓。在對氧傳(chuan) 感器的反饋電壓進行檢測時，最好使用指針型的電壓表，以便直觀地反映出反饋電壓的變化情況。發動機氧傳(chuan) 感器反饋電壓檢測的具體(ti) 步驟：

(1)、將發動機運轉至正常工作溫度。

(2)、把電壓表的負表筆連接搭鐵端或負極，正表筆接氧傳(chuan) 感器線束插頭上引出的測試線。

(3)、讓發動機以2500r/min左右的轉速保持運轉，同時檢查電壓表指針能否在0-1V之間來回擺動，記下10s內(nei) 電壓表指針擺動次數。在正常情況下，隨著反饋控製的進行，氧傳(chuan) 感器的反饋電壓將在0.4V上下不斷變化，10s內(nei) 反饋電壓的變化次數應不少於(yu) 8次。如果使用數字萬(wan) 用表，則記錄下變化的次數。

(4)、若電壓表指針在10s內(nei) 的擺動次數等於(yu) 或多於(yu) 8次，則說明氧傳(chuan) 感器及反饋控製係統工作正常；電壓表指針若在10s內(nei) 的擺動次數少於(yu) 8次，則說明氧傳(chuan) 感器或反饋控製係統工作不正常，可能是氧傳(chuan) 感器表麵有積碳而使靈敏度降低，此時應讓發動機以2500r/min的轉速運轉約2min，以清除氧傳(chuan) 感器表麵的積碳；若電壓表指針變化依舊緩慢，則為(wei) 氧傳(chuan) 感器損壞或ECU反饋控製電路有故障。

氧傳(chuan) 感器故障還可以通過觀察氧傳(chuan) 感器頂尖部位的顏色進行判斷：

1、淡灰色頂尖：這是氧傳(chuan) 感器的正常顏色；

2、白色頂尖：由矽汙染造成的，此時必須更換氧傳(chuan) 感器；

3、棕色頂尖：由鉛汙染造成的，如果嚴(yan) 重，也必須更換氧傳(chuan) 感器；

4、黑色頂尖：由積碳造成的，在排除發動機積碳故障後，一般可以自動清除氧傳(chuan) 感器上的積碳。

氧傳感器的應用及主要品牌

汽車氧傳(chuan) 感器最早是由Bosch公司於(yu) 1976年發明的，該產(chan) 品一經問世就得到社會(hui) 的廣泛關(guan) 注和認同，一些大的汽車零部件配套企業(ye) 也紛紛開發自己的氧傳(chuan) 感器，如通用、本田、豐(feng) 田、日立、現代、大宇等汽車整車企業(ye) 都有其專(zhuan) 門配套的氧傳(chuan) 感器。後來，逐步形成了現在的幾大氧傳(chuan) 感器生產(chan) 企業(ye) 並存的格局。

現在，生產(chan) 汽車氧傳(chuan) 感器的主要有Bosch、Delphi、Denso、NTK、Kefico等，以及其在各地的一些合資公司和子公司。其中Bosch公司為(wei) 最大的氧傳(chuan) 感器生產(chan) 企業(ye) 。另外，國外一些陶瓷企業(ye) ，依靠其強大的陶瓷開發能力，生產(chan) 氧傳(chuan) 感器敏感元件和陶瓷加熱器，如日本京瓷。

世界知名的汽車氧傳(chuan) 感器品牌介紹

Bosch公司

博世公司於(yu) 1976年研製出了世界上第一隻汽車氧傳(chuan) 感器，1982年又率先開發了加熱型汽車氧傳(chuan) 感器，能使汽車冷啟動後30s內(nei) 進入完全工作狀態，1994年又開發出平麵陶瓷結構氧傳(chuan) 感器，將反應時間縮短到10s。現在其每年的氧傳(chuan) 感器產(chan) 量已超過3500萬(wan) 隻，世界上許多中高檔車大都采用了博世氧傳(chuan) 感器。

Delphi公司

德爾福氧傳(chuan) 感器應用非常廣泛，除了在美國本部生產(chan) 氧傳(chuan) 感器外，其與(yu) 韓國大宇合作的KDAC公司、中國的德爾福萬(wan) 源發動機管理係統有限公司、德爾福汽車係統國際公司、德爾福汽車係統技術開發有限公司等眾(zhong) 多公司也都提供氧傳(chuan) 感器，特別是在中國，幾乎所有的汽車生產(chan) 企業(ye) 都有用到德爾福或其在華公司提供的氧傳(chuan) 感器。

Denso公司

Denso公司生產(chan) 氧傳(chuan) 感器的時間也比較早，其產(chan) 品除為(wei) 豐(feng) 田汽車配套外，還供應英國捷豹、路虎、日本鈴木和我國的一汽、上海通用等汽車公司。電裝中國的氧傳(chuan) 感器生產(chan) 企業(ye) 主要集中在天津電裝電子有限公司，產(chan) 品主要供應長安鈴木和四川豐(feng) 田。

NTK／NGK公司

NGK公司從(cong) 1982開始生產(chan) 汽車氧傳(chuan) 感器，該公司具有從(cong) 敏感元件到傳(chuan) 感器成品的全套生產(chan) 技術。產(chan) 品主要在日本本土生產(chan) ，主要供應美國、歐洲和亞(ya) 洲地區，現在汽車氧傳(chuan) 感器已成為(wei) 該公司主產(chan) 品之一，應用非常廣泛。

Kefico公司

Kefico公司是韓國現代汽車集團的子公司， 1993年開始生產(chan) 氧傳(chuan) 感器，其產(chan) 品主要為(wei) 現代汽車及其合資公司配套。

UAES公司

UAES（聯合汽車電子有限公司）是由Bosch公司與(yu) 上海汽車集團股份有限公司、無錫威孚高科技股份有限公司和西安昆侖(lun) 工業(ye) （集團）公司等8家國內(nei) 大型企業(ye) 聯合投資，專(zhuan) 業(ye) 生產(chan) 和經營車用電子產(chan) 品。氧傳(chuan) 感器是其主要產(chan) 品之一，產(chan) 品主要供應上海通用、北汽、浙江吉利、安徽奇瑞、保定長城等汽車製造企業(ye) 。

氧氣傳感器在醫療領域的應用

便攜式呼吸機上使用的氧氣含量檢測設備

便攜式呼吸機，是一種用於(yu) 急救的醫療設備，在這種設備工作的時候，往往需要注意氧氣濃度的變化與(yu) 氣體(ti) 氣壓的變化，否則比較容易對正在搶救的患者的身體(ti) 健康構成一定的威脅，所以在大多數的便攜式呼吸機上麵就需要安裝一種測量氧氣濃度的設備，這就是氧氣傳(chuan) 感器。

國外新出現的高壓氧氣療法

目前，隨著醫療技術的提高，在國外已經出現了一種利用氧氣質量病人疾病的方式，它利用將壓縮的氧氣(氣壓高於(yu) 普通大氣壓值)作用在病變處進行質量，這種質量方式對於(yu) 熱燒傷(shang) 、 視網膜動脈硬化、一氧化碳中毒、腦外傷(shang) 、慢性疲勞、免疫功能紊亂(luan) 以及氣性壞疽等病症有著很好的了解，這也會(hui) 是氧氣傳(chuan) 感器在醫療行業(ye) 的最新應用之一。

另外，氧傳(chuan) 感器還廣泛用於(yu) 石油、化工、煤炭、冶金、造紙、消防、市政、氣體(ti) 排放監測等行業(ye) 。

在我國，氧傳(chuan) 感器方麵得到了國家政策的大力支持，進展比較快，但目前絕大多數氧傳(chuan) 感還限於(yu) 工業(ye) 氧檢測和水融氧檢測方麵，在汽車氧感器方麵很少。近年來，國內(nei) 許多科研院所也開始汽車用氧傳(chuan) 感器的研究開發，如西安交大、北科大、北京航空航天大學、中國原子能科學研究院等，相信不久的將來，我們(men) 一定能我們(men) 生產(chan) 的汽車上用上我們(men) 自己研發的汽車氧傳(chuan) 感器。