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都2023年了，你还不知道氧传感器的工作原理吗？

原创 智能汽车电子与软件 2023-07-06 17:00
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来源：小璇
----氧传感器市场的出现----

对汽车而言，氧传感器并不是一开始就存在的，为满足环保部门日益严格的排放要求，氧传感器在新车配套市场、售后配套市场均逐步得到广泛应用。汽车对氧传感器的需求量由排气管决定，一根排气管需装2只氧传感器，目前大排量汽车普遍有两根排气管，那么一辆汽车就需要4只氧传感器。

在新车配套市场，根据中国汽车工业协会的统计，2020年中国汽车销售量为2,531.10万辆，按照平均每辆汽车至少2只氧传感器测算，我国新车配套市场氧传感器的需求量达到5,000万只以上；在售后配套市场，根据国家统计局的统计，2020年我国民用汽车保有量为1.56亿辆，按照汽车氧传感器平均5年更换一次、平均每辆汽车至少2只氧传感器测算，我国售后配套市场氧传感器的需求量达到6,000万只以上。综上，按照每只50~70元计算，每年我国氧传感器的市场规模为50~70亿元。

目前，在国内市场，氧传感器的发展得到了国家政策的大力支持，研究开发及产业化的进展不断加快，但由于整车企业对产品的可靠性、耐候性、一致性要求较高，现在绝大多数国内企业的氧传感器还限于工业氧检测等方面，在汽车方面的应用很少。长期以来，国内汽车用的氧传感器市场被博世、日本特殊陶业株式会社等国外品牌占据，进口依赖度较大，这种情况与国内汽车用压力传感器的竞争格局非常类似。

----行业主要趋势----

从下游应用市场来看，随着国六排放标准的出台实施，氧传感器在汽车领域的应用将继续保持快速增长。同时，摩托车的国四排放标准已出台实施，氧传感器在摩托车领域的应用也将得到推广。此外，除汽车、摩托车市场外，伴随物联网的发展，氧传感器在可穿戴设备、医疗设备等领域得到拓展应用。

从技术趋势来看，主要体现以下三个方面：
A.提高测量、反馈信号的精确度，增强对瞬时变化状态的反馈控制能力。由于各国对排放废气法规的日趋严格，因而要求氧传感器测量信号的精度不断提高，以利于提高控制能力。同时，对瞬时变化的排气也要求做到及时测量修正。
B.研究改进保护层材料，提高抗劣化性。汽油和机油中含有铅、硫、磷等杂质，会使氧传感器性能大幅下降，而灰尘、油、硅等成分则会堵塞氧传感器保护层和电极。为此，需改进保护层材料，使氧传感器元件抗劣化性提高。
C.提高氧传感器材料的环境适应性，延长使用寿命。对于汽车用氧传感器，其工作环境较为恶劣，工作时处于500℃～800℃的高温下，平时还要承受气候温度变化的影响。因此，扩大其工作温度范围，保持稳定性及耐久性，成为氧传感器材料改进的重要方向。

----那么氧传感器的作用又是什么呢？----
氧传感器的作用适用于测量排气中的氧含量

氧传感器是如何工作的?

我们以开关型氧传感器为例,说明其工作原理

图示的为电装氧传感器的剖面图

传感器的前端,有两层保护壳

主要作用有两个,一个适用于保持传感器的合适的工作温度

确保合适的氧传感器响应次数

第二个作用,是最大限度的避免传感器受到硅胶中硅与汽油中铅的污染

前部白色的部分为氧化铝过滤层

主要作用为:

1.过滤尾气中的污染物

2.避免非需要排气污染物影响多孔陶瓷元件

3.防止对搏电极与尾气产生直接接触，过早造成损坏PTFE，聚乙烯氯网

可透气防水,这种材料涂在衣服上就是我们的防水服,主要作用是保证大气能进入到传感器内部

剖面图
从剖面图上

我们可以看到,氧化铝过滤层内部为二氧化造材材料组成的传感器元件

传感器元件的内外连接有铂电极

铂除了作为电极外,还在一氧化碳与氧的过程中起催化作用

传感器内部还包括四条连接线，中间的为传感器的加热器

加热器的作用,保证传感器工作能够快速进入到工作状态

氧传感器在温度为300度以上才开始工作，为了保证传感器的响应时间,小于50微秒

传感器通常工作在600-900度之间

下面我们再看一下传感器的工作过程

对于圆桶型二氧化钢传感器，传感原件内侧与大气相通

外侧与废气相连，当发动机处于工作状态时

大气侧氧气分子在铂电极的催化下

吸附在铂电极附近得到电子生成氧离子 

这样大气侧的铂电极带正电

生成的氧离子通过固态电解质

移动到废气侧,失去电子，这样带负电，生成电压的大小,与混合气浓度有关

通常当混合气空燃比在为14.7比1时，输出电压调整为0.45V

根据混合气浓度的不同，电压在0.1至0.9V之间变化

好了,氧传感器结构与工作原理,今天介绍到这里，想要了解更多智能汽车资讯与干货请持续关注。
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