Датчики кислорода на транспортных средствах являются незаменимыми компонентами, поскольку их две основные функции: одна — обнаруживать кислород в выхлопных газах, передавать результат в ЭБУ и контролировать впрыск топлива, другая — контролировать работу каталитической системы, чтобы не допускать выбросов опасных веществ сверх установленных норм. Поэтому на двигателе установлено как минимум два датчика кислорода: первый — передний датчик кислорода, а второй — задний датчик кислорода, как показано на рисунке ниже. На некоторых двигателях для большей надежности устанавливается более двух датчиков кислорода: два передних датчика O2 + один задний датчик O2 или даже два передних датчика O2 + два задних датчика O2.
Датчик кислорода на транспортных средствах работает при высокой температуре и напрямую контактирует с агрессивными газами, для изготовления измерительного чипа датчика используется керамический материал. Существует два типа керамического материала для изготовления измерительного чипа: оксид титана (титан, TiO2) и оксид циркония (цирконий, ZrO2). Сопротивление керамики TiO2 меняется с изменением концентрации кислорода, поэтому концентрацию кислорода можно определить путем измерения сенсорного чипа TiO2. Чип имеет простую структуру и цену, но он слишком сильно зависит от рабочей температуры, поэтому необходима температурная компенсация, а точность измерения ограничена.
Циркониевая керамика является хорошим проводником при высоких температурах и может действовать как твердый электролит при разнице концентраций кислорода, поэтому ее можно использовать для измерения концентрации кислорода с участием эталонного газа, который должен иметь фиксированную концентрацию кислорода. Принцип работы можно описать на рисунке ниже. Платиновые электроды установлены на чипе из диоксида циркония, эталонный газ (воздух) с одной стороны и отбор проб газа (выхлопные газы) с другой стороны. Кислорода в воздухе 21%, а в выхлопах гораздо ниже. На положительном электроде молекулы O2 получают электрон и становятся ионами оксида, ионы оксида перемещаются к отрицательному электроду через циркониевую керамику, которая является проводящей при высокой температуре. Затем на отрицательном электроде ионы оксида теряют электроны и снова становятся молекулами О2. Поэтому кислород «перемещается» от стороны эталонного газа к стороне выхлопа, и между положительным и отрицательным электродами генерируется электродвижущая сила (ЭДС). Чем выше разница концентраций кислорода, тем выше скорость «движения» кислорода и больше ЭДС. Обнаружив ЭДС, можно измерить концентрацию кислорода в выхлопных газах. Высокотемпературный выхлоп может нагревать циркониевый керамический чип, а также керамический нагреватель ( керамический нагреватель из глинозема ) может быть интегрирован с сенсорным чипом для более быстрого запуска.
По сравнению с датчиком TiO2, циркониевый датчик кислорода имеет более высокую точность, более быструю реакцию и более длительный срок службы, поэтому он имеет более широкое применение и более высокую занятость на рынке. Во всем мире более 80% кислородных датчиков поставляются компаниями Bosch, NTK&NGK, Denso и Delphi, многие OEM-заводы также производят датчики кислорода для автомобилей немецких и японских марок с использованием сторонних или автономных чипов. ATCERA может производить чипы из циркониевой керамики. Если вам нужна дополнительная информация или какие-либо индивидуальные требования, посетите сайт www.atcera.com или отправьте электронное письмо по адресу info@atcera.com .
