氧气传感器

氧气传感器是一种电子装置，其测量的比例氧（O ₂气体或液体中存在分析的）。

它是由Robert Bosch GmbH在1960年代后期在GünterBauman博士的监督下开发的。原始的传感元件由顶针形的氧化锆 陶瓷制成，该陶瓷在排气侧和参考侧均涂有一层薄薄的铂，并且有加热形式和非加热形式。平面型传感器于1990年进入市场，xxx减少了陶瓷传感元件的质量，并将加热器纳入了陶瓷结构中。这导致传感器启动更快，响应速度更快。

最常见的应用是测量氧气的排气气体浓度的内燃机在汽车等车辆中，为了计算和，如果需要，动态地调节空气燃料比，使得催化转化器可以最佳地工作，并且还确定转换器是否运行正常。潜水员还使用类似的设备来测量呼吸气体中氧气的分压。

科学家使用氧气传感器来测量呼吸或氧气的产生，并使用另一种方法。氧气传感器用于氧气分析仪中，在麻醉监测仪、呼吸器和氧气浓缩器等医学应用中得到广泛使用。

氧气传感器还用于低氧空气防火系统中，以连续xxx受保护空间内的氧气浓度。

有许多不同的测量氧气的方法。这些技术包括氧化锆、电化学（也称为原电池）、红外、超声波、顺磁以及最近的激光方法。

汽车氧气传感器，俗称O ₂（“ōtwo”）传感器，使现代电子燃料喷射和排放控制成为可能。它们帮助实时确定内燃机的空燃比是浓还是稀。由于氧气传感器位于排气流中，因此它们不直接测量进入发动机的空气或燃料，但是当氧气传感器的信息与其他来源的信息结合使用时，可以间接确定空燃比。闭环反馈控制的燃油喷射会根据实时传感器数据来改变燃油喷射器的输出，而不是以预定的（开环）燃油图运行。除了使电子燃料喷射有效运行之外，这种排放控制技术还可以减少未燃烧燃料和进入大气的氮氧化物的数量。未燃烧的燃料在空气中传播的烃的形式的污染，同时氮氧化物（NO _X气体）是燃烧室温度超过1300米的结果开尔文，由于在燃料混合物的过量空气，因此有助于烟雾和酸雨。沃尔沃是1970年代末xxx家采用这项技术的汽车制造商，同时在催化转化器中使用了三效催化剂。

该传感器实际上并不测量氧气浓度，而是测量废气中的氧气量与空气中的氧气量之差。浓混合气会引起氧气需求。由于氧离子通过传感器层的传输，这种需求导致电压升高。稀混合气会导致低压，因为氧气过多。

现代的火花点火式内燃机使用氧气传感器和催化转化器，以减少废气排放。有关氧气浓度的信息将发送到发动机管理计算机或发动机控制单元（ECU），后者会调节注入发动机的燃油量，以补偿过量的空气或过量的燃油。ECU试图通过解释从氧气传感器获得的信息来平均维持一定的空燃比。主要目标是在功率，燃油经济性和排放之间做出折衷，并且在大多数情况下是通过接近化学计量比的空燃比实现的。用于火花点火发动机（例如燃烧汽油或液化石油气的发动机）（与柴油相反），现代系统关注的三种排放类型是：碳氢化合物（当燃料未完全燃烧时释放，例如在不点火或浓空燃比时释放），一氧化碳（运行产生的结果）略浓和NO _x（在稀混合气中占主导）。这些传感器的故障，例如由于正常老化，使用含铅燃料，或被硅酮或硅酸盐污染的燃料而引起的故障，都可能导致汽车催化转换器的损坏和昂贵的维修费用。

篡改或修改氧气传感器发送给发动机计算机的信号可能有害于排放控制，甚至可能损坏车辆。当发动机处于低负载条件下时（例如非常缓慢地加速或保持恒定速度时），它将以“闭环模式”运行。这是指ECU与氧气传感器之间的反馈回路，其中ECU调整燃油量并期望看到氧气传感器响应的结果变化。该循环迫使发动机在连续的循环中同时略微稀薄地运行和略微稀薄运行，因为它试图平均保持大多数化学计量比。如果修改导致发动机适度稀薄运转，则燃油效率会略有提高，排放，更高的废气温度，有时功率的轻微增加会迅速导致失火和功率急剧损失，并且在超稀薄空气中可能会损坏发动机和催化转化器（由于失火） –燃油比。如果修改导致发动机变富油，则功率会稍微增加到一定程度（此后，发动机会因过多的未燃烧燃料而开始泛洪），但代价是燃料效率降低，未燃烧的碳氢化合物也会增加在排气中会导致催化转化器过热。在浓混合气下长时间运行会导致催化转化器发生灾难性故障。ECU还控制火花发动机的正时随着燃油喷射器脉冲宽度的增加，每当燃油在燃烧循环中点燃得太早或太晚时，改变发动机以使其稀薄或过浓的操作的修改都可能导致低效的燃油消耗。

在土壤呼吸研究中，氧气传感器可与二氧化碳传感器结合使用，以帮助改善土壤呼吸的特性。通常，土壤氧气传感器使用原电池来产生与被测氧浓度成比例的电流。这些传感器埋在不同的深度，以监测氧气随时间的消耗，然后将其用于预测土壤呼吸速率。通常，这些土壤传感器配备有内置加热器，以防止在可渗透膜上形成冷凝水，因为相对湿度可以达到100％。

在海洋生物或湖沼、氧测量，以便测量一个社区或生物体的呼吸通常完成，但也被用于测量初级生产的藻类。测量水样中氧气浓度的传统方法是使用湿化学技术，例如Winkler滴定法。然而，存在可商购的氧气传感器，其以高精度测量液体中的氧浓度。氧气传感器有两种类型：电极（电化学传感器）和光电二极管（光学传感器）。

该克拉克型电极是用于测量氧气溶解在液体中的最常用的氧气传感器。基本原理是浸入电解质中的是阴极和阳极。氧气通过扩散通过可渗透膜进入传感器，并在阴极被还原，产生可测量的电流。

氧浓度与电流之间存在线性关系。通过两点校准（空气饱和度为0％和100％），可以测量样品中的氧气。

该方法的一个缺点是在测量过程中消耗的氧气的速率等于传感器中的扩散。这意味着必须搅拌传感器才能进行正确的测量并避免积水。随着传感器尺寸的增加，氧气消耗增加，搅拌灵敏度也增加。在大型传感器中，由于电解质的消耗，信号也会随时间推移出现漂移。但是，可以将Clark型传感器做得非常小，其尖端尺寸为10 µm。这种微传感器的耗氧量是如此之小，以至于实际上对搅拌不敏感，并且可以用于停滞的介质，例如沉积物或植物组织内部。

氧气光电二极管是一种基于光学测量氧气浓度的传感器。将化学薄膜粘在光缆的末端，该薄膜的荧光性质取决于氧气浓度。没有氧气存在时，荧光强度xxx。当一个O ₂分子出现时，将其与膜碰撞，并且该猝灭的光致发光。在给定的氧气浓度下，在任何给定的时间都会有特定数量的O ₂分子与薄膜碰撞，并且荧光性质将是稳定的。