# 氧传感器工作原理

氧传感器如何通过氧化锆陶瓷管产生电压，判断废气中的氧含量，并帮助发动机电脑调节混合气浓淡。

By Lau

Topic: Computing, AI & Electronics

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## Transcript

### 1. 排气管上的小哨兵

汽车的排气管上拧着一个小零件，叫氧传感器。它像一个小哨兵，一刻不停地“闻”废气里还剩多少氧气。拖动画面，可以从各个角度看看它。

很多汽车有两个氧传感器：一个在催化转化器前面，一个在后面。

### 2. 燃烧要配好空气

发动机里，汽油要和空气一起燃烧。最理想的比例大约是 14\.7 千克空气配 1 千克汽油。空气太少叫“偏浓”，空气太多叫“偏稀”。废气里剩下的氧气（红色小球）会悄悄透露这个比例。

这个理想比例常用希腊字母 λ（读作“兰姆达”）表示：λ = 1 就是刚刚好。

### 3. 剖开看看

把传感器剖开：最外面是一个带小孔的钢罩，让废气进来，又挡住碎屑。里面是一根一头封住的陶瓷小管，材料叫氧化锆。管子里外都涂了一层薄薄的、有很多小孔的铂，用来当电极。

陶瓷管外面碰到的是废气，里面装的是从外界引进来的新鲜空气。

### 4. 先要热起来

冷的氧化锆什么也做不了。它要热到三百多摄氏度，氧离子才能从里面穿过去。所以管子中间装了一根加热棒，冷车启动后很快就能把它加热到七百摄氏度左右。

没有加热棒的老式传感器，要等排气把它慢慢烤热才能工作。

### 5. 氧离子穿过陶瓷墙

管子里面的空气大约有 21% 是氧气，外面废气里的氧气少得多。氧会从多的一边往少的一边“挤”：它带上电子变成氧离子，穿过热陶瓷墙。电荷在两边积累起来，就产生了电压，像一节靠氧气差发电的小电池。

氧离子写作 O²⁻，它比氧原子多带两个电子。

### 6. 偏浓还是偏稀

拖动滑块改变混合气。偏稀时废气里氧气多，里外差别小，电压只有约 0\.1 伏。偏浓时氧气几乎用光，电压升到约 0\.8 到 0\.9 伏。在理想比例附近电压会突然跳变，所以它更像一个开关，而不是一把尺子。

理想比例时电压大约是 0\.45 伏。

### 7. 电脑来回微调

发动机电脑不停地读取这个电压。电压高，就少喷一点油；电压低，就多喷一点油。混合气就这样在理想比例两边轻轻摆动，催化转化器才能把有害气体处理得更干净。

加热型氧传感器一般可以用十几万公里。