SST的氧化锆氧气传感器是如何工作的？

       SST的氧化锆氧传感器利用了两个氧化锆元件测量氧气。对新接触到此类传感器的人来说，就很难理解它们是如何工作的。我们有大量的文件来解释其背后的物理学和氧传感器功能，但你需要静下心来阅读这些片段，以了解和理解它们的意思。

       本文简单地抓取了所有相关信息，并以一种易于阅读和理解的方式对其进行构造。

传感器单元结构

       SST氧化锆氧传感器的中心是传感单元（图1）。该单元由两个方形二氧化锆（ZrO2）组成，上面涂有一层薄薄的多孔铂层，铂层用作电极，为氧离解提供必要的催化作用，使氧离子能够进出二氧化锆。

 图1

       两个正方形氧化锆盘中间由一个铂环隔开，铂环形成一个密封的传感气室。在氧化锆外表面，还有两个铂环与中间铂环一起提供该氧化锆中心的电气连接（Pump  Common  Sense）。

       两个外部氧化铝（Al2O3）盘可过滤并防止任何环境颗粒物进入传感器，还可消灭任何未燃烧的气体。这可防止电池受到污染，从而导致测量读数不稳定。图2显示了传感单元的横截面，突出显示了所有主要部件。

图2

       氧化锆中心组件被加热 线圈包围，加热 线圈产生其工作所需的700度加热温度。然后，氧化锆中心和加热 线圈被安装在一个多孔不锈钢透气罩内，这个罩子可以过滤较大的颗粒和灰尘，并保护传感器免受机械损坏。图3显示了完整的传感器组件。

图3

泵盘（第 1个氧化锆方块）

      第 1个氧化锆方块用作电气化学氧气泵，对传感气室进行抽真空或再加入氧气。根据直流恒流源的方向，氧离子通过这个氧化锆方块从一个电极移动到另一个电极，从而改变密封腔室内的氧浓度和氧压力（P2）。对泵送进行控制，使密封腔室内部的氧分压始终小于腔室外的环境氧分压。图4显示了氧化锆中心元件的电气连接。

图4

感应盘（第 二个氧化锆方块）

       通过第 二个氧化锆方块两边的氧压力差会产生一个能斯特电压，该电压与氧离子浓度的比值成对数比例。由于密封腔室内的氧气压力（P₁），相对于公共线的感应电压始终为正。

      通过测量该电压并与两个参考电压进行比较，每次达到这两个参考电压中的任何一个时，恒流源的方向都会反转。当氧分压较高时，达到泵反转电压所需的时间比在氧分压低的气氛中所需的时间更长。这是因为需要泵送更多的氧离子，以便在传感盘上产生相同的比例压差。

举例

       我们要测量的氧气压力P1为10mbar，P2为5mbar时达到设定的参考电压。如果将P1改为1bar，则P2须为0.5bar才能获得相同的参考电压。这将涉及抽空更多的氧离子，由于用于泵送离子的电流源是恒定的，因此需要更长的时间。