第三节 氧化钛式氧传感器

第三节 氧化钛式氧传感器

一、氧化钛式氧传感器的测量原理

氧化钛式氧传感器属于电阻类传感器。二氧化钛（TiO2）在室温下具有高电阻性，但当其周围气体氧含量少时，TiO2中的氧分子将逃逸而使其晶格出现缺陷，电阻随之下降。二氧化钛电阻R的变化可由下式表示：

式中 A——常数；

E——活化能；

K——玻耳兹曼常数（J/K）；

T——热力学温度（K）；

PO2——氧分压（Pa）；

1/m——取决于晶格缺陷性质的指数。

氧化钛型氧传感器就是利用二氧化钛的电阻随周围气体中氧含量变化而相应改变的这一特性制成。将二氧化钛传感元件置于排气管中，当混合气偏稀时，排气中氧含量较高，氧传感器的电阻较大；而当混合气偏浓时，排气中氧的含量很低，氧传感器的电阻相应减小。这一电阻的变化通过测量电路转变成相应的电压信号。

二、氧化钛式氧传感器的结构与特性

氧化钛式氧传感器的结构如图9-13所示。二氧化钛为电阻型传感器，温度变化时，二氧化钛的电阻也会改变，这会影响其测量的精度。为此，氧传感器中除了有一个具有多孔性的二氧化钛敏感元件（用来检测排气氧含量）外，还有一个温度系数相同的实心二氧化钛元件，用作温度补偿。用作温度补偿的实心二氧化钛元件与测量用二氧化钛连接成如图9-13b所示的电路，当温度改变而使测量二氧化钛元件的电阻值发生变化时，用作温度补偿的实心二氧化钛元件随温度的变化其电阻值有相同的变化。这样，当温度变化时，从测量电路信号端子A输出的电压没有改变，消除了温度变化对测量精度的影响。

图9-13 氧化钛型氧传感器

a）结构简图 b）电路连接

1—二氧化钛元件（R0） 2—金属壳 3—瓷体 4—接线端子 5—陶瓷粘接 6—引线 7—热敏元件（Rt）

氧化钛型氧传感器的输出特性如图9-14所示。当发动机的可燃混合气偏浓（理论空燃比小于14.7）时，排气中氧含量少，氧化钛管外表面的氧很少，二氧化钛呈现低电阻；当发动机混合气偏稀（理论空燃比大于14.7）时，排气中氧含量多，氧化钛管外表面氧浓度大，二氧化钛呈现高电阻。氧化钛式氧传感器的电阻在混合气为理论空燃比14.7（过量空气系数λ=1）附近产生突变，通过测量电路，向ECU输送一个突变的电压信号，ECU根据氧传感器电压信号的高低，即可识别混合气是否过浓或偏稀，并输出相应的控制信号，通过控制喷油器的喷油时间，将混合气的浓度控制在理论空燃比附近。

图9-14 氧化钛型氧传感器输出特性

相比于氧化锆式氧传感器，氧化钛式传感器的结构简单、体积小、成本低。但由于是电阻型传感器，所以必须用温度补偿的方法来提高测量精度。

三、氧化钛式氧传感器的检测方法

1.氧化钛式氧传感器常见故障及影响

氧化钛式氧传感器可能出现的故障有：内部电路有断路或短路、热敏元件失效、二氧化钛敏感元件失效等。这些故障会导致信号失常或无信号输出，常见的故障对发动机的影响见表9-3。

表9-3 氧化钛式氧传感器的常见故障及影响

2.氧化钛式氧传感器的检测方法

氧化钛式氧传感器的一般检测方法如下：

1）直观检查。检查氧化钛式氧传感器插接器有无松动，导线有无破损或断脱，氧化钛式氧传感器安装是否牢固，若有异常，予以修复。

2）检测氧化钛式氧传感器电源电压。断开氧化钛式氧传感器的插接器，再接通点火开关（ON），检测氧化钛式氧传感器插头的电源端子与搭铁之间的电压，应为5V左右。如果电压低或无电压，检修氧化钛式氧传感器与ECU之间的电源线路，若线路良好，在ECU电源线路和搭铁线路也均无问题的情况下，需更换ECU。

3）检测氧化钛式氧传感器的电阻。断开氧化钛式氧传感器插接器，用电阻表测量氧化钛式氧传感器各端子之间的电阻，应与规定的值相符。如果电阻值为无穷大，说明内部有断路故障；如果电阻过大或过小，则说明氧化钛式氧传感器内部线路连接有接触不良之处，或热敏元件、二氧化钛传感元件失效。检测氧化钛式氧传感器电阻有异常时，均需更换氧化钛式氧传感器。

4）检测氧化钛式氧传感器的绝缘性。用电阻表测量氧化钛式氧传感器信号端子与搭铁之间的电阻，电阻值应为无穷大。如果电阻为0Ω或很小，说明氧化钛式氧传感器感应线圈与外壳之间有短路或绝缘性能不良，均需更换氧化钛式氧传感器。

5）检测氧化钛式氧传感器的信号电压。检测方法如下：

①连接氧化钛式氧传感器的插接器，起动发动机。

②迅速开大节气门和突然关闭节气门时，测量氧化钛式氧传感器信号端子与搭铁端子之间的电压，电压值应随节气门开度迅速增大而上升，随节气门突然关闭而下降，电压变化明显。

③如果电压总是指示为1V或以上，设法使混合气变稀（不同的配置可有不同的方法，比如：拆下曲轴箱通风控制阀、拔下炭罐通气控制阀真空管等），电压应迅速下降，否则，需更换氧化钛式氧传感器。

④如果电压总是指示为0.5V以下，则设法使混合气变浓（比如：使喷油器持续通电），电压应迅速上升，否则，也应更换氧化钛式氧传感器；如果始终无电压指示，也说明氧化钛式氧传感器已损坏，需予以更换。