Zuurstofsensoren op voertuigen zijn onmisbare componenten, vanwege hun twee hoofdfuncties: de ene is het detecteren van zuurstof in de uitlaatgassen, het doorgeven van de resultaten aan de ECU en het regelen van de brandstofinjectie, de andere is het controleren van de werking van het katalytische systeem, om geen gevaarlijke stoffen uit te stoten die de limiet van de regelgeving overschrijden. Daarom zijn er minimaal twee zuurstofsensoren op de motor geïnstalleerd: de eerste is de zuurstofsensor aan de voorkant en de laatste is de zuurstofsensor aan de achterkant, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. Voor sommige motoren zijn meer dan twee zuurstofsensoren geïnstalleerd om een hogere betrouwbaarheid te verkrijgen: twee O2-sensoren vooraan + één O2-sensor achteraan, of zelfs twee O2-sensoren vooraan + twee O2-sensoren achteraan.
De zuurstofsensor op voertuigen werkt bij hoge temperaturen en komt rechtstreeks in contact met corrosieve gassen. Voor de productie van de sensor-meetchip wordt keramisch materiaal gebruikt. Er zijn twee soorten keramisch materiaal om meetchips te produceren: titaniumoxide (titaniumoxide, TiO2) en zirkoniumoxide (zirkoniumoxide, ZrO2). De keramische weerstand van TiO2 verandert met de variatie van de zuurstofconcentratie, zodat de zuurstofconcentratie kan worden gedetecteerd door de TiO2-sensorchip te meten. De chip heeft een eenvoudige structuur en chipprijs, maar is te sterk afhankelijk van de werktemperatuur, waardoor temperatuurcompensatie noodzakelijk is en de meetnauwkeurigheid beperkt is.
Zirkoniumoxide-keramiek is een goede geleider bij hoge temperaturen en kan fungeren als vaste elektrolyt als er zuurstofconcentratieverschillen zijn. Daarom kan het worden gebruikt om de zuurstofconcentratie te meten met deelname van referentiegas, dat een vaste zuurstofconcentratie moet hebben. Het werkingsprincipe kan worden beschreven als de onderstaande figuur. Op de keramische zirkoniumchip zijn platina-elektroden gemonteerd, referentiegas (lucht) aan de ene kant en bemonsteringsgas (uitlaat) aan de andere kant. Zuurstof in de lucht is 21%, terwijl het in de uitlaat veel lager is. Op de positieve elektrode krijgen O2-moleculen elektronen en worden oxide-ionen, de oxide-ionen verplaatsen zich naar de negatieve elektrode via het zirkoniumoxide-keramiek, dat geleidend is bij hoge temperaturen. Vervolgens verloren de oxide-ionen op de negatieve elektrode elektronen en werden ze weer O2-moleculen. Daarom ‘beweegt’ zuurstof van de referentiegaszijde naar de uitlaatzijde, en wordt er elektromotorische kracht (EMF) gegenereerd tussen positieve en negatieve elektroden. Hoe hoger het verschil in zuurstofconcentratie, hoe sneller de zuurstof “beweegt” en hoe groter de EMF. Door het detecteren van de EMF kan de zuurstofconcentratie in de uitlaatgassen worden gemeten. De hogetemperatuuruitlaat kan de keramische zirkoniumchip opwarmen, ook kan een keramische verwarmer ( aluminiumoxide keramische verwarmer ) worden geïntegreerd met de sensorchip om sneller op te starten.
Vergeleken met de TiO2-sensor heeft de zirkoniumoxide-zuurstofsensor een hogere nauwkeurigheid, snellere respons en een langere levensduur, dus een bredere toepassing en een hogere marktbezetting. Wereldwijd wordt meer dan 80% van de zuurstofsensoren geleverd door Bosch, NTK&NGK, Denso en Delphi. Veel OEM-fabrieken produceren ook zuurstofsensoren voor voertuigen van Duitse en Japanse merken, met uitbestede of autonome chip. ATCERA kan keramische chips van zirkoniumoxide produceren. Als u meer informatie of een vraag op maat wilt, kunt u terecht op www.atcera.com of stuur een e-mail naar info@atcera.com .
