6. Датчики кислорода (х-зонды)

Известны два типа датчиков кислорода. В одном из них чувстви­тельным элементом является диоксид циркония Zr0₂, во втором -диоксид титана Ti0₂. Оба типа датчиков реагируют на парциальное давление кислорода.

Циркониевый датчик (рис. 17, а) кислорода имеет два электро­да - внешний 4 и внутренний 5. Оба электрода выполнены из порис­той платины или ее сплава и разделены слоем твердого электролита. Электролитом является диоксид циркония Zr0₂ с добавлением окси­да иттрия Y₂0₃ для повышения ионной проводимости электролита. Среда, окружающая внутренний электрод, имеет постоянное парци­альное давление кислорода. Внешний электрод омывается потоком отработавших газов в выпускной системе двигателя с переменным парциальным давлением кислорода. Ионная проводимость твердого электролита, возникающая вследствие разности парциальных давле­ний кислорода на внешнем и внутреннем электродах, обусловливает появление разности потенциалов между ними.

Рис. 17. Циркониевый датчик кислорода: а — конструктивная схема; б — рабочая характеристика; 7 — элекропроводное уплот­нение; 2 - корпус; 3 — твердый электролит; 4,5— внешний и внутренний электроды

При низком уровне парциального давления кислорода в отрабо­тавших газах, когда двигатель работает на обогащенной топливовоздушной смеси (а < 1), датчик как гальванический элемент генерирует высокое напряжение (700—1000 мВ). При переходе на обедненную топливовоздушную смесь (а > 1) парциальное давление кислорода в от­работавших газах заметно увеличивается, что приводит к резкому па­дению напряжения на выходе датчика до 50—100 мВ. Такое резкое па­дение напряжения датчика (рис. 17, б) при переходе от обогащен­ных к обедненным топливовоздушным смесям позволяет определить стехиометрический состав смеси с погрешностью не более ±0,5 %.

Конструкции датчиков кислорода на основе диоксида циркония показаны на рис. 18.

Принцип работы датчика кислорода на основе диоксида титана Ti0₂ (рис. 19) основан на изменении электропроводности ТЮ₂при изменении парциального давления кислорода в выпускной системе. Параллельно чувствительному элементу 1 датчика подключен термистор для компенсации влияния температуры на сопротивление соеди­нения ТЮ₂.

Рис. 18. Датчик кислорода на основе диоксида циркония: 1 - металлический корпус; 2 — уплотнение; 3 — соединительный кабель; 4 — ко­жух; 5 — контактный стержень; 6 — активный элемент из двуоксида циркония; 7— защитный колпачок с прорезями	Рис. 19. Датчик кислорода на основе диоксида титана: 1- чувствительный элемент; 2 - металлический корпус; 3 - изолятор; 4 — вход­ные контакты; 5 — уплотнение; 6 — защитный кожух

Интерес представляет датчик кислорода, принцип действия которого основан на использовании парамагнитных свойств кислорода. В датчике находится магнитный контур с зазором. С изменением содержания ки­слорода в смеси газов, проходящих через зазор, изменяются магнитный поток в контуре и сила возбуждающего тока. По колебаниям этого тока можно судить о концентрации кислорода в отработавших газах.