Načelo delovanja senzorja za kisik

Senzor za kisik je standardna konfiguracija v avtomobilih. Uporablja keramične občutljive komponente za merjenje kisikovega potenciala v izpušnih ceveh avtomobilov, izračuna ustrezno koncentracijo kisika na podlagi načela kemijskega ravnovesja ter spremlja in nadzoruje razmerje med zgorevalnim zrakom in gorivom, da zagotovi kakovost izdelka in izpušne emisije v skladu s standardi. Senzorji kisika se pogosto uporabljajo pri različnih vrstah zgorevanja premoga, zgorevanja olja, zgorevanja plina in drugega nadzora atmosfere v peči. Trenutno je najboljša metoda merjenja zgorevalne atmosfere s prednostmi, kot so preprosta struktura, hiter odziv, enostavno vzdrževanje, priročna uporaba in natančno merjenje. Uporaba tega senzorja za merjenje in nadzor zgorevalne atmosfere ne more le stabilizirati in izboljšati kakovosti izdelkov, temveč tudi skrajšati proizvodne cikle in prihraniti energijo.
Načelo delovanja senzorjev kisika v avtomobilih je podobno delovanju suhih baterij, cirkonijev element v senzorju pa deluje kot elektrolit. Osnovno načelo delovanja je uporaba razlike koncentracije kisika med notranjo in zunanjo stranjo cirkonijevega oksida pod določenimi pogoji za ustvarjanje potencialne razlike in večja kot je koncentracijska razlika, večja je potencialna razlika. Vsebnost kisika v ozračju je 21 %, izpušni plini po zgorevanju bogate zmesi pa dejansko ne vsebujejo kisika. Izpušni plini, ki nastanejo po zgorevanju revne zmesi ali zaradi neuspelega vžiga, vsebujejo več kisika, vendar še vedno precej manj kot kisik v ozračju. Pod katalizo visoke temperature in platine se negativno nabiti kisikovi ioni adsorbirajo na notranji in zunanji površini cirkonijevih tulcev. Ker je v atmosferi več kisika kot v izpušnih plinih, se na strani ohišja, ki je povezana z atmosfero, adsorbira več negativnih ionov kot na strani izpušnih plinov, koncentracijska razlika med ioni na obe strani ustvarjata elektromotorno silo.
Ko je koncentracija kisika na izpušni strani ohišja avtomobila nizka, se med elektrodama senzorja za kisik ustvari visoka napetost (0.6-1V). Ta napetostni signal se pošlje v ECU avtomobila za ojačanje in obdelavo. ECU obravnava visokonapetostni signal kot bogato zmes in nizkonapetostni signal kot revno zmes. Računalnik na podlagi napetostnega signala senzorja kisika razredči oziroma obogati mešanico glede na teoretično optimalno razmerje zrak-gorivo čim bližje 14,7:1. Zato so senzorji kisika ključni senzorji za elektronski nadzor odmerjanja goriva. Senzorji za kisik lahko v celoti odražajo svoje značilnosti in izhodno napetost le pri visokih temperaturah (s končnimi temperaturami nad 300 stopinj C). Ima najhitrejši odziv na spremembe v mešanici pri okoli 800 stopinjah C, ta lastnost pa se bistveno spremeni pri nizkih temperaturah.