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传感器课程论文

传感器在汽车上的应用

作者：

魏子耘学号：

2011019120014

一、引言

汽车工业是国民经济发展的支柱产业之一。

现代汽车正由一个单纯交通工具朝着能满足人类需求和安全、舒适、方便及无污染的方向发展。

当前，汽车电子已成为汽车工业发展的核心技术，据预测，未来汽车电子产品的费用将占整车费用的30%，并认为汽车上70%的革新将来源于汽车电子。

汽车电子技术是汽车工业发展的核心技术之一而在汽车电子产品中，传感器已成为关键的基础配套产品。

汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一，汽车传感器的使用数量和技术水平决定了汽车控制系统的性能。

20世纪末期，为了实现可持续发展战略，发达国家对汽车工业提出的新要求，促进了传感器应用和技术的快速发展。

传感器的研发和生产单位采用新材料和新的加工技术开发和生产新一代的传感器及系统，满足汽车工业的需求。

一般一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器，而豪华轿车的传感器数量可达二百余只，主要分布于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。

二、各类型传感器在汽车上的应用

1、发动机控制系统传感器

发动机控制系统传感器给发动机的电子控制单元提供各种信息，电子控制单元处理这些信息并向发动机发出精确的控制指令，对发动机进行控制，使发动机能在各种工况下正常地工作。

利用这类传感器可提高汽车的动力性能和舒适性、降低油耗、减少废气排放，正确反映行驶故障。

（1）温度传感器

主要检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、机油温度、催化温度等。

实际应用的温度传感器主要有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。

绕线电阻式温度传感器精度较高，但响应特性差；热敏电阻式传感器灵敏度高，响应特性好，但线性差，适用温度较低；热电偶式精度高，测量范围宽，但须考虑放大器和冷端处理问题。

（2）压力传感器

主要有检测制动液压系统和润滑油系统压力的压力传感器，测量气体介质压力的歧管压力、风压、大气压力和轮胎压力传感器等。

目前应用较多的车用压力传感器主要有电容式、压阻式、差动变压器式（LVDT）和表面弹性波式（SAW）。

电容式传感器具有输入能量高、动态响应好、环境适应性好等特点；压敏电阻式受温度影响大，需另设温度补偿电路，但适用于大量生产；LVDT式有较大输出，易于数字输出，但抗干扰性差；SAW式具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、数字量输出等特点，用于汽车吸气阀压力检测，能在高温下稳定的工作，是一种较为理想的传感器。

（3）转速、角度和车速传感器

主要用于检测曲轴转角、发动机转速、车速等。

主要有电磁式、磁阻式、霍尔效应式、光学式、振动式等。

（4）气体浓度传感器

主要用于检测车体内气体和废气排放，其中最主要的是氧传感器。

氧传感器安装在排气管内，测量排气管中的含氧量，确定发动机的实际空燃比与理论值的偏差，控制系统根据反馈信号，调节可燃混和气的浓度，使空燃比接近于理论值，从而提高经济性，降低排气污染。

实际应用的是氧化锆和氧化钛传感器。

（5）爆震传感器

用于检测发动机的振动，通过调整电火提前角控制和避免发动机发生爆震。

能把爆震信号传给控制系统，抑制爆震的发生。

主要有磁致伸缩式和非共振型压电式。

（6）流量传感器

测定进气量和燃油流量以控制空燃比，主要有空气流量传感器和燃料流量传感器。

空气流量传感器检测进入发动机的空气量从而控制喷油器的喷油量，以得到较准确的空燃比。

实际应用的有卡门旋涡式、叶片式、热线式。

卡门式无可动部件、反映灵敏、精度较高；热线式易受吸入气体脉动影响，且易断丝；燃料流量传感器用于判定燃油消耗量，主要有水车式和球循环式。

2、底盘控制系统传感器

底盘控制系统传感器是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱死制动系统（ABS）中的传感器。

要求盘底控制系统传感器能提供精确的信号，同时还能适应恶劣的环境，司机才能安全舒适地驾驶汽车。

（1）线性加速度惯性传感器

线性加速度惯性传感器设置在底盘的入口，在自适应悬挂系统，车辆稳定性系统和防抱死制动系统（ABS）中均有应用。

目前采用MEMS技术制作的线性加速度惯性传感器有压阻式MENS加速度传感器、电容式MEMS加速度传感器和谐振梁MEMS传感器。

（2）角速率传感器

角速率传感器用于底盘悬架系统和车辆稳定性系统中，角速率传感器也应用了MEMS技术，其工作原理是检测施加在不同类型结构，如环形、薄型、盘式和片式的Coriolis力

的效应。

（3）变速器控制传感器

变速器控制传感器主要是电控自动变速器的控制。

它通过处理由车速传感器、加速度传感器、发动机负荷传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器检测获得的信息，使电控装置控制换档点和液力变矩器锁止，实现最大动

力和最大燃油经济性。

（4）悬架系统控制传感器

悬架系统控制传感器可以根据检测到的信息自动调整车高，控制车辆姿势的变化，从而实现对车辆舒适性、操纵稳定性和行车稳定性的控制，主要有车速传感器、节气门开度传感器，加速的传感器、车身高度传感器、侧倾角传感器、转向盘转角传感器等。

（5）动力转向系统传感器

动力转向系统传感器主要用于电动助力转向系统中，根据车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器、油压传感器提供的信号，使汽车转向时反应迅速，操作灵活轻松，降低燃油损耗，提高驾驶的安全性。

（6）防抱死制动系统（ABS）传感器

防抱死制动系统（ABS）传感器是通过轮速传感器检测车轮转速，使汽车在紧急制动时，使车轮能获得最大制动效率，同时保证车轮不被抱死、侧滑，使汽车在整个制动过程中保持良好的行驶稳定性和方向可操作性。

3、车身控制系统传感器

主要用于提高汽车的安全性、可靠性和舒适性。

车身控制系统传感器主要有用于自动空调系统的温度传感器、湿度传感器、日照传感器等；用于雨滴检测的雨量传感器；用于安全气囊系统中的加速度传感器；用于门锁控制的车速传感器；用于亮度自动控制的日照传感器；用于倒车用的超声波传感器和激光传感器；用于保持车距的微波传感器、红外传感器；用于消除驾驶员盲区的图像传感器。

4、导航控制传感器

主要有车速传感器、陀螺传感器，与全球定位系统GPS相结合，给汽车提供全面、及时的交通信息，使汽车能敏锐感知自身和其他车辆的位置，同时还可以感知驾驶者的盲点。

三、车用传感器举例

1、超声波雷达汽车测距报警装置

（1）超声波测距基本原理

超声波测量物体间距主要是应用超声波的反射特性来实现的。

测量时，将超声波发射装置安装在其中一个物体之上，发射出的超声波传到另一物体后反射回来，被超声波接收装置接收。

若一直超声波在空气中传播速度v，则只需测得发射到接收的时间Δt，即可求出两物体间距s=vΔt/2。

（2）系统硬件组成及其原理

原理图如图所示，在单片机控制下，利用超声波测距原理，测量车辆与固体物体之间的距离。

当两者间距小于安全距离是，发出报警，并显示距离大小，从而提醒驾驶员采取措施

避免事故减小损失。

整个报警系统由超声波发射电路，接收电路，单片机系统以及声光报警，距离显示部分组成。

超声波发射电路主要有高频振荡器，得啦脉冲发生器，编码调制器，功率放大器以及超声波换能器组成。

单脉冲发生器在高频振荡的每个周期内均被触发，产生固定脉宽的脉冲序列，再由来自单片机的编码信号对脉冲序列进行编码调制，经功率放大后加载超声波换能器上，从而激励超声声波换能器产生重复的脉冲并发射出去。

在多台车辆同时作业时，某台车辆发出的超声波信号有可能被其他车接收，从而造成系统混乱而产生误报。

为解决这一问题，系统对不同的车辆进行不同的编码调制，使得每辆车只能接收到其本身发射的超声波信号。

超声波接收电路主要由超声波换能器，接受放大器和编码调节器等组成。

接收到的超声波反射信号经过接收电路转换、放大、解调后，送到单片机系统进行处理和计算，并通过距离显示器显示车辆与物体之间的距离。

当该距离小于设定的报警距离时，启动报警系统。

系统的发射和接收部分由单片机控制轮流进行工作。

在单片机编码发送完毕后，即转入接收状态，同时关闭发射部分的单脉冲发生器；当接收一定时间后在转入发射状态重新发射超声波，同时关闭接收放大器、为保证测距正确，接收时间必须根据实际量程来限时。

（3）软件设计思想

系统软件设计流程图如图

系统上点初始化后显示安装在车辆四周的超声波发射装置处于发射状态并输出调制编码，同时开始计时。

当经编码调制的超声波发送完毕后，再使接收装置处于接收状态，并巡回检测四侧接收装置是否接受到返回的超声波信号。

当某一侧检测到返回型号是，就结束及时，并保存计时时间，与此同时，接受返回型号编码，并将其与发送编码进行比较，若两者相符，就计算车辆与物体间的距离并显示。

然后，再将计算机所得的距离与设定的报警距离比较，若小于，就发出报警；否则，返回重新发射超声波。

若接受编码与发送编码不符，这返回重发。

若四侧接收装置均没有检测到返回信号，则判断接收时限是否已到，若未到，则继续巡回检测接收装置，否则返回发射状态重新发射。

（4）与其他雷达测距比较

超声波雷达、红外雷达因探测距离相对较短，目前，主要应用于汽车倒车控制系统。

激光雷达和微波雷达因其具有测量距离远、精度高等优点，被广泛应用于车辆主动安全控制系统。

激光雷达的优点是结构相对简单，具有高单色性、高方向性、相干性好、测量精度较高、探测距离远、能识别道路状况、价格便宜等特点。

缺点是测量性能易受环境因素干扰，在雨、雪、雾等天气情况下，测量性能会有所下降，受测量原理限制只能传递相对距离信息。

按测量原理不同可分为脉冲式激光测距雷达和相位式激光测距雷达2种。

微波雷达探测距离远、运行可靠、测量性能受天气等外界因素的影响较小，可以获得主车与目标车辆间距离、相对速度，有些雷达还可获得相对方位角和以及相对加速度等信息，但价格比较昂贵。

按测量原理不同，可分为脉冲调频（PFM）和调频连续波（FMCW）。

当前，微波雷达的使用频率主要集中在23～24，60～61，76～77GHz3个频段，波长均为毫米级，也称微波雷达为毫米波雷达。

在这些特殊频段上，微波的辐射能量在大气中具有很大的衰减特性。

24GHz雷达信号在大气中传播的衰减系数约为0.2dB/km，60GHz约为15dB/km，77GHz约为0.4dB/km。

整体上是随频率的升高而上升，但在上述3个频段内由于大气中水蒸汽、氧分子的吸收和散射作用产生出衰减尖峰，使得雷达信号的传播被限制在一个较短的范围之内，从而可以尽量降低对其他车辆雷达或无线电设备的影响，并减少对周围人体的辐射。

2、基于湿度传感器的汽车自动防雾系统

（1）防雾原理及系统流程图

该自动除雾系统通过温湿度传感器检测汽车内同一点的温度及湿度汽泡的温度，ECU对实时数据进行分析和比较计算出车厢内露点温度判定是否起雾，将采集到的露点温度Td与汽车挡风玻璃温度Tws相比较，在考虑安全裕量Sm的前提下，如果Td+Sm≥Tws，则说明汽车挡风玻璃有可能会起雾，除雾控制系统开始除雾。

如果Td+Sm

基于此种考虑通过控制电路实现智能除雾。

其自动除雾系统框图如图所示。

（2）关键量的计算由图可知，自动除雾系统的关键是计算露点温度Td，而Td与局部范围空气压力有关，求出PPTRH后再求出Td的值。

计算公式为：

其中，PPTRH—当湿度气泡的温度为TRH，其周围空气的压力，单位：

mmHg；H—外界湿度，单位：

%RH；TRH—湿度气泡的温度，单位：

℃；Td—计算出来的露点温度，单位：

℃；A，B，C—常数：

A=8.1332，B=1762.39，C=235.65。

（3）防雾系统的运行

根据车厢内的温度、湿度和挡风玻璃表面温度计算出露点值，以此控制风扇速度，加热器、内部循环和气流方向，以此来保证舒适度。

并把气流、噪声、温度变化对舒适度的影响降到最小。

车内传感器安放位置及气流运动方向如图所示。

3、厚膜汽车油压传感器

（1）油压传感器的

汽车等各种内燃机车的发动机都是靠机油润滑的，一旦机油压力过低，就会因缺油发生干摩擦，造成剧烈的磨损和发热，从而损坏发动机。

因此汽车发动机上均安装一个油压测量装置，以监测机油压力，目前国内多采用电位器式压力传感器测量油压。

该传感器有一个波纹膜片和一个滑线电位器组成。

但汽车油压发生变化时，波纹膜片产生位移，带动电位器上的触点滑动，从而改变电阻值。

该电位器通过两根导线与安装在汽车仪表盘上的油压指示表连接，当电位器阻值改变时，油压指示表内部线圈通过的电流发生变化，从而带动指针偏转，指出机油压力值。

这种油压测量装置中的滑线电位器具有机械触点，并且该触点要通过最大达100mA的电流，而汽车又存在较大的振动，使得该传感器的机械、电气寿命受到严重影响，成为油压表失效的主要因素。

针对上述情况，用无触点的汽车油压传感器代替传统的油压传感器成为一个发展方向。

目前在工业上得到广泛应用的半导体压阻式压力传感器、金属箔应变片式压力传感器和厚膜压阻式压力传感器等电阻应变式压力传感器都属于无触点式，其中厚膜压力传感器以其高灵敏度、低温度系数且耐高温的优点而被大家看好。

各传感器性能比较见表1。

（2）厚膜汽车油压感器的结构和原理

该传感器利用厚膜电阻的压阻效应制成，由厚膜压力传感器和信号调节器组成，分别见图1和图2该传感器工作原理如下:

当汽车油压通过接头传入传感器，直接作用于弹性陶瓷膜片上，使该膜片产生挠曲形变。

在膜片上印刷、烧结了四个厚膜电阻，连成惠斯通电桥。

膜片的形变使得电阻出现成比例的应变，破坏了桥路平衡，产生与机油压力大小成正比的信号输出，给信号经电压放大电路的第一级低漂移差动电压放大器转换成单向电压信号，并经第2级反向电压放大电路进一步放大。

电流放大器将电压信号转换成与油压值相对应的50一130mA的大电流信号，推动仪表工作。

该油压传感器具有无机械运动部件、无触点、可靠性高、温度特性好、耐腐蚀等优点，不足是长期稳定性稍差。

各性能指标如下:

工作温度:

一25―十100℃（120℃工作1小时）；

压力范围:

0一0.6Mpa（并在0.08±0.01Mpa时报警）；

过载:

150%；精度:

高于现有YG2221G；

电源:

标称电压24V，试验电压28；

V外型尺寸:

与现有YG222lG一致，能替换；

耐久性:

经受20000次循环交变压力试验；

电路:

抗干扰和短路保护；

输出特性:

基本误差满足YG222lG所配油压表特性，符合JB3014一8l汽车用压力表》有关规定，替代现有产品，使仪表指示器正常工作。

综上所述，厚膜油压传感器在综合性能上优于现有传感器，又具备结构简单、制造方便等特点，随着稳定性的提高，极有可能成为下一代汽车油压传感器。

4、新型红外线汽车雨水传感器

（1）光学原理

光线射在两种介质分界面上，当一部分光线射入另外一种介质时，光线传播方向发生改变，这称为折射。

在第二种介质中折射光线和分界面法线n0的夹角称为折射角。

入射角i和折射角r有下述关系：

sinr/sini=n21式中，n21是第二种介质对第一种介质的相对折射率。

光从光密介质（折射率n较大）射入光疏介质（折射率n较小）时，如果入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，光全部反射回原来介质，这种现象叫做全反射。

折射角变成90°时的入射角叫做临界角。

全反射的条件是，光从光密介质向光疏介质入射，入射角等于大于临界角。

本文设计的传感器就是根据全反射光学原理制成。

空气的折射率是1，水的折射率是1.33，玻璃的折射率是1.5。

根据公式计算得出，光从玻璃入射到空气中的临界角是42°，光从玻璃入射到水中的临界角是63°。

（2）工作原理

雨水传感器由红外光发射电路和红外光接收电路组成。

如图1所示。

由红外光发射元件发出的红外光以全反射角度在挡风玻璃的外表面反射，其角度必须在42°（玻璃-空气）和63°（玻璃-水）之间。

如果在挡风玻璃上有水，一些光会双倍射出，且这会引起红外感光元件接收到的反射光减弱。

从发射元件发出的光反射到接收装置的挡风玻璃区域被称之为传感器的“敏感区域”，仅当雨水滴到这个区域时，才可以被探测出来。

为使系统灵敏可靠，挡风玻璃区域和灵敏区域之间必须要有一个较好的比例，如图2所示。

（3）硬件设计与实现

①红外发射电路

红外发射管采用硅光电二极管，它具有暗电流小，噪声低，受温度影响小，价格便宜等优点。

红外发射管三个并联，采用脉宽调制驱动，工作在某一频率下。

采用这种方式可以减少发射电路的功耗。

脉冲发生器采用555电路构成。

②红外接收电路

红外接收电路通常由光接收二极管、放大电路、带通滤波器、检波电路等组成。

放大电路的任务是对光脉冲信号进行线性放大和整形。

带通滤波器的任务是进行频率选择，滤除干扰信号。

检波电路滤掉载频后检出的原始信号

③控制电路

一般情况下采用2-4个红外发射管，与红外发射管串联的电阻取值要保证红外发射管发出的光强满足本设计的风挡玻璃要求；红外发射管的角度要保证红外光在挡风玻璃的外表面形成全反射；电阻取值满足输入到单片机的脉冲信号幅值满足要求。

当有雨滴落在挡风玻璃的“敏感区域”时，输出一串脉冲波，小雨时，脉冲波的数量少；大雨时，脉冲波的数量多。

雨刮电动机有低速挡和高速挡，用单片机来检测脉冲波，根据给定时间内脉冲波数量的多少来控制雨刮器工作：

当小雨时，雨刮器工作在低速挡，当大雨时，雨刮器工作在高速挡。

5、基于单片机的防酒后驾驶控制系统

（1）系统设计原理

控制系统主要由呼气式酒精传感器、转换器、单片机控制器、继电器、电机等组成。

本系统的工作原理:

通过酒精传感器检测驾驶员呼出气体酒精浓度，然后，传感器的输出电压信号经过Ａ/Ｄ转换后输入到单片机中，经过单片机的逻辑判断处理，根据驾驶员体内酒精浓度和标定值比较来控制继电器的动作，进而控制汽车启动电机的工作。

整个系统可以通过自动检测驾驶员体内的酒精浓度来防止驾驶员酒后驾驶。

（2）硬件系统设计

该自动控制系统的硬件主要由酒精传感器、AD547A转换器、89C51单片机控制器、语音报警、LED显示、继电器及电机等构成。

如图1所示。

HS-3C型酒精传感器使用电化学型燃料电池，其特点是快速响应、温湿度影响小、功耗低、微型化设计。

该酒精传感器的工作原理是根据人饮酒后，血液里酒精浓度值与呼出气体的酒精浓度有固定的比例关系，关系如下：

B=2200Br，式中B为血液酒精浓度，mg/L；Br为呼气的酒精浓度，mg/L。

通过酒精传感器检测到的酒精浓度来控制汽车引擎启动系统的动作，根据人体血液中与呼出气体中的酒精浓度的比值（2000～2100）判定操作者的醉酒程度，我国对酒后驾驶的判定界限为10～30g/100mL（血液中的酒精浓度），当检测到血液酒精浓度小于20g/100mL，这时可以正常启动发动机，而当其达到20g/100mL以上时，发动机便不能启动。

（3）软件系统设计

主程序主要包括传感器输入、数据采集、数据处理、语音提示、驱动等子程序。

其中，单片机控制器主要功能是驱动继电器动作从而控制电机的启动；数据采集程序主要将接收到的数据送到A/D转换器中处理，进而将数字信号输入到单片机中；然后，一部分送去LED显示，另外一部分与设定值进行比较，当其超过标定值时，语音报警器提示驾驶员开车危险，使其提高警惕性，同时控制继电器的动作，使汽车引擎不能启动。

（4）主程序设计如图4所示

首先，对系统进行初始化，数据采集模块对接收到的传感器信号进行处理和逻辑判断，并将酒精浓度用LED显示出来。

经过A/D转换后的数字信号和标定值进行比较，若小于标定值，执行继电器的动作，即驱动继电器、启动电机，然后，继续对酒精传感器进行数据采集；若大于标定值，不执行继电器动作，继续对传感器信号进行采集，同时，语音报警器提示驾驶员“酒后驾车危险，请注意安全”。

6、氧传感器在汽车中的应用

氧传感器已被用于很多领域，如试验测量、冶金、监控热处理炉等。

现在它又越来越多的用于空燃比（A/F）的控制中以减少汽车尾气有害气体的排放量和提高燃烧效率。

为了监控气体中的氧含量，二氧化锆传感器及氧化物半导体传感器等固态传感器得到广泛的应用，它们具有尺寸小、价格低、性能可靠等优点。

（1）空燃比控制系统

目前在汽车中用氧传感器控制空燃比的反馈控制系统有两种。

一种是三元催化系统，它在Vol-vo中被首次应用，随即被日本、美国公司用来降低汽车尾气有害气体的排放量，是目前控制汽车达标的主要措施。

该系统利用Rh作催化剂，使尾气中的有害NOx还原，同时又利用Pt作催化剂，使尾气中的CO和HC氧化，生成无害的N2、CO2、H2O等气体。

在这个系统中，发动机废气的空燃比被氧传感器检测到，并被严格控制在理论空燃比附近，只有在理论空燃比处，NOx、CO、HC才能同时被催化剂反应掉。

采用三元催化的优点是净化效果及经济性好，主要问题是成本高，与汽油机相比，柴油机基本上在稀薄混合气下工作，排气中的氧的浓度较大，根据氧传感器的工作特性，难以实现精确的控制。

另一个系统为稀薄燃烧系统。

该系统的目的是在保证有害气体的排放量低于规定值的基础上，提高燃料的利用率。

即通过增加空燃比，在稀薄燃烧范围（A/F>20）使NOx的浓度降到允许范围之内。

但是如果继续增加空燃比，容易使发动机熄火，引起输出功率下降，同时由于不充分燃烧，污染反而更加严重，达不到净化目的。

因此有必要控制空燃比在一个有限的范围内。

基于此种目的，在稀薄燃烧系统中，也要用到氧传感器以控制发动机废气的空燃比。

（2）氧传感器

按工作原理分类，用于空燃比控制的氧传感器可分为三类:

（1）氧化物半导体型；

（2）浓差电池型；（3）电化学泵型。

按其应用来分，可分为两类:

（1）理论空燃比传感器；

（2）稀薄空燃比传感器。

理论空燃比传感器用于三元催化系统。

三元催化系统要求A/F比严格控制在理论空燃比处。

通常，以λ表示空气的过剩率，其定义为:

λ=（A/F）实际/（A/F）理论空燃比。

因为这种传感器要在λ=1处工作，故也称为λ传感器。

理论空燃比感器的输出电压在理论空燃比附近急剧变化，而这种急剧变化是由装置内氧分压的变化引起的。

该传感器的这项特征使它非常适合理论空燃比的控制。

对于稀薄燃烧系统，稀薄空燃比传感器可将尾气的空燃比控制在一个较广的稀薄范围内（15≤A/F≤23）。

在三种氧传感器中，只有电化学泵型氧传感器用于稀薄燃烧系统中。

①氧化物半导体氧传感器

TiO2、Nb2O5、CeO2等氧化物半导体根据周围气氛的氧分压自身进行氧化或还原反应，从而导致这些材料的电阻发生变化，这就是半导体氧化物氧传感器的基本工作原理。

表1总结了几种半导体氧化物氧传感器使用的材料及样式。

②浓差电池型氧传感器

在浓差电池型氧传感器中，ZrO2固体电解质是唯一在实际中被用于汽车的传感器。

对于浓差电池型的氧传感器，其输出电压符合能斯特公式:

E=RT/4F·ln（p1/p2）。

式中:

E为输出电压；p1、p2为电解质两边的氧分压；T为传感器所处温度；R为气体常数；F为法拉第常数。

这种传感器的结构一般由产生电动势的ZrO2电解质管、起电极作用的衬套、以及防止ZrO2管损坏和导入汽车排气的进气孔组成的。

ZrO2管的内、外表面均涂覆有薄薄一层铂，铂既可以成为电极又具有电势放大作用。

当把铂涂覆在ZrO2管上时，除起电极作用之外，还有催化作用CO+1/2O2→CO2。

就靠这种作用，当空燃比接近理论值时，铂的表面从O2与CO完全进行化学反应（CO过剩、O2为0）的状态急剧变化为氧含量过剩（CO为0，O2过剩）的状态，电解质两边氧浓度之比急剧变化，电动势也急剧地变化。

如图1所示。

③电化学泵型氧传感器

前面的浓差电池型传感器只能检测理