I sensori di ossigeno sui veicoli sono componenti indispensabili, per le loro due funzioni principali, una è rilevare l'ossigeno nello scarico, trasmettere i risultati alla ECU e controllare l'iniezione di carburante, l'altra è monitorare il funzionamento del sistema catalitico, per non emettere sostanze pericolose oltre i limiti normativi. Pertanto sul motore sono installati almeno due sensori di ossigeno, il primo è il sensore di ossigeno anteriore e il secondo è il sensore di ossigeno posteriore, come mostrato nella figura seguente. Per alcuni motori, sono installati più di due sensori di ossigeno per ottenere una maggiore affidabilità, due sensori di O2 anteriori + un sensore di O2 posteriore o anche due sensori di O2 anteriori + due sensori di O2 posteriori.
Il sensore di ossigeno sui veicoli funziona ad alta temperatura e entra direttamente in contatto con gas corrosivi, il materiale ceramico viene utilizzato per produrre il chip di misurazione del sensore. Esistono due tipi di materiale ceramico per produrre chip di misurazione, ossido di titanio (titania, TiO2) e ossido di zirconio (zirconia, ZrO2). La resistenza ceramica TiO2 cambia con la variazione della concentrazione di ossigeno, quindi la concentrazione di ossigeno può essere rilevata misurando il chip del sensore TiO2. Il chip ha una struttura e un prezzo semplici, ma dipende troppo dalla temperatura di lavoro, pertanto è necessaria la compensazione della temperatura e la precisione di misurazione è limitata.
La ceramica di zirconio è un buon conduttore ad alta temperatura e può agire come elettrolita solido quando vi sono differenze di concentrazione di ossigeno, quindi può essere utilizzata per misurare la concentrazione di ossigeno con la partecipazione del gas di riferimento, che avrà una concentrazione di ossigeno fissa. Il principio di funzionamento può essere descritto come nella figura seguente. Gli elettrodi di platino sono montati sul chip in ceramica di zirconio, il gas di riferimento (aria) su un lato e il gas di campionamento (scarico) sull'altro lato. L'ossigeno nell'aria è pari al 21%, mentre nei gas di scarico è molto inferiore. Sull'elettrodo positivo, le molecole di O2 acquisiscono elettroni e diventano ioni di ossido, gli ioni di ossido si spostano verso l'elettrodo negativo attraverso la ceramica di zirconio, che è conduttiva ad alta temperatura. Quindi sull'elettrodo negativo gli ioni ossido perdono elettroni e diventano nuovamente molecole di O2. Pertanto l'ossigeno si “muove” dal lato del gas di riferimento al lato di scarico e tra gli elettrodi positivi e negativi viene generata una forza elettromotrice (EMF). Maggiore è la differenza di concentrazione di ossigeno, maggiore è la velocità di “movimento” dell’ossigeno e maggiore è l’EMF. Rilevando la forza elettromagnetica, è possibile misurare la concentrazione di ossigeno nello scarico. Lo scarico ad alta temperatura può riscaldare il chip in ceramica di zirconio, inoltre è possibile integrare un riscaldatore in ceramica ( riscaldatore in ceramica di allumina ) con il chip del sensore per ottenere un avvio più rapido.
Rispetto al sensore TiO2, il sensore di ossigeno allo zirconio ha una maggiore precisione, una risposta più rapida e una maggiore durata, quindi ha un'applicazione più ampia e una maggiore occupazione sul mercato. A livello globale, oltre l'80% dei sensori di ossigeno sono forniti da Bosch, NTK&NGK, Denso e Delphi, molte fabbriche OEM producono sensori di ossigeno anche per veicoli di marchi tedeschi e giapponesi, con chip esternalizzati o autonomi. ATCERA può produrre chip in ceramica di zirconio, se è necessario ottenere maggiori informazioni o qualsiasi richiesta personalizzata, visitare www.atcera.com o inviare un'e-mail a info@atcera.com .
