Os sensores de oxigênio nos veículos são componentes indispensáveis, pois suas duas funções principais, uma é detectar oxigênio no escapamento, transmitir o resultado para a ECU e controlar a injeção de combustível, a outra é monitorar o funcionamento do sistema catalítico, para não emitir substâncias perigosas acima do limite dos regulamentos. Portanto, existem pelo menos dois sensores de oxigênio instalados no motor, o primeiro é o sensor de oxigênio dianteiro e o último são os sensores de oxigênio traseiros, conforme mostrado na figura abaixo. Para alguns motores, mais de dois sensores de oxigênio são instalados para obter maior confiabilidade, dois sensores frontais de O2 + um sensor traseiro de O2, ou mesmo dois sensores frontais de O2 + dois sensores traseiros de O2.
O sensor de oxigênio em veículos funciona em alta temperatura e entra em contato direto com gases corrosivos. O material cerâmico é usado para produzir o chip de medição do sensor. Existem dois tipos de material cerâmico para produzir chips de medição, óxido de titânio (titânia, TiO2) e óxido de zircônio (zircônia, ZrO2). A resistência cerâmica do TiO2 muda com a variação da concentração de oxigênio, de modo que a concentração de oxigênio pode ser detectada medindo o chip do sensor de TiO2. O chip tem estrutura e preço simples, mas depende muito da temperatura de trabalho, portanto, a compensação de temperatura é necessária e a precisão da medição é limitada.
A cerâmica de zircônia é boa condutora em altas temperaturas, podendo atuar como eletrólito sólido quando há diferença de concentração de oxigênio, portanto pode ser utilizada para medir a concentração de oxigênio com participação do gás de referência, que deverá ter concentração fixa de oxigênio. O princípio de funcionamento pode ser descrito conforme a figura abaixo. Eletrodos de platina são montados no chip cerâmico de zircônia, gás de referência (ar) de um lado e gás de amostragem (exaustão) do outro lado. O oxigênio no ar é de 21%, enquanto na exaustão é muito menor. No eletrodo positivo, as moléculas de O2 recebem elétrons e se tornam íons de óxido, os íons de óxido se movem para o eletrodo negativo através da cerâmica de zircônia, que é condutora em altas temperaturas. Então, no eletrodo negativo, os íons óxido perderam elétrons e se tornaram moléculas de O2 novamente. Portanto, o oxigênio está “se movendo” do lado do gás de referência para o lado do escapamento, e a força eletromotriz (EMF) é gerada entre os eletrodos positivos e negativos. Quanto maior a diferença de concentração de oxigênio, maior será a velocidade de “movimento” do oxigênio e maior EMF. Ao detectar o EMF, a concentração de oxigênio no escapamento pode ser medida. A exaustão de alta temperatura pode aquecer o chip de cerâmica de zircônia, também um aquecedor de cerâmica ( aquecedor de cerâmica de alumina ) pode ser integrado ao chip do sensor para obter uma inicialização mais rápida.
Comparado com o sensor de TiO2, o sensor de oxigênio de zircônia tem maior precisão, resposta mais rápida e maior vida útil, por isso tem aplicação mais ampla e maior ocupação de mercado. Globalmente, mais de 80% dos sensores de oxigênio são fornecidos pela Bosch, NTK&NGK, Denso e Delphi, muitas fábricas OEM produzem sensores de oxigênio também para veículos de marcas alemãs e japonesas, com chip terceirizado ou autônomo. A ATCERA pode produzir chips de cerâmica de zircônia, caso precise de mais informações ou alguma demanda customizada, visite www.atcera.com ou envie um e-mail para info@atcera.com .
