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氧传感器主要是由二氧化锆陶瓷以及内外表面的薄薄的一层铂组成。内侧空间充满富氧的外界空气，外表面暴露在废气中。传感器内装有加热电路，着车后加热电路工作使传感器快速达到正常工作所需的350℃左右，因此此类氧传感器也称为加热型氧传感器。

氧传感器其核心元件是多孔的ZrO2陶瓷管，两侧面分别烧结上多孔铂（Pt）电极组成。在一定温度 下，由于两侧氧浓度不同，高浓度侧（陶瓷管内侧4）的氧分子被吸附在铂电极上与电子（4e）结合 形成氧离子O2-，使该电极带正电，O2-离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧（废气 侧），使该电极带负电，即产生电势差。

氧传感器电路包括控制模块、氧传感器、连接器和引线。传感器由串联在一起的可变电压源和电阻构成。电压源向控制模块产生零至某电压之间的模拟电压信号。电阻的作用是在传感器与控制模块间发生对地短路时，防止传感器过载。

氧传感器的工作是通过将传感陶瓷管内外的氧离子浓度差转化成电压信号输出来实现的，当传感陶瓷管的温度达到350℃时，即具有固态电解质的特性。由于其材质的特殊性，使得氧离子可以自由地通过陶瓷管。正是利用这一特性，将浓度差转化成电势差，从而形成电信号输出。