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氧传感器实际上是用来探测空燃比是比理论空燃比浓，还是比理论空燃比稀，以获得上次喷油时间是过长或是过短，并将该信息变成电信号送入发动机电控单元ECU，用来对喷油时间进行修正，以达到混合气的空燃比保持在理论值附近的一个狭小范围内。
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现代发动机上普遍采用加热型氧传感器。特点是在较低的排气温度下（如怠速）仍能保持工作，使用寿命可大于16万公里。
氧传感器产生的信号电压在过量空气系数λ=1时产生突变。当λ>1（混合气稀）时，氧传感器输出信号电压几乎为零（小于100 mV）；当λ<1（混合气浓）时，氧传感器输出信号电压接近1V（800～1 000 mV。氧传感器相当于一个混合气浓稀开关。不同的氧传感器，其输出特性有一些差异。
当氧传感器工作正常时，输出电压在高电平（0.9V）与低电平（O.1V）之间变动的频率，每分钟至少8次。
当氧传感器工作正常时，输出电压在高电平（0.9V）与低电平（O.1V）之间变动的频率，每分钟至少12次。
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