氮氧传感器对于汽车尾气后处理系统有着重要意义。第六代氮氧传感器需要测量尾气中氧气和氮氧化物（NOx）的浓度。氮氧传感器的工作过程复杂,有三个测量腔室,工作过程中需要实时调控每个腔室泵电压的大小,确保能够将腔室内的O2全部泵出,同时保证NO2全部分解为NO,但是NO又不能提前分解,最重要的是保证能够对尾气的变化快速做出响应,所以对控制系统提出了较高要求。目前由于对氮氧传感器动静态响应的影响因素研究不够充分,所以在设计控制算法时,一般采用经验试凑的方式,不断改变控制参数并对比控制效果,难以找到最佳控制参数,使得氮氧传感器响应速度慢,不能快速反馈尾气中空燃比和氮氧化物浓度变化。所以为了能够深入理解传感器工作时涉及的物理过程,就需要构建相应的机理模型。本文中通过对氮氧传感器静态模型和电化学反应动态模型的研究,剖析了传感器的动静态响应特征。首先,根据稳态下泵电压对泵电流的影响,构建了静态响应模型,包括气体通过扩散障碍层的扩散过程模型和泵单元泵氧过程的电化学模型。通过对比静态响应的实验数据和测试数据,验证了机理模型的有效性,预测误差基本可以维持在30%以内。结合静态模型和实验结果,分析了传感器的静态响应特征。然后,通过分析三相界面处发生的电化学反应的动态过程,构建了相应的动态过程机理模型。采用电化学阻抗谱的方式,来验证构建的机理模型的有效性。根据响应的传递函数,得到了等效电路中电子元件的描述,从而可以从物理机理方面,阐述对反应过程产生影响的因素。最后,根据描述动态过程的机理模型,分析了传感器不同工作状态下的动态响应特征,包括不同的氧分压和温度对电荷转移电阻、极化电阻以及氧在电极表面覆盖率的影响。确定了不同条件下电极/电解质系统中电化学反应过程的速率决定步骤。能够为后续的控制算法设计提供指导,方便找到最佳控制参数,提高检测速度。