什么是氧氣監(jiān)測(cè)儀？

氧氣監(jiān)測(cè)儀是測(cè)量空氣中氧氣濃度的測(cè)量設(shè)備。

也稱(chēng)為氧氣傳感器或氧氣計(jì)。氧氣監(jiān)測(cè)儀是必要的，因?yàn)檠鯕馐侨祟?lèi)生命必需的物質(zhì)。

監(jiān)測(cè)氧氣濃度極其重要，特別是在氧氣很容易耗盡的封閉工作閥門(mén)工廠中。此外，在許多科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域，從過(guò)程控制和設(shè)備維護(hù)的角度來(lái)看，需要精確的氧氣濃度管理。提供具有各種測(cè)量條件的測(cè)量系統(tǒng)，以滿足科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域的需求。

典型的例子是氧化鋯傳感器，用于半導(dǎo)體制造中的產(chǎn)品管理、汽車(chē)節(jié)能、廢氣凈化等。有關(guān)氧氣監(jiān)測(cè)儀的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)下圖。

氧氣監(jiān)測(cè)儀的預(yù)期用途

氧監(jiān)測(cè)儀的用途大致可分為“預(yù)防缺氧"和“氧濃度管理"兩種。

1、監(jiān)測(cè)（檢測(cè)/監(jiān)測(cè)）氧氣濃度，防止缺氧

它對(duì)于維持封閉空間內(nèi)的生命活動(dòng)起著極其重要的作用。這是因?yàn)椋?dāng)氧氣濃度低于15%時(shí)，人類(lèi)會(huì)呼吸困難；當(dāng)氧氣濃度低于7%時(shí)，大腦功能會(huì)受損；當(dāng)氧氣濃度低于4%時(shí)，就會(huì)發(fā)生死亡。設(shè)備有兩種類(lèi)型：便攜式和壁掛式。

2、工業(yè)過(guò)程中的氧氣濃度管理等。

在某些工業(yè)熱處理工藝中，例如化學(xué)工業(yè)、陶瓷和金屬，必須保持較低的氧氣濃度。工業(yè)爐中的燃燒過(guò)程還需要監(jiān)測(cè)和控制氧氣濃度，以?xún)?yōu)化燃燒效率和氧化還原過(guò)程。

用于這些工業(yè)應(yīng)用的氧氣監(jiān)測(cè)儀可能會(huì)在高溫環(huán)境中遭受劇烈的化學(xué)反應(yīng)。您需要一款能夠承受惡劣環(huán)境的產(chǎn)品。

氧氣監(jiān)測(cè)儀原理

氧氣監(jiān)測(cè)儀有兩種主要工作原理：原電池型和氧化鋯固體電解質(zhì)型。其他方法包括“磁性類(lèi)型"和“可調(diào)諧波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光光譜類(lèi)型"。

1.原電池類(lèi)型

它由允許外界氧氣通過(guò)的樹(shù)脂膜、金 (Au) 和鉛 (Pb) 電極以及電解質(zhì)（氫氧化鉀水溶液）組成。每個(gè)電極上都會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)。

• 陽(yáng)極：Pb + 2OH ^- → Pb ²⁺ +H2O + 2e ^-

• 陰極：O ₂ + 2H ₂ O + 4e ^- → 4H ₂ O

陽(yáng)極釋放的電子到達(dá)陰極，從空氣中獲取的氧氣捕獲陽(yáng)極釋放的電子。這種電子流（電流）與氧氣濃度成正比，因此可以通過(guò)測(cè)量電流來(lái)測(cè)量氧氣濃度。該反應(yīng)是自發(fā)發(fā)生的，因此不需要電源來(lái)驅(qū)動(dòng)傳感器。

2.氧化鋯固體電解質(zhì)法

該方法使用氧化鋯電池，利用氧化鋯在500°C或更高的高溫下表現(xiàn)出固體電解質(zhì)特性的事實(shí)。氧化鋯在固態(tài)時(shí)具有傳導(dǎo)負(fù)氧離子（O ^₂ - ）的特性，允許離子從高氧濃度的氣體（大氣中）傳導(dǎo)到低氧濃度的氣氛（例如工業(yè)爐內(nèi)） 。

通過(guò)該離子的傳導(dǎo)而產(chǎn)生電位差，在高O ₂濃度側(cè)和低O ₂濃度側(cè)設(shè)置電極，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種關(guān)系就像電池的正極和負(fù)極一樣。

• O ₂高濃度側(cè)：O ₂ + 4e ^- → 2O ₂ ^-

• O ₂低濃度側(cè)：2O ₂ ^- → O ₂ + 4e ^-

由于電極之間產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)遵循能斯特方程（見(jiàn)下文），因此可以確定每個(gè)電極處的氧分壓。

• E= (RT/4F) ·ln (PA/PB)

• (R：氣體常數(shù)、T：溫度、F：法拉第常數(shù)、PA：高濃度側(cè)氧分壓(大氣中)、PB：低濃度側(cè)氧分壓)

溫度通過(guò)附在氧化鋯上的熱電偶測(cè)量。另外，在約400℃以下的氣氛下，通過(guò)取樣管將目標(biāo)氣體導(dǎo)入裝置內(nèi)，使用鉑加熱器等將氧化鋯池加熱至規(guī)定溫度（取樣法）。這是因?yàn)闉榱耸寡趸啺l(fā)揮固體電解質(zhì)的作用，需要500℃以上的溫度。

氧氣監(jiān)測(cè)儀的類(lèi)型

需要使用不同的氧氣計(jì)產(chǎn)品來(lái)防止缺氧和維持工業(yè)過(guò)程中的低氧濃度。

1. 氧氣監(jiān)測(cè)儀，防止缺氧

原電池類(lèi)型用于便攜式和固定式氧氣系統(tǒng)，以防止缺氧。這種類(lèi)型不需要電源來(lái)驅(qū)動(dòng)傳感器。

傳感器的使用壽命約為2至3年。但使用環(huán)境僅限于接近一般環(huán)境的大氣，精度約為±0.5%O2。設(shè)備有便攜式和壁掛式兩種類(lèi)型，部分產(chǎn)品具有防爆功能。

2.工業(yè)應(yīng)用氧氣監(jiān)測(cè)儀

氧化鋯型產(chǎn)品適用于測(cè)量工業(yè)爐等高溫工業(yè)過(guò)程中的氧氣濃度。在700℃以上的大氣中，采用將傳感器部直接插入大氣中的直插型。

另一方面，對(duì)于低于400℃的溫度，采用采用采樣管吸入爐內(nèi)氣氛氣體并單獨(dú)加熱氧化鋯電池的采樣方法的產(chǎn)品是合適的。需要根據(jù)目的選擇正確的。