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什么是氧氣傳感器?氧氣傳感器是如何工作的?

發(fā)布時間:2021-11-17


什么是氧氣傳感器?氧氣傳感器是如何工作的?


什么是氧氣傳感器?氧氣傳感器是如何工作的?雖然氧氣傳感器有多種類型,但其測量氧氣的工作原理可分為以下三種方式之一:


在有氧的情況下放出電子的化學(xué)反應(yīng)


熒光材料暴露在氧氣中時發(fā)出的光強度變化


在高溫加熱下的氧化鋯具有運載氧離子的能力


每種類型的氧氣傳感器都有優(yōu)缺點。它們用于許多應(yīng)用和行業(yè),包括汽車、健康和醫(yī)藥、工業(yè)、食品和飲料包裝、制藥等。每種傳感器都使用適合應(yīng)用或環(huán)境的不同類型的氧氣傳感器。


請注意,大多數(shù)氧氣傳感器設(shè)計用于測量0到25%的氧氣濃度(按體積計)或可呼吸空氣中的氧氣。但是,也有專門的氧氣傳感器,可以測量100%的氧氣。


以下是目前使用的氧氣感應(yīng)技術(shù)的具體類型。請注意,每一個都適合一個或多個特定應(yīng)用。


1.電化學(xué)氧氣傳感器


電化學(xué)氧氣傳感器主要用于測量環(huán)境空氣中的氧含量。它們測量傳感器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生與氧氣水平成比例的電輸出。由于一些電化學(xué)傳感器會產(chǎn)生自己的模擬電流,因此它們可以自行供電,因此可用于測量氧氣電池驅(qū)動的水下潛水和手持個人安全裝置。示例包括呼吸機、呼吸傳感器和血糖傳感器。


就傳感器的優(yōu)點而言,電化學(xué)傳感器因其較低的功率要求、較低的檢測限以及受干擾氣體的直接影響較小而備受追捧。它們也往往是便宜的傳感器。


電化學(xué)氧氣傳感器面臨的一個挑戰(zhàn)是,它們依賴于溫度相關(guān)的化學(xué)過程。大多數(shù)電化學(xué)傳感器的輸出在很大程度上依賴于溫度補償,以在普遍的環(huán)境條件下提供可靠的讀數(shù)。


電化學(xué)氧氣傳感器的另一個挑戰(zhàn)是,隨著時間的推移,化學(xué)反應(yīng)停止,通常在1到3年之間,這取決于傳感器的設(shè)計。將其儲存在無氧環(huán)境中不會延長傳感器的使用壽命。隨著傳感器老化,它需要頻繁重新校準(zhǔn),并且不如其他傳感器準(zhǔn)確。


2. 熒光氧傳感器


熒光氧傳感器基于氧的熒光猝滅原理。它們依靠使用光源、光檢測器和對光起反應(yīng)的發(fā)光材料。在許多領(lǐng)域,基于發(fā)光的氧氣傳感器正在取代電化學(xué)氧氣傳感器。


分子氧熒光猝滅的原理早已為人所知。一些分子或化合物在暴露于光時會發(fā)出熒光(即發(fā)射光能)。然而,如果存在氧分子,光能會轉(zhuǎn)移到氧分子,從而產(chǎn)生較少的熒光。通過使用已知光源,檢測到的光能量與樣品中氧分子的數(shù)量成反比。因此,檢測到的熒光越少,樣氣中必須存在越多的氧分子。


在某些傳感器中,熒光在已知的時間間隔內(nèi)檢測兩次。不是測量總熒光,而是測量熒光隨時間的下降(即熒光猝滅)。這種基于衰減的時間方法允許更簡單的傳感器設(shè)計。


管道式熒光氧傳感器是一種利用氧的熒光猝滅來測量環(huán)境氧氣水平的傳感器。雖然它與傳統(tǒng)的電化學(xué)傳感器具有相同的柱狀結(jié)構(gòu)、4系大小,但它不吸收氧氣,并且具有壽命更長的優(yōu)勢(5年)。這使得它對于諸如房間氧氣耗盡安全警報之類的設(shè)備非常有用,這些設(shè)備可以監(jiān)控室內(nèi)空氣中儲存的壓縮氣體中氧氣含量的突然下降。



管道式熒光氧傳感器


涉及光學(xué)傳感器的常見應(yīng)用包括醫(yī)療設(shè)施、激光器、成像系統(tǒng)和光纖。關(guān)于傳感器的優(yōu)勢,許多人發(fā)現(xiàn)光學(xué)傳感器具有更高的靈敏度、更寬的動態(tài)范圍、分布式配置和多路傳輸能力。


3.氧化鋯氧氣傳感器


氧化鋯氧氣傳感器是一種類似電化學(xué)方式的氧氣傳感器。二氧化鋯涂有一層薄薄的鉑金電極,在高溫(>650?C),穩(wěn)定的氧化鋯(ZrO2?)表現(xiàn)出兩種機制:


1、部分離解,產(chǎn)生移動的氧離子,因而形成一種氧氣的固態(tài)電解質(zhì)。氧化鋯盤覆有與恒定DC電流相連的通透電極,使環(huán)境中的氧離子能夠穿過這種材料,進而在陽極釋放一定量的且與輸送電荷(電化學(xué)泵吸)成正比的氧氣。


2、電解質(zhì)兩端的兩種不同離子濃度將產(chǎn)生一種電位,又稱為能斯特電壓。電壓大小與兩種不同離子濃度比例的自然對數(shù)成正比。



SST利用這兩個特性,制作了雙氧化鋯原理的氧化鋯氧氣傳感器,螺紋型氧化鋯氧氣傳感器O2S-FR-T2-18BM-C測量0.2-300Kpa的氧氣分壓,也就能測量0-100%Vol氧濃度(在一個大氣壓下)、準(zhǔn)確和可靠性高。可以提供各種屬性:結(jié)構(gòu)小,測量范圍寬且精度高,線性輸出信號,堅固的不銹鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部和外部,可以直接使用在高溫和高壓環(huán)境中,高耐腐蝕性使的傳感器可以用于惡劣的環(huán)境和燃燒煙道或堆肥的應(yīng)用程序氣流中,不需要參考?xì)怏w創(chuàng)建的能力來衡量一個寬氧范圍與所有版本的產(chǎn)品,非常簡單的校準(zhǔn),壽命長達10年,可以提高效率和減少排放燃燒應(yīng)用。


四氣兩塵傳感器


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