氧气传感器如何检测氧气含量的

氧传感器用于许多应用和工业中，包括汽车、健康和医药、工业、食品和饮料包装、制药等等，但是氧传感器有很多种，每一种都使用最适合该应用的不同类型的氧传感器，请注意，大多数氧气传感器设计用于测量0-25%体积或可呼吸空气中的氧气。然而，也有专门的氧气传感器，可以测量高达100%的氧气。值得注意的是，氧传感器实际上并不测量氧浓度，而是测量废气中的氧量和空气中的氧量之间的差异。可以分为以下三种:

在氧气存在的情况下释放电子的化学反应。

(资料图)

当暴露在氧气中时，荧光物质发出的光强度的变化。

当氧气通过时，声音、光或磁场的波长发生变化。

以下是目前使用的氧气传感技术的具体类型：

电化学氧传感器

电化学氧传感器主要用于测量环境空气中的氧含量。他们测量传感器内的化学反应，产生与氧气水平成比例的电输出。因为电化学传感器产生电流，所以它们可以自供电，这使得它们可用于测量氧气、电池供电的水下潜水和手持个人安全设备。示例包括呼气测醉器、呼吸传感器和血糖传感器。

就传感器优势而言，电化学传感器因其低功率要求、较低的检测极限以及通常较少受到干扰气体的直接影响而受到追捧。它们也往往是最便宜的传感器。 电化学氧传感器面临的挑战是它们依赖于温度相关的化学过程。大多数电化学传感器的输出在很大程度上依赖于温度补偿，以便在大范围的环境条件下提供可靠的读数。

电化学氧传感器的另一个挑战是，随着时间的推移，化学反应会变慢并停止，根据传感器的设计，通常在1至3年之间。将其储存在无氧环境中不会延长传感器的使用寿命。随着传感器老化，它需要频繁重新校准，并且不如其他传感器精确。 然而，由于其坚固的设计、低成本和自供电，电化学氧传感器被用于许多设备，尤其是手持式气体分析仪。

AlphaSense是最受欢迎的电化学氧传感器制造商之一。他们的传感器用于世界各地使用的几十种多气体探测器和便携式安全仪表。

氧化锆氧传感器

氧化锆氧传感器利用热和化学来检测氧气。二氧化氧化锆涂有一层薄的多孔铂，形成固态电化学燃料电池。一氧化碳(如果存在于测试气体中)被氧气氧化形成CO2，从而触发成比例的电流。氧化锆传感器不直接感测O2，而是感测样气和新鲜空气中氧气浓度的差异。

虽然氧化锆氧传感器最常用于控制汽车和卡车的空燃比，但它们在工业应用中也很重要。例如，SST的氧化锆氧气传感器系统使用这种技术来测量烟气、燃烧控制系统、煤、石油、天然气、生物质和氧气发生系统中的氧气含量。

这种类型的氧传感器的另一个特征是小的锆基元件不需要校准。即使暴露在潮湿或其他气体中，它们也能保持精度。因为氧化锆氧传感器能够在高温和高压下工作，所以可能的应用使其在汽车工业中有用。几乎每辆生产的汽车或卡车都使用两个氧化锆氧传感器，也称为lambda传感器，来调整燃料空气比，以最大限度地提高燃烧效率。氧化锆传感器的缺点是氧气测量需要高温。在使用过程中，传感器中的加热器将样气加热到300°f以上。加热器需要大量的电力，因此氧化锆氧传感器不用于电池供电或手持设备。此外，氧化锆传感器在需要非常高的精度的地方没有用。

氧化锆氧传感器的变体是平面氧传感器。像传统的氧化锆氧传感器一样，它具有防潮性，坚固耐用，需要内置加热器才能工作。然而，它使用氧化铝代替氧化锆，氧化铝能够更快地达到所需的温度。因此，平面氧传感器可以在不到10秒的时间内开始读取氧气水平，而不是传统氧化锆传感器正常的30秒预热时间。这一进步使其成为汽车lambda传感器的更好替代品，用于减少冷启动期间出现的NOX气体。

荧光氧传感器

荧光氧传感器基于氧气使荧光猝灭的原理。它们依赖于光源、光探测器和对光起反应的发光材料的使用。在许多领域，基于发光的氧传感器正在取代克拉克电极。

分子氧导致荧光猝灭的原理早已为人所知。一些分子或化合物在暴露于光下时会发出荧光(即发出光能)。然而，如果存在氧分子，光能转移到氧分子，导致荧光减少。通过使用已知的光源，检测到的光能的量与样品中氧分子的数量成反比。因此，检测到的荧光越少，样气中存在的氧分子就越多。

在一些传感器中，荧光以已知的时间间隔被检测两次。不是测量总荧光，而是测量发光随时间的下降(即荧光猝灭)。这种基于衰减的计时方法允许更简单的传感器设计。

使用被氧气猝灭的荧光来测量环境氧气水平的传感器的一个例子是LuminOX LOX-02传感器。虽然它与传统的电化学传感器具有相同的足迹，但它不吸收氧气，并且具有更长的使用寿命的优势。这使得它可以用于像室内氧气耗尽安全报警器这样的设备，这些设备可以监控室内空气中储存的压缩气体中氧气含量的突然下降。

荧光氧传感器的常见应用包括医疗设施、激光、成像系统和光纤。关于传感器的优点，许多人发现光学传感器具有更高的灵敏度、更宽的动态范围、分布式配置和多路复用能力。

原文标题 : 氧气传感器如何检测氧气含量的

标签：