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幾種常用的氧氣傳感器簡(jiǎn)介
發(fā)布時(shí)間:2021-11-17
幾種常用的氧氣傳感器簡(jiǎn)介
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(lèi)型,但其測(cè)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(shí)發(fā)出的光強(qiáng)度變化
在高溫加熱下的氧化鋯具有運(yùn)載氧離子的能力
每種類(lèi)型的氧氣傳感器都有優(yōu)缺點(diǎn)。它們用于許多應(yīng)用和行業(yè),包括汽車(chē)、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(lèi)型的氧氣傳感器。
請(qǐng)注意,大多數(shù)氧氣傳感器設(shè)計(jì)用于測(cè)量0到25%的氧氣濃度(按體積計(jì))或可呼吸空氣中的氧氣。但是,也有專(zhuān)門(mén)的氧氣傳感器,可以測(cè)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(lèi)型。請(qǐng)注意,每一個(gè)都適合一個(gè)或多個(gè)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(cè)量環(huán)境空氣中的氧含量。它們測(cè)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(huì)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(cè)量氧氣電池驅(qū)動(dòng)的水下潛水和手持個(gè)人安全裝置。示例包括呼吸機(jī)、呼吸傳感器和血糖傳感器。
就傳感器的優(yōu)點(diǎn)而言,電化學(xué)傳感器因其較低的功率要求、較低的檢測(cè)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(gè)挑戰(zhàn)是,它們依賴(lài)于溫度相關(guān)的化學(xué)過(guò)程。大多數(shù)電化學(xué)傳感器的輸出在很大程度上依賴(lài)于溫度補(bǔ)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(gè)挑戰(zhàn)是,隨著時(shí)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(jì)。將其儲(chǔ)存在無(wú)氧環(huán)境中不會(huì)延長(zhǎng)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(cè)器和對(duì)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(shí)會(huì)發(fā)出熒光(即發(fā)射光能)。然而,如果存在氧分子,光能會(huì)轉(zhuǎn)移到氧分子,從而產(chǎn)生較少的熒光。通過(guò)使用已知光源,檢測(cè)到的光能量與樣品中氧分子的數(shù)量成反比。因此,檢測(cè)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(shí)間間隔內(nèi)檢測(cè)兩次。不是測(cè)量總熒光,而是測(cè)量熒光隨時(shí)間的下降(即熒光猝滅)。這種基于衰減的時(shí)間方法允許更簡(jiǎn)單的傳感器設(shè)計(jì)。
管道式熒光氧傳感器是一種利用氧的熒光猝滅來(lái)測(cè)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(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)(5年)。這使得它對(duì)于諸如房間氧氣耗盡安全警報(bào)之類(lèi)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(chǔ)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(jiàn)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(shì),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(dòng)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(lèi)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(jī)制:
1、部分離解,產(chǎn)生移動(dòng)的氧離子,因而形成一種氧氣的固態(tài)電解質(zhì)。氧化鋯盤(pán)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(guò)這種材料,進(jìn)而在陽(yáng)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(chēng)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(duì)數(shù)成正比。
SST利用這兩個(gè)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(cè)量0.2-300Kpa的氧氣分壓,也就能測(cè)量0-100%Vol氧濃度(在一個(gè)大氣壓下)、準(zhǔn)確和可靠性高??梢蕴峁└鞣N屬性:結(jié)構(gòu)小,測(cè)量范圍寬且精度高,線性輸出信號(hào),堅(jiān)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(lái)衡量一個(gè)寬氧范圍與所有版本的產(chǎn)品,非常簡(jiǎn)單的校準(zhǔn),壽命長(zhǎng)達(dá)10年,可以提高效率和減少排放燃燒應(yīng)用。