什么是微量氧傳感器?它們都是如何工作的?在當(dāng)今的工業(yè)環(huán)境中，氧氣的含量對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有著重要的影響，因此經(jīng)常進(jìn)行測(cè)量。儀器市場(chǎng)上有各種各樣的產(chǎn)品，但在測(cè)量原理上，微量氧氣變送器/分析儀的測(cè)量原理主要有四種：

1.在有氧的情況下放出電子的化學(xué)反應(yīng)——電化學(xué)微量氧傳感器

2.飽和極限電流與周邊環(huán)境中的氧氣濃度成正比——極限電流氧傳感器

3.熒光材料暴露在氧氣中時(shí)發(fā)出的光強(qiáng)度的猝滅變化——光學(xué)微量氧傳感器

4.在氧化鋯在高溫下兩邊氧濃度差形成電動(dòng)勢(shì)差——氧化鋯氧傳感器

一、電化學(xué)(燃料電池)微量氧傳感器——燃料電池微量氧分析儀

電化學(xué)微量氧分析儀采用完全密封的燃料電池O2氧傳感器，是目前世界上氧測(cè)量方法之一。燃料池氧傳感器由高活性氧電極和鉛電極組成，浸入KOH溶液中。氧氣在陰極被還原成氫氧根離子，鉛在陽極被氧化。

KOH 溶液通過聚合物薄膜與外部隔開。樣氣不直接進(jìn)入傳感器，因此溶液和鉛電極不需要定期清洗或更換。樣氣中的氧分子通過聚合物薄膜擴(kuò)散到氧電極中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流由擴(kuò)散到氧電極中的氧分子數(shù)量決定，氧的擴(kuò)散速率與樣氣中的擴(kuò)散速率成正比。

典型的電化學(xué)微量氧傳感器廠家美國(guó)AII、特利丹、GE等品牌。可以測(cè)量的氧濃度范圍0-10PPM是它的特點(diǎn)，在低氧監(jiān)控時(shí)的選擇。愛爾蘭Ntron基于電化學(xué)微量氧傳感器設(shè)計(jì)的SenzTx-100系列微量氧變送器將電化學(xué)氧傳感器輸出的微弱信號(hào)轉(zhuǎn)化成常規(guī)使用的電信號(hào)。

二、極限電流氧氣傳感器——極限電流型微量氧變送器

測(cè)量原理，在氧化鋯固態(tài)電解質(zhì)中流動(dòng)的電流導(dǎo)致氧氣從負(fù)極移動(dòng)到正極(充當(dāng)氧氣泵)。 如果氧氣流向負(fù)極受到氧化鋁基板的限制，則會(huì)產(chǎn)生電流飽和區(qū)域，并且無論施加的電壓如何，都會(huì)流過相同的電流。 流過的電流稱為極限電流。 當(dāng)施加固定電壓時(shí)，電流與氧氣濃度成正比。常規(guī)用于0-1000PPM以及以上的測(cè)量場(chǎng)合，當(dāng)?shù)陀?0PPM時(shí)，由于氧化鋯的固有特性，此時(shí)微水，CO2都能產(chǎn)生電流變化，因此不建議用于該濃度以下的場(chǎng)合。

三、熒光微量氧傳感器

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)O2氧氣傳感器。

熒光氧測(cè)量技術(shù)基于有機(jī)金屬熒光染料的發(fā)光猝滅。由于有用的金屬到配體電荷轉(zhuǎn)移 (MLCT) 過程，染料在可見光譜的藍(lán)色域吸收，并在橙紅色域顯示出強(qiáng)烈的熒光。氧的存在會(huì)猝滅熒光強(qiáng)度(下圖1)以及染料的熒光壽命，因?yàn)檠醴肿优c處于激發(fā)態(tài)的染料發(fā)生碰撞，導(dǎo)致熒光分子更快地返回其基態(tài)。因此，存在的氧越多，熒光強(qiáng)度和壽命的下降幅度越大。

熒光染料的熒光強(qiáng)度和壽命(衰減)的變化與氧分壓 (ppO2) 成正比——見圖 2。熒光衰減測(cè)量原理是被動(dòng)的、可逆的和穩(wěn)健的，并且在檢測(cè)過程中不消耗氧氣。過程。出于這個(gè)原因，熒光染料的熒光壽命與 ppO2 的變化導(dǎo)致校準(zhǔn)的、具有大動(dòng)態(tài)范圍的小型化氧傳感器。

LuminOx 還包含一個(gè)可選的氣壓傳感器，它允許傳感器計(jì)算和輸出除 ppO2 之外的 O2%。常規(guī)的測(cè)量范圍0-1000PPM，0-25%Vol

四、氧化鋯氧氣傳感器——耐高溫氧化鋯微量氧變送器

氧化鋯氧氣傳感器其氧化鋯 (ZrO2) 是一種陶瓷，是一種具有離子傳導(dǎo)特性的固體。當(dāng)溫度達(dá)到600℃以上時(shí)，ZrO2成為良好的氧離子導(dǎo)體。

鉑電極燒結(jié)在氧化鋯電解質(zhì)的每一側(cè)。當(dāng)氧化鋯兩側(cè)的氧分壓不同時(shí)，氧分壓較高的一側(cè)的氧以離子的形式遷移到氧分壓較低的一側(cè)，產(chǎn)生氧分壓。高側(cè)的鉑電極失去電子變?yōu)檎龢O，而低氧側(cè)的鉑電極接收電子并產(chǎn)生負(fù)電，從而在兩個(gè)鉑電極之間產(chǎn)生氧勢(shì)差。這個(gè)電位只與溫度恒定時(shí)兩側(cè)氣體中氧含量的差異(氧濃度差)有關(guān)。如果一側(cè)的含氧量已知(例如空氣中的含氧量恒定)，則另一側(cè)的含氧量(例如手套箱內(nèi)的微含氧量)可以用氧濃度勢(shì)來表示。如果測(cè)量氧濃度電位，就可以知道待測(cè)氣體中的氧含量。

微量氧氣分析儀的典型應(yīng)用：

食品包裝、儲(chǔ)存和吹掃氣體監(jiān)測(cè)。空氣分離裝置、氮?dú)獯祾吆附酉到y(tǒng)、鋼瓶氣體質(zhì)量。手套箱、車間空氣監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)。化學(xué)過程中氧含量的自動(dòng)分析;半導(dǎo)體、磁性材料生產(chǎn);浮法玻璃、水泥建材行業(yè);自動(dòng)分析各種工業(yè)爐、熱處理過程中的氧含量，以及電子元件、制藥等的科學(xué)研究。

審核編輯：湯梓紅