氧氣監(jiān)測儀的預期用途和原理

氧氣監(jiān)測儀的預期用途

氧監(jiān)測儀的用途大致可分為“預防缺氧"和“氧濃度管理"兩種。

1、監(jiān)測（檢測/監(jiān)測）氧氣濃度，防止缺氧

它對于維持封閉空間內(nèi)的生命活動起著極其重要的作用。這是因為，當氧氣濃度低于15%時，人類會呼吸困難；當氧氣濃度低于7%時，大腦功能會受損；當氧氣濃度低于4%時，就會發(fā)生死亡。設備有兩種類型：便攜式和壁掛式。

2、工業(yè)過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)爐中的燃燒過程還需要監(jiān)測和控制氧氣濃度，以優(yōu)化燃燒效率和氧化還原過程。

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

氧氣監(jiān)測儀原理

氧氣監(jiān)測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“磁性類型"和“可調(diào)諧波長半導體激光光譜類型"。

1.原電池類型

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

陽極：Pb + 2OH - → Pb 2+ +H2O + 2e -

陰極：O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4H 2 O

陽極釋放的電子到達陰極，從空氣中獲取的氧氣捕獲陽極釋放的電子。這種電子流（電流）與氧氣濃度成正比，因此可以通過測量電流來測量氧氣濃度。該反應是自發(fā)發(fā)生的，因此不需要電源來驅動傳感器。

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。氧化鋯具有在固態(tài)時能夠傳導負氧離子（O 2 - ）的特性，允許離子從高氧濃度的氣體（大氣中）傳導到低氧濃度的大氣（例如在工業(yè)爐）。

通過該離子的傳導產(chǎn)生電位差，在高O 2濃度側和低O 2濃度側設置電極，產(chǎn)生電動勢。這種關系就像電池的正極和負極一樣。

O 2高濃度側：O 2 + 4e - → 2O 2 -

O 2低濃度側：2O 2 - → O 2 + 4e -

由于電極之間產(chǎn)生的電動勢遵循能斯特方程（見下文），因此可以確定每個電極處的氧分壓。

E= (RT/4F) ·ln (PA/PB)

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

溫度通過附在氧化鋯上的熱電偶測量。另外，在約400℃以下的氣氛下，通過取樣管將目標氣體導入裝置內(nèi)，使用鉑加熱器等將氧化鋯池加熱至規(guī)定溫度（取樣法）。這是因為為了使氧化鋯發(fā)揮固體電解質(zhì)的作用，需要500℃以上的溫度。