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

1.在有氧的情況下放出電子的化學反應——電化學微量氧傳感器

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發(fā)出的光強度的猝滅變化——光學微量氧傳感器

4.在氧化鋯在高溫下兩邊氧濃度差形成電動勢差——氧化鋯氧傳感器

一、電化學(燃料電池)微量氧傳感器——燃料電池微量氧分析儀

電化學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散到氧電極中進行電化學反應。電化學反應產生的電流由擴散到氧電極中的氧分子數量決定，氧的擴散速率與樣氣中的擴散速率成正比。

典型的電化學微量氧傳感器廠家美國AII、特利丹、GE等品牌。可以測量的氧濃度范圍0-10PPM是它的特點，在低氧監(jiān)控時的選擇。愛爾蘭Ntron基于電化學微量氧傳感器設計的SenzTx-100系列微量氧變送器將電化學氧傳感器輸出的微弱信號轉化成常規(guī)使用的電信號。

二、極限電流氧氣傳感器——極限電流型微量氧變送器

測量原理，在氧化鋯固態(tài)電解質中流動的電流導致氧氣從負極移動到正極(充當氧氣泵)。 如果氧氣流向負極受到氧化鋁基板的限制，則會產生電流飽和區(qū)域，并且無論施加的電壓如何，都會流過相同的電流。 流過的電流稱為極限電流。 當施加固定電壓時，電流與氧氣濃度成正比。常規(guī)用于0-1000PPM以及以上的測量場合，當低于10PPM時，由于氧化鋯的固有特性，此時微水，CO2都能產生電流變化，因此不建議用于該濃度以下的場合。

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、光檢測器和對光起反應的發(fā)光材料。在許多領域，基于發(fā)光的氧氣傳感器正在取代電化學O2氧氣傳感器。

熒光氧測量技術基于有機金屬熒光染料的發(fā)光猝滅。由于有用的金屬到配體電荷轉移 (MLCT) 過程，染料在可見光譜的藍色域吸收，并在橙紅色域顯示出強烈的熒光。氧的存在會猝滅熒光強度(下圖1)以及染料的熒光壽命，因為氧分子與處于激發(fā)態(tài)的染料發(fā)生碰撞，導致熒光分子更快地返回其基態(tài)。因此，存在的氧越多，熒光強度和壽命的下降幅度越大。

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

LuminOx 還包含一個可選的氣壓傳感器，它允許傳感器計算和輸出除 ppO2 之外的 O2%。常規(guī)的測量范圍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特性的固體。當溫度達到600℃以上時，ZrO2成為良好的氧離子導體。

鉑電極燒結在氧化鋯電解質的每一側。當氧化鋯兩側的氧分壓不同時，氧分壓較高的一側的氧以離子的形式遷移到氧分壓較低的一側，產生氧分壓。高側的鉑電極失去電子變?yōu)檎龢O，而低氧側的鉑電極接收電子并產生負電，從而在兩個鉑電極之間產生氧勢差。這個電位只與溫度恒定時兩側氣體中氧含量的差異(氧濃度差)有關。如果一側的含氧量已知(例如空氣中的含氧量恒定)，則另一側的含氧量(例如手套箱內的微含氧量)可以用氧濃度勢來表示。如果測量氧濃度電位，就可以知道待測氣體中的氧含量。

微量氧氣分析儀的典型應用：

食品包裝、儲存和吹掃氣體監(jiān)測。空氣分離裝置、氮氣吹掃焊接系統(tǒng)、鋼瓶氣體質量。手套箱、車間空氣監(jiān)測、監(jiān)測。化學過程中氧含量的自動分析;半導體、磁性材料生產;浮法玻璃、水泥建材行業(yè);自動分析各種工業(yè)爐、熱處理過程中的氧含量，以及電子元件、制藥等的科學研究。

審核編輯：湯梓紅