什么是氧气传感器?氧气传感器是如何工作的?虽然氧气传感器有多种类型,但其测量氧气的工作原理可分为以下三种方式之一:
在有氧的情况下放出电子的化学反应
荧光材料暴露在氧气中时发出的光强度变化
在高温加热下的氧化锆具有运载氧离子的能力
每种类型的氧气传感器都有优缺点。它们用于许多应用和行业,包括汽车、健康和医药、工业、食品和饮料包装、制药等。每种传感器都使用适合应用或环境的不同类型的氧气传感器。
请注意,大多数氧气传感器设计用于测量0到25%的氧气浓度(按体积计)或可呼吸空气中的氧气。但是,也有专门的氧气传感器,可以测量100%的氧气。
以下是目前使用的氧气感应技术的具体类型。请注意,每一个都适合一个或多个特定应用。
1.电化学氧气传感器
电化学氧气传感器主要用于测量环境空气中的氧含量。它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。由于一些电化学传感器会产生自己的模拟电流,因此它们可以自行供电,因此可用于测量氧气电池驱动的水下潜水和手持个人安全装置。示例包括呼吸机、呼吸传感器和血糖传感器。
就传感器的优点而言,电化学传感器因其较低的功率要求、较低的检测限以及受干扰气体的直接影响较小而备受追捧。它们也往往是便宜的传感器。
电化学氧气传感器面临的一个挑战是,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,以在普遍的环境条件下提供可靠的读数。
电化学氧气传感器的另一个挑战是,随着时间的推移,化学反应停止,通常在1到3年之间,这取决于传感器的设计。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准确。
2. 荧光氧传感器
荧光氧传感器基于氧的荧光猝灭原理。它们依靠使用光源、光检测器和对光起反应的发光材料。在许多领域,基于发光的氧气传感器正在取代电化学氧气传感器。
分子氧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时会发出荧光(即发射光能)。然而,如果存在氧分子,光能会转移到氧分子,从而产生较少的荧光。通过使用已知光源,检测到的光能量与样品中氧分子的数量成反比。因此,检测到的荧光越少,样气中必须存在越多的氧分子。
在某些传感器中,荧光在已知的时间间隔内检测两次。不是测量总荧光,而是测量荧光随时间的下降(即荧光猝灭)。这种基于衰减的时间方法允许更简单的传感器设计。
管道式荧光氧传感器LOX-02-F是一种利用氧的荧光猝灭来测量环境氧气水平的传感器。虽然它与传统的电化学传感器具有相同的柱状结构、4系大小,但它不吸收氧气,并且具有寿命更长的优势(5年)。这使得它对于诸如房间氧气耗尽安全警报之类的设备非常有用,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。
管道式荧光氧传感器LOX-02-F
涉及光学传感器的常见应用包括医疗设施、激光器、成像系统和光纤。关于传感器的优势,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、分布式配置和多路传输能力。
3.氧化锆氧气传感器
氧化锆氧气传感器是一种类似电化学方式的氧气传感器。二氧化锆涂有一层薄薄的铂金电极,在高温(>650⁰C),稳定的氧化锆(ZrO2₂)表现出两种机制:
1、ZrO2 部分离解,产生移动的氧离子,因而形成一种氧气的固态电解质。氧化锆盘覆有与恒定DC电流相连的通透电极,使环境中的氧离子能够穿过这种材料,进而在阳极释放一定量的且与输送电荷(电化学泵吸)成正比的氧气。
2、电解质两端的两种不同离子浓度将产生一种电位,又称为能斯特电压。电压大小与两种不同离子浓度比例的自然对数成正比。
O2S-FR-T2-18BM-C
SST利用这两个特性,制作了双氧化锆原理的氧化锆氧气传感器,螺纹型氧化锆氧气传感器O2S-FR-T2-18BM-C测量0.2-300Kpa的氧气分压,也就能测量0-100%Vol氧浓度(在一个大气压下)、准确和可靠性高。可以提供各种属性:结构小,测量范围宽且精度高,线性输出信号,坚固的不锈钢结构内部和外部,可以直接使用在高温和高压环境中,高耐腐蚀性使的传感器可以用于恶劣的环境和燃烧烟道或堆肥的应用程序气流中,不需要参考气体创建的能力来衡量一个宽氧范围与所有版本的产品,非常简单的校准,寿命长达10年,可以提高效率和减少排放燃烧应用。
上海高传电子作为PST集团中国区授权代理商,负责子品牌SST 、Ntron、Michell的产品销售和技术服务工作,针对氧气传感器和氧气分析仪的应用,我们有着化工,制药,3D打印设备,高原弥散供氧,矿用安全,电力开关柜安全监控等等诸多领域的经验。
