什么是氧氣監測儀？氧氣監測儀的使用及類型

什么是氧氣監測儀？

氧氣監測儀是測量空氣中氧氣濃度的測量設備。

也稱為氧氣傳感器或氧氣計。氧氣監測儀是必要的，因為氧氣是人類生命必需的物質。

監測氧氣濃度極其重要，特別是在氧氣很容易耗盡的封閉工作閥門工廠中。此外，在許多科學和工業領域，從過程控制和設備維護的角度來看，需要精確的氧氣濃度管理。提供具有各種測量條件的測量系統，以滿足科學和工業領域的需求。

典型的例子是氧化鋯傳感器，用于半導體制造中的產品管理、汽車節能、廢氣凈化等。有關氧氣監測儀的更多信息，請參見下圖。

氧氣監測儀的預期用途

氧監測儀的用途大致可分為“預防缺氧"和“氧濃度管理"兩種。

1、監測（檢測/監測）氧氣濃度，防止缺氧

它對于維持封閉空間內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，就會發生死亡。設備有兩種類型：便攜式和壁掛式。

2、工業過程中的氧氣濃度管理等。

在某些工業熱處理工藝中，例如化學工業、陶瓷和金屬，必須保持較低的氧氣濃度。工業爐中的燃燒過程還需要監測和控制氧氣濃度，以優化燃燒效率和氧化還原過程。

用于這些工業應用的氧氣監測儀可能會在高溫環境中遭受劇烈的化學反應。您需要一款能夠承受惡劣環境的產品。

氧氣監測儀原理

氧氣監測儀有兩種主要工作原理：原電池型和氧化鋯固體電解質型。其他方法包括“磁性類型"和“可調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（氫氧化鉀水溶液）組成。每個電極上都會發生以下反應。

• 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。該反應是自發發生的，因此不需要電源來驅動傳感器。

2.氧化鋯固體電解質法

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出固體電解質特性的事實。氧化鋯在固態時具有傳導負氧離子（O ^₂ - ）的特性，允許離子從高氧濃度的氣體（大氣中）傳導到低氧濃度的氣氛（例如工業爐內） 。

通過該離子的傳導而產生電位差，在高O ₂濃度側和低O ₂濃度側設置電極，產生電動勢。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、T：溫度、F：法拉第常數、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，使用鉑加熱器等將氧化鋯池加熱至規定溫度（取樣法）。這是因為為了使氧化鋯發揮固體電解質的作用，需要500℃以上的溫度。

氧氣監測儀的類型

需要使用不同的氧氣計產品來防止缺氧和維持工業過程中的低氧濃度。

1. 氧氣監測儀，防止缺氧

原電池類型用于便攜式和固定式氧氣系統，以防止缺氧。這種類型不需要電源來驅動傳感器。

傳感器的使用壽命約為2至3年。但使用環境僅限于接近一般環境的大氣，精度約為±0.5%O2。設備有便攜式和壁掛式兩種類型，部分產品具有防爆功能。

2.工業應用氧氣監測儀

氧化鋯型產品適用于測量工業爐等高溫工業過程中的氧氣濃度。在700℃以上的大氣中，采用將傳感器部直接插入大氣中的直插型。

另一方面，對于低于400℃的溫度，采用采用采樣管吸入爐內氣氛氣體并單獨加熱氧化鋯電池的采樣方法的產品是合適的。需要根據目的選擇正確的。