氧气监测仪的预期用途和原理

氧气监测仪的预期用途

氧监测仪的用途大致可分为“预防缺氧"和“氧浓度管理"两种。

1、监测（检测/监测）氧气浓度，防止缺氧

它对于维持封闭空间内的生命活动起着极其重要的作用。这是因为，当氧气浓度低于15%时，人类会呼吸困难；当氧气浓度低于7%时，大脑功能会受损；当氧气浓度低于4%时，就会发生死亡。设备有两种类型：便携式和壁挂式。

2、工业过程中的氧气浓度管理等。

在某些工业热处理工艺中，例如化学工业、陶瓷和金属，必须保持较低的氧气浓度。工业炉中的燃烧过程还需要监测和控制氧气浓度，以优化燃烧效率和氧化还原过程。

用于这些工业应用的氧气监测仪可能会在高温环境中遭受剧烈的化学反应。您需要一款能够承受恶劣环境的产品。

氧气监测仪原理

氧气监测仪有两种主要工作原理：原电池型和氧化锆固体电解质型。其他方法包括“磁性类型"和“可调谐波长半导体激光光谱类型"。

1.原电池类型

它由允许外界氧气通过的树脂膜、金 (Au) 和铅 (Pb) 电极以及电解质（氢氧化钾水溶液）组成。每个电极上都会发生以下反应。

阳极：Pb + 2OH - → Pb 2+ +H2O + 2e -

阴极：O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4H 2 O

阳极释放的电子到达阴极，从空气中获取的氧气捕获阳极释放的电子。这种电子流（电流）与氧气浓度成正比，因此可以通过测量电流来测量氧气浓度。该反应是自发发生的，因此不需要电源来驱动传感器。

2.氧化锆固体电解质法

该方法使用氧化锆电池，利用氧化锆在500°C或更高的高温下表现出固体电解质特性的事实。氧化锆具有在固态时能够传导负氧离子（O 2 - ）的特性，允许离子从高氧浓度的气体（大气中）传导到低氧浓度的大气（例如在工业炉）。

通过该离子的传导产生电位差，在高O 2浓度侧和低O 2浓度侧设置电极，产生电动势。这种关系就像电池的正极和负极一样。

O 2高浓度侧：O 2 + 4e - → 2O 2 -

O 2低浓度侧：2O 2 - → O 2 + 4e -

由于电极之间产生的电动势遵循能斯特方程（见下文），因此可以确定每个电极处的氧分压。

E= (RT/4F) ·ln (PA/PB)

(R：气体常数、T：温度、F：法拉第常数、PA：高浓度侧氧分压(大气中)、PB：低浓度侧氧分压)

温度通过附在氧化锆上的热电偶测量。另外，在约400℃以下的气氛下，通过取样管将目标气体导入装置内，使用铂加热器等将氧化锆池加热至规定温度（取样法）。这是因为为了使氧化锆发挥固体电解质的作用，需要500℃以上的温度。