什么是氧气监测仪？氧气监测仪的使用及类型

什么是氧气监测仪？

氧气监测仪是测量空气中氧气浓度的测量设备。

也称为氧气传感器或氧气计。氧气监测仪是必要的，因为氧气是人类生命必需的物质。

监测氧气浓度极其重要，特别是在氧气很容易耗尽的封闭工作阀门工厂中。此外，在许多科学和工业领域，从过程控制和设备维护的角度来看，需要精确的氧气浓度管理。提供具有各种测量条件的测量系统，以满足科学和工业领域的需求。

典型的例子是氧化锆传感器，用于半导体制造中的产品管理、汽车节能、废气净化等。有关氧气监测仪的更多信息，请参见下图。

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。氧化锆在固态时具有传导负氧离子（O ^₂ - ）的特性，允许离子从高氧浓度的气体（大气中）传导到低氧浓度的气氛（例如工业炉内） 。

通过该离子的传导而产生电位差，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。

氧气监测仪的类型

需要使用不同的氧气计产品来防止缺氧和维持工业过程中的低氧浓度。

1. 氧气监测仪，防止缺氧

原电池类型用于便携式和固定式氧气系统，以防止缺氧。这种类型不需要电源来驱动传感器。

传感器的使用寿命约为2至3年。但使用环境仅限于接近一般环境的大气，精度约为±0.5%O2。设备有便携式和壁挂式两种类型，部分产品具有防爆功能。

2.工业应用氧气监测仪

氧化锆型产品适用于测量工业炉等高温工业过程中的氧气浓度。在700℃以上的大气中，采用将传感器部直接插入大气中的直插型。

另一方面，对于低于400℃的温度，采用采用采样管吸入炉内气氛气体并单独加热氧化锆电池的采样方法的产品是合适的。需要根据目的选择正确的。