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什么是微量氧传感器?它们都是如何工作的?在当今的工业环境中,氧气的含量对工业生产有着重要的影响,因此经常进行测量。仪器市场上有各种各样的产品,但在测量原理上,微量氧气变送器/分析仪的测量原理主要有四种:

1.在有氧的情况下放出电子的化学反应——电化学微量氧传感器

2.饱和极限电流与周边环境中的氧气浓度成正比——极限电流氧传感器

3.荧光材料暴露在氧气中时发出的光强度的猝灭变化——光学微量氧传感器

4.在氧化锆在高温下两边氧浓度差形成电动势差——氧化锆氧传感器

一、电化学(燃料电池)微量氧传感器——燃料电池微量氧分析仪

电化学微量氧分析仪采用完全密封的燃料电池O2氧传感器,是目前世界上氧测量方法之一。燃料池氧传感器由高活性氧电极和铅电极组成,浸入KOH溶液中。氧气在阴极被还原成氢氧根离子,铅在阳极被氧化。

KOH 溶液通过聚合物薄膜与外部隔开。样气不直接进入传感器,因此溶液和铅电极不需要定期清洗或更换。样气中的氧分子通过聚合物薄膜扩散到氧电极中进行电化学反应。电化学反应产生的电流由扩散到氧电极中的氧分子数量决定,氧的扩散速率与样气中的扩散速率成正比。

典型的电化学微量氧传感器厂家美国AII、特利丹、GE等品牌。可以测量的氧浓度范围0-10PPM是它的特点,在低氧监控时的选择。爱尔兰Ntron基于电化学微量氧传感器设计的SenzTx-100系列微量氧变送器将电化学氧传感器输出的微弱信号转化成常规使用的电信号。

二、极限电流氧气传感器——极限电流型微量氧变送器

测量原理,在氧化锆固态电解质中流动的电流导致氧气从负极移动到正极(充当氧气泵)。 如果氧气流向负极受到氧化铝基板的限制,则会产生电流饱和区域,并且无论施加的电压如何,都会流过相同的电流。 流过的电流称为极限电流。 当施加固定电压时,电流与氧气浓度成正比。常规用于0-1000PPM以及以上的测量场合,当低于10PPM时,由于氧化锆的固有特性,此时微水,CO2都能产生电流变化,因此不建议用于该浓度以下的场合。

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三、荧光微量氧传感器

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O2氧气传感器。

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荧光氧测量技术基于有机金属荧光染料的发光猝灭。由于有用的金属到配体电荷转移 (MLCT) 过程,染料在可见光谱的蓝色域吸收,并在橙红色域显示出强烈的荧光。氧的存在会猝灭荧光强度(下图1)以及染料的荧光寿命,因为氧分子与处于激发态的染料发生碰撞,导致荧光分子更快地返回其基态。因此,存在的氧越多,荧光强度和寿命的下降幅度越大。

荧光染料的荧光强度和寿命(衰减)的变化与氧分压 (ppO2) 成正比——见图 2。荧光衰减测量原理是被动的、可逆的和稳健的,并且在检测过程中不消耗氧气。过程。出于这个原因,荧光染料的荧光寿命与 ppO2 的变化导致校准的、具有大动态范围的小型化氧传感器。

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LuminOx 还包含一个可选的气压传感器,它允许传感器计算和输出除 ppO2 之外的 O2%。常规的测量范围0-1000PPM,0-25%Vol

四、氧化锆氧气传感器——耐高温氧化锆微量氧变送器

氧化锆氧气传感器其氧化锆 (ZrO2) 是一种陶瓷,是一种具有离子传导特性的固体。当温度达到600℃以上时,ZrO2成为良好的氧离子导体。

铂电极烧结在氧化锆电解质的每一侧。当氧化锆两侧的氧分压不同时,氧分压较高的一侧的氧以离子的形式迁移到氧分压较低的一侧,产生氧分压。高侧的铂电极失去电子变为正极,而低氧侧的铂电极接收电子并产生负电,从而在两个铂电极之间产生氧势差。这个电位只与温度恒定时两侧气体中氧含量的差异(氧浓度差)有关。如果一侧的含氧量已知(例如空气中的含氧量恒定),则另一侧的含氧量(例如手套箱内的微含氧量)可以用氧浓度势来表示。如果测量氧浓度电位,就可以知道待测气体中的氧含量。

微量氧气分析仪的典型应用:

食品包装、储存和吹扫气体监测。空气分离装置、氮气吹扫焊接系统、钢瓶气体质量。手套箱、车间空气监测、监测。化学过程中氧含量的自动分析;半导体、磁性材料生产;浮法玻璃、水泥建材行业;自动分析各种工业炉、热处理过程中的氧含量,以及电子元件、制药等的科学研究。

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