找到適合您應(yīng)用的氧氣監(jiān)測(cè)解決方案

不同制造商生產(chǎn)的磁動(dòng)力順磁氧傳感器在設(shè)計(jì)上存在差異。此外，還開發(fā)了其他類型的傳感器，利用氧氣對(duì)磁場(chǎng)的敏感性，例如熱磁式或“磁風(fēng)”式傳感器以及磁氣動(dòng)式傳感器。一般來說，順磁氧傳感器具有好的響應(yīng)速度，且無需消耗性部件，因此在正常情況下傳感器壽命相當(dāng)長(zhǎng)。它在1%至100%的氧氣濃度范圍內(nèi)也具有出色的精度。  

磁動(dòng)力傳感器非常精密，對(duì)振動(dòng)和/或位置變化十分敏感。由于測(cè)量靈敏度降低，順磁性氧傳感器通常不推薦用于痕量氧的測(cè)量。其他具有磁化率的氣體也會(huì)導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差。順磁性氧傳感器和分析儀的制造商應(yīng)提供有關(guān)這些干擾氣體的詳細(xì)信息。 

極譜氧傳感器

極譜氧傳感器通常被稱為克拉克池[J.L. Clark (1822-1898)]。在這種傳感器中，陽極（通常為銀）和陰極（通常為金）都浸入KCl水溶液電解質(zhì)中。電極與樣品之間由半透膜隔開，該半透膜提供了氧氣擴(kuò)散進(jìn)入傳感器的機(jī)制。  

銀陽極通常相對(duì)于金陰極保持0.8V的電位（極化電壓）。分子氧發(fā)生電化學(xué)消耗，并伴隨產(chǎn)生與氧氣濃度成正比的電流（根據(jù)法拉第定律）。傳感器產(chǎn)生的電流輸出經(jīng)電子放大后，即可得到氧氣百分比測(cè)量值。

極譜氧傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一是，在不工作時(shí)，電極（陽極）不會(huì)消耗，因此存儲(chǔ)時(shí)間幾乎無限長(zhǎng)。與電化學(xué)氧傳感器一樣，它們對(duì)位置不敏感。由于極譜氧傳感器的獨(dú)特設(shè)計(jì)，它是液體中溶解氧測(cè)量的s選傳感器。對(duì)于氣相氧測(cè)量，極譜氧傳感器僅適用于百分比級(jí)的氧測(cè)量。相對(duì)較高的傳感器更換頻率是另一個(gè)潛在的缺點(diǎn)，維護(hù)傳感器膜和電解液也是一個(gè)需要考慮的問題。  

極譜氧傳感器的一種變體是某些制造商所稱的非耗盡型庫侖傳感器，其兩個(gè)相似的電極浸入氫氧化鉀電解液中。通常，在兩個(gè)電極之間施加1.3V直流外加電動(dòng)勢(shì)，作為氧化還原反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。該反應(yīng)產(chǎn)生的電流與樣品氣體中的氧氣濃度成正比。與其他類型的傳感器一樣，傳感器輸出的信號(hào)在顯示之前需要進(jìn)行放大和信號(hào)調(diào)理。

與傳統(tǒng)的極譜氧傳感器不同，這種傳感器既可用于測(cè)量百分比氧，也可用于測(cè)量痕量氧。然而，與氧化鋯傳感器不同，這種傳感器無法同時(shí)用于測(cè)量高百分比氧和痕量氧。該傳感器的一大優(yōu)勢(shì)在于能夠測(cè)量十億分之一級(jí)別的氧。這種傳感器對(duì)位置非常敏感，更換成本相當(dāng)昂貴，在某些情況下，甚至相當(dāng)于購(gòu)買一臺(tái)其他類型傳感器的分析儀。因此，不建議將其用于氧濃度超過25%的應(yīng)用場(chǎng)合。

氧化鋯氧傳感器

這種傳感器有時(shí)被稱為“高溫”電化學(xué)傳感器，其工作原理基于能斯特原理[W.H. Nernst (1864-1941)]。氧化鋯傳感器采用固態(tài)電解質(zhì)，該電解質(zhì)通常由氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯制成。氧化鋯探針的兩側(cè)鍍有鉑，鉑作為傳感器電極。

為了使氧化鋯傳感器正常工作，必須將其加熱至約 650 攝氏度。在此溫度下，氧化鋯晶格在分子層面上變得多孔，允許氧離子根據(jù)氧分壓從高氧濃度區(qū)域向低氧濃度區(qū)域移動(dòng)。為了產(chǎn)生這種分壓差，通常將一個(gè)電極暴露于空氣（20.9% 氧氣）中，而將另一個(gè)電極暴露于待測(cè)氣體中。

氧離子在氧化鋯上的移動(dòng)會(huì)在兩個(gè)電極之間產(chǎn)生電壓，電壓大小取決于參考?xì)怏w和樣品氣體之間產(chǎn)生的氧分壓差。氧化鋯氧傳感器具有優(yōu)異的響應(yīng)速度特性。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，同一傳感器既可以用于測(cè)量100%的氧氣濃度，也可以用于測(cè)量十億分之一濃度的氧氣濃度。

由于工作溫度高，頻繁的開關(guān)操作會(huì)縮短傳感器的壽命。傳感器材料的膨脹系數(shù)決定了其在反復(fù)加熱和冷卻下容易出現(xiàn)“傳感器疲勞”。氧化鋯氧傳感器的一個(gè)主要局限性在于，當(dāng)樣品氣體中存在還原性氣體（任何種類的碳?xì)浠衔铩錃夂鸵谎趸迹r(shí)，其不適用于痕量氧的測(cè)量。在650攝氏度的工作溫度下，還原性氣體將與氧氣發(fā)生反應(yīng)，在測(cè)量前消耗掉氧氣，從而導(dǎo)致測(cè)得的氧氣讀數(shù)低于實(shí)際值。誤差的大小與還原性氣體的濃度成正比。氧化鋯氧傳感器是原位燃燒控制應(yīng)用中的“事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)”。

其他類型的氧氣測(cè)量技術(shù)正在研發(fā)中，并在某些情況下已應(yīng)用于特定領(lǐng)域。這些技術(shù)包括但不限于發(fā)光偏振法、光化學(xué)傳感器、激光氣體傳感器等。隨著這些技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和改進(jìn)，它們有望成為目前主要氧氣傳感器的有效替代方案。