不同類型的氧氣傳感器是如何工作的？

　　1.電化學(xué)氧傳感器

　　電化學(xué)氧傳感器主要用于測量環(huán)境空氣中的氧含量或者工業(yè)過程中的微量氧殘留。它們測量傳感器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生與氧氣水平成比例的電輸出。因?yàn)橐恍╇娀瘜W(xué)傳感器會產(chǎn)生自己的模擬電流，所以它們不需要供電。

　　就傳感器的優(yōu)點(diǎn)而言，電化學(xué)傳感器因其較低的功率要求、較低的檢測限以及通常較少受到干擾氣體的直接影響而受到追捧。它們用于各種行業(yè)。

　　電化學(xué)氧傳感器面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是，它們依賴于與溫度相關(guān)的化學(xué)過程。大多數(shù)電化學(xué)傳感器的輸出在很大程度上依賴于溫度補(bǔ)償，以在環(huán)境條件下提供可靠的讀數(shù)。

　　電化學(xué)氧傳感器的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，隨著時(shí)間的推移，化學(xué)反應(yīng)停止、壽命終止，通常在2到5年之間，這取決于傳感器的設(shè)計(jì)。將它們儲存在無氧環(huán)境中并不會延長傳感器的使用壽命。隨著傳感器老化，它需要頻繁的再校準(zhǔn)，并且不如其他傳感器那么準(zhǔn)確。

　　然而，由于其堅(jiān)固的設(shè)計(jì)、低成本和無功耗的電化學(xué)傳感器被用于許多設(shè)備。

　　例如，在線微量氧氣分析儀。AII是電化學(xué)氧傳感器制造商之一。用于OEM儀器設(shè)備制造商。

　　醫(yī)療呼吸機(jī)。用于監(jiān)控麻醉，重癥監(jiān)護(hù)，培養(yǎng)箱，一般氧氣監(jiān)測儀中的氧氣分壓。

　　2. 光學(xué)氧傳感器

　　光學(xué)氧傳感器是基于氧的熒光猝滅原理。它們依靠光源、光探測器和對光起反應(yīng)的發(fā)光材料。在許多領(lǐng)域，基于發(fā)光的氧傳感器正在取代克拉克電極。

　　分子氧淬滅熒光的原理早已為人所知。一些分子或化合物在光照下會發(fā)出熒光(即發(fā)出光能)。

　　然而，如果氧分子存在，光能轉(zhuǎn)移到氧分子導(dǎo)致熒光減少。通過使用已知的光源，檢測到的光能量與樣品中氧分子的數(shù)量成反比。因此，檢測到的熒光越少，樣品氣體中必須存在的氧分子就越多。

　　在某些傳感器中，熒光在已知的時(shí)間間隔內(nèi)被探測兩次。不是測量總熒光，而是測量隨時(shí)間的發(fā)光下降(即熒光猝滅)。這種基于衰減的時(shí)間方法允許更簡單的傳感器設(shè)計(jì)。

　　3. 氧化鋯氧傳感器

　　SST氧氣傳感器的中心部位為傳感元件  (圖3-1)，它由兩個(gè)氧化鋯(ZrO2)方塊組成，表面涂有一層通透的薄鉑，用作電極。鉑電極為所測氧氣提供必要的催化劑用以離解，使氧離子能穿進(jìn)和穿出氧化鋯。

　　一個(gè)氧化鋯方塊作為電化學(xué)氧氣泵工作，排空或重新壓縮密封腔體?；诳赡鍰C恒定電流源的方向，氧離子會從泵盤的一端電極流向另一端電極，這樣反過來又會改變氧氣濃度，進(jìn)而改變腔體內(nèi)的氧氣壓力（P2）。由于泵過程受控，所以腔體內(nèi)的壓力總比腔體外的環(huán)境壓力低。圖3-4所示為傳感元件的電氣連接。

　　經(jīng)過第二個(gè)氧化鋯方塊的氧氣壓差將生成一個(gè)能斯特電壓，電壓大小與兩種氧氣離子濃度比例的自然對數(shù)成正比。由于腔體內(nèi)的壓力（P2）總保持低于腔體外的壓力（P1），所以感應(yīng)端的電壓相對于共用端的電壓總為正。

　　SST的氧化鋯氧測量傳感器系統(tǒng)使用這種技術(shù)來測量煙道氣、燃燒控制系統(tǒng)、煤炭、石油、天然氣、生物質(zhì)和氧氣生成系統(tǒng)中的氧含量。

　　氧化鋯氧測量傳感器系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是，它位于傳感器的中心，一個(gè)小的鋯基元素，不需要參考?xì)怏w。當(dāng)氧氣與其他氣體混合時(shí)，它們也能保持準(zhǔn)確性。

　　氧化鋯傳感器的缺點(diǎn)是氧化過程需要較高的溫度，因此在實(shí)驗(yàn)中傳感器會改變樣品的氣體溫度。高溫也意味著它需要大量的功耗，所以氧化鋯氧傳感器不用于電池操作或手持設(shè)備。此外，氧化鋯傳感器在ppm或ppb傳感器精度要求的地方是不行的。