1、電化學(xué)氧傳感器

電化學(xué)氧傳感器主要用于測(cè)量環(huán)境空氣中的氧含量。它們測(cè)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(huì)產(chǎn)生自己的模擬電流，所以它們不需要供電，這使得它們可以用于測(cè)量氧氣電池驅(qū)動(dòng)的水下潛水和手持個(gè)人安全裝置。例如呼氣分析儀、呼吸傳感器和血糖傳感器。

更換氧傳感器就傳感器的優(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(cè)限以及通常較少受到干擾氣體的直接影響而受到追捧。它們也是便宜的傳感器。

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(guò)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，以在廣泛的環(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1到3年之間，這取決于傳感器的設(shè)計(jì)。將它們儲(chǔ)存在無(wú)氧環(huán)境中并不會(huì)延長(zhǎng)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精準(zhǔn)。

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

例如，手持式氣體分析儀。AlphaSense是受歡迎的電化學(xué)氧傳感器制造商之一。他們的傳感器O2-A2被廣泛用于4氣體探測(cè)器和便攜式安全儀表。

醫(yī)療呼吸機(jī)。Oksidyne 電化學(xué)氧氣傳感器OKS-1。監(jiān)控麻醉，重癥監(jiān)護(hù)，培養(yǎng)箱，一般氧氣監(jiān)測(cè)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(cè)器和對(duì)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(huì)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(guò)使用已知的光源，檢測(cè)到的光能量與樣品中氧分子的數(shù)量成反比。因此，檢測(cè)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(cè)兩次。不是測(cè)量總熒光，而是測(cè)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(jiǎn)單的傳感器設(shè)計(jì)。

LOX-02是一種利用氧的熒光猝滅來(lái)測(cè)量環(huán)境氧含量的傳感器。雖然它與傳統(tǒng)的電化學(xué)傳感器有著相同的體積，但它不吸收氧氣，而且它的優(yōu)勢(shì)是壽命更長(zhǎng)。

3. 氧化鋯氧傳感器

SST氧氣傳感器的核心部位為傳感元件 (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(cè)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。

第一個(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(huì)從泵盤的一端電極流向另一端電極，這樣反過(guò)來(lái)又會(huì)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(guò)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(guò)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(duì)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(duì)于共用端的電壓總為正。

SST的氧化鋯氧測(cè)量傳感器系統(tǒng)使用這種技術(shù)來(lái)測(cè)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(cè)量傳感器系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是，它位于傳感器的核心，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(guò)程需要較高的溫度，因此在實(shí)驗(yàn)中傳感器會(huì)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。

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