氧传感器的原理和应用

 氧气传感器是用于测量测量空间气氛中的氧气浓度的传感器。

在隔离的密闭空间中，测量氧气浓度对于维持生命活动极为重要。氧气传感器在氧气浓度测量中起着重要作用。

据说，当氧气浓度低于15%时，人类呼吸变得困难，低于7%时，大脑功能受损，低于4%时，会导致死亡。各种科学和工业领域都需要氧气传感器，并且已经开发了多种氧气浓度测量条件和系统来满足这些领域的需求。

典型的传感器是氧化锆传感器。氧化锆传感器还用于半导体制造中的产品管理、汽车节能和废气净化。

氧传感器的应用

氧气浓度测量有两个主要作用。首先是检测和监测，防止缺氧，保护人类生命。二是工业产品生产过程中氧气浓度的控制。

1、预防缺氧

用于预防缺氧的例子包括隧道和地下建筑等土木工程现场的安全管理，以及医疗领域的吸氧管理和高压复苏。这些应用中使用的一些产品是便携式或壁挂式的。

2、氧气浓度的控制

用于工业产品制造的过程控制，应用于化工、陶瓷、金属领域。工业产品制造的特点之一是经常在热处理过程的高温环境下使用。

我们日常生活中常见的例子就是汽车和摩托车中使用的发动机。它通过检测废气中的氧浓度来起到调节燃油浓度的作用。

氧传感器原理

氧传感器的测量原理有原电池法、氧化锆固体电解质法、磁性法、可调谐半导体激光光谱法等。

1. 原电池类型

原电池型结构简单，是便携式血氧计中使用的方法。它由金和铅电极、树脂隔膜和电解质组成，并利用当通过隔膜的氧气溶解在电解质中时电流根据氧气浓度流动的机制。

2.氧化锆固体电解质法

氧化锆固体电解质法使用固体电解质氧化锆。氧化锆在固体中具有传导负氧离子(O 2 -)的性质，离子从氧浓度高的气体(O 2高压侧)传导到氧浓度低的气氛(O 2低压侧) .增加。

在氧化锆固体电解质型氧传感器中，电极分别安装在O 2高压侧和O 2低压侧，并且它们电连接。O 2试图以负离子的形式渗透到氧化锆内部，因此在 O 2高压侧的电极上捕获电子并成为负离子，而在 O 2低压侧，电子从渗透的 O 中被除去2- .接收。

这就像电池正负极的关系一样， O 2低压侧（负极）释放的电子会回流到O 2高压侧（正极）。对于电极之间产生的电动势，可以使用称为能斯特方程的以下关系获得每个电极处的氧分压。

　E= (RT/4F) 1n (PA/PB)

其中R为气体常数，T为温​​度，F为法拉第常数， PA和PB分别为O2高压侧和O2低压侧的氧分压。温度通过连接在氧化锆上的热电偶测量，PA 基于正常大气中的氧分压。

氧气传感器的附加信息

氧传感器劣化

氧化锆氧传感器在工业产品的制造过程中需要注意劣化。在高温环境中使用时，各种气体也会降解或影响氧化锆电池。卤素等还原性气体也是降解因素。

如果汽车氧传感器劣化或发生故障，尾气中的有害物质就会增加。另外，如果燃料变得比需要的更浓，则燃料效率可能恶化。当 O2 传感器劣化时，需要在经销商或服务工厂更换部件。