氧氣監測儀的預期用途和原理

氧氣監測儀的預期用途

氧監測儀的用途大致可分為“預防缺氧"和“氧濃度管理"兩種。

1、監測（檢測/監測）氧氣濃度，防止缺氧

它對于維持封閉空間內的生命活動起著極其重要的作用。這是因為，當氧氣濃度低于15%時，人類會呼吸困難；當氧氣濃度低于7%時，大腦功能會受損；當氧氣濃度低于4%時，就會發生死亡。設備有兩種類型：便攜式和壁掛式。

2、工業過程中的氧氣濃度管理等。

在某些工業熱處理工藝中，例如化學工業、陶瓷和金屬，必須保持較低的氧氣濃度。工業爐中的燃燒過程還需要監測和控制氧氣濃度，以優化燃燒效率和氧化還原過程。

用于這些工業應用的氧氣監測儀可能會在高溫環境中遭受劇烈的化學反應。您需要一款能夠承受惡劣環境的產品。

氧氣監測儀原理

氧氣監測儀有兩種主要工作原理：原電池型和氧化鋯固體電解質型。其他方法包括“磁性類型"和“可調諧波長半導體激光光譜類型"。

1.原電池類型

它由允許外界氧氣通過的樹脂膜、金 (Au) 和鉛 (Pb) 電極以及電解質（氫氧化鉀水溶液）組成。每個電極上都會發生以下反應。

陽極：Pb + 2OH - → Pb 2+ +H2O + 2e -

陰極：O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4H 2 O

陽極釋放的電子到達陰極，從空氣中獲取的氧氣捕獲陽極釋放的電子。這種電子流（電流）與氧氣濃度成正比，因此可以通過測量電流來測量氧氣濃度。該反應是自發發生的，因此不需要電源來驅動傳感器。

2.氧化鋯固體電解質法

該方法使用氧化鋯電池，利用氧化鋯在500°C或更高的高溫下表現出固體電解質特性的事實。氧化鋯具有在固態時能夠傳導負氧離子（O 2 - ）的特性，允許離子從高氧濃度的氣體（大氣中）傳導到低氧濃度的大氣（例如在工業爐）。

通過該離子的傳導產生電位差，在高O 2濃度側和低O 2濃度側設置電極，產生電動勢。這種關系就像電池的正極和負極一樣。

O 2高濃度側：O 2 + 4e - → 2O 2 -

O 2低濃度側：2O 2 - → O 2 + 4e -

由于電極之間產生的電動勢遵循能斯特方程（見下文），因此可以確定每個電極處的氧分壓。

E= (RT/4F) ·ln (PA/PB)

(R：氣體常數、T：溫度、F：法拉第常數、PA：高濃度側氧分壓(大氣中)、PB：低濃度側氧分壓)

溫度通過附在氧化鋯上的熱電偶測量。另外，在約400℃以下的氣氛下，通過取樣管將目標氣體導入裝置內，使用鉑加熱器等將氧化鋯池加熱至規定溫度（取樣法）。這是因為為了使氧化鋯發揮固體電解質的作用，需要500℃以上的溫度。