氧气传感器测量原理
一、电化学类型(原电池类型)
如果氧气通过隔膜溶解在阳极)和阴极彼此相邻的电解液中,则产生与溶解氧量成比例的电流。通过隔膜的氧气量与样品气体的氧气分压成比例,因此,氧气浓度可以通过测量电流来确定。原电池是一种氧电池,所以即使不使用,原电池也会退化。原电池法是高性价比微量氧检测的优选,微量氧检测是化学法的特长。在氧气浓度报警应用中有较多应用,是氧气检测分析领域的常用的传感器。
二、氧化锆固体电解质
氧化锆在高温下会发生电离,内部出现可流动的氧离子。当氧化锆两侧涂抹上铂电极,氧化锆两侧氧气浓度存在差异时,且在铂电极高温催化下电离出氧离子,氧离子便能透过氧化锆从高浓度侧流向低浓度侧,这种现象导致电动势被在两个电极之间产生,产生电势差,且浓度差越大电势差越大,根据能斯特方程,测量氧气浓度。
三、荧光猝灭法氧气测量原理
发光猝灭是指在激发态下引起发光强度(I)和/或衰减时间(t)减小的过程,也有许多因素都能引起猝灭,但*相关的是氧气(O2)和温度:如果猝灭剂[Q]存在,在这种情况下,O2,当它通过 F 或 P 返回基态(S0)时,它将与发光体发生碰撞,从而导致非辐射过程的增加随着[Q]浓度的增加,这个过程变得更大,导致 I in 和/或 t 继续减小这意味着 O2 的浓度可以通过测量 I 或 t 的下降来量化,这就是所谓的斯特恩-沃尔默关系。
四、顺磁氧气测量原理
自然界中除金属外,气体也可以被磁场吸引。气体被吸引或被排斥的能力大小称为体积磁化率。自然界中氧气的被吸引的力远高于其他气体。顺磁氧气测量原理利用氧顺磁性的方法,当样品气体含有氧气时,氧气被吸入磁场,从而降低气流B中辅助气体的流速。由气流B中流动限制的影响引起的两个气流A和B的流速差与样品气体的氧气浓度成比例。流速由热敏电阻决定,并转换成电信号,其差值作为氧信号计算。
五、激光氧气传感器原理(TDLAS)
激光氧气传感器原理基于可调谐激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy ,TDLAS),通过电流和温度调谐半导体激光器的输出波长,扫描被测物质的某一条吸收谱线,通过检测吸收光谱的吸收强度获得被测物质的浓度。TDLAS检测的是激光穿过被测气体通道上的分子数,获得的氧气气体浓度是整个通道的平均浓度。TDLAS的氧气气体浓度定量计算是以Beer-Lambert定律为基础,Beer-Lambert定律指出了光吸收与光穿过被检测物质之间的关系,当一束频率为V的光束穿过吸收物质后,在光束穿过被测气体的光强变化。因此,可通过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。激光氧气传感器内部集成了可达10米有效光程的多次反射的怀特池、快速响应的数据采集模块,可以实时实现对O2的 **分析。TDLAS-O2激光氧气传感器模块采用拥有良好的稳定性和一致性的VCSEL结构的激光器,选用氧气(O2)气体在760.8nm处的吸收峰,采用固态怀特池技术,提供10m以上的有效光程,氧气检测下限可以低达50ppm。
由于激光氧气传感器分析技术的出现,克服了顺磁氧测量技术的各种缺陷,在稳定性和寿命的比较上也毫不逊色,因此顺磁氧测量的生命力进一步被削弱。未来随着激光氧气传感器分析技术成本的进一步降低,顺磁氧传感器测量技术这一在氧气分析领域叱咤风云多年的传统豪门,可能将消失在历史的长河中。
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