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什么是氧氣計,？
圖1. 氧氣計概述
氧氣計是測量空氣中氧氣濃度的儀器。
也稱為氧傳感器或氧監(jiān)測儀,。氧氣是人類生命必需的物質(zhì),，因此監(jiān)測環(huán)境中的氧氣濃度極為重要。
此外,，在許多情況下,，各個科學和工業(yè)領(lǐng)域都需要精確的氧氣濃度管理，并且設(shè)備是根據(jù)每種應(yīng)用而制造的,。
氧氣儀的使用
氧氣表的用途大致可分為以下兩種,。
監(jiān)測（檢測/監(jiān)測）氧氣濃度，防止缺氧
工業(yè)過程中的氧氣濃度管理等
缺氧預防涉及監(jiān)測氧氣濃度,，以維持隧道等封閉空間中的生命,。這是因為，當氧氣濃度低于15%時,，人類會呼吸困難,；低于7%時，大腦功能會受損,；低于4%時,，就會發(fā)生死亡。設(shè)備有兩種類型：便攜式和壁掛式,。
此外,，在一些工業(yè)熱處理過程中，例如化學工業(yè),、陶瓷和金屬的熱處理過程中,，有必要保持較低的氧濃度。工業(yè)爐中的燃燒過程還需要監(jiān)測和控制氧氣濃度,，以優(yōu)化燃燒效率和氧化還原過程,。這些工業(yè)氧氣計需要能夠耐受高溫化學反應(yīng)場等惡劣環(huán)境,。
氧氣儀原理
氧氣表主要有兩種工作原理：原電池型和氧化鋯固體電解質(zhì)型。其他方法包括“磁性類型"和“可調(diào)諧波長半導體激光光譜類型",。
1.原電池類型
圖 2.原電池氧氣計示意圖
它由允許外界氧氣通過的樹脂隔膜,、金 (Au) 和鉛 (Pb) 電極以及電解質(zhì)（氫氧化鉀水溶液）組成。每個電極上都會發(fā)生以下反應(yīng),。
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(yīng)是自發(fā)發(fā)生的,，因此不需要電源來驅(qū)動傳感器,。
2.氧化鋯固體電解質(zhì)法
圖3 氧化鋯固體電解質(zhì)氧計示意圖
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(xiàn)出固體電解質(zhì)特性的事實,。
氧化鋯在固態(tài)時具有傳導負氧離子（O 2 - ）的特性,，允許離子從高氧濃度的氣體（大氣中）傳導到低氧濃度的氣氛（例如工業(yè)爐內(nèi)） 。
通過該離子的傳導而產(chǎn)生電位差,，在高O 2濃度側(cè)和低O 2濃度側(cè)設(shè)置電極,，產(chǎn)生電動勢。這種關(guān)系就像電池的正極和負極一樣,。
O 2高濃度側(cè)：O 2 + 4e - → 2O 2 -
O 2低濃度側(cè)：2O 2 - → O 2 + 4e -
由于電極之間產(chǎn)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(shù),、T：溫度,、F：法拉第常數(shù)、PA：高濃度側(cè)氧分壓(大氣中),、PB：低濃度側(cè)氧分壓)
溫度通過連接到氧化鋯的熱電偶測量,。
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(nèi),，使用鉑加熱器等將氧化鋯池加熱至規(guī)定溫度（取樣法）。這是因為氧化鋯需要 500°C 或更高的溫度才能發(fā)揮固體電解質(zhì)的作用,。
如何選擇氧氣儀
旨在防止缺氧的氧氣計和旨在維持工業(yè)過程中低氧氣濃度的氧氣計必須使用不同的產(chǎn)品,。
旨在防止缺氧的便攜式和固定式氧氣系統(tǒng)使用原電池，并且這種類型不需要電源來驅(qū)動傳感器,。傳感器的使用壽命約為 2 至 3 年,。但使用環(huán)境僅限于接近一般環(huán)境的大氣，精度約為±0.5%O2,。有些產(chǎn)品是防爆的,。
另一方面,，氧化鋯產(chǎn)品用于測量高溫工業(yè)過程中的氧氣濃度，例如工業(yè)爐中,。在700℃以上的氣氛下,，采用將傳感器部分直接插入大氣中的直接插入法，在400℃以下的溫度下,，采用將爐內(nèi)氣氛氣體吸入的取樣法,。與取樣管和氧化鋯池分開加熱的產(chǎn)品是合適的。
