氧傳感器用于許多應(yīng)用和工業(yè)中，包括汽車、健康和醫(yī)藥、工業(yè)、食品和飲料包裝、制藥等等，但是氧傳感器有很多種，每一種都使用最適合該應(yīng)用的不同類型的氧傳感器，請注意，大多數(shù)氧氣傳感器設(shè)計用于測量0-25%體積或可呼吸空氣中的氧氣。然而，也有專門的氧氣傳感器，可以測量高達100%的氧氣。值得注意的是，氧傳感器實際上并不測量氧濃度，而是測量廢氣中的氧量和空氣中的氧量之間的差異。可以分為以下三種:
在氧氣存在的情況下釋放電子的化學反應(yīng)。
當暴露在氧氣中時，熒光物質(zhì)發(fā)出的光強度的變化。
當氧氣通過時，聲音、光或磁場的波長發(fā)生變化。
以下是目前使用的氧氣傳感技術(shù)的具體類型：
電化學氧傳感器
電化學氧傳感器主要用于測量環(huán)境空氣中的氧含量。他們測量傳感器內(nèi)的化學反應(yīng)，產(chǎn)生與氧氣水平成比例的電輸出。因為電化學傳感器產(chǎn)生電流，所以它們可以自供電，這使得它們可用于測量氧氣、電池供電的水下潛水和手持個人安全設(shè)備。示例包括呼氣測醉器、呼吸傳感器和血糖傳感器。
就傳感器優(yōu)勢而言，電化學傳感器因其低功率要求、較低的檢測極限以及通常較少受到干擾氣體的直接影響而受到追捧。它們也往往是最便宜的傳感器。 電化學氧傳感器面臨的挑戰(zhàn)是它們依賴于溫度相關(guān)的化學過程。大多數(shù)電化學傳感器的輸出在很大程度上依賴于溫度補償，以便在大范圍的環(huán)境條件下提供可靠的讀數(shù)。
電化學氧傳感器的另一個挑戰(zhàn)是，隨著時間的推移，化學反應(yīng)會變慢并停止，根據(jù)傳感器的設(shè)計，通常在1至3年之間。將其儲存在無氧環(huán)境中不會延長傳感器的使用壽命。隨著傳感器老化，它需要頻繁重新校準，并且不如其他傳感器精確。 然而，由于其堅固的設(shè)計、低成本和自供電，電化學氧傳感器被用于許多設(shè)備，尤其是手持式氣體分析儀。
AlphaSense是最受歡迎的電化學氧傳感器制造商之一。他們的傳感器用于世界各地使用的幾十種多氣體探測器和便攜式安全儀表。
氧化鋯氧傳感器
氧化鋯氧傳感器利用熱和化學來檢測氧氣。二氧化氧化鋯涂有一層薄的多孔鉑，形成固態(tài)電化學燃料電池。一氧化碳(如果存在于測試氣體中)被氧氣氧化形成CO2，從而觸發(fā)成比例的電流。氧化鋯傳感器不直接感測O2，而是感測樣氣和新鮮空氣中氧氣濃度的差異。
雖然氧化鋯氧傳感器最常用于控制汽車和卡車的空燃比，但它們在工業(yè)應(yīng)用中也很重要。例如，SST的氧化鋯氧氣傳感器系統(tǒng)使用這種技術(shù)來測量煙氣、燃燒控制系統(tǒng)、煤、石油、天然氣、生物質(zhì)和氧氣發(fā)生系統(tǒng)中的氧氣含量。
這種類型的氧傳感器的另一個特征是小的鋯基元件不需要校準。即使暴露在潮濕或其他氣體中，它們也能保持精度。因為氧化鋯氧傳感器能夠在高溫和高壓下工作，所以可能的應(yīng)用使其在汽車工業(yè)中有用。幾乎每輛生產(chǎn)的汽車或卡車都使用兩個氧化鋯氧傳感器，也稱為lambda傳感器，來調(diào)整燃料空氣比，以最大限度地提高燃燒效率。氧化鋯傳感器的缺點是氧氣測量需要高溫。在使用過程中，傳感器中的加熱器將樣氣加熱到300°f以上。加熱器需要大量的電力，因此氧化鋯氧傳感器不用于電池供電或手持設(shè)備。此外，氧化鋯傳感器在需要非常高的精度的地方?jīng)]有用。
氧化鋯氧傳感器的變體是平面氧傳感器。像傳統(tǒng)的氧化鋯氧傳感器一樣，它具有防潮性，堅固耐用，需要內(nèi)置加熱器才能工作。然而，它使用氧化鋁代替氧化鋯，氧化鋁能夠更快地達到所需的溫度。因此，平面氧傳感器可以在不到10秒的時間內(nèi)開始讀取氧氣水平，而不是傳統(tǒng)氧化鋯傳感器正常的30秒預(yù)熱時間。這一進步使其成為汽車lambda傳感器的更好替代品，用于減少冷啟動期間出現(xiàn)的NOX氣體。
熒光氧傳感器
熒光氧傳感器基于氧氣使熒光猝滅的原理。它們依賴于光源、光探測器和對光起反應(yīng)的發(fā)光材料的使用。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。
分子氧導致熒光猝滅的原理早已為人所知。一些分子或化合物在暴露于光下時會發(fā)出熒光(即發(fā)出光能)。然而，如果存在氧分子，光能轉(zhuǎn)移到氧分子，導致熒光減少。通過使用已知的光源，檢測到的光能的量與樣品中氧分子的數(shù)量成反比。因此，檢測到的熒光越少，樣氣中存在的氧分子就越多。
在一些傳感器中，熒光以已知的時間間隔被檢測兩次。不是測量總熒光，而是測量發(fā)光隨時間的下降(即熒光猝滅)。這種基于衰減的計時方法允許更簡單的傳感器設(shè)計。
使用被氧氣猝滅的熒光來測量環(huán)境氧氣水平的傳感器的一個例子是LuminOX LOX-02傳感器。雖然它與傳統(tǒng)的電化學傳感器具有相同的足跡，但它不吸收氧氣，并且具有更長的使用壽命的優(yōu)勢。這使得它可以用于像室內(nèi)氧氣耗盡安全報警器這樣的設(shè)備，這些設(shè)備可以監(jiān)控室內(nèi)空氣中儲存的壓縮氣體中氧氣含量的突然下降。
熒光氧傳感器的常見應(yīng)用包括醫(yī)療設(shè)施、激光、成像系統(tǒng)和光纖。關(guān)于傳感器的優(yōu)點，許多人發(fā)現(xiàn)光學傳感器具有更高的靈敏度、更寬的動態(tài)范圍、分布式配置和多路復用能力。
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