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简单介绍氧传感器类型

点击次数:42 发布时间:2020-11-07

目前,市场上存在多种类型的氧传感器。工业的发展需要氧传感器具有高jing确度,高重复性,并且使用简单,少维护和校准等特点。基于这一目的,对于使用者来说,就需要应用的需要来考虑各种不同传感器的优点,选择合适的传感器。没有一种传感器是万能的。 1. 环境温度电化学氧传感器 2. 顺磁性传感器 3. 极谱氧传感器 4. 氧化狂锆传感器 环境温度电化学传感器 环境温度电化学传感器是一种电流传感器。常见是电化学传感器是比较小的,局部密封,圆柱形的1-1/4英寸直径,高0.75英寸左右,传感器包含两个不同的电极,浸泡在电解质溶液中,常规的电解质溶液是KOH。氧气分子扩散通过传感器一边的半透过性模,在阴级上形成OH根离子。OH根离子迁移到阳级上,发生氧化反应。在这个过程中,氧分子减少,氧化反应发生,并在阴阳极之间形成了电流,电流的大小与样品氧气的浓度成正比。电极之间的电流通过另外的电子设备检测并以百分比浓度或百分比浓度为单位显示到屏幕上。随着机械设计的进步,电极材料的纯化,和电解质溶液的改善,现在电化学传感器已经较以前而言,大大提高了使用寿命,这种传感器可jing确的测定百分比的氧气浓度或是痕量的的氧浓度。同时,反应时间现在也有提高。目前这种传感器的一个最主要的问题是在有酸性气体存在的环境中,易于损坏,例如硫化氧,氯化氢,二氧化硫等气体都会对它造成损害。在有这些成份存在环境中,除非提前对气体进行净化,否则传感器的使用寿命将会受到较大影响。另外这种传感器还会受到过压损伤,因为当样品气体压力大于5个大气压时,压力调节器或压力控制阀就成了必须配备的了。 顺磁性传感器 动态磁场和哑铃型的设计是种传感器的主要特点。与其它一些气体,如氮气,氦气,氩气相比,氧气具有很高的磁场敏感性,并且会表现出顺磁性的特点。顺磁性的传感器由一个圆柱形的仓体,仓内放有一个小的环璃哑铃组成。哑铃是空心的,充有惰性气体如氮气,悬挂地一条挂紧的铂金丝上,位于一个非匀均的磁场中。这种哑铃设计要求能让哑铃自由的转动。当含用氧气成分的样品气体流过哑铃时,氧气会被磁场中比较强的部分所吸引,从而引起哑铃的转动。包括一条光源、光电二极管和放大器电路的jing确度光学系统被用于测量哑铃的自转的程度。在一些顺磁性氧气传感器设计中,应用反方向的电流来使哑铃恢复到它的正常位置。使哑铃恢复正常的电流与氧气的浓度成正比,从测量数值上反应,就是氧气的百分度浓度。不同厂家厂商设计了各式各样的不同顺磁性氧气传感器。这些基它的传感器就包括热磁/磁风传感器和磁空腔传感器。通常情况下,普通条件下使用,顺磁的氧气传感器有非常好的反应时间特征,并且没有消费品零件,使用寿命长,还可以提供在1%到100%氧气的范围的you秀精que度。这种动态磁场传感器是相当精细的并且对振动和位置是敏感的。 由于在测量敏感性的不足,顺磁性氧气传感器不推荐用于痕量的氧气测量。 其它气体产生的磁化率可能导致一定程度上的计量误差。顺磁性氧气传感器及分析仪的制造商应提供有关这些干涉气体的细节。 极谱氧传感器 极谱氧气传感器经常指克拉克仓[J.L.克拉克(1822年- 1898)]。 在此种传感器,阳极(典型的为银)和阴极(典型的为金)浸没在氯hua钾电解质溶液中。 电极与样品之间通过一个半透膜分离,这也是氧气扩散进入传感器的机制。银质阳极一般来说相对于金的阴极有一个潜在的0.8V 极电压。根据法拉第法律,代表氧浓度的分子氧气消耗电化学上与电流的强度正比例。从传感器引起的输出电流被测量并且被放大提供百分之氧气浓度。极谱氧气传感器的好处的一点是,当不运行作用,没有银电极(阳极)的消耗。存储时间是几乎是无限的。 类似电化学氧气传感器,他们对位置也不敏感。由于极谱分析的氧气传感器的独特的设计,这种传感器测定的是溶解在液体中的氧气。对于其它气相氧气测量,极谱分析的氧气传感器仅适用于百分比浓度的氧气测量。 相对高的传感器替换频率是另一个潜在的缺点,以及维护传感器膜和电解质也是问题。 对极谱氧气传感器的一个变种是有些制造者设计非耗尽的电量传感器,它使用二个相似的电极浸泡在包括有氢氧化钾的电解质溶液中。正常情况下,1.3 VDC的外部EMF横跨电位是作为消耗或氧化作用反应的机制起作用的。 这是因为反应的电流与样品气体的氧浓度成正比。对其他类型传感器相同,从这种传感器获得的信号在显示之前被放大并且被修正。不同于常规极谱氧气传感器,此种传感器可以设计用于用于百分比浓度的氧测定和痕量氧气测量。然而,不同于氧化锆,一个传感器不可能同时用于测量百分比水平氧和痕量水平的氧浓度。这种类型传感器的一主要好处是它可以测量每十亿分之一水平的氧气浓度。 传感器是位置敏感的,并且重置成本是相当昂贵的,在某些情况下,一个传感器的价格与其它使用传感器一台分析仪整机价格相当。而且不建议用于氧浓度超出25%的应用。 氧化锆氧气传感器 此种传感器偶尔地被称为“高温”电化学传感器,这是根据能斯脱原则[W.H.能斯脱(1864-1941)]。氧化锆传感器使用固体电解质,含有氧化锆和氧化钇成份。氧化锆探针在反面的边上镀有充当传感器电极的铂金。 如果要使用氧化锆传感器,必须加热它到大约650摄氏度。在这个温度,根据分子的主要成分,锆晶形成多孔,允许氧气离子的运动从氧气的更高的浓度的到一更低一个,根据氧气分压。要创造这个分压差别,一个电极通常被暴露在空气(20.9%氧气),当另一个电极被暴露在样品气体时。氧气离子横跨氧化锆的运动导致在二个电极之间的产生电压,电压的大小与参考气体和样品气体之间氧气差相关。 氧化锆氧气传感器具有非常快反应时间特征。另一优势在于同一个传感器可以被用于测量100%氧气,并且可于用测量痕量的氧气浓度。由于高温操作的影响,频繁的开关操作会缩短该传感器的寿命。使用过程中,这样不断加热和冷却,构成材料的系数的系统变化,往往会形成“传感器疲劳症”。一个主要的使用限制氧化锆氧传感器是他们不适合用于有还原性气体存在时(如碳氢化合物的气体,氢气,一氧化碳),用于微量氧测量。在操作温度为650摄氏度,还原性气体会与氧气反应,在检测之间产生消耗,从而使测量值低于实际氧浓度。错误的程度与还原性气体浓度成正比。氧化锆氧传感器是“ defacto标准”在原位燃烧控制等方面的应用。 另外其他类型的氧测量技术正在发展,在某些情况下被用于特定应用。他们包括,发光两极化,光电化学传感器,激光传感器,等等。这些新的技术正在进一步发展和改善,他们可能会成为目前正在使用的几种主要氧传感器的替代方法。 动物代谢及气体分析实验中氧传感器的选择 对于动物气体能量代谢而言,选择合适的氧传感器是一个核心问题,目前市面上用于动物气体能量代谢的传感器主要有电化学、顺磁性和氧化锆三种类型。 电化学传感器具体使用正本低,测量准确的特点。但是电化学传感器使用半透过性膜,随着时间的推移,膜的性能和电极的性能都会发生改变。这些固有的特性就导致了电化学传感器需要经常更换膜,同时电极也需要定期校正和修改。电化学传感器用于动物能量代谢必然面临复杂的仪器维护和产生比较高的后期费用。 顺磁性传感器具有费品零件,使用寿命长,可以提供在1%到100%氧气的范围的you秀精que度,同时具有响应时间比较短的优点。其缺点是不适合用于痕量氧浓度的测量,比如线粒体呼吸,细胞培养液等氧浓度变化检测就不适使使用顺磁性传感器。但对动物呼吸能量代谢而言,氧气的浓度较高,就不存在以上的一些问题。顺磁性传感器是用于动物能量代谢检测、植物、微生物代谢的理想氧传感器。 氧化锆传感器是另一种性能稳定,使用寿命长的氧传感器。与顺磁性传感器相比,氧化锆传感器具有响应速度更快的优势,但由于氧化锆传感器是一种高温传感器,仪器的启动预热时间对对顺磁性更长。而且根据氧化锆传感器的原理,这种不适合用于有还原性气体存在时(如碳氢化合物的气体,氢气,一氧化碳)的环境。这种传感器适用于样本量非常大时的动物能量代谢。

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