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(qǐng)注意，大多數(shù)氧氣傳感器設(shè)計(jì)用于測(cè)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(cè)量高達(dá)100%的氧氣。值得注意的是，氧傳感器實(shí)際上并不測(cè)量氧濃度，而是測(cè)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(xué)反應(yīng)。
當(dāng)暴露在氧氣中時(shí)，熒光物質(zhì)發(fā)出的光強(qiáng)度的變化。
當(dāng)氧氣通過時(shí)，聲音、光或磁場(chǎng)的波長(zhǎng)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(xué)氧傳感器
電化學(xué)氧傳感器主要用于測(cè)量環(huán)境空氣中的氧含量。他們測(cè)量傳感器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生與氧氣水平成比例的電輸出。因?yàn)殡娀瘜W(xué)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(cè)量氧氣、電池供電的水下潛水和手持個(gè)人安全設(shè)備。示例包括呼氣測(cè)醉器、呼吸傳感器和血糖傳感器。
就傳感器優(yōu)勢(shì)而言，電化學(xué)傳感器因其低功率要求、較低的檢測(cè)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(xué)氧傳感器面臨的挑戰(zhàn)是它們依賴于溫度相關(guān)的化學(xué)過程。大多數(shù)電化學(xué)傳感器的輸出在很大程度上依賴于溫度補(bǔ)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(xué)氧傳感器的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，隨著時(shí)間的推移，化學(xué)反應(yīng)會(huì)變慢并停止，根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì)，通常在1至3年之間。將其儲(chǔ)存在無氧環(huán)境中不會(huì)延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。隨著傳感器老化，它需要頻繁重新校準(zhǔn)，并且不如其他傳感器精確。 然而，由于其堅(jiān)固的設(shè)計(jì)、低成本和自供電，電化學(xué)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(xué)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(cè)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(xué)來檢測(cè)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(xué)燃料電池。一氧化碳(如果存在于測(cè)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(cè)O2，而是感測(cè)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?cè)诠I(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(cè)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(gè)特征是小的鋯基元件不需要校準(zhǔn)。即使暴露在潮濕或其他氣體中，它們也能保持精度。因?yàn)檠趸喲鮽鞲衅髂軌蛟诟邷睾透邏合鹿ぷ鳎钥赡艿膽?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(gè)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(diǎn)是氧氣測(cè)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(jiān)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(dá)到所需的溫度。因此，平面氧傳感器可以在不到10秒的時(shí)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(shí)間。這一進(jìn)步使其成為汽車lambda傳感器的更好替代品，用于減少冷啟動(dòng)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(cè)器和對(duì)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(dǎo)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(shí)會(huì)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(dǎo)致熒光減少。通過使用已知的光源，檢測(cè)到的光能的量與樣品中氧分子的數(shù)量成反比。因此，檢測(cè)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(shí)間間隔被檢測(cè)兩次。不是測(cè)量總熒光，而是測(cè)量發(fā)光隨時(shí)間的下降(即熒光猝滅)。這種基于衰減的計(jì)時(shí)方法允許更簡(jiǎn)單的傳感器設(shè)計(jì)。
使用被氧氣猝滅的熒光來測(cè)量環(huán)境氧氣水平的傳感器的一個(gè)例子是LuminOX LOX-02傳感器。雖然它與傳統(tǒng)的電化學(xué)傳感器具有相同的足跡，但它不吸收氧氣，并且具有更長(zhǎng)的使用壽命的優(yōu)勢(shì)。這使得它可以用于像室內(nèi)氧氣耗盡安全報(bào)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(chǔ)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(diǎn)，許多人發(fā)現(xiàn)光學(xué)傳感器具有更高的靈敏度、更寬的動(dòng)態(tài)范圍、分布式配置和多路復(fù)用能力。
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