Что такое датчик кислорода?

Что такое датчик кислорода?

Датчик кислорода — это датчик, который измеряет концентрацию кислорода в атмосфере измерительного пространства.

В изолированном и замкнутом пространстве чрезвычайно важно измерять концентрацию кислорода для поддержания жизнедеятельности. Датчики кислорода играют важную роль в этом измерении концентрации кислорода.

Говорят, что когда уровень кислорода падает ниже 15%, у людей возникают трудности с дыханием; когда уровень кислорода падает ниже 7%, нарушается работа мозга; и когда уровень кислорода падает ниже 4%, наступает смерть. Датчики кислорода необходимы в различных научных и промышленных областях, и был разработан широкий спектр условий и систем измерения концентрации кислорода для удовлетворения требований этих областей.

Типичным датчиком является датчик из циркония. Датчики из циркония также используются для контроля продукции в производстве полупроводников, энергосбережения в автомобилях и очистки выхлопных газов.

Применение датчиков кислорода

Измерение концентрации кислорода выполняется в двух основных целях: во-первых, для обнаружения и контроля концентрации кислорода с целью предотвращения дефицита кислорода, что может спасти человеческие жизни. Во-вторых, они используются для контроля концентрации кислорода в процессе производства промышленных продуктов и т. д.

1. Предотвращение кислородного голодания

Примерами приложений для предотвращения кислотной депривации являются управление безопасностью на объектах гражданского строительства, таких как туннели и подземное строительство, а также управление ингаляцией кислорода и гипербарическая реанимация в медицинской сфере. Изделия для этих приложений могут быть портативными или настенными.

2. Контроль концентрации кислорода

Контроль концентрации кислорода используется в химической, керамической и металлургической промышленности для управления процессами при производстве промышленных продуктов. Одной из особенностей производства промышленных продуктов является то, что они часто используются в высокотемпературных средах во время процессов термообработки.

Примером, знакомым нам в повседневной жизни, является его использование в автомобильных и мотоциклетных двигателях. Определяя концентрацию кислорода в выхлопных газах, они играют роль в регулировке концентрации топлива.

Принцип работы датчиков кислорода

Принципы измерения датчиков кислорода включают тип гальванической ячейки, тип индивидуального электролита циркония, магнитный тип и тип спектроскопии полупроводникового лазера с настраиваемой длиной волны.

1. Тип гальванической ячейки

Тип гальванической ячейки имеет простую структуру и используется в портативных измерителях кислорода. Он состоит из золотых и свинцовых электродов, смоляной мембраны и раствора электролита и использует механизм, в котором электрический ток, соответствующий концентрации кислорода, течет, когда кислород проходит через мембрану и растворяется в растворе электролита.

2. Метод индивидуального электролита циркония

Метод индивидуального электролита циркония использует цирконий в качестве твердого электролита. Цирконий может проводить отрицательные ионы кислорода (O2-) в твердом состоянии, и ионы проводятся из газа с высокой концентрацией кислорода (сторона высокого давления O2) в атмосферу с низкой концентрацией кислорода (сторона низкого давления O2).

В датчике кислорода с циркониевым электролитом электроды размещаются на стороне высокого давления O2 и стороне низкого давления O2 соответственно, и они электрически соединены друг с другом. Электрод O2- на стороне низкого давления O2 получает электроны от переданного O2-.

Электроны, высвобождаемые на стороне низкого давления O2 (отрицательный электрод), возвращаются на сторону высокого давления O2 (положительный электрод). Электродвижущая сила, генерируемая между электродами, может быть использована для определения парциального давления кислорода на каждом электроде с использованием соотношения, называемого уравнением Нернста, как показано ниже.

　E= (RT/4F) — 1n (PA/PB)

Где R — газовая постоянная, T — температура, F — постоянная Фарадея, а PA и PB — парциальное давление кислорода на сторонах высокого и низкого давления O2 соответственно. Температура измеряется термопарой, установленной в цирконии, а PA основано на парциальном давлении кислорода в нормальной атмосфере.

Другая информация о датчиках кислорода

Износ датчиков кислорода

Датчики кислорода из циркония, используемые в процессе производства промышленных изделий, необходимо тщательно контролировать на предмет износа. Они используются в высокотемпературных средах, и различные газы также могут разрушать или влиять на ячейку из циркония. Восстановительные газы, такие как галогены, также являются факторами деградации.

В автомобильных приложениях датчики кислорода могут разрушаться или выходить из строя, что приводит к увеличению содержания токсичных веществ в выхлопных газах. Кроме того, расход топлива может ухудшаться, когда топливо более концентрировано, чем необходимо; При выходе из строя датчиков O2 детали следует заменить у дилера или в сервисном центре.