SANKO山高 什么是血氧监测仪

氧气监测仪是一种用于测量空气中氧气浓度的测量仪器。

它们有时被称为氧气传感器或氧气计。氧气监测仪之所以必要，是因为氧气是人类生命必需的物质。

监测氧气浓度至关重要，尤其是在容易出现氧气不足的封闭工作环境中。此外，在许多科学和工业领域，的氧气浓度控制对于过程控制和设备维护也必不可少。目前已有多种测量系统可供选择，以满足这些科学和工业领域的需求。

氧化锆传感器就是一个典型的例子，它被用于半导体制造中的产品控制，以及汽车的节能和尾气净化等应用领域。有关氧气监测器的详细信息，请参考下图。

氧气监测仪的用途
氧气监测器的用途大致可分为两类：“预防缺氧”和“监测氧气浓度”。

1. 监测（检测和监测）氧气浓度，以防止缺氧。
它在维持密闭空间内的生命活动中发挥着极其重要的作用。这是因为据说当氧气浓度低于15%时，人类会出现呼吸困难；低于7%时，大脑功能会受损；低于4%时，则会导致死亡。这些设备有便携式和壁挂式两种形式。

2. 工业过程中的氧气浓度控制等。
在某些工业热处理过程中，例如化工、陶瓷和金属行业的热处理过程，需要维持较低的氧浓度。同样，在工业炉的燃烧过程中，也需要监测和控制氧浓度，以优化燃烧效率和氧化还原过程。

用于工业应用的氧气监测器，例如这类产品，可能会在高温环境下经历强烈的化学反应。因此，需要能够承受恶劣环境的产品。

氧气监测原理
氧气监测仪的两大主要工作原理是“电化学电池型”和“氧化锆固体电解质型”。其他类型包括“磁性型”和“可调谐半导体激光光谱型”。

1. 原电池类型
它由允许外部氧气通过的树脂隔膜、金（Au）电极、铅（Pb）电极和电解质（氢氧化钾水溶液）组成。以下反应发生在每个电极上。

阳极：Pb + 2OH⁻ → Pb²⁺ + H₂O + 2e⁻
阴极：O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4H 2 O
阳极发射的电子到达阴极，阴极吸收空气中的氧气，氧气吸收阳极发射的电子。由于这种电子流（电流）与氧气浓度成正比，因此可以通过测量电流来测量氧气浓度。由于该反应自发进行，因此无需电源驱动传感器。

2. 氧化锆固体电解质体系
该方法利用氧化锆在500℃以上高温下表现出固体电解质特性，并采用氧化锆电池。氧化锆具有在固态下导电负氧离子（O²⁻）的特性，使得离子能够从高氧浓度气体（空气）传导到低氧浓度环境（例如工业炉内）。

这种离子传导会产生电位差，由于电极分别放置在氧气系统的高浓度侧和低浓度侧，因此会产生电动势。这就像电池的正负极一样。

O₂高浓度侧：O₂ + 4e⁻ → 2O₂⁻
低氧浓度侧：2O₂⁻ → O₂ + 4e⁻
由于电极间产生的电动势符合能斯特方程（见下文），因此可以确定每个电极上的氧分压。

E = (RT/4F) · ln (PA/PB)
（R：气体常数，T：温度，F：法拉第常数，PA：高浓度氧气分压（大气中），PB：低浓度氧气分压）
温度由连接在氧化锆上的热电偶测量。在低于约 400°C 的环境中，目标气体通过取样管引入装置，并使用铂加热器或类似装置将氧化锆池加热至预定温度（取样法）。这是因为氧化锆需要 500°C 或更高的温度才能作为固体电解质发挥作用。

氧气监测仪的类型
工业过程中，为了防止氧气不足和维持低氧气浓度，需要使用不同的氧气测量仪。

1. 氧气监测仪，用于预防缺氧
用于预防缺氧的便携式和固定式氧气系统通常采用基于原电池的系统。这种类型的系统不需要单独的传感器电源。

该传感器的使用寿命约为2至3年。然而，其适用环境仅限于与一般环境条件类似的条件，且其精度约为±0.5% O2。该设备有便携式和壁挂式两种形式，部分产品还具有防爆功能。

2. 工业用氧气监测器
氧化锆类产品适用于测量高温工业过程中的氧气浓度，例如工业炉。在温度高于 700°C 的环境中，通常使用直接插入式传感器，即将传感器直接插入大气中。

另一方面，对于低于400°C的温度，采用通过取样管吸入炉内气氛气体并单独加热氧化锆样品池的取样方法更为合适。必须根据具体应用进行正确选择。