电化学式氧传感器原理
电化学式氧传感器原理
氧气传感器概况所有的氧气传感器都是自身供电，有限扩散，其金属-空气型电池由空气阴极，阳极和电解液组成。
氧气传感器简单来说是一个密封容器（金属的或塑料的容器），它里面包含有两个电极：阴极是涂有活性催化剂的一片PTF E（聚四氟乙烯），阳极是一个铅块。
这个密封容器只在顶部有一个毛细微孔，允许氧气通过进入工作电极。
两个电极通过集电器被连接到传感器表面突出的两个引脚，而传感器通过这两个触角被连接到所应用的设备上。
传感器内充满电解质溶液，使不同种离子得以在电极之间交换（参见图1）。
Figure 1 - Schema tic of oxygen sensor.进入传感器的氧气的流速取决于传感器顶部的毛细微孔的大小。
当氧气到达工作电极时，它立刻被还原释放出氢氧根离子：O2 + 2H2O + 4e- ">4OH-这些氢氧根离子通过电解质到达阳极（铅），与铅发生氧化反应，生成对应的金属氧化物。
2Pb + 4OH- ">2PbO + 2H2O + 4e-上述两个反应发生生成电流，电流大小相应地取决于氧气反应速度（法拉第定律），可外接一只已知电阻来测量产生的电势差，这样就可以准确测量出氧气的浓度。
电化学反应中，铅极参与到氧化反应中，使得这些传感器具有一定的使用期限，一旦所有可利用的铅完全被氧化，传感器将停止运作。
通常氧气传感器的使用寿命为1-2 年，但也可以通过增加阳极铅的含量或限制接触阳极的氧气量来延长传感器的使用寿命。
毛细微孔氧传感器和分压氧传感器城市技术生产的氧气传感器根据进入传感器的氧气的扩散方式的不同分为两种，一种是在传感器顶部设有一毛细微孔，而另一种设有一层固体薄膜允许气体通过。
电化学气体传感器工作原理及电路图
两个电极的反应方程式可以结合起来并简化成总的电池反应。例如在一氧化碳的情况下，总个电池反 应可写成：
2CO+O2→2CO2
这一总方程式说明供应给传感器的气体是反应的燃料，逸出的气体则是反应的产品。换言之，传感器仅 仅是反应的催化剂，它的任何一部分都没有消耗（氨和氰化氢除外，见后）。
注：氨和氰化氢使用了一种新型电解液。其反应机理不象通常的那些传感器那样直接的氧化或者还原。 这对传感器的性能有重要的影响，特别是对其输出漂移和使用寿命。这类传感器适宜于检漏，而不适宜于 高浓度和连续检测在第一部分所列该类传感器的特中援引了每月总的目标气接受量不宜超过的特定水平 值。
大部分有毒气体传感器（3/4/7 系列）均属三电极系统。由于控制了敏感电极的电位，恒电位电路还能 提高传感器的选择性和改进其响应性能。这一电路同时也用来测量流过敏感电极和对电极之间的电流。电 路可以作成体积很小的低功耗装置。本章后部将提供一些与此有关的电路。
四电极系统 图1
三电极系统进一步发展导致了四电极系统传感器的产生（A3/A7 系列）。这一类型的传感器增加了另 一个工作电极，称之为辅助电极。辅助电极的讯号可以用来抵消温度变化的影响或者用来提高传感器的选 择性。用了第四电极可以使传感器的讯号更稳定，对被测量气体有着特性的响应。
氰化氢（HCN）： 2HCN+Au→HAu(CN)2+H++e氯化氢（HCL）： HCL→1/2CL2+H++e氧化乙烯（C2HO）：C2H4O+2H2O→C2H4O3+4H++4e-
臭氧（O3）： O3+2H++2e-→O2+H2O
氨（NH3）： 12NH3+L2+6H2O→2LO3+12NH4++10e-
电化学气体传感器工作原理及电路图
大部分有毒气体传感器（3/4/7 系列）均属三电极系统。由于控制了敏感电极的电位，恒电位电路还能 提高传感器的选择性和改进其响应性能。这一电路同时也用来测量流过敏感电极和对电极之间的电流。电 路可以作成体积很小的低功耗装置。本章后部将提供一些与此有关的电路。
四电极系统 图1
三电极系统进一步发展导致了四电极系统传感器的产生（A3/A7 系列）。这一类型的传感器增加了另 一个工作电极，称之为辅助电极。辅助电极的讯号可以用来抵消温度变化的影响或者用来提高传感器的选 择性。用了第四电极可以使传感器的讯号更稳定，对被测量气体有着特性的响应。
氰化氢（HCN）： 2HCN+Au→HAu(CN)2+H++e氯化氢（HCL）： HCL→1/2CL2+H++e氧化乙烯（C2HO）：C2H4O+2H2O→C2H4O3+4H++4e-
臭氧（O3）： O3+2H++2e-→O2+H2O
氨（NH3）： 12NH3+L2+6H2O→2LO3+12NH4++10e-
安全监测
为了个人人身安全，需要与一种仪器，当有毒气体的浓度达到短时间暴露允许限值（STEL）和长 时间暴露允许限值（TWA）时能予以报警。下表所列为经常监测的几种主要气体的允许暴露限值。该 表仅仅作为一种指导。其具体数值在使用前必须予以核对。
氧气传感器工作原理及故障分析
（1） 选择的测量点要求能正确反映所需要的炉内气氛，以保证氧传感器 输出信号的
用户的外置监控单元
一个外置的，由用户后接的装置必须承担测量信号的分析处理，以及循环自检的进行和监控。 对故障报警的反应是根据不同用户的技术要求，同样由该外置监控单元处理。 因此，该单元必须满足一定的要求:
该单元必须具有故障保护功能，就是说，下面提到的过程必须运行在无故障状态， 输入信号准确读入，输出信号准确输出。
图一：通道 K2 的输出信号。 由于测试过程是动态的，所以氧气测量系统的常用功能始终处于被检测状态，并理想地循 环运行。为此，在一个分离的测试通道安置 24V，使传感器电流从外部减弱 20%。测量系 统以一个较小的氧气浓度模拟实际情况。在这个基础上，通道 K1 和通道 K2 的测量信号必
须同样地予以减弱，也就是说，测量系统必须正确计算虚拟的氧气浓度。在这里，4%的宽 带是允许的，即在自测时测量值必须处在前测值的 0.76 和 0.84 倍之间。 实用规则：测量信号必须同样最少减弱 10% 使用这种测试方法首次实现以下可能：不仅 能够发现测量系统硬件上的故障，而且也能发现传感器本身，即二氧化锆密闭空腔故障!
在使用许可的容许偏差时间范围内，对通道 K1 和通道 K2 的测试值持续不断地进行 比较。
需要对 K2 输出信号的时间进行不间断的可信度检测。同时，静态信号应视作内部 误差。
在循环周期内，必须启动自检，并处理分析其对测试信号的影响。两个自检之间的 时间间隔，不能超出一个特定的数值。
氧传感器 AO-02 说明书
AO-02说明书氧传感器●全量程线性输出●工作无需外部电源●温度补偿●快速响应●准确可靠●抗干扰能力强产品简述AO-02氧传感器是一款用于检测氧气浓度的电化学传感器，接口型号为Molex3针接头，采用模制主体设计，具有响应快速和使用寿命长等特点。
应用范围AO-02氧传感器工作时无需外部电源，出厂时均经过专业准确的产品校准及温度补偿，适用于各类与氧气浓度检测相关的仪器中，被广泛应用于汽车、环保、煤矿、石油化工等领域，如：机动车尾气检测仪器、废气环保检测仪器、氧指数测试仪器、氧气报警器等。
图1.AO-02氧传感器1.传感器规格表1.AO-02技术指标1表格中未标注条件的参数是在推荐电路、20℃、50%RH、1013mbar以及氧气流量为100mL/min的条件下对传感器测量所得的结果。
技术指标概述了出厂后前三个月内提供的传感器的性能；2输出信号可能会随时间漂移到下限以下；3例如：氧传感器应用在20℃、50%O2条件下，则预期使用寿命为3.6×10550小时=7.2×103小时。
2.产品尺寸图图2.AO-02外形尺寸图（单位：mm，其余未标注公差：±0.2mm）3.安装与使用3.1安装要求安装传感器时，应用手拧紧并确保气密性良好。
不得使用扳手或类似的机械辅助工具，防止传感器螺纹因用力过大而损坏。
3.2储存与使用AO-02氧传感器在储存、安装和操作期间需避免暴露于高浓度的有机溶剂蒸汽中。
当使用带有印刷电路板（PCB）的传感器时，应在安装传感器之前使用脱脂剂清洗PCB，防止松香等助焊剂杂质挥发凝结堵塞氧传感器的透气膜。
禁止在传感器外壳上使用有机溶剂，因为溶剂可能会导致塑料龟裂。
3.3清洁如果传感器外壳受到污染，可以用蒸馏水清洗传感器并使其自然干燥。
不可以对传感器使用蒸汽灭菌，或长时间将传感器暴露于含有环氧乙烷、过氧化氢等化学药品的环境中。
3.4推荐电路图3.AO-02推荐应用电路图●将传感器的正负极引脚（Vsensor+与Vsensor-）短接，此时读取到的ADC 值（MUC_ADC ）记作A 0；●将传感器置于空气中，此时读取的ADC 值记作A 1；●传将传感器置于待测环境中，此时读取的ADC 值记作A x ；●待测环境中氧气浓度的计算公式为：氧气浓度=(A x −A 0)×20.9(A 1−A 0)×100%3.5引脚定义图4.AO-02引脚定义图AO-02氧传感器接口型号为Molex 3针接头，图4中1号引脚为正极引脚，2、3号引脚为负极引脚。
溶解氧传感器的工作原理
溶解氧传感器的工作原理溶解氧传感器是一种用于测量液体中溶解氧浓度的设备。
它的工作原理基于氧分子与电极表面的氧化还原反应，并利用电化学原理将氧浓度转化为电信号输出。
溶解氧传感器通常由两个电极组成，一个是工作电极，另一个是参比电极。
工作电极通常是一个与氧分子反应的电极，它上面附着着一种特殊的材料，如氧化银。
参比电极则是一个不参与氧化还原反应的电极，它的作用是提供一个稳定的参考电位。
当溶解氧传感器放置在含有溶解氧的液体中时，氧分子会与工作电极表面的氧化银发生反应。
这个反应是一个氧化反应，氧分子从液体中被氧化银吸附并转化为氧离子。
这个反应会产生一个电流，这个电流与氧浓度成正比。
参比电极则提供一个稳定的参考电位，使得工作电极的电流能够与氧浓度精确地对应。
通过测量工作电极和参比电极之间的电势差，可以确定溶解氧的浓度。
为了保证溶解氧传感器的准确性和可靠性，通常需要进行校准。
校准可以通过将传感器放置在已知氧浓度的液体中进行。
校准后，传感器将能够根据电势差准确地测量液体中的溶解氧浓度。
溶解氧传感器在许多领域都有广泛的应用。
例如，它可以用于水质监测、污水处理、水产养殖等方面。
在水质监测中，溶解氧传感器可以用来监测水体中的溶解氧浓度，以评估水体的氧化还原能力和生态环境。
在污水处理中，溶解氧传感器可以用来监测处理过程中氧气的供应情况，以确保污水得到充分的氧化处理。
在水产养殖中，溶解氧传感器可以用来监测水体中的溶解氧浓度，以确保养殖生物得到足够的氧气供应。
溶解氧传感器通过利用氧分子与电极表面的氧化还原反应，将溶解氧浓度转化为电信号输出。
它的工作原理基于电化学原理，通过测量工作电极和参比电极之间的电势差来确定溶解氧的浓度。
溶解氧传感器在水质监测、污水处理、水产养殖等领域都有广泛应用，为相关行业提供了重要的数据支持。
氧传感器原理
氧传感器原理
氧传感器是一种用于检测氧气浓度的传感器装置。
其工作原理基于电化学反应。
氧传感器通常由两个电极组成：一个工作电极和一个参比电极。
这些电极被分隔在一个氧气渗透性薄膜中，该薄膜可以允许氧气通过但阻止其他气体的进入。
工作电极上涂有一种称为电催化剂的物质，通常是白金。
当氧气通过传感器的薄膜进入到工作电极处时，氧气和电催化剂发生反应，产生氧化还原反应。
这个反应会导致电子的转移，产生一个电流。
参比电极用于提供一个稳定的参考电位，以确保传感器的准确性和稳定性。
它不参与氧化还原反应，但它的存在可以保持电极的稳定工作条件。
通过测量电流的大小，就可以确定氧气的浓度。
当氧气浓度增加时，电流也会增加，反之亦然。
由于氧传感器的工作原理基于电化学反应，所以它可以实时检测氧气浓度的变化。
这使得氧传感器在许多应用中非常有用，例如汽车排放控制、室内空气质量监测等。
需要注意的是，氧传感器对温度也非常敏感。
因此，在使用氧传感器时，需要保持传感器的温度恒定，以确保准确的氧气浓度测量结果。
氮氧传感器原理
氮氧传感器原理
氮氧传感器是一种能够检测燃烧过程中氮氧化物含量的设备。
其工作原理主要是利用了化学反应和电化学原理。
氮氧传感器通常由两个部分组成：氧气传感器和氮氧化物储存器。
氧气传感器通过测量燃烧气体中的氧气含量来确定燃烧的完全性。
当燃烧气体中存在氧气时，氧气传感器会产生一个电压信号。
这个信号与燃烧气体中氧气的浓度成正比。
氮氧化物储存器则是一个带有催化剂的陶瓷块。
当燃烧气体中的氮氧化物进入氮氧化物储存器时，它们与储存器中的催化剂发生反应，被转化为氮气和水。
这个过程会释放出一定的热量。
当氧气传感器检测到燃烧气体中的氧气含量下降时，说明氮氧化物储存器中的催化剂被消耗，需要再生。
这时，引擎控制单元会通过调整燃烧过程中的空燃比，使得废气中的氧气含量增加，从而使氮氧化物储存器中的催化剂得以再生。
综上所述，氮氧传感器通过测量燃烧气体中的氧气含量和氮氧化物的储存与释放来判断燃烧过程中氮氧化物的含量。
这种传感器在汽车行业中被广泛应用于减少尾气中的氮氧化物排放。
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氧气传感器
概况
所有的氧气传感器都是自身供电，有限扩散，其金属-空气型电池由空气阴极，阳极和电解液组成。
氧气传感器简单来说是一个密封容器（金属的或塑料的容器），它里面包含有两个电极：阴极是涂有活性催化剂的一片PTFE（聚四氟乙烯），阳极是一个铅块。
这个密封容器只在顶部有一个毛细微孔，允许氧气通过进入工作电极。
两个电极通过集电器被连接到传感器表面突出的两个引脚，而传感器通过这两个触角被连接到所应用的设备上。
传感器内充满电解质溶液，使不同种离子
得以在电极之间交换（参见图1）。
Figure 1 - Schematic of oxygen sensor.
进入传感器的氧气的流速取决于传感器顶部的毛细微孔的大小。
当氧气到达工作电极时，它立刻被还原释放出氢氧根离子：
O2 + 2H2O + 4e- ">4OH-
这些氢氧根离子通过电解质到达阳极（铅），与铅发生氧化反应，生成对应的金属氧化物。
2Pb + 4OH- ">2PbO + 2H2O + 4e-
上述两个反应发生生成电流，电流大小相应地取决于氧气反应速度（法拉第定律），可外接一只已知电阻来测量产生的电势差，这样就可以准确测量出氧气的浓度。
电化学反应中，铅极参与到氧化反应中，使得这些传感器具有一定的使用期限，一旦所有可利用的铅完全被氧化，传感器将停止运作。
通常氧气传感器的使用寿命为1-2 年，但也可以通过增加阳极铅的含量或限制接触
阳极的氧气量来延长传感器的使用寿命。
毛细微孔氧传感器和分压氧传感器
城市技术生产的氧气传感器根据进入传感器的氧气的扩散方式的不同分为两种，一种是在传感器顶部设有一毛细微孔，而另一种设有一层固体薄膜允许气体通过。
细孔传感器测量的是氧气浓度，而固体薄膜传感器测量的是氧气的分压。
细孔传感器产生的电流反映的是被测氧气的体积百分比浓度，与气体总压力无关。
但当氧气压力瞬间发生变化时，传感器会产生一个瞬间电流，如果没有控制好就会出现问题。
同样的问题在传感器受到重复压力脉冲时也会出现，例如进入传感器的气体是抽
运式的。
对这个现象的解释如下所示：
压力瞬变
当细孔氧气传感器遇到急剧增压或减压，气体将被迫通过细孔栅板（大流量）。
气体的增加（或减少）产生了一个瞬变电流信号。
一旦情况重新稳定不再有压力脉冲，瞬变即告结束。
此类瞬变可以通过仪器报警，这样CityTech就可以努力寻求解决方案以减
小压力影响。
所有城市技术的细孔氧气传感器都采用了抗大流量机制，见图2。
根本上来说，可以增加一个PTFE 抗大流量薄膜来减弱压力变化带来的瞬变影响。
这层薄膜用一个金属盖或塑料盖紧紧固定在细孔上，这个设计可以很大程度上减少信号的瞬间变化影响。
Figure 2 - Bulk Flow Membrane on Capillary Sensor
但某些压力变化产生的瞬变力量超过了这种设计允许的范围，特别是使用抽取式仪器对传感器输送气体的设备。
某些泵产生的气体对CiTiceL 氧传感器造成持续的压力脉冲，人为地增强了信号。
在这种情况下，有必要在传感器外设计一个气体膨胀室减
小对传感器的压力脉冲。
部分分压型氧传感器
毛细微孔控制气体扩散并不是控制氧气进入传感器的唯一方法，我们还可以使用一个非常薄的塑料薄膜覆盖在传感器顶部，使氧
气分子分散之后再能进入传感器（图3）。
Figure 3 - Solid Membrane (partial pressure) oxygen sensor
氧气进入工作电极的流量由通过薄膜的氧气的分压决定。
这意味着,传感器的输出信号与与混合气体中氧气的分压是成比例的。
大气压的变化将导致传感器输出电流的相应变化。
如果使用抽取式气体输送，在设备的设计阶段就必须确保脉冲作用力不会对传
感器造成影响。
城市技术生产两种部分分压氧传感器，AO2/AO3（汽车）和MOX（医疗），为固体薄膜式，响应关系呈线性，量程为0-100%。
线性关系
从细孔氧气传感器传出的信号是非线性的，与氧浓度（c）有如下关系：
Signal = constant * ln [ 1/(1-C) ]
实际上，传感器的输出呈线性上升，直至氧气浓度超过30%时才出现偏差，给测量带来困难。
而分压传感器的线性输出可以达
到100% 氧气（或1.0氧气浓度百分比）。
温度
细孔和薄膜氧气传感器对对温度的变动都是敏感的，但敏感程度不同。
温度对细孔氧气传感器的影响相对较小，通常温度从+20°C到–20°C会导致输出信号损失10%。
相对的，温度对薄膜氧气传感器的影响要大得多，气体扩散通过薄膜是一个活动的过程，通常10°C的温度变化就会导致传感器信号输出加倍。
薄膜氧气传感器要求温度的相对稳定，因而许多CiTiceLs?产品带有内置热敏电阻。
活性储备
设计任何电化学传感器时都应通过栅板（薄膜或细孔）来限制气体通过速率，而其它各阶段速率都明显的快得多。
所以，为保证
电化学反应速度，必须使用具有高催化活性的电极材料。
所有CiTiceLs?产品都使用高活性电极，使传感器具有高活性储备，保证了传感器的长期稳定性和低漂移性。