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第一届“冰轮杯”氧与健康网络科普竞赛

环境氧浓度监测的意义

中国康复医学会 2019-6-12 15:45 高压氧专委会 445 0

曹喜春  北京英世智博测控技术有限公司                                  

目前无论是大的社会生活环境,还是小的家里私密空间,人们对生存空间环境的空气质量要求是越来越高。改善生存环境,提高生活品质是很多人的追求。


一  环境与缺氧

1 高原地区氧浓度监测的意义:导致高原上人的机体生理功能衰退的主要原因是缺氧,随着海拔高度的不断提升,大气中的氧含量和大气压也相应下降,人体的自然反应也随之剧烈,造成心率加快、反应迟缓、情绪急躁、免疫力下降等人体伤害,出现如头疼、腹胀、呼吸困难、精神不振、睡眠质量不高、记忆力减退等症状。目前通过各种手段提高局部空间环境的氧气浓度,从而营造模拟状态下的低海拔地区自然环境,实现和达到人在高海拔地区。但是室内富氧虽然可以改善人在高海拔地区的缺氧状况,同时也会带来火灾危险,室内富氧的安全控制已成为重要的研究课题.对高海拔地区室内环境富氧条件下滤纸的燃烧速度和安全富氧浓度上限进行了试验研究,并对高海拔地区的富氧安全问题进行了分析.结果表明,在不同海拔地区,室内环境维持相同的氧分压时,滤纸的燃烧速度会随着海拔的升高而显著增加,如果不考虑当地的海拔高度而只以氧分压作为参考会带来火灾危险,但存在富氧的安全氧浓度上限;海拔不同,富氧到安全氧浓度上限时所对应的相当海拔也不同,在海拔高度低于5.55km的地区,通过对室内环境富氧可以安全地将相当海拔降低到3km以下。所以高原富氧环境中氧浓度的监测必不可少。北京英世智博测控技术有限公司,在富氧环境氧浓度检测中开发了多个型号的氧气监测仪及系统,如: TY-3400壁挂系列,TY-OA\TY-S100手持式系列皆已经累计销售了上千台,得到了客户的一致好评。有效的解决了富氧环境中氧浓度超高引起的火宅隐患。

2 高压氧舱氧浓度监测的意义:高压氧在给人类缓解及治愈病痛的同时,做为一个治疗的高压密闭空间,安全性、环境氧浓度监测是重中之重,目前国内氧舱有氧气加压舱和空气加压舱二种,不同的舱体结构,不同病人的吸氧习惯和病人的人数,都会影响着舱内氧浓度的高低。氧气加压舱要求氧浓度越高越好,用于特殊疾病的救治,同时对进舱人员具有严格要求。空气加压舱则需要严格控制氧舱空间内的氧浓度不得超过23%,以免引起爆燃的危险。所以氧浓度监测在氧舱安全规范性操作中起到了保驾护航的作用。   


3 特殊场所氧浓度监测的意义:人们对工作、运动、居家、会所、实验室等私密空间的环境品质要求越来越高,很多场所都安装了制氧设备,提高局部空间的供氧量,营造一个富氧环境,来改善自己的生活品质,同样离不开氧浓度的监测。


二  测氧仪工作原理

环境氧浓度监测所用测氧仪无论是产品稳定性、灵敏度及精密度,均能满足客户要求,特殊环境甚至可以个性化定制,其中氧气传感器是测氧仪的核心部件,根据其工作原理,大致分为电化学、氧化锆、磁氧、激光测氧四类,因为原理的不同所应用的领域也不太相同。

1  电化学氧气传感器:简单的说就是氧气进入传感器通过氧化还原反应,产生电信号,这个电信号与氧浓度呈一定的比例关系。电化学传感器因为成本低,体积很小,响应快,测量范围从ppm到百分比级别,现在市场广泛使用,缺点是易受外界因素影响多,并且校准周期比较短,寿命也相对比较短。

2  氧化锆氧气传感器:是利用稳定的二氧化锆陶瓷,在650℃以上的环境中氧离子导电特性而设计的,在一定温度下,陶瓷两侧形成不同的氧分压(既氧浓度)时,二氧化锆陶瓷内部产生一系列的反应和氧离子的迁移。然后二氧化锆两侧的引出电极,可以测到稳定信号,也就是氧电势。特点就是需要加热并保持恒温,稳定性好,校准周期长,寿命也比较长。由于氧化锆属于加热型,并且需要保证温度700°恒温,所以氧化锆主要应用在烟气排放领域,炉子等高温环境中的氧气检测,做成仪器体积比电化学的要大些。

3  磁氧氧气传感器;是利用了氧的顺磁性原理,传感器气室内两个磁极之间,安装了两个充满氮气的玻璃球,它们固定在可以转动的同轴支架上。被测气体中的氧气会被吸入磁场,产生对球体的作用力。从而对转轴产生一个力矩,这个力矩的大小和氧气的含量具有线性关系。磁氧传感器由于其物理特性,就是寿命长(理论来讲无寿命说法),精度高、校准周期长、稳定性好,在一些大型的空分行业和化工行业经常采用。

4  激光测量氧气传感器:是采用TDLAS光谱吸收技术,通过分析激光被气体的选择性吸收来获得气体的浓度。一般应用领域在工业和化工领域使用。


 其实根据以上的氧气传感器的原理,大致上可以看出来环境中氧气浓度的监测,如果采用扩散式测量方式,那么最好的选择是电化学、体积小、可以做成轻便的便携式仪器。如果在线管路测量,那么以上几种都可以采用,但是成本从高到低,依次激光、磁氧、氧化锆、电化学。

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