高原如何安全供氧?推薦您幾款氧氣傳感器~

2021-01-09 Apollo傳感器

高原缺氧怎麼回事?

氧分壓低!

從海平面到萬米的高空,氧氣在空氣中的含量均為21%左右,但是氧分壓卻差別很大。

氧分壓的概念:收集一瓶空氣,將其中的氮氣除去,剩餘的氧氣仍會逐漸佔滿整個集氣瓶,此時的壓強會比原來的低,該值為原空氣中氧氣的分壓值。根據道爾頓定律:大氣壓等於氧分壓、氮分壓等所有氣體分壓的總和:Ptotal=ppO2+ ppN2+ ppAr+ ppCO2+ ppH2O+ ……

高原空氣稀薄,氧分壓低,導致人在高原缺氧。我們大多數隻考慮濃度,尤其是我們只考慮氧氣濃度(%vol)。這種精準的認識很關鍵,解決問題的「窗戶紙」就在此。

西藏航空賓館某房間氧氣含量20.86%,氧含量與內地城市相同。但是西藏航空的機長、乘務人員等入住賓館時,房間氧氣濃度調高到24.5%-25%,氧氣分壓在150 mbar左右。補充的氧氣由制氧機從室外空氣中提取,彌散進入房間。這樣才能讓房間內人不至於缺氧。

據測算,在海拔4270米高處,氧氣壓力只有海平面的58%。所以,儘管氧氣在大氣中的相對比例沒有變化,但由於空氣稀薄,氧氣(進入身體)的絕對量卻變小了,由此導致了(人體)缺氧。人是否缺氧不能憑感覺,因為大腦和心臟的寬容度很大,輕易感覺不出來,要憑測量。觀察嘴唇顏色是測量,是目測,嘴唇顏色代表動脈血顏色,發紫、發烏說明動脈血血氧不飽合,身體缺氧。正常人體動脈血的血氧飽和度為98% ,低於94%為供氧不足,低於90%定為低氧血症。

近年來,隨著西部大開發的不斷深入,越來越多低海拔地區的人進入高海拔地區。隨著海拔的增加,空氣中氧分壓下降,低海拔地 區的人進入高原後會表現出極大的不適應並引發高原反應,對人們的正常生產和生活造成極大的影響。通過室內環境富氧,不但可以減少高原低氧環境對身體的損害,還可以提高體力勞動和腦力勞動的效率。

室內富氧雖然可以提高氧分壓,能有效提高人的睡眠質量和工作效率,但氧氣體積分數的增加可能帶來火災危險。

當氧分壓不變時,隨著海拔升高材料的燃燒速度加快。維持氧分壓為 211.8mbar,當大氣壓低於869.7mbar 時,濾 紙的燃燒速度將超過 3.01 mm·s-1. 因此,在大氣壓低於 869.7mabr時,富氧到與一個標準大氣壓下空氣中氧分壓一致會帶來火災危險。

大氣壓與安全氧氣體積分數上限的關係,通過對數據擬合可得安全氧氣體積分數與大氣壓的關係為:Y = 27.91% ×exp(-P/447.8)+ 20.09% 。式中 Y為安全氧氣體積分數上限,P 為大氣壓單位為 mbar。

隨著海拔的升高,安全富氧氣體積分數上限將發生變化,安全氧氣體積分數Y上限與海拔H (單位Km) 的關係用數學式可表示為 Y = 8.28% ×exp(H/10.41)+14.69% 。

所以高原安全供氧,就必須使用氧氣濃度/分壓檢測氧傳感器來完成。

目前,市場上存在多種類型的氧傳感器。工業的發展需要氧傳感器具有高精確度,高重複性,並且使用簡單,少維護和校準等特點。基於這一目的,對於使用者來說,就需要應用的需要來考慮各種不同傳感器的優點,選擇合適的傳感器。沒有一種傳感器是萬能的。

下面關於市面上我司APOLLO推出的常見的三種氧傳感器的介紹,相信幫助您選擇適合您的應用所需要的傳感器。

1. 電化學氧傳感器

KE-25

電化學(electrochemistry)傳感器具體使用成本低,測量準確的特點。但是電化學(electrochemistry)傳感器使用半透過性膜,隨著時間的推移,膜的性能和電極的性能都會發生改變。這些固有的特性就導致了電化學(electrochemistry)傳感器需要經常更換,同時也需要定期校正。缺點是工作溫度一般在0-50°,在常溫(25℃)環境下工作效果好,但是溫度超過40°,壽命消耗極快。在不同氣壓環境下使用,需要重新標定。

2. 氧化鋯傳感器

O2S-FR-T4

氧化鋯傳感器是另一種性能穩定,使用壽命長的氧傳感器。與順磁性傳感器相比,氧化鋯傳感器具有響應速度更快的優勢,但由於氧化鋯傳感器是一種高溫傳感器,儀器的啟動預熱時間對對順磁性更長。而且根據氧化鋯傳感器的原理,這種不適合用於有還原性氣體存在時(如碳氫化合物的氣體,氫氣,一氧化碳)的環境。氧化鋯必須在650°以上才能工作,所以氧化鋯傳感器工作時就需要考慮環境安全問題。

3. 螢光氧猝滅傳感器

Lox-02

螢光氧傳感器基於螢光遇到氧分子猝滅原理,氧氣吸收光線中藍色部分的光譜。氧氣會使特殊釕化合物激發出的螢光產生猝滅效應,以致發出的光的光強發生變化,螢光強度變化時間跟氧氣濃度有關。光學氧原理每次檢測都不會對被測的環境氣體造成影響。檢測時不會消耗氧氣,這一點與傳統的氧氣傳感器有很大區別,它們會消耗氧氣從而改變被測氣體的成分比例。光強變化時間可以進行標定從而得出準確的氧氣分壓值,該值不受氣壓變化的影響。在標定氧氣濃度獲得準確的氧氣測量值時,傳感器是完全惰性且不消耗任何待測的氧氣。同時,傳感器內置氣壓晶片,內置軟體已經算出氧氣濃度。使用時只需要通過發送命令即可讀取氧分壓值,大氣壓值以及氧濃度值。

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