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氧气检测仪在低温或高湿环境下测量会失真吗?如何补偿?

作者:万安迪

发布时间:2025-12-15

访问量:27

  会的,但要先分清两类“失真”:

  1) 其实不是失真:高湿会让氧分压/湿基体积分数变低

  在同样的“干空气组成”下,空气里水蒸气越多,占的分压越大,氧的分压就被“挤掉”一部分,所以你看到的 O₂(按湿基、或按分压等效的读数)会比 20.9% 略低——这是物理结果,不是传感器坏了。像 Figaro 的 SK-25F 技术资料就明确提到:传感器本体不受湿度影响,但读数变化来自“湿度对空气中 O₂ 浓度/分压的影响”,并且它内部用热敏电阻做温度补偿。

  如果你想把“湿基读数”换算成“干基(去掉水蒸气)”:

  O₂(dry) = O₂(wet) / (1 − P(H₂O)/P(total))

  其中 P(H₂O)=RH×P_sat(T),饱和水汽压可用蒸汽压表或 Buck 方程计算。

  举个直观例子:30°C、100%RH 时,P_sat≈4.24 kPa(相当于水汽分压 4.24 kPa)。此时“干基 20.9%”对应的“湿基”大约会变成 20.0% 左右,差约 0.9 个百分点。

  2) 真正的测量误差:低温/高湿会影响传感器与采样

  低温常见影响(以电化学/原电池式氧传感器为主)

  反应动力学、扩散速度变慢,响应变慢,输出可能偏低或漂移(超出温度补偿范围时更明显)。

  很多产品靠内置温度补偿(热敏电阻/算法)把“灵敏度随温度变化”拉平,但在极端温度、快速温变时仍可能波动。

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  高湿/结露的常见影响

  结露是大敌:水滴/冷凝水覆盖在传感器扩散膜或进气通道上,会阻碍氧扩散,导致读数“假性偏低”。Process Sensing 的原电池氧传感器资料就提到:冷凝水会阻塞氧扩散从而让信号输出下降,去除液体后输出可恢复。

  因为结露会显著影响读数,相关标准测试也会要求在温湿度试验中避免凝露发生。

  (补充:若你用的是氧化锆氧传感器/探头,输出遵循能斯特关系,本质上对温度敏感,通常靠加热与温度补偿控制。

  怎么补偿/减小失真(按“你要的测量口径”来做)

  A. 你要的是“对人体安全更相关”的氧分压/湿基 O₂

  那高湿导致的轻微下降往往是“真实变化”,通常不建议把它硬补回 20.9%(因为呼吸舒适/缺氧风险更接近分压概念)。你需要做的是:

  防结露:让采样气体温度始终高于露点(加热采样管/采样头、保温),或加装水汽过滤/水阱但注意不要吸收氧。

  遵守工作温湿度范围:低温环境让仪器先“温度稳定/预热”,避免刚从室内拿到室外立刻读数定论。

  用带温度(最好再带压力)补偿的机型:一些光学氧传感器/模块会内置温度补偿(部分还带压力传感),能减少环境造成的漂移。

  B. 你要的是“干基 O₂(不受水蒸气稀释影响)”

  就按公式做“湿→干”换算:

  同时测 T、RH、P(大气压/管道压)

  算 P(H₂O)=RH×P_sat(T)(P_sat(T) 可查表或用 Buck 方程)用 O₂(dry) = O₂(wet) / (1 − P(H₂O)/P) 修正

  校准时尽量使用与你现场接近的温度范围,或用厂家提供的温度系数/曲线做分段修正。

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