锆石氧测量原理的背景
关于锆石氧传感器的特点进行了简要介绍之后,我想谈谈氧气测量原理的物理学背景。

酸素的分压
分压被定义为将混合气体简化为单一气体成分的压力。
这对应于仅由单一气体成分占据总体积的情况下的总压力。
多尔顿的法则
理想气体混合气体的总压(P-total)等于混合气体中各气体的分压(Pi)的总和。
数式(1)… 
从式1可以导出,“混合气体的粒子总数(ntotal)”与“各气体成分的粒子数(ni)”的比,等于“混合气体的总压(Ptotal)”与“各气体成分的分压(Pi)”的比。
数式(2)… 
你燃气中的粒子数i
ntotal混合气体的粒子总数
圆周率气体的分压i
总功率前压

例1:
海面的大气压力(标准大气条件下)是101.325kPa。
在此,干燥空气(大气)的主要成分是氮气(78.08%Vol)、氧气(20.95%Vol)、氩气(0.93%Vol)和二氧化碳(0.040%Vol)。由于这种干燥空气可近似为理想气体,因此体积含量(%)等于粒子数(n)。
方程2可以解出各个气体的分压(i),如下所示。
数学(3)… 
在这种情况下,氧气的分压如下所示。


当然,这个值仅在大气干燥(湿度为0%)时相关。当大气中存在水分时,全压的一部分将被水蒸气压占据。因此,同时测量相对湿度和周围温度可以更准确地计算氧气分压(ppO2)。

首先,计算水分含量。
数学(4)… 
WVP水蒸气压(毫巴)i
HRel相对湿度(%)
WVP最大值最大水蒸气压(mbar)
在已知的环境温度下,最大水蒸气压(WVPmax)参考附录A的表格。 最大水蒸气压,也被称为露点温度。 暖空气可以容纳更多的水蒸气,因此WVPmax较高。
在这种情况下,氧气分压(ppO2)将如下所示。
数学公式(5)… 
二氧化碳分压酸素分圧(毫巴)
英国石油公司气压(mbar)
WVP水蒸气压(mbar)
以下的示例2表明,湿度(水分)会降低氧气分压,从而降低氧气的体积含量。
例2:
一般的气象观测所记录并可以获得以下信息(温度、湿度、大气压)。
温度22℃
湿度32%
大气压986毫巴
参考附录A的表格,此时WVPMAX=26.43mbar。

那时,氧气分压如下所示。

已知氧气分压和全气压,可以计算氧气的体积含量。
