氧分压是什么以及如何计算它
发布时间：2025/10/22 14:30:00氧化锆氧传感器的工作原理是测量混合气体中的氧分压。这通常会在PST的客户中引起混淆，因为市场上的大多数氧传感器都测量氧浓度。
但是，什么是分压？当谈到氧传感器的工作原理时，这是一个我们经常被问到的问题。在本文中，我们将介绍分压的定义、其背后的物理原理、如何计算分压，以及如何将氧气分压转换为氧气浓度相关的体积含量（满足对氧浓度感兴趣的需要）分压: 定义
分压定义为混合气体中单个气体组分的压力。它对应于单个气体组分单独占据整个容积时所施加的总压力。
道尔顿定律: 物理学原理
详细介绍了氧传感器的工作原理。理想气体混合物的总压 (Ptotal) 等于该混合物中各气体的分压 (Pi) 之和。
Ptotal = ∑
| k |
| i=1 |
Pi从等式 1 可以得出，单个气体组分的颗粒数 (ni) 与气体混合物的总颗粒数(ntotal) 之比等于单个气体组分的分压 (Pi) 与气体混合物的总压 (Ptotal) 之比。
| ni |
| ntotal |
=
| Pi |
| Ptotal |
| ni | 气体中颗粒数 |
| ntotal | 颗粒总数 |
| pi | 单个气体的分压 |
| Ptotal | 总压 |
示例 1:
海平面大气压 (在标准大气条件下) 为 1013.25mbar。这里，干燥空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.)。体积含量 (%) 可等于颗粒数 (n)，因为上述气体可近似为理想气体。
等式2 可通过求解单个气体 (i) 的分压得到:
Pi =
| ni |
| ntotal |
x Ptotal氧分压等于:Pi =
| 20.95% |
| 100% |
x 1013.25mbar = 212.28mbar
当然，该值仅在大气干燥（湿度为0%）时相关。若存在水分，则水蒸气压占总压的一部分。因此，当相对湿度和环境温度与总气压一起测量时，氧分压（ppO?)可以被更准确地计算。
首先，计算水蒸气压：
WVP = (
| HRel |
| 100 |
) x WVPmax
| WVP | 水蒸气压 (mbar) |
| HRel | 相对湿度 (%) |
| WVPmax | 大水蒸气压 (mbar) |
对于已知的环境温度，大水蒸气压 (WVPmax) 可从下面查询表中确定。大蒸气压也被称为露点。较暖的空气可以容纳更多的水蒸气，因此具有更高的WVPmax。
| 温度 (°C) | 大水蒸气压 (mbar) | 温度 (°C) | 大水蒸气压 (mbar) |
| 0 | 6.1 | 31 | 44.92 |
| 1 | 6.57 | 32 | 47.54 |
| 2 | 7.06 | 33 | 50.3 |
| 3 | 7.58 | 34 | 53.19 |
| 4 | 8.13 | 35 | 56.23 |
| 5 | 8.72 | 36 | 59.42 |
| 6 | 9.35 | 37 | 62.76 |
| 7 | 10.01 | 38 | 66.27 |
| 8 | 10.72 | 39 | 69.93 |
| 9 | 11.47 | 40 | 73.77 |
| 10 | 12.27 | 42.5 | 84.19 |
| 11 | 13.12 | 45 | 95.85 |
| 12 | 14.02 | 47.5 | 108.86 |
| 13 | 14.97 | 50 | 123.86 |
| 14 | 15.98 | 52.5 | 139.5 |
| 15 | 17.04 | 55 | 457.42 |
| 16 | 18.17 | 57.5 | 177.25 |
| 17 | 19.37 | 60 | 199.17 |
| 18 | 20.63 | 62.5 | 223.36 |
| 19 | 21.96 | 65 | 250.01 |
| 20 | 23.37 | 67.5 | 279.31 |
| 21 | 24.86 | 70 | 311.48 |
| 22 | 26.43 | 75 | 385.21 |
| 23 | 28.11 | 80 | 473.3 |
| 24 | 29.82 | 85 | 577.69 |
| 25 | 31.66 | 90 | 700.73 |
| 26 | 33.6 | 95 | 844.98 |
| 27 | 35.64 | 100 | 1013.17 |
| 28 | 37.78 | 110 | 1433.61 |
| 29 | 40.04 | 120 | 1988.84 |
| 30 | 42.42 | 130 | 2709.58 |
氧分压等于:
ppO2 = (BP - WVP) x (
| 20.95 |
| 100 |
)
| ppO2 | 氧分压 (mbar) |
| BP | 大气压 (mbar) |
| WVP | 水蒸气压 (mbar) |
下面的示例2描述了湿度对降低氧分压的影响，从而降低氧体积含量。
示例 2:
在典型的一天，从校准的气象站记录的以下信息:
| 温度 | 22°C |
| 湿度 | 32% |
| 气压 | 986mbar |
使用上面的水蒸气压查询表，WVPmax = 26.43mbar。
WVP = (
| 32 |
| 100 |
) x 26.43 = 8.458mbar
氧分压等于:
ppO2 = (986 - 8.458) x (
| 20.95 |
| 100 |
) = 204.795mbar
我们现在知道了氧分压和总气压，我们可以计算出氧的体积含量。
O2% = (
| 204.8 |
| 986 |