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氧分壓是什么以及如何計算它

來源：珠海歐伯特測控技術有限公司 2025年10月22日 14:19

氧化鋯氧傳感器的工作原理是測量混合氣體中的氧分壓。這通常會在PST的客戶中引起混淆，因為市場上的大多數氧傳感器都測量氧濃度。

但是，什么是分壓？當談到氧傳感器的工作原理時，這是一個我們經常被問到的問題。在本文中，我們將介紹分壓的定義、其背后的物理原理、如何計算分壓，以及如何將氧氣分壓轉換為氧氣濃度相關的體積含量（滿足對氧濃度感興趣的需要）。

分壓: 定義

分壓定義為混合氣體中單個氣體組分的壓力。它對應于單個氣體組分單獨占據整個容積時所施加的總壓力。

道爾頓定律: 物理學原理

詳細介紹了氧傳感器的工作原理。理想氣體混合物的總壓 (Ptotal) 等于該混合物中各氣體的分壓 (Pi) 之和。

Ptotal = ∑

i=1

從等式 1 可以得出，單個氣體組分的顆粒數 (ni) 與氣體混合物的總顆粒數(ntotal) 之比等于單個氣體組分的分壓 (Pi) 與氣體混合物的總壓 (Ptotal) 之比。

ntotal

Ptotal

ni	氣體中顆粒數
ntotal	顆粒總數
pi	單個氣體的分壓
Ptotal	總壓

示例 1:

海平面大氣壓 (在標準大氣條件下) 為 1013.25mbar。這里，干燥空氣的主要成分是氮氣(78.08% Vol.)，氧氣 (20.95% Vol.)，氬氣 (0.93% Vol.) 和二氧化碳 (0.040% Vol.)。體積含量 (%) 可等于顆粒數 (n)，因為上述氣體可近似為理想氣體。

等式2 可通過求解單個氣體 (i) 的分壓得到:

Pi =

ntotal

x Ptotal

氧分壓等于:

Pi =

20.95%

100%

x 1013.25mbar = 212.28mbar

Figure 2 Partial Pressure at 0% Humidity — 圖2 0%濕度下的分壓

當然，該值僅在大氣干燥（濕度為0%）時相關。若存在水分，則水蒸氣壓占總壓的一部分。因此，當相對濕度和環境溫度與總氣壓一起測量時，氧分壓（ppO?)可以被更準確地計算。

首先，計算水蒸氣壓：

WVP = (

HRel

100

) x WVPmax

WVP	水蒸氣壓 (mbar)
HRel	相對濕度 (%)
WVPmax	大水蒸氣壓 (mbar)

對于已知的環境溫度，大水蒸氣壓 (WVPmax) 可從下面查詢表中確定。大蒸氣壓也被稱為露點。較暖的空氣可以容納更多的水蒸氣，因此具有更高的WVPmax。

溫度 (°C)	大水蒸氣壓 (mbar)	溫度 (°C)	大水蒸氣壓 (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

氧分壓等于:

ppO2 = (BP - WVP) x (

20.95

100

)

ppO2	氧分壓 (mbar)
BP	大氣壓 (mbar)
WVP	水蒸氣壓 (mbar)

下面的示例2描述了濕度對降低氧分壓的影響，從而降低氧體積含量。

示例 2:

在典型的一天，從校準的氣象站記錄的以下信息:

溫度	22°C
濕度	32%
氣壓	986mbar

使用上面的水蒸氣壓查詢表，WVPmax = 26.43mbar。

WVP = (

100

) x 26.43 = 8.458mbar

氧分壓等于:

ppO2 = (986 - 8.458) x (

20.95

100

) = 204.795mbar

我們現在知道了氧分壓和總氣壓，我們可以計算出氧的體積含量。

O2% = (

204.8

986

) x 100 = 20.77%

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