便攜式殘氧儀作為精準檢測包裝容器內氣體成分的專業(yè)設備，其核心工作原理依托于雙傳感器協(xié)同檢測技術與精密信號處理系統(tǒng)的深度融合。通過電化學傳感器與紅外吸收傳感器各司其職、相互配合，結合先進的數(shù)據(jù)處理算法，實現(xiàn)對氧氣（O?）和二氧化碳（CO?）含量的快速、精準測定。
一、氧氣檢測：電化學傳感器的微觀反應機制
氧氣檢測采用的電化學傳感器，其內部構造精密且功能獨-特，主要由透氣膜、工作電極、對電極、參比電極以及電解液構成。當便攜式殘氧儀對包裝容器進行采樣時，含有氧氣的氣體樣本會通過儀器的采樣通道，經(jīng)透氣膜擴散至傳感器內部。透氣膜具有良好的氣體透過性，能選擇性地允許氧氣分子通過，同時阻擋其他氣體和雜質，確保檢測的準確性。
在傳感器內部，氧氣分子抵達工作電極表面后，會在電極材料（通常為貴金屬或金屬氧化物）的催化作用下發(fā)生氧化還原反應。具體過程為：氧氣分子獲得電子，并與電解液中的水分子結合，生成氫氧根離子，反應方程式可簡單表示為：O? + 2H?O + 4e? → 4OH? 。這一反應過程會產生微弱的電流，根據(jù)法拉第定律，產生的電流大小與參與反應的氧氣量成正比，而氧氣量又與氣體樣本中的氧氣濃度直接相關。也就是說，氧氣濃度越高，參與反應的氧氣分子越多，產生的電流也就越大。
為了捕捉這一微弱電流信號（通常在微安級別），便攜式殘氧儀內置了高精度的電流檢測電路。該電路采用低噪聲放大器和高速模數(shù)轉換器（ADC），能夠將電流信號快速、準確地轉換為數(shù)字信號，并傳輸至儀器的微處理器。微處理器再根據(jù)預先設定的算法和校準參數(shù)，對數(shù)字信號進行處理和計算，最終得出氧氣的含量數(shù)值，其分辨率可達 0.01% VOL，測量精度≤±0.2% ，即使是極低濃度的氧氣也能被精確檢測出來。
二、二氧化碳檢測：紅外吸收傳感器的光學解析原理
對于二氧化碳（CO?）的檢測，便攜式殘氧儀采用紅外吸收傳感器，其工作原理基于朗伯 - 比爾定律。該定律指出，當一束特定波長的紅外光穿過含有吸光物質（如 CO?）的介質時，吸光物質會吸收部分紅外光能量，導致光強衰減，且光強衰減程度與吸光物質的濃度、光程長度以及吸光系數(shù)成正比。
紅外吸收傳感器主要由紅外光源、氣室、紅外探測器以及信號處理電路組成。當氣體樣本進入傳感器的氣室后，紅外光源會發(fā)射出特定波長（通常為 4.26μm，這是 CO?的特征吸收波長）的紅外光。在氣室內，CO?分子會選擇性地吸收對應波長的紅外光能量，使得透過氣室的紅外光強度減弱。紅外探測器負責接收經(jīng)過氣室后的紅外光，并將光信號轉換為電信號。由于 CO?濃度越高，吸收的紅外光能量越多，紅外探測器接收到的光強就越弱，轉換后的電信號也相應越小。
信號處理電路會對紅外探測器輸出的電信號進行放大、濾波等預處理，去除噪聲干擾，然后將其傳輸至微處理器。微處理器結合預先存儲的校準數(shù)據(jù)和算法，根據(jù)朗伯 - 比爾定律對電信號進行分析和計算，從而精確得出二氧化碳的濃度值。在不同量程范圍內，該傳感器都能保持較高的測量精度，在 0 - 50% 量程內精度≤±2%，50% - 100% 量程內精度≤±3% ，確保對各種濃度的 CO?都能準確測量。
三、雙傳感器協(xié)同工作：數(shù)據(jù)融合與精準測定
便攜式殘氧儀的微處理器作為整個系統(tǒng)的 “大腦"，承擔著雙傳感器數(shù)據(jù)整合與處理的關鍵任務。它為氧氣電化學傳感器和二氧化碳紅外吸收傳感器分別配置了獨立的數(shù)據(jù)采集通道，確保兩種傳感器產生的信號能夠同時、互不干擾地傳輸至微處理器。每個數(shù)據(jù)采集通道都配備了高速、高精度的 A/D 轉換器，能夠在極短時間內將傳感器輸出的模擬信號轉換為數(shù)字信號，保證數(shù)據(jù)采集的實時性和準確性。
微處理器內置了針對氧氣和二氧化碳檢測的專用算法。對于氧氣檢測數(shù)據(jù)，算法會綜合考慮溫度、濕度等環(huán)境因素對電化學傳感器的影響，通過補償算法對原始數(shù)據(jù)進行修正，消除環(huán)境因素帶來的測量誤差；對于二氧化碳檢測數(shù)據(jù)，算法則會結合氣室的溫度、壓力等參數(shù)，對紅外光吸收數(shù)據(jù)進行非線性校準，確保測量結果不受氣室環(huán)境變化的干擾。
在完成數(shù)據(jù)采集和處理后，微處理器會對氧氣和二氧化碳的含量數(shù)據(jù)進行時間戳標記，確保兩者在時間維度上的一致性。隨后，這些數(shù)據(jù)會被同步顯示在儀器的顯示屏上，用戶可以直觀地獲取包裝容器內兩種氣體的實時濃度信息。此外，微處理器還支持數(shù)據(jù)存儲和傳輸功能，可將測量數(shù)據(jù)存儲在儀器內置的存儲器中（高達 2000 組循環(huán)存儲），并通過 USB 接口將數(shù)據(jù)導出至電腦等設備，方便用戶進行后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和管理。
便攜式殘氧儀通過電化學傳感器與紅外吸收傳感器的獨-特設計，以及微處理器的智能數(shù)據(jù)處理，構建了一套高效、精準的氣體成分檢測系統(tǒng)。這種雙傳感器協(xié)同工作的模式，不僅實現(xiàn)了對氧氣和二氧化碳含量的快速、準確測定，還能滿足不同行業(yè)、不同場景下對包裝容器氣體檢測的多樣化需求，為產品質量控制和保鮮技術提供了可靠的技術支持。
