三气培养箱所搭载的氧化锆氧传感器属于浓差电池型固体电解质氧传感器，核心传感基材是掺加氧化钇稳定的氧化锆陶瓷，这种材料在常温下绝缘，升温至 600~700℃高温后，晶格形成大量氧空位，氧离子可以在陶瓷内部定向迁移，成为氧离子导体，这是传感器实现测氧的基础。

陶瓷薄片正反两面烧结多孔铂电极，一侧连通培养箱内腔待测气体，另一侧通大气作为参比气。当两侧氧气分压不一致，高氧侧氧气在铂电极上得到电子变成氧离子，氧离子穿过氧化锆陶瓷迁移到低氧侧，在电极释放电子还原为氧气，两侧形成稳定的电动势，电动势大小遵循能斯特公式，仪器主控板采集电势，结合探头加热温度补偿，换算得到箱体内实时氧气浓度值，输出信号给到气路控制单元，完成氧气、氮气的自动调节，配合红外传感器监测 CO₂，实现三气联动控制。

该传感器量程宽，下限可达 0.1% O₂，上限可达 90% O₂，全量程线性良好，测量精度稳定，响应时间短，适合动态氧环境控制。它属于固态电化学元件，反应过程仅为氧离子迁移，没有电解液、阳极材料持续消耗，理论寿命远高于原电池式电化学氧传感器，长期连续运行优势突出。同时它只对氧分压敏感，CO₂、氮气等常规组分不会带来明显交叉干扰，适配细胞培养腔体的气体组分环境。

该技术本身的固有缺陷来自高温工作模式，高温陶瓷元件对冷凝水极其敏感。培养箱内部湿度通常维持 90%~95RH，停机未干燥时，腔体水蒸气接触高温探头冷却凝结，附着在电极表面，加热时盐分析出，会造成铂电极中毒、陶瓷裂纹，直接失效。传感器自带加热回路，电路上需要独立温控和过热保护，防止超温烧毁元件。

常规校准采用空气单点校准，利用空气中 20.95% 氧浓度作为标准，高精度需求可搭配标准气体两点校准。维护重点分为三点：灭菌或者停机前先开启干燥程序，降低腔体湿度；防止培养液、废液溅射到传感器探头；定期更换 HEPA 滤芯，减少气溶胶、粉尘附着在传感面，避免信号漂移。

原创作者：杭州川恒实验仪器有限公司