溶解氧传感器的工作原理

溶解氧的基本概念:
溶解氧(DO)是指溶解于水中的氧的含量,它以每升水中氧气的毫克数表示,溶解氧以分子状态存在于水中。水中溶解氧量是水质重要指标之一,也是水体净化的重要因素之一。
水中溶解氧的含量与大气压力、水温及含盐量等因素有关。没有受到耗氧物质(一般为有机物)污染的水体,溶解氧呈饱和状态,如清洁地表水溶解氧接近饱和。在水体中有机物含量较多时,其耗氧速度超过氧的补给速度,则水中溶解氧将不断减少,甚至可接近于零,从而使有机物在缺氧条件下分解,出现腐败发酵现象,使水质严重恶化。因此,在对水体的质量评价中,把溶解氧作为水质污染程度的一项指标。

溶解氧传感器.JPG


需要测定溶解氧的场所
1、污水处理
2、河流湖泊环境监测
3、水产养殖
目前市场上溶解氧传感器的检测原理种类:
溶解氧传感器常用的膜电极有两类:极谱型(Polarography)和原电池型(Galvanic Cell)。
极谱型(Polarography):电极中,有黄金环或铂金环作阴极,银-氯化银(或汞-氯化亚汞)作阳极。电解液为氯化钾溶液。阴极外表面覆盖一层透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡胶等透气材料。阴阳两电极之间外加0.5~1.5V的极化电压,当溶解氧透过薄膜达到黄金阴极表面,在电极上发生如下反应:
阴极被还原:O2+2H2O+4e→4OHˉ
阳极被氧化:4Clˉ+4Ag-4e→4AgCl
只要测得扩散电流,既可以测得溶解氧的溶度,为了消除温度、盐度、气压等因素的影响,均采用相关技术进行补偿。

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原电池型(Galvanic Cell):当外界氧分子透过薄膜进入电极内,会产生如下反应。
银阴极被还原:O2+2H2O+4e→4OHˉ
铅阳极被氧化:2Pb+4KOH+4OHˉ→2KHPbO2+2H2O
氧在银阴极上被还原为氢氧根离子,并同时向外电路获得电子;铅阳极被氢氧化钾溶液腐蚀,生成铅酸氢钾,同时向外电路输出电子。接通外电路后,便有信号电流通过,其值与溶氧溶度成正比。

目前还有一种光学溶解氧传感器:荧光法溶解氧传感器
荧光法溶解氧传感器是基于物理学中特定物质对活性荧光的猝熄原理。来自一个发光二极管(LED)发出的蓝光照射在荧光帽内表面的荧光物质上,内表面的荧光物质受到激发,发出红光,通过检测红光与蓝光之间的相位差,并与内部标定值比对,从而计算出氧分子的浓度,经过温度和气压自动补偿输出最终值。

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产品的主要特点是无膜,无需电解液,不会极化;无需消耗氧,不受流速影响;内置温度传感器,自动温度补偿;不受硫化物等化学物质干扰;年漂移小, 反应快速,测量更精准。

针对原电池原理的溶解氧传感器,推荐一款具有代表性的传感器AMT-PR300:
云传物联AMT-PR300是一款独特的原电池式传感器,是专门为水质控制而开发的。这款传感器最显著的特点就是,使用寿命长,不受CO 2 影响。

AMT-PR300传感器内置水温测温仪,可根据温度修正溶解氧含量的变化。因此,可以方便地自动测定溶解氧含量,并对温度进行校正。由于AMT-PR300系列溶解氧监测仪具有校正海水中含盐量的功能,可以在传感器的工作时设置该功能。

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由于膜对氧的渗透速率一般随温度的升高而增大,因此传感器的电极反应得到了很大的促进,从而加快了使用寿命的消耗。传感器工作温度越高,其使用寿命越短。虽然这适用于溶解氧传感器,但是由于传感器的预期使用寿命很长,因此不必像常规那样关心传感器的工作温度。

溶解氧传感器的特点如下:
(1),预期寿命很长(2-3年)。
(2),测量范围宽至0.2~80 ppm。
(3),压力电阻高达1kg/cmg,传感器可用于10米水深
(4),气体的选择性很高,传感器几乎不受影响。

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