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恒奧德解析溶解氧儀原理及分類
發(fā)布時(shí)間:2019-11-06瀏覽次數(shù):1797返回列表
溶解氧儀是測(cè)量溶解在水溶液內(nèi)的氧氣的含量。氧氣通過周圍的空氣、空氣流動(dòng)和光合作用溶解于水中??捎脕頊y(cè)量用來對(duì)氧含量會(huì)影響反應(yīng)速度、流程效率或環(huán)境的流程進(jìn)行監(jiān)控:如水產(chǎn)養(yǎng)殖、生物反應(yīng)、環(huán)境測(cè)試(湖、溪、海洋)、水/廢水處理、葡萄酒生產(chǎn)。
儀器特點(diǎn)
溶解氧儀是測(cè)量溶解在水溶液內(nèi)的氧氣的含量。氧氣通過周圍的空氣、空氣流動(dòng)和光合作用溶解于水中。
通過呼吸和分解作用,溶解氧會(huì)在水中消耗,主要依靠空氣和光合作用進(jìn)行補(bǔ)充。水中氧的含量主要取決于溫度。溫水的氧濃度要低于冷水。但溶氧含量過高對(duì)動(dòng)植物會(huì)有害。
溶氧電可以用來測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)被測(cè)樣品水溶液內(nèi)的溶氧含量。由于溶解氧是水的質(zhì)量的主要指標(biāo)之一,因此溶氧電可廣泛用于各種場(chǎng)合下的溶氧含量的測(cè)量,尤其是養(yǎng)殖水、光合作用和呼吸作用及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。在對(duì)溪水和湖水支持生物存活的能力進(jìn)行評(píng)估時(shí),要進(jìn)行生化需氧量測(cè)試(BOD)在消耗氧氣的含有有機(jī)物的樣品水溶液變腐時(shí)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量并確定溶氧濃度和樣品水溶液溫度之間的關(guān)系
溶氧濃度通常用mg/L(每升水的溶氧量)或ppm(百萬分之幾)。有些儀表將計(jì)算出的氧含量和觀察到的濃度進(jìn)行比較得出飽和度百分比(O2% sat.)
確定溶氧有兩種方式,譜式和原電池式。譜式電需儀表輸入一電壓對(duì)電進(jìn)行
化。由于外加電壓可能要15分鐘才能穩(wěn)定,因此譜式電使用前通常要進(jìn)行預(yù)熱確保電能妥當(dāng)化。原電池式的兩個(gè)由兩種不同的能自發(fā)化產(chǎn)生電壓的金屬構(gòu)成。由于原電池式的電壓是自發(fā)產(chǎn)生而不是外界提供的,因此原電池式電使用時(shí)無需譜式電化所需的"預(yù)熱"。
環(huán)境影響
適當(dāng)?shù)娜苎鯇?duì)好的水質(zhì)是必不可少的,所有的生命形態(tài)都需要氧。天然的溪水凈化過程要求有恰當(dāng)?shù)难鹾抗┙o有氧生命形態(tài)。如水中的氧含量低于5.0mg/L,水生物生存就有困難,濃度越低越困難。如氧含量低于1-2mg/L并持續(xù)幾小時(shí)將導(dǎo)致水生物大批死亡。
應(yīng)用場(chǎng)合
溶氧電可用來測(cè)量用來對(duì)氧含量會(huì)影響反應(yīng)速度、流程效率或環(huán)境的流程進(jìn)行監(jiān)控:如水產(chǎn)養(yǎng)殖、生物反應(yīng)、環(huán)境測(cè)試(湖、溪、海洋)、水/廢水處理、葡萄酒生產(chǎn)。
溫度補(bǔ)償
對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶氧測(cè)量說,溫度影響到氧的溶解度和擴(kuò)散速度,因此必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
鹽度修正
溶解鹽的存在限制了可溶解于水的氧的含量。氧的濃度和分壓之間的關(guān)系隨著每份樣品溶液鹽度的不同而變化,因此多數(shù)的儀表制造商提供人工調(diào)節(jié)鹽度來修正由離子濃度不同而造成的變化。
生化需氧量
BOD 測(cè)試一般用于污水處理廠,水處理廠需要知道微生物分解有機(jī)物質(zhì)時(shí)從水中消耗的氧的量,這點(diǎn)很重要。該測(cè)試可使水處理廠確定水處理的效力或仍然存在的污染量。通過測(cè)量特定培養(yǎng)期起始及終止時(shí)溶解于樣品內(nèi)的氧的含量可以確定廢水、排出液和污水的相對(duì)需氧量??赏ㄟ^測(cè)出時(shí)間1的溶氧(T1),減去時(shí)間2的溶氧(T2);將該數(shù)值乘以Z終樣品體積(VF)并除以Z初樣品體積(V)來計(jì)算出BOD。
BOD (mg/L) = (T1 – T2)VF/V
故障處理
使用譜式電時(shí),校正或測(cè)量前要預(yù)熱至少15-30分鐘。
為確保膜的電解液內(nèi)沒有氣泡,ASI膜帽在設(shè)計(jì)上要求在裝上膜頭時(shí)要排除掉所有液腔內(nèi)的空氣。
膜表面上不能留有任何氣泡,否則它會(huì)將氣泡當(dāng)作氧飽和樣品進(jìn)行讀數(shù)。
即使使用的是帶有自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)膬x表,也要在接近樣品溶液的溫度下校正電。
電應(yīng)在空氣中校正,以空氣作為的飽和溶解氧標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)。
由于電對(duì)氧的消耗,探頭表面氧的濃度會(huì)瞬間降低,因此測(cè)量時(shí)要對(duì)溶液進(jìn)行攪拌,這很重要。
如膜已破損則要進(jìn)行更換。
測(cè)定原理
常見的溶氧儀多采用隔膜電作換能器,將溶氧濃度(實(shí)際上是氧分壓)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),再經(jīng)放大、調(diào)整(包括鹽度、溫度補(bǔ)償),由模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示。
溶氧儀實(shí)用的膜電有兩種類型:譜型(Polarography)和原電池型(Galvanic Cell)。譜型(Polarography):電中,由(Au)環(huán)或鉑(Pt)金環(huán)作陰;銀-氯化銀作陽(yáng)。電解液為氯化鉀溶液。陰外表面覆蓋一層透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡膠等透氣材料。陰陽(yáng)兩電之間外加0.5~1.5伏的
化電壓。有的化電壓為0.7伏。當(dāng)溶解氧透過薄膜到達(dá)陰表面,在電上發(fā)生如下反應(yīng)。
陰被還原:O2+2H2O+4e→4OHˉ
同時(shí),陽(yáng)被氧化:4Clˉ+4Ag-4e→4AgCl
在正常情況下,上述還原-氧化反應(yīng)產(chǎn)生的擴(kuò)散電流i∞之值與溶氧濃度成正比??捎孟率奖硎?
i∞=nFA(Pm/L)Cs
式中:i∞-穩(wěn)定狀態(tài)的擴(kuò)散電流
n-得失電子數(shù)
F-法拉第常數(shù)(96500 庫(kù)侖)
A-陰表面積(平方厘米)
Pm-薄膜的滲透系數(shù)(厘米2/秒)
L-薄膜的厚度(厘米)
Cs-溶解氧濃度(ppm)
當(dāng)電結(jié)構(gòu)和薄膜確定之后,式中A、Pm、L、n等均為常數(shù)。令K= nFA(Pm/L),則上
式中:i∞=KCs。
因此可見,只要測(cè)得擴(kuò)散電流i∞,即可測(cè)得溶解氧濃度。為消除溫度、鹽度和氣壓因素影響,各型號(hào)產(chǎn)品采用各自技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。
原電池型(Galvanic Cell):當(dāng)外界氧分子透過薄膜進(jìn)入電內(nèi)相到達(dá)陰的三相界面時(shí),產(chǎn)生下式反應(yīng)。
銀陰被還原:O2+2H2O+4e→4OHˉ
同時(shí),鉛陽(yáng)被氧化:2Pb+2KOH+4OHˉ-4e→2KHPbO2+2H2O
即:氧在銀陰上被還原為氫氧根離子,并同時(shí)向外電路獲得電子;鉛陽(yáng)被氫氧化鉀溶液腐蝕,生成鉛酸氫鉀,同時(shí)向外電路輸出電子。接通外電路之后,便有信號(hào)電流通過,其值與溶氧濃度成正比。
儀器分類
◆按便攜性分為:便攜式溶解氧儀,臺(tái)式溶解氧儀和筆式溶解氧儀。
◆按用途分為:實(shí)驗(yàn)室用溶解氧儀,工業(yè)在線溶解氧儀等。
◆按程度分為:經(jīng)濟(jì)型溶解氧儀,智能型溶解氧儀,型溶解氧儀或分為指針式溶解氧儀,數(shù)顯式溶解氧儀。
◆筆式溶解氧儀,一般制成單一量程,測(cè)量范圍狹,為專用簡(jiǎn)便儀器。
便攜式和臺(tái)式溶解氧儀測(cè)量范圍較廣,常用儀器,不同點(diǎn)是便攜式采用直流供電,可攜帶到現(xiàn)場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)室溶解氧儀測(cè)量范圍廣、功能多、測(cè)量精度高。
工業(yè)用溶解氧儀的特點(diǎn)是要求穩(wěn)定性好、工作可靠,有一定的測(cè)量精度、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng),具有模擬里量輸出、數(shù)字通訊、上下限報(bào)警和控制功能等。