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溶氧仪的分类及选型指南

发布时间:2023-01-04      点击次数:231
  概述
  溶解氧(dissolved oxygen)是指溶解在水里氧的量,通常记作DO,用每升水里氧气的毫克数(单位为mg/L或者ppm)表示。有些有机化合物在喜氧菌作用下发生生物降解,要消耗水里的溶解氧,溶解氧得不到及时补充,水体中的厌氧菌就会很快繁殖,而使水体变黑、发臭。水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的一个指标。水里的溶解氧被消耗,要恢复到初始状态,所需时间短,说明该水体的自净能力强,或者说水体污染不严重。否则说明水体污染严重,自净能力弱,甚至失去自净能力。
  应用范围
  1.水产养殖:
  保证水产生物的呼吸需求,含氧量实时监测以及自动报警、自动增氧等功能。
  2.自然水域水质监测:
  检测水域受污染程度、自净能力,防止水体富营养化等生物污染。
  3.污水处理,控制指标:
  厌氧池、好氧池、曝气池搭配其他指标用来控制水处理效果。
  4.控制工业给水管道金属材质腐蚀:
  一般用ppb(ug/L)级别量程的传感器,控制管道里面做到零氧气,防止生锈,常用于电厂、锅炉设备。
  分类
  按照原理分为极谱式和荧光法两种
  1、极谱式溶解氧仪
  现在市面上溶氧仪大多数是极谱分析仪器,ppm级的可广泛应用于化工化肥、环保、制药、生化、食品和自来水等溶液中溶解氧值的连续监测。ppb级的专为电厂、锅炉给水和凝结水等。ppb级溶解氧测量设计,它确保了在(超)低浓度的稳定性和准确性,在测量性能和使用环境等方面现在的技术都有很大的提高。
  常见的溶氧仪多采用隔膜电极作换能器,将溶氧浓度(实际上是氧分压)转换成电信号,再经放大、调整(包括盐度、温度补偿),由模数转换显示。
  溶氧仪实用的膜电极有两种类型:极谱型(Polarography)和原电池型(Galvanic Cell)。极谱型(Polarography):电极中,由黄金(Au)环或铂(Pt)金环作阴极;银-氯化银(或汞-氯化亚汞)作阳极。电解液为溶液。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。
  2、荧光法溶解氧仪
  在过去的50多年里,一直采用电流法和极谱法测量溶解氧。这种方法对于市政和工业废水中的溶解氧监测曾起着非常重要的作用,但是,传统的电化学方法的使用膜、电极和电解液,从而会导致很多问题,即使进行定期维护,还是不能得到准确的测量结果。
  创新的新型荧光技术,没有膜和电解液,几乎不用维护,性能优异,使用方便。荧光溶氧仪是基于物理学中特定物质对活性荧光的猝熄原理。
  荧光法溶解氧仪,最早是由国外研发出来,并投入使用的,中国在90年代由国家支持,属于国家九五重点课题,经过十多年的研究生产技术已经趋于成熟。
  传感器前端的荧光物质是特殊的铂金属卟啉复合了允许气体分子通过的聚酯箔片,表面涂了一层黑色的隔光材料以避免日光和水中其它荧光物质的干扰。通过蓝宝石光窗与水密钛合金外壳内红蓝光源以及感光元件隔离。调制的蓝光照到荧光物质上使其激发,并发出红光,由于氧分子可以带走能量(猝熄效应),所以激发红光的时间和强度与氧分子的浓度成反比。我们采用了与蓝光同步的红光光源作为参比,测量激发红光与参比光之间的相位差,并与内部标定值比对,从而计算出氧分子的浓度,经过线性化和温度补偿,输出最终值。
  其他分类方式:
  溶解氧分析仪按便携性分为台式溶解氧分析仪、便携式溶解氧分析仪和笔式溶解氧分析仪。笔式溶解氧分析仪,测量的范围小,为专用简便仪器;台式和便携式溶解氧分析仪的测量范围都比较广,不同点在于便携式溶解氧分析仪采用的是直流供电,可携带到现场,更加方便。
  按用途分为实验室用溶解氧分析仪和工业在线溶解氧分析仪。实验室用溶解氧分析仪测量范围广、功能多、测量精度高;工业用溶解氧分析仪的特点是要求稳定性好、工作可靠,有一定的测量精度、环境适应能力强、抗干扰能力强,具有模拟里量输出、数字通讯、上下限报警和控制功能等。
  按先进程度又可以分为经济型、智能型和精密型溶解氧分析仪或分为针式和数显式溶解氧分析仪,这主要是对最后读数的方便性和准确性进行的分类。
  选型指南
  1.(1)氧的溶解度系数:由于溶解度系数a不仅受温度的影响,而且受溶液的成分的影响。在相同氧分压下,不同组分的实际氧浓度也可能不同。根据亨利定律可知氧浓度与其分压成正比,对于稀溶液,温度变化溶解度系数a的变化约为2%/℃。
  (2)膜的扩散系数:根据阿仑尼乌斯定律,溶解度系数β与温度T的关系为:C=KPO2·exp(-β/T),其中假定K、PO2为常数,则可以计算出β在25℃时为2.3%/℃。当溶解度系数a计算出来后,可通过仪表指示和化验分析值对比计算出膜的扩散系数(这里略去计算过程),膜的扩散系数在25℃时为1.5%/℃。
  2.大气压的影响根据Henry定律,气体的溶解度与其分压成正比。氧分压与该地区的海拔高度有关,高原地区和平原地区的差可达20%,使用前必须根据当地大气压进行补偿。有些仪表内部配有气压表,在标定时可自动进行校正;有些仪表未配置气压表,在标定时要根据当地气象站提供的数据进行设置,如果数据有误,将导致较大的测量误差。
  3.溶液中含盐量盐水中的溶解氧明显低于自来水中的溶解氧,为了准确测量,必须考虑含盐量对溶解氧的影响。在温度不变的情况下,盐含量每增加100mg/L,溶解氧降低约1%。如果仪表在标定时使用的溶液的含盐量低,而实际测量的溶液的含盐量高,也会导致误差。在实际使用中必须对测量介质的含盐量进行分析,以便准确测量及正确补偿。
  4.样品的流速氧通过膜扩散比通过样品进行扩散要慢,必须保证电极膜与溶液接触。对于流通式检测方式,溶液中的氧会向流通池内扩散,使靠近膜的溶液中的氧损失,产生扩散干扰,影响测量。为了测量准确,应增加流过膜的溶液的流量来补偿扩散失去的氧,样品的最小流速为0.3m/s。
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