DO溶氧计资料

©byMETTLERTOLEDO0氧分析氧分析理论实践2009©byMETTLERTOLEDO1高级技术支持工程师13818198463[e-mail]过程检测部自我介绍©byMETTLERTOLEDO2议程氧测量概述氧测量理论电极结构电极分类产品和应用安装调试维护保养故障排除©byMETTLERTOLEDO3溶氧（DO）是溶解氧(DissolvedOxygen)的简称，是表征水溶液中氧的浓度的参数溶解氧是基于什么的函数?-氧气分压-氧气溶解度-溶液自身的特点(例如同样的氧分压下,溶解氧浓度在含有酒精的水溶液比纯水中更大)概述_溶解氧©byMETTLERTOLEDO4概述_气相氧混合气体的全部压力等于各种成分的气体的分压力之和。在混合气体中，单个气体组分占全部气体的比例称之为分压力。气相氧是基于什么的函数?-氧气分压-例如：干燥空气,1bar(大气)，p(O2)=1barx0.2095=209.5mbar©byMETTLERTOLEDO5概述_氧气分压力空气中的氧分压变送器100%Equilibrium液体中的氧分压传感器产生一个与液体中的氧分压成比例的电流信号，变送器接收此电流信号并转换为％浓度，mg/l或ppm。©byMETTLERTOLEDO6敞开容器(大气压)-pO2与液柱高度无关-下面２个传感器显示同样的数值空气:pA=1013mbarpsum=1013mbarpO2(Liquid)=pO2(A)psum=pA空气:pA=1013mbarpsum=2013mbar液柱=10mpO2=212mbarpO2=212mbarLiquidLiquidpO2(Liquid)=pO2(A)psum=pA+pLC概述_氧气分压力©byMETTLERTOLEDO7密闭容器(带压力)顶部有空气-pO2与容器压力有关-传感器显示的数值是不同的空气:pA=1000mbarpsum=1000mbarpO2(Liquid)=pO2(A)psum=pA空气:pA=1500mbarpsum=1500mbarpO2=209mbarpO2=314mbar液体液体pO2(Liquid)=pO2(A)psum=pA概述_氧气分压力©byMETTLERTOLEDO8密闭容器(带压力)顶部有混合气体-pO2与容器压力有关-传感器显示不同的数值混合气体:10Vol-%O290Vol-%N2pA=1000mbarpsum=1000mbarpO2=%-O2xpApsum=pApO2=100mbarLiquid混合气体:10Vol-%O290Vol-%N2pA=2500mbarpsum=2500mbarpO2=%-O2xpApsum=pApO2=250mbarLiquid概述_氧气分压力©byMETTLERTOLEDO9啤酒充满管道时(带压力)-pO2与管线中的压力无关-传感器测量有效氧分压概述_氧气分压力pO2=1.64mbarpsum=1500mbar啤酒充满管道(100ppb)pO2=1.64mbarpsum=2500mbar啤酒充满管道(100ppb)©byMETTLERTOLEDO10氧气分压力水蒸气的影响(湿度):-湿度(水蒸气)会减少氧分压)p-(p*)x(OpOWA22pO2:氧气分压力[bar]x(O2):摩尔分数[x(O2)=0.2095]pA:大气压力[bar]pW:水蒸气压力[bar]例如:氧气分压力@1013mbar,30°C以及80%的湿度时(-pW=33.6mbar;源自蒸汽压力表格):pO2=0,2095x(1013mbar–33.6mbar)=205mbar©byMETTLERTOLEDO11氧气溶解度氧气在液体中的溶解度是基于温度函数的（温度越高，溶解度越低）例如:-20℃;1015mbar，水中氧气的饱和浓度:DO=8.95ppm-0℃;1015mbar，水中氧气的饱和浓度:DO=14.66ppmTemp.O2-Conc.Air[℃][ppm]Sat.014.66100%512.8100%1011.32100%1510.11100%208.95100%258.28100%307.58100%406.43100%505.51100%604.69100%703.83100%©byMETTLERTOLEDO12氧气溶解度液体中的氧气溶解度是基于盐度的函数。增加液体中的盐度，氧气的溶解度随之减少。Airsaturatedliquid@1013mbarand25°CSalinity[g/kg]51015202530T[°C]O2-Conc.[mg/l]014.0413.5713.1212.6812.2511.84512.2211.8211.4311.0710.7110.371010.7810.4410.129.809.509.20159.959.309.028.758.498.23208.608.358.107.877.647.42257.807.537.327.116.916.72307.026.826.646.466.296.16356.346.186.015.865.705.55405.785.645.495.365.225.09©byMETTLERTOLEDO13议程氧测量概述氧测量理论电极结构电极分类产品和应用安装调试维护保养故障排除©byMETTLERTOLEDO14原理_氧测量_极谱型复膜氧电极阴极由铂、银、金等贵金属组成，-阳极由铅、锡、铝等组成。给电极施加极谱电压（0.6~0.8V负电压）时，溶液中的氧在阴极被还原。当产生的电流与溶液中氧含量成正比时，此时的电极电流为饱和电流，此时的电压为极谱电压。氧浓度与饱和电流成正比关系。Ag+e-O2e-阳极阴极-+电解液©byMETTLERTOLEDO151、O2通过透气性的膜渗入（液体中的氧分压越高,O2渗入的也越多）1232、O2溶解在电解液中，O2在阴极还原3、氧化还原反应产生电流，变送器把此电流转化成溶氧值原理_氧测量_极谱型复膜氧电极©byMETTLERTOLEDO16原理_氧测量_极谱型复膜氧电极_电化学反应电化学反应-加在阴极和阳极之间的极化电压(如果没有外加极化电压，该反应不会自然发生)发生下面的电化学反应:银阳极(+)4Ag+4Cl-=4AgCl+4e-(存在氯离子时银会发生氧化反应)铂阴极(-)O2+2H2O+4e-=4OH-(氧分子减少并还原成氢氧根离子)Ag+e-O2e-AnodeCathode-+Electrolyte总反应:O2+2H2O+4Ag+4Cl--4AgCl+4OH-©byMETTLERTOLEDO17原理_氧测量_极谱型复膜氧电极_极化电压极化电压-由溶氧变送器供给-浓度(O2)500ppb极化电压UPol=-675mV应用:例如生化工艺，废水，很多气相氧应用-浓度(O2)500ppb极化电压UPol=-500mV应用:液体中存在挥发性的酸性气体组分，此时溶解氧总是处于很低水平(e.g.CO2inbeerorfermentationoff-gas)UPol©byMETTLERTOLEDO18原理_氧测量_极谱型复膜氧电极_传感器电流操作点应该在稳定区的中间(外加适当的极化电压)在稳定区内，氧分压与传感器电流成比例关系。传感器电流[nA]Upol[mV]I80%-675or-500稳定区操作点100%-N2传感器电流[nA]%-O280IAir21©byMETTLERTOLEDO19原理_氧测量_极谱型复膜氧电极_传感器电流传感器电流与氧分压pO2成比例关系(稳定区)传感器零点电流-在无氧溶液中的残余电流定义为零点电流，这可以在纯氮中测定。(99.995%的氮气)I:传感器电流[nA]n:电子迁移的数量(n=4)F:法拉第常数(F=96.485C/mol)A:阴极表面积大小[cm2]D:氧分子在膜上的扩散系数[cm2/s]S:膜的氧溶解度[mol/(cm3*bar)]pO2:氧气极化电压[bar]d:膜厚度[cm]dpO*S*D*A*F*nI2©byMETTLERTOLEDO20原理_氧测量_光谱法荧光物质受到激发光照射产生荧光因为氧存在导致荧光淬灭根据荧光淬灭时间计算出溶氧量-荧光焠灭时间长表示氧含量低O2O2O2LED光源检测器EmittedfluorescencelightOpto-LayerSensortip基于荧光淬灭原理的光谱法氧测量系统©byMETTLERTOLEDO21什么是荧光当物质的原子或分子吸收光子能量而被激发，然后从激发态的最低振动能级返回到基态时会发射出波长相同或比吸收波长更长的光，这种光称为荧光(fluorescence)荧光熄灭是指荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子相互作用引起荧光强度降低的现象。这种能引起荧光熄灭的物质称为荧光熄灭剂或称淬灭剂（quenchingmedium）如：卤素粒子、重金属离子、氧分子、硝基化合物、重氮化合物、羰基化合物。荧光激发光©byMETTLERTOLEDO22议程氧测量概述氧测量理论电极结构电极分类产品和应用安装调试维护保养故障排除©byMETTLERTOLEDO23极谱法氧电极结构电极轴体Pg13.5轴体VP接头垫圈/O型圈固定螺母可更换的内电极体由阳极－阴极，NTC22KΩ组成膜体帽套InPro®6800/6900(12mm)的结构©byMETTLERTOLEDO24InPro®6800内电极的结构被测量介质：液体或气体O2O2O2-+IR膜阴极玻璃绝缘体阳极电解液极化电压NTC22k©byMETTLERTOLEDO25InPro®6900内电极的结构I被测量液体O2O2O2+--+膜阴极玻璃绝缘体阳极电解液极化电压NTC22k保护环R12InPro6900的结构:保护环会消耗电解液中的氧分子防止流动停止需要外加一个极化电压(与M700或4100ppb变送器兼容)更大的阴极产生更高的电流。这提高了系统的分辨率，具有更低的检测极限。12©byMETTLERTOLEDO26极谱法膜的类型膜-S-Type:膜体内涂特氟龙-T-Type:膜体内部和外部都涂有特氟龙T型膜增强了抗CIP/SIP腐蚀的能力-硅层内置不锈钢网增强了机械稳定性1-+IR-+I-+IRR铂阴极被测量液体O2O2O2O2O2玻璃绝缘体硅电解液层特氟龙(PTFE)不锈钢网1侧面正面©byMETTLERTOLEDO27膜的机械界面氧气扩散并穿过膜体(液体中氧分压越高，扩散的氧分子越多)氧气溶解在电解液中氧分子在阴极中逐渐减少氧化反应产生电流变送器测量该电流信号并转换为%浓度,mg/lorppm.123123©byMETTLERTOLEDO28光谱法氧电极结构PTFEO型圈连接器IP67光电子连接器IP67光纤荧光物质帽电极杆12mm温度探头Pg13.5接头接头轴体帽套高压灭菌锅过程中保护器©byMETTLERTOLEDO29极谱法光谱法电极结构对比光谱法氧电极没有易碎的膜和内电极，避免了潜在的操作失误。无需电解液没有易损耗的膜没有易破碎的内电极电解液膜内电极极谱法氧电极光谱法氧电极©byMETTLERTOLEDO30响应时间INGOLD`s光学电极在准确测量和校正具有快速向应速度02040608010012028.09.200718:40:0028.09.200718:40:4328.09.200718:41:2628.09.200718:42:1028.09.200718:42:53DateTime%AirSaturation6880iNr.16880iNr.26800Nr.16800Nr.2HPTemp.1Temp.21Min-----InPro6880i-----InPro6880i-----InPro6800-----InPro6800-----Competitoropt.-----Temperature©byM