溶解氧分析仪怎么测的?如何校准及检定?

发布时间:17-02-27 14:33分类:技术文章 标签:溶解氧仪,溶解氧仪简介
日常见到的溶解氧测定仪是测定水中溶解氧的装置。溶解氧仪则是测量溶解在水溶液内的氧气的含量。溶解氧仪简明原理常见的溶解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0.5~1.5伏的
  
极化电压。有的极化电压为0.7伏。当溶解氧透过薄膜到达黄金阴极表面,在电极上发生如下反应。阴极被还原:O2+2H2O+4e→4OHˉ同时,阳极被氧化:4Clˉ+4Ag-4e→4AgCl在正常情况下,上述还原-氧化反应产生的扩散电流i∞之值与溶氧浓度成正比。可用下式表示:i∞=nFA(Pm/L)Cs式中:i∞-稳定状态的扩散电流n-得失电子数F-法拉第常数(96500
库仑)A-阴极表面积(平方厘米)Pm-薄膜的渗透系数(厘米2/秒)L-薄膜的厚度(厘米)Cs-溶解氧浓度(ppm)当电极结构和薄膜确定之后,式中A、Pm、L、n等均为常数。令K=
nFA(Pm/L),则上式中:i∞=KCs。因此可见,只要测得扩散电流i∞,即可测得溶解氧浓度。为消除温度、盐度和气压因素影响,各型号产品采用各自技术进行补偿。原电池型(Galvanic
Cell):当外界氧分子透过薄膜进入电极内相到达阴极的三相界面时,产生下式反应。银阴极被还原:O2+2H2O+4e→4OHˉ同时,铅阳极被氧化:2Pb+2KOH+4OHˉ-4e→2KHPbO2+2H2O即: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。接通外电路之后,便有信号电流通过,其值与溶氧浓度成正比。环境影响适当的溶氧对好的水质是必不可少的,所有的生命形态都需要氧。天然的溪水净化过程要求有恰当的氧含量供给有氧生命形态。如水中的氧含量低于5.0mg/L,水生物生存*有困难,浓度越低越困难。如氧含量低于1-2mg/L并持续几小时将导致水生物大批死亡。应用场合溶氧电极可用来测量用来对氧含量会影响反应速度、流程效率或环境的流程进行监控:如水产养殖、生物反应、环境测试(湖、溪、海洋)、水/废水处理、葡萄酒生产。温度补偿对标准溶氧测量说,温度影响到氧的溶解度和扩散速度,因此必须进行温度补偿。盐度修正溶解盐的存在限制了可溶解于水的氧的含量。氧的浓度和分压之间的关系随着每份样品溶液盐度的不同而变化,因此多数的仪表制造商提供人工调节盐度来修正由离子浓度不同而造成的变化。生化需氧量(BOD)BOD
测试一般用于污水处理厂,水处理厂需要知道微生物分解有机物质时从水中消耗的氧的量,这点很重要。该测试可使水处理厂确定水处理的效力或仍然存在的污染量。通过测量特定培养期起始及终止时溶解于样品内的氧的含量可以确定废水、排出液和污水的相对需氧量。可通过测出时间1的溶氧(T1),减去时间2的溶氧(T2);将该数值乘以*终样品体积(VF)并除以*初样品体积(V)来计算出BOD。
  BOD (mg/L) = (T1 –
T2)VF/V故障处理使用极谱式电极时,校正或测量前要预热至少15-30分钟。为确保膜的电解液内没有气泡,ASI膜帽在设计上要求在装上膜头时要排除掉所有液腔内的空气。膜表面上不能留有任何气泡,否则它会将气泡当作氧饱和样品进行读数。即使使用的是带有自动温度补偿的仪表,也要在接近样品溶液的温度下校正电极。电极应在空气中校正,以空气作为*的饱和溶解氧标准点。

发布时间:17-04-05 14:00分类:行业资讯
标签:溶解氧仪,溶解氧仪的工作原理,溶解氧仪的工作原理?有哪些分类?
溶解氧测定仪简明原理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0.5~1.5伏的极化电压。有的极化电压为0.7伏。当溶解氧透过薄膜到达黄金阴极表面,在电极上发生如下反应。阴极被还原:O2+2H2O+4e→4OHˉ同时,阳极被氧化:4Clˉ+4Ag-4e→4AgCl在正常情况下,上述还原-氧化反应产生的扩散电流i∞之值与溶氧浓度成正比。可用下式表示:  i∞=nFA(Pm/L)Cs  式中:i∞-稳定状态的扩散电流  n-得失电子数  F-法拉第常数(96500
库仑)  A-阴极表面积(平方厘米)  Pm-薄膜的渗透系数(厘米2/秒)  L-薄膜的厚度(厘米)  Cs-溶解氧浓度(ppm)当电极结构和薄膜确定之后,式中A、Pm、L、n等均为常数。令K=
nFA(Pm/L),则上式中:i∞=KCs。因此可见,只要测得扩散电流i∞,即可测得溶解氧浓度。为消除温度、盐度和气压因素影响,各型号产品采用各自技术进行补偿。原电池型(Galvanic
Cell):当外界氧分子透过薄膜进入电极内相到达阴极的三相界面时,产生下式反应。银阴极被还原:O2+2H2O+4e→4OHˉ同时,铅阳极被氧化:2Pb+2KOH+4OHˉ-4e→2KHPbO2+2H2O即: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。接通外电路之后,便有信号电流通过,其值与溶氧浓度成正比。溶解氧仪分类按便携性分为:便携式溶解氧仪,台式溶解氧仪和笔式溶解氧仪。按用途分为:实验室用溶解氧仪,工业在线溶解氧仪等。按*进程度分为:经济型溶解氧仪,智能型溶解氧仪,精密型溶解氧仪或分为指针式溶解氧仪,数显式溶解氧仪。笔式溶解氧仪,一般制成单一量程,测量范围狭,为专用简便仪器。便携式和台式溶解氧仪测量范围较广,常用仪器,不同点是便携式采用直流供电,可携带到现场。实验室溶解氧仪测量范围广、功能多、测量精度高。工业用溶解氧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。

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溶解氧分析仪怎么测的?如何校准及检定?日常使用中需要注意什么?溶解氧分析仪是测量水中溶解氧的工具,那么测量水中溶解氧在污水处理中起到何种作用呢?

其实在污水处理过程中,通过增加污水中的氧含量使污染物通过活化泥浆被分解出来,达到污水净化的目的,测量氧含量有助于确定最佳的净化方法和最经济的曝气池配置。在生物发酵过程中氧含量的测量数据可对工艺过程进行指导,如判断发酵过程的临界氧浓度、发酵罐的供氧能力以及菌体的活性和菌体的生长量等,并根据发酵时的供氧和需氧变化来指导补料操作。

那么溶解氧分析仪的工作原理究竟是怎样的呢?

一、溶解氧分析仪传感部分是由金电极和银电极及氯化钾或氢氧化钾电解液组成,氧通过膜扩散进入电解液与金电极和银电极构成测量回路。当给溶解氧分析仪电极加上0.6——0.8V的极化电压时,氧通过膜扩散,阴极释放电子,阳极接受电子,产生电流,整个反应过程为:阳极Ag+Cl→AgCl+2e-阴极O2+2H2O+4e→4OH-
。根据法拉第定律:流过溶解氧分析仪电极的电流和氧分压成正比,在温度不变的情况下电流和氧浓度之间呈线性关系。

溶解氧含量的表示方法究竟有几种呢?

二、溶解氧含量有3种不同的表示方法:氧分压;百分饱和度;氧浓度,这3种方法本质上没什么不同。

分压表示法:氧分压表示法是最基本和最本质的表示法。根据Henry定律可得,P=×0.209,其中,P为总压;Po2为氧分压;PH2O为水蒸气分压;0.209为空气中氧的含量。

百分饱和度表示法:由于曝气发酵十分复杂,氧分压不能计算得到,在此情况下用百分饱和度的表示法是最合适的。例如将标定时溶解氧定为100%,零氧时为0%,则反应过程中的溶解氧含量即为标定时的百分数。

氧浓度表示法:根据Henry定律可知氧浓度与其分压成正比,即:C=Po2×a,其中C为氧浓度;Po2为氧分压;a为溶解度系数。溶解度系数a不仅与温度有关,还与溶液的成分有关。对于温度恒定的水溶液,a为常数,则可测量氧的浓度。氧浓度表示法在发酵工业中不常用,但在污水处理、生活饮用水等过程中都用氧浓度来表示。

溶解氧测定仪测量水中溶解氧有哪些因素对其测量结果有影响呢?

三、氧的溶解度取决于温度、压力和水中溶解的盐,另外氧通过溶液扩散比通过膜扩散快,如流速太慢会产生干扰。

1.温度的影响由于温度变化,膜的扩散系数和氧的溶解度都将发生变化,直接影响到溶氧电极电流输出,常采用热敏电阻来消除温度的影响。温度上升,扩散系数增加,溶解度反而减小。温度对溶解度系数a的影响可以根据Henry定律来估算,温度对膜扩散系数β可以通过阿仑尼乌斯定律来估算。

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%/℃。

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,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,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完全接触。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。

日常在使用溶解氧测定仪时应该注意哪些事项呢?

四、溶解氧分析仪只要选型、设置、维护得当,一般均能满足工艺的测量要求。溶解氧分析仪的使用不好的主要问题出在:使用维护不正确;电极内部泄露造成温度补偿不正常;电极输入阻抗降低等。

1.日常维护仪表的日常维护主要包括定期对电极进行清洗、校验、再生。

1——2周应清洗一次电极,如果膜片上有污染物,会引起测量误差。清洗时应小心,注意不要损坏膜片。将电极放入清水中涮洗,如污物不能洗去,用软布或棉布小心擦洗。

2——3月应重新校验一次零点和量程。

电极的再生大约1年左右进行一次。当测量范围调整不过来,就需要对溶解氧电极再生。电极再生包括更换内部电解液、更换膜片、清洗银电极。如果观察银电极有氧化现象,可用细砂纸抛光。

在使用中如发现电极泄露,就必须更换电解液。

2.仪表标定仪表的标定方法一般可采用标准液标定或现场取样标定。

标准溶液标定法:标准溶液标定一般采用两点标定,即零点标定和量程标定。零点标定溶液可采用2%的Na2SO3溶液。量程标定溶液可根据仪表测量量程选择4M的KCl溶液;50%的甲醇溶液。

现场取样标定法:在实际使用中,多采用Winkler方法对溶解氧分析仪进行现场标定。使用该方法时存在两种情况:取样时仪表读数为M1,化验分析值为A,对仪表进行标定时仪表读数仍为M1,这时只须调整仪表读数等于A即可;取样时仪表读数为M1,化验分析值为A,对仪表进行标定时仪表读数改变为M2,这时就不能将调整仪表读数等于A,而应将仪表读数调整为1MA×M2。3.使用中应注意的问题使用中应注意以下问题:由于溶解氧电极信号阻抗较高,溶解氧电极与转换器之间距离最大为50m;溶解氧电极不用时也应处于工作状态,可接在溶解氧转换器上。久置或重新再生的电极,在使用前应置于无氧环境极化1——2h;由于温度变化对电极膜的扩散和氧溶解度有较大影响,标定时需较长时间,以使温补电阻达到平衡;氧分压与该地区的海拔高度有关,仪表在使用前必须根据当地大气压进行补偿;测量溶液的含盐量高时,仪表标定时应使用含盐量相当的溶液;对于流通式测量方式,要求流过电极的最小流速为0.3m/s。

五、溶解氧分析仪的校准过程

现在无论是国产的溶氧仪还是国外进口的溶氧仪,其通用的校准方法都是空气校准技术,即将溶氧仪电极置于某一特定温度下水饱和的空气环境中,平衡后以该温度下对应的饱和溶氧值作为参考标准值进行校准。以20℃为例,在标准大气压下,水中饱和溶解氧的浓度为9.08mg/L,其参考校准标准值就是9.08mg/L。

现在根据溶氧仪测量依据的三个特征,就不难解释溶氧仪的校准过程:某一温度下,在空气饱和的水中和水饱和的空气中,氧分压是相同的,又由于溶氧仪电极直接测量的物理量是氧分压,所以其换算显示的溶解氧浓度也是相同的。

在20℃时、标准大气压下,空气中氧气的浓度为273mg/L,而水中饱和溶解氧的浓度为9.08mg/L,即空气中氧气浓度为溶液的30倍;但是用溶氧仪测量时,两者的浓度几乎相同,即9.08mg/L左右,这也再次说明了溶氧仪测量的是氧分压而不是氧浓度。

六、溶解氧分析仪的检定

作为重要的水质分析仪器,溶氧仪需要定期进行检定,以确保其测量结果的准确可靠。为此,JJG291-2008详细列出了溶氧仪的计量指标。在充分理解溶氧仪测量原理和影响因素后,将有助于进一步了解这些计量指标及发现规程中的一些不足。

1.示值误差的检定

在JJG291-2008中,溶氧仪示值误差的测量是通过对10℃、20℃和30℃时无盐水饱和溶解氧的测量来实现的。但是,如本文前面所述,溶解氧的测量结果受温度影响很大。所以JJG291-2008中的示值误差检定项目,实际是综合了仪器示值误差、温度示值误差和温度补偿误差后的结果。这是由于一方面难以制备某一温度下特定浓度的溶氧水;另一方面很多仪器不具有手动温度补偿功能,而且溶氧仪电极膜的扩散系数受电极结构影响而未知,难以对溶氧仪单独进行温度补偿误差的检定。

2.盐度补偿

JJG291-2008提供了盐度补偿的检定方法,并列为溶氧仪的首次检定项目。因为目前很多国产的溶氧仪不具有盐度补偿功能,如果按JJG291-2008进行盐度补偿检定,则根据前面分析得到的结论,在不同浓度盐溶

液中测得的饱和溶氧值与无盐水中的饱和溶氧值相同,则此步骤显得毫无意义。所以JJG291-2008之5.3.9应注明:本条款只适用于具有盐度补偿功能的溶解氧测定仪。

其次,由于盐度补偿过程只是根据式对测量结果进行修正,所以这个项目的检定不涉及电极的测量准确性,不需要进行整机性能的测量。笔者认为,盐度补偿误差的计量,只需在主机中输入不同的盐度值,然后读取仪器示值N′,与理论计算值Nsn进行比较就可以了。

溶氧仪的测量原理决定了其测量能力的局限性,即测量过程不仅需要测得溶氧分压,还需要进行大气压补偿、温度补偿和盐度补偿,才能对溶氧值进行准确测量。

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