溶解氧測(cè)定儀基本工作原理
一、溶解氧測(cè)定儀簡(jiǎn)介概述
溶解氧測(cè)定儀是測(cè)定水中溶解氧的裝置。廣泛用于水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)、自來(lái)水廠、污水處理、環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)及科研院所等領(lǐng)域水中溶解氧的測(cè)定。一般由主機(jī)和氧電極兩部分組成。氧電極由兩個(gè)與支持電解質(zhì)相接觸的金屬電極及選擇性薄膜組成。
溶解氧測(cè)定儀工作原理是氧透過(guò)隔膜被工作電極還原，產(chǎn)生與氧濃度成正比的擴(kuò)散電流，通過(guò)測(cè)量此電流，得到水中溶解氧的濃度。根據(jù)濃度不同，隔膜電極分為極譜式和原電池式兩種類(lèi)型。極譜式隔膜電極以銀-氯化銀作為對(duì)電極，電極內(nèi)部電解液為氯化鉀，電極外部為厚度25-50μm的聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜，薄膜擋住了電極內(nèi)外液體交流，使水中溶解氧滲入電極內(nèi)部，兩電極間的電壓控制在0.5-0.8V，通過(guò)外部電路測(cè)得擴(kuò)散電流可知溶解氧濃度。原電池式用銀作陽(yáng)電極，鉛作陰電極。陽(yáng)電極和銀電極浸入氫氧化鉀電解池中，形成兩個(gè)半電池，外層同樣用薄膜封住。溶解氧在陽(yáng)極被還原，產(chǎn)生擴(kuò)散電流，通過(guò)測(cè)定擴(kuò)散電流可得溶解氧濃度。
二、溶解氧測(cè)定儀的工作原理
溶解氧測(cè)定儀多采用隔膜電極作換能器，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。測(cè)定溶解氧測(cè)定儀實(shí)用的膜電極有兩種類(lèi)型：極譜型(Polarography)和原電池型(Galvanic Cell)。 極譜型(Polarography) ：電極中，由黃金(Au)環(huán)或鉑(Pt)金環(huán)作陰極;銀-氯化銀(或汞-氯化亞汞)作陽(yáng)極。電解液為氯化鉀溶液。陰極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)兩電極之間外加 0.5～1.5伏的極化電壓。有的極化電壓為0.7伏。當(dāng)溶解氧透過(guò)薄膜到達(dá)黃金陰極表面，在電極上發(fā)生如下反應(yīng)。
陰極被還原：O2+2H2O+4e→4OHˉ ; 同時(shí)，陽(yáng)極被氧化：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。可用下式表示：
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-陰極表面積(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)電極結(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(jiàn)，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(guò)薄膜進(jìn)入電極內(nèi)相到達(dá)陰極的三相界面時(shí)，產(chǎn)生下式反應(yīng)。
銀陰極被還原：O2+2H2O+4e→4OHˉ 同時(shí)，鉛陽(yáng)極被氧化：2Pb+2KOH+4OHˉ-4e→2KHPbO2+2H2O 即：氧在銀陰極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)極被氫氧化鉀
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(guò)，其值與溶氧濃度成正比。
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