Что такое растворенный датчик кислорода? И как его использовать?

В экосистеме кислород играет жизненно важную роль в выживании человека, а для водной жизни кислород в растворенной форме необходим для окружающей среды. Растворенный кислород (DO) является значительным в отраслях; DO требуется на очистных сооружениях во время процесса аэробного пищеварения. Кроме того, уровень DO непрерывно контролируется на паровых электростанциях, чтобы избежать коррозии внутри оборудования. Следовательно, крайне важно контролировать этот жизненно важный параметр; Для этого датчики растворенного кислорода являются широко используемым оборудованием для измерения.

Растворенные датчики кислорода (DO) имеют широкое промышленное применение и использование; Например, мониторинг окружающей среды, очистные сооружения, фармацевтические и процессовые отрасли, аквакультура, лабораторное использование и многое другое. A Сделай датчик измеряет кислород в воде; Существует два средства: оптическое измерение, которое использует люминесценцию, и электрохимический метод, который опирается на химические реакции на электродах. Чтобы эффективно использовать эти датчики, обработка должна быть сделана тщательно; Дальнейшая калибровка и техническое обслуживание необходимы для выполнения соответствующей процедуры и рекомендаций.   

1. Понимание растворенного кислорода (DO)

1 .1. Что такое растворенный кислород?

Растворенный кислород - это количество кислорода, растворенного в одной единице воды. Кислород входит в воду тремя разными способами:

• Фотосинтез через растения под водой. Растения естественным образом высвобождают кислород в качестве побочного продукта и поглощают углекислый газ при солнечном свете.
• Аэрация: аэрация - это процесс, с помощью которого содержание кислорода воды увеличивается за счет турбулентного движения.
• Диффузия: это движение частиц от высокой концентрации до низкой концентрации. В атмосфере содержание кислорода составляет 21%; Когда концентрация кислорода в воде ниже этого значения, кислород из атмосферы диффундирует на поверхность воды.

1 .2. Важность мониторинга растворенного кислорода

Чрезвычайная ситуация! Чрезвычайная ситуация! Когда люди рушатся из -за отсутствия насыщения. То же самое касается водной жизни из -за неподходящих уровней растворенного кислорода. Достаточный уровень DO требуется для роста и устойчивости. Низкий DO означает увеличение загрязнения и роста водорослей, в то время как высокий уровень вызывает заболевания газовых пузырьков у рыб, которые влияют на биоразнообразие. Промышленные процессы, такие как очистка сточных вод, не могут позволить себе упускать из виду этот параметр; DO позволяет развивать аэробные бактерии, которые помогают разложить органические отходы. Кроме того, рыбные фермы сохраняют для обеспечения здоровой среды для роста и продуктивности. По этим причинам мониторинг DO необходим с использованием растворенного датчика кислорода.

1 .3. Единицы измерения для растворенного кислорода

Почему подразделения? Вы когда -нибудь думали об этом? Представьте, как данные будут переданы, сравниваются и проанализированы без них. Определенные подразделения обеспечивают стандартный способ вычисления и определения на основе этих результатов. Единицы, такие как миллиграммы на литр (мг/л), части на миллион (ppm) и процентное насыщение (% насыщения), регулярно используются для измерения уровня растворенного кислорода в воде. Количество миллиграммов кислорода в литре воды составляет мг/л. 1 мг/л называется одним пронзанием при стандартной температуре и давлении. Эти единицы измерили абсолютное количество кислорода, тогда как % насыщения относительно максимального количества кислорода в воде при определенной температуре и давлении.

Растворимость кислорода в воде работает над законом Генри частичного давления, в котором говорится, что количество газа, растворенного в жидкости, прямо пропорционально частичному давлению этого газа над жидкостью. Например, если парциальное давление кислорода в атмосфере низкое, то ее растворимость в воде уменьшается, уменьшая % насыщения. DO поддерживается и контролируется в соответствии с окружающей средой; В озерах и реках он варьируется от 4 до 10 мг/л, в мертвых зонах оно составляет менее 2 мг/л, а в аэрационных резервуарах на расходных заводах отходы - между 1 и 3 мг/л.         

2 . Что такое растворенный датчик кислорода?

2 .1. Определение и цель датчика DO

Датчики - это оборудование, используемое для целей обнаружения. Растворенный датчик кислорода измеряет один из ключевых показателей качества воды: концентрация кислорода в воде. Основная функция вода растворенная кислород -датчик является мониторинг и обнаружение точного количества кислорода в воде, чтобы убедиться, что среда безопасна и процессы работают правильно.

На расчистке сточных вод контроль DO в режиме реального времени выполняется с использованием расширенных датчиков IoT, которые предоставляют информацию и записывают данные для анализа и соответствующее принятие решений. Современные датчики DO также используются для мониторинга окружающей среды для поддержания устойчивых экосистем.

2 .2. Различные виды датчиков растворенного кислорода

Какие варианты доступны? Прежде чем сделать какой -либо выбор, важно знать, какие варианты доступны, и если это будет лучший выбор в соответствии с окружающей средой. Растворенные датчики кислорода имеют два основных типа: электрохимические и оптические датчики.

Есть два подтипа электрохимических датчиков: гальванические и полярографические. Принцип работы одинаков: когда датчик вводится в воду, окислительно-восстановительная реакция (восстановление-окисление) происходит между кислородом и электродом внутри него, генерируя измеримый ток, непосредственно пропорциональный концентрации растворенного кислорода в образце. Значительная разница между двумя датчиками заключается в том, что Galvanic не требует какого -либо внешнего тока для запуска реакции, в то время как Polarographic требует внешнего тока. С другой стороны, оптический датчик использует свет, чтобы обнаружить DO; Высокая люминесценция означает высокую концентрацию. Если сияние гасит, это означает большое количество кислорода.

Гальванический датчик имеет быстрый отклик и не требует внешней мощности, но ему требуется частое обслуживание и может дать неправильные результаты при низком потоке. Полярографический датчик лучше всего подходит для лабораторного использования и имеет высокую точность. Поддержание мембраны и разминки являются некоторыми минусами этого оборудования. Оптические датчики дороги, но имеют низкое обслуживание и долгосрочную стабильность.

2 .3. Ключевые компоненты типичного датчика DO

Компоненты растворенного датчика кислорода зависят от его типа: оптический или электрохимический датчик. Тем не менее, большинство датчиков имеют следующие ключевые компоненты:

• Жилье:  Все оборудование должно быть покрыто защищенным жильем, обычно из нержавеющей стали, чтобы избежать внутренних повреждений и суровых условий окружающей среды.
• Чувствительный элемент:  Это фундаментальная часть, которая взаимодействует с растворенным кислородом.
• Мембрана:  Используется для защиты от входа загрязняющих веществ и позволяет только кислороду проходить через него. Эти мембраны присутствуют только в электрохимических датчиках.
• Электролит (для электрохимического):  Решение, которое действует как проводящая среда между анодом и катодом.
• Оптическое окно:  Является частью оптического датчика, который передает и обеспечивает экранирование на слой светительного датчика.
• Датчик температуры: Растворимость кислорода зависит от температуры; Следовательно, датчик температуры помещается для обнаружения температуры воды.

3 . Принцип работы с датчиком растворенного кислорода (электрохимические типы)

3 .1. Как работают электрохимические датчики (общий обзор)

Окислительно -восстановительная реакция произошла, когда вода с растворенным кислородом вступила в контакт с датчиком. При аноде возникает реакция окисления, которая высвобождает электроны, а в катоде восстановление (получение электронов) происходит с образованием воды. Во время потока электронов в направлении катода из анода производится измеримый электрический ток, непосредственно пропорционально для достижения концентрации, который затем обрабатывается для отображения показаний в мг/л или ppm.

3 .2. Полярографические датчики DO: более пристальный взгляд

Полярографические растворенные датчики кислорода обеспечивают точные и точные показания; Следовательно, они широко используются в лабораториях и промышленном применении. Для запуска окислительно -восстановительной реакции применяется постоянное напряжение 0,6 ~ 0,8 вольт.

Исследования продолжаются, чтобы заменить благородные металлы на наноматериалы в Растворенное кислородное зонд как катоды и аноды. Тем не менее, золотые и платиновые металлы являются незаменимым выбором в качестве катодов, а серебро используется в качестве анода. Мембрана в датчике избирательно позволяет диффузию молекул кислорода в катоде без загрязнения электролитического раствора. Кислород, который входит в датчик, генерирует электрический ток, отражая количество растворенного кислорода в воде. Ниже приведены реакции, которые происходят в аноде и катоде во время этого процесса:

В аноде, когда серебро окисляется, он выпускает электрон. Реакция дается      

Аг→ Ag + (e & минус;)

При катоде кислород электрохимически сводится к воде, которая дается

O2+ 4 (H+)+ 4 (e & минус;) → 2H2​O

3 .3. Гальванические датчики DO: подход к самообучению

Создает ли это свое напряжение? Как? Напряжение генерируется через спонтанную реакцию; Из -за разнородных металлов, благородного катода и реактивного анода в электролитическом растворе, в датчиках гальванического растворенного кислорода создается естественная разность потенциалов. Поток электронов начался, когда кислород проходил через мембрану датчика и достиг катода, где он подвергался восстановлению, а анод окислялся. Анод изготовлен из свинца (Pb) или цинка (Zn), который может быть легко окислен, в то время как катод, который имеет хорошую проводимость, изготовлен из золота (Au) или серебра (Ag). Функция самостоятельного двигателя является преимуществом, которое позволяет использовать эти датчики удаленно, а конструкция упрощена по сравнению с полярографическими датчиками.

3 .4. Роль электролита

В растворенном датчике кислорода раствор электролита представляет собой среду между анодом и катодом, которая облегчает окислительно -восстановительные реакции. Это гарантирует, что реакция непрерывна и устойчива, чтобы получить точную концентрацию растворенного кислорода. Без этого решения поток электронов будет остановлен, поскольку процесс ионного обмена блокируется.

4 . Принцип работы с датчиком кислорода (оптический тип)

4 .1. Как работают оптические датчики (общий обзор)

Когда упорядоченное слово, это означает остыть, ослабить, уменьшать или останавливаться. В оптических растворенных датчиках кислорода флуоресценция гасит, когда в образце присутствует растворенный кислород. Этот датчик DO имеет флуоресцентный краситель и чувствительный слой; Краситель возбуждается определенной длиной волны света из встроенного источника света. После возбуждения краситель испускает свет на разных длинах волн, и в присутствии растворенного кислорода интенсивность этой флуоресценции снижается.

4 .2. Элемент флуоресцентного зондирования

При введении внешнего источника света (синий или фиолетовый) свет испускается флуоресцентным чувствительным элементом, который является сердцем оптического растворенного датчика газа. Этот элемент состоит из люминесцентного красителя, который, когда он возбуждается внешним светом, входит в возбужденное состояние, а затем возвращается в основное состояние, выпустив свет более длинной длины волны (красный или зеленый). Кислород, имеющий свойство гашения, уменьшает энергию перед излучением света при взаимодействии с возбужденным красителем. По мере увеличения количества кислорода, гашение флуоресценции увеличится, а интенсивность испускаемого света будет ниже.

4 .3. Система оптического измерения

Флуоресценция измеряется оптической системой измерения, состоящей из источника света, флуоресцентного красителя и фотоприемника. Изменения в уровне флуоресценции рассказывают о уровнях растворенного кислорода. Светлый диод (светодиод) излучает свет с определенной длиной волны, в основном синим или фиолетовым, который направлен на флуоресцентный краситель. Краситель возбуждается и испускает флуоресценцию, которую обнаруживает фотоприемник. Фотоприемник измеряет и анализирует испускаемый свет двумя способами: измерением интенсивности (высокая интенсивность означает низкое количество растворенного кислорода) и время жизни флуоресценции (измерение задержки между возбуждением и излучением; короткая задержка означает меньше кислорода). Основываясь на оптической системе измерения, растворенный датчик кислорода имеет низкие затраты на обслуживание, поскольку для физического ухудшения нет электролита или химического вещества; Он обеспечивает точные и надежные показания, и процесс является физическим, поэтому кислород не потребляется. Это означает, что он не зависит от потока и может использоваться в застойной воде.

5 . Как измерить растворенный кислород с помощью датчика?

5.1. Калибровка датчика DO

Люди контролируют здоровье, используя свои медицинские записи и проверки, так же, как у инструментов есть калибровочные карты, которые обеспечивают точность. Калибровка - это выравнивание датчика с эталонным значением. Калибровка гарантирует, что растворенный датчик кислорода обеспечивает реалистичные значения. Существует два стандартных метода для калибровки датчиков DO.

• Калибровка воздуха: этот метод используется как для электрохимических, так и для оптических датчиков. Датчик вступил в контакт с насыщенным воздухом, который имеет фиксированное/максимальное количество кислорода при определенной температуре и давлении.
• Ноль калибровка кислорода: этот метод противоположна калибровке воздуха, где датчик подвергается воздействию раствора (вода с сульфатом натрия) без следов растворенного кислорода. Следовательно, калибровка выполняется для нулевого кислорода.

Калибровка должна быть выполнена экспертами после производителя’S Инструкции, предоставленные в руководствах, чтобы избежать повреждения датчика или неточности в результатах.

5 .2. Развертывание датчика и погружение

Датчики должны быть тщательно установлены в отрасли, чтобы получить точные результаты, и в лабораториях они должны быть адекватно погружены в выборку для выполнения своей предполагаемой функции. Избегайте датчиков, взаимодействующих с пузырьками воздуха или мусора. Возьмите образец или поместите датчик, где он представляет фактические условия. Для электрохимических датчиков растворенного кислорода правильный поток воды необходим для потребления кислорода, чтобы давать точные показания.    

5 .3. Чтение и интерпретация вывода

Последний шаг - прочитать, анализировать и интерпретировать данные о качестве воды, предоставляемой растворенным датчиком кислорода. Полученный выход состоит в миллиграммах на литр (мг/л), что показывает, сколько кислорода растворяется в одном литр или частях на миллион (ppm), что показывает уровень кислорода по сравнению со стандартным значением при определенной температуре и давлении. На чтение DO резко влияет температура и соленость; Чем выше температура, тем меньше растворенного кислорода присутствует, и чем выше соленость, тем ниже растворимость кислорода. Современные датчики со встроенными датчиками температуры должны использоваться, чтобы избежать этой проблемы.

6 . Факторы, влияющие на измерения растворенного кислорода

Растворенный датчик кислорода не дает точных результатов; Свяжитесь с поставщиком для калибровки или замены. Подождите, прежде чем предпринять какие -либо действия, сначала нужно проверить следующие факторы:

• Температура:  Да, температура влияет на результаты. Следует проверить, является ли датчик компенсирован за температуру, чтобы дать точные результаты.
• Соленость:  При отборе отборовок солоноватой воды необходимо коррекция во время калибровки или при анализе данных для солености. Это уменьшает растворимость кислорода в воде.
• Давление:  На оценки % насыщения растворенного кислорода может влиять увеличение и снижение давления.
• Загрязнение мембраны/оптического окна:  Своевременное обслуживание необходимо, чтобы избежать загрязнения в мембране или оптическом окне, что может вызвать колебания чтения и дрейф.
• Скорость потока (для электрохимической): Надежные результаты получаются, когда происходит минимальный поток воды через мембрану, поскольку кислород потребляется во время окислительно -восстановительной реакции в электрохимическом датчике DO.

7 . Практический пример с RK500-04 растворенного датчика кислорода

Rika RK500-04 использует принцип флуоресценции для измерения уровня кислорода в воде. Тип датчика позволяет ему обеспечить высокую точность, низкое обслуживание и стабильные характеристики в течение длительного периода. Встроенный датчик может достигать 90% своего окончательного показания менее чем за 100 секунд (T90<100 -е).

Rika RK500-04 является практическим инструментом с приложениями, охватывающими аквакультуру, химическую обработку, мониторинг окружающей среды и биодеградацию. Его температурная компенсация с сопротивлением высокого давления 0,3 МПа делает ее подходящей для различных температур и среда высокого давления. Кроме того, рейтинг IP68 делает его долговечным и водонепроницаемым для сложных рабочих сред. Вот некоторые из ключевых особенностей датчика, которые делают его идеальным выбором:

Заключение

Проверка качества воды? Одним из его ключевых параметров является растворенный кислород. Растворенный кислород измеряется с использованием датчиков, либо электрохимических (полярографических или гальванических) или оптических. Эти датчики широко используются на очистных сооружениях, аквакультурной промышленности, мониторинге окружающей среды и лабораториях.

В отличие от любого другого датчика, Растворенные датчики кислорода Требовать своевременной калибровки и технического обслуживания (согласно инструкциям поставщика) для выполнения их предполагаемой функции в течение длительного периода. Понимание датчика’Рабочий процесс и факторы, влияющие на эти значения, такие как температура, скорость потока, соленость и загрязнение, жизненно важны для получения ценной информации из полученных данных.

В заключение, надежность датчика зависит от человека, использующего его. Благодаря знаниям и осведомленности датчик DO может помочь промышленным и экологическим агентствам принимать решения для обеспечения устойчивой среды и процессов.  

Часто задаваемые вопросы (часто задаваемые вопросы)

• Можно ли использовать растворенный датчик кислорода в средах пресной воды и соленой воды?

Да, датчик DO возможен для обеих сред. Однако коэффициент солености, особенно для среда соленой воды, необходимо учитывать, поскольку он влияет на растворимость кислорода, что приводит к неправильным результатам.

• Какова продолжительность жизни растворенного датчика кислорода?

Оптические датчики DO имеют большую продолжительность жизни от 2 до 5 лет, чем электрохимические датчики DO, которые длятся от 1 до 2 лет. Срок службы в значительной степени зависит от использования, среды, в которой они работают, и технического обслуживания. В суровых условиях частое техническое обслуживание и регулярная калибровка могут увеличить срок службы оборудования.

• Как часто я должен заменять мембрану растворенного датчика кислорода?

Мембраны представляют собой компонент в электрохимических датчиках растворенных кислорода, которые нуждаются в частой замене. В зависимости от условий, они нуждаются в замене через 3-6 месяцев, когда вы наблюдаете время медленного отклика, дрейфования и грязи на участнике.

Совет: Когда калибровка выполняется, рекомендуется проверить здоровье мембраны; если  это Найдено деградированным, выполните обе задачи за один раз.

• Можно ли использовать растворенные датчики кислорода в приложениях для очистки сточных вод?

Эти датчики широко используются на очистных сооружениях в процессе аэрации. Чтобы поддержать рост аэробных бактерий, растворенный кислород должен быть в пределах; Поэтому датчики размещены в аэробных лечебных резервуарах для мониторинга их уровня. Оба типа растворенных датчиков кислорода могут быть использованы для применения сточных вод.