PPb級別微量溶解氧傳感器

一．電極結(jié)構(gòu)和工作原理

　　ＤＯ電解型溶解氧電極是專門設(shè)計(jì)為可耐１３０度蒸汽滅菌，自壓力平衡式溶解氧電極，可用于液體或氣體中溶解氧分壓的測量，此電極zui適用于大中型微生物培養(yǎng)反應(yīng)器或管道中流體的溶解氧水平的在線檢測。此外還可用于環(huán)境監(jiān)測、廢水處理和養(yǎng)殖業(yè)中溶解氧水平的在線測量。

　　ＤＯ電解型溶解氧電極結(jié)構(gòu)見圖１。

圖１．ＤＯ電解型溶解氧電極結(jié)構(gòu)示意圖

　　測量時，溶解于電頭外部被測介質(zhì)中的氧傳遞至電極透氧膜外表面，經(jīng)由透氧膜和內(nèi)電解質(zhì)溶液膜中擴(kuò)散，zui后到達(dá)電極陰極表面，在適宜的極化電壓下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生電極響應(yīng)電流。電極響應(yīng)電流與被測介質(zhì)中溶解氧水平成正比。理論上電極響應(yīng)式為；

式中：Ｉ為電極穩(wěn)態(tài)響應(yīng)電流；

　　　為被測介質(zhì)中氧分壓；

　　　Ｔ為透氧膜工作溫度；

　　　ａ和Ａ為與電極材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)的兩個常數(shù)。

二．電極技術(shù)指標(biāo)

　　電極主體材料：不銹鋼

　　透氧膜：氟塑料／硅橡膠／不銹鋼絲網(wǎng)復(fù)合膜

　　陰極：直徑０．５毫米鉑金絲

　　陽極：直徑０．３毫米銀絲

　　內(nèi)電解液：氯化物溶液

　　在空氣中響應(yīng)電流：約60納安培

　　在氮?dú)庵许憫?yīng)電流：小于百分之一空氣中響應(yīng)電流

　　電極響應(yīng)時間：約60秒（上行，90％響應(yīng)）

　　電極響應(yīng)穩(wěn)定性：在恒溫的恒定氧分壓環(huán)境中，響應(yīng)電流每周漂移小于３％

　　電極響應(yīng)溫度系數(shù)：３％左右（室溫下）

　　電極插入部直徑：２５毫米

　　電極插入部長度：９０毫米

三．電極在反應(yīng)器上安裝

　　ＤＯ電解型溶解氧電極適用于大中型發(fā)酵罐側(cè)面插入式安裝，見圖２所示。

圖２．ＤＯ溶解氧電極在大中型發(fā)酵罐上的安裝示意圖

ＤＯ電解型溶解氧電極還適用于管道式流通池中插入式安裝，見圖３所示。

四．電極信號線配接

　　ＤＯ電解型溶解氧電極尾部有個五芯（改進(jìn)型為四芯）的信號接插端口，內(nèi)有依次編號為１至５號信號端子，每個信號端子與電極內(nèi)部元件聯(lián)接如圖４所示。

圖３．ＤＯ溶解氧電極在管道式流通池中安裝示意圖

圖４．ＤＯ型溶解氧電極接線示意圖

五．溶解氧測量系統(tǒng)的標(biāo)定與使用

　　溶解氧電極和二次儀表構(gòu)成了溶解氧測量系統(tǒng)，溶解氧測量系統(tǒng)在頭次使用前，或經(jīng)歷了長期使用后應(yīng)加以標(biāo)定。溶解氧電極的標(biāo)定方法應(yīng)該以溶解氧儀表使用說明書中有關(guān)內(nèi)容為準(zhǔn)，但是作為一般的標(biāo)定原則，這里仍把普通適用的標(biāo)定方法介紹如下；

　　靈敏度標(biāo)定：將電極測量部位置于已知溶解氧水平的某氣體中（例如空氣）或被該氣體飽和的溶液中（例如空氣飽和的水溶液），等電極響應(yīng)穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)儀表的靈敏度（或斜率），使儀表指示為該標(biāo)定介質(zhì)中溶解氧值（標(biāo)定溶解氧值與選用的溶解氧水平表示方法有關(guān)，詳見后面附錄Ａ、Ｂ和Ｃ）。標(biāo)定好后把電極插入被測介質(zhì)中即可投入使用。

　　零點(diǎn)檢查：多次測量使用后（例如兩個月的使用后），應(yīng)當(dāng)檢查溶解氧電極的零點(diǎn)，檢查零點(diǎn)方法如下；先標(biāo)定斜率，然后將電極測量部位插入純氮?dú)庵谢蛐屡渲频模担喠蛩徕c溶液中，等電極響應(yīng)穩(wěn)定后，其顯示為零，但顯示小于大氣中響應(yīng)的１％也屬正常。

六．溶解氧電極的存放，故障檢查與排除

　　電極短期不用時可將其置于空氣中且不必把它從儀表上拆下，電極長期不用時可將電極從儀表上拆下，并倒出內(nèi)電解液，洗凈并擦干電極內(nèi)芯后，于干燥處存放。

當(dāng)溶解氧電極出現(xiàn)靈敏度太低（無法標(biāo)定靈敏度），零點(diǎn)太高（不能標(biāo)定零點(diǎn)或無氧電流大于

空氣中電流的百分之一）或無響應(yīng)時，若二次儀表正常則表明溶解氧電極可能發(fā)生了故障，電極出現(xiàn)了上述故障的原因可能如下；

　　靈敏度太低；電極內(nèi)芯陰極結(jié)垢,透氧膜污染或內(nèi)電解液干枯；

　　零點(diǎn)太高；透氧膜污染,內(nèi)電解液污染或電極內(nèi)部受潮漏電；

　　無響應(yīng)；電極內(nèi)部短路或斷路。

　　當(dāng)電極發(fā)生故障時，應(yīng)該首先更換內(nèi)電解液并仔細(xì)檢查膜護(hù)套上透氧膜是否有損壞而滲漏。

　　更換內(nèi)電解液和檢查膜護(hù)套操作方法如下；

　　（１）從二次儀表上拆下電極；

　　（２）旋下膜護(hù)套,傾倒掉膜護(hù)套內(nèi)的電解液；

　　（３）仔細(xì)檢查膜護(hù)套上透氧膜是否完好，如有損壞則更換膜護(hù)套；

　　（４）在好的膜護(hù)套內(nèi)注入１６滴電解液，不可多加！

　　（５）小心地把膜護(hù)套套上電極內(nèi)芯；

　　（６）觀察是否有電解液自透氧膜處滲出，若有電解液滲漏表明膜護(hù)套損壞，回（４）步；

　　（８）裝配好的電極重新標(biāo)定檢查，若故障仍未排除，則故障原因可能發(fā)生在電極內(nèi)部。

電極內(nèi)芯陰極結(jié)垢的處理方法；

　　參照上面（１），（２）步操作拆開電極，把電極內(nèi)芯端頭正前部在一涂有牙膏的濾紙上磨擦數(shù)十下，用蒸餾水或去離子水沖洗干凈電極內(nèi)芯，用吸水紙擦干電極內(nèi)芯表面的水份，重裝電極。

    電極內(nèi)部故障檢查方法如下；

　　（１）參照前述操作拆開電極；用蒸餾水或去離子水沖洗干凈電極內(nèi)芯，用吸水紙擦干電極內(nèi)芯表面的水份；

　　（２）用萬用表電阻擋量電極陰極陽極信號引出端之間電阻，其電阻應(yīng)大于１００兆歐姆，若電阻小或電阻為零，表明電極內(nèi)部漏電或內(nèi)部短路；

　　（３）用萬用表電阻擋量電極陰極與陰極信號引出端之間電阻，其電阻應(yīng)基本為零，若電阻較大，表明電極陰極內(nèi)部接觸不良或內(nèi)部斷線；

　　（４）用萬用表電阻擋量電極陽極與陽極信號引出端之間電阻，其電阻應(yīng)基本為零，若電阻較大，表明電極陽極內(nèi)部接觸不良或內(nèi)部斷線；

凡電極內(nèi)部故障，應(yīng)送電極生產(chǎn)制造單位修理或調(diào)換，不可自行拆卸，否則損壞自理。