Выбор методов измерения растворенного кислорода DO (оптический, гальванический, полярографический)

1 сентября 2021
МоемГород


Содержание:

1 Растворенный кислород (DO) и качество воды
2 Измерение концентрации растворенного кислорода
2.1 Принцип работы электрохимического датчика растворенного кислорода:
2.2 Полярографические датчики в сравнении с гальваническими датчиками растворенного кислорода:
2.3 Принцип работы оптического датчика растворенного кислорода:
2.4 Сравнение оптических и гальванических датчиков растворенного кислорода:
3 Сравнение полярографических, гальванических и оптических датчиков DO:

Растворенный кислород (DO) и качество воды


Растворенный кислород - это ключевой показатель качества воды, который используется в различных областях. При промышленной очистке воды уровень растворенного кислорода может быть индикатором проблем с качеством воды, которые приводят к коррозии оборудования. В аквакультуре, транспортировке рыб и аквариумах контролируется растворенный кислород, чтобы гарантировать, что водные виды имеют достаточно кислорода в своей среде обитания для выживания, роста и воспроизводства. На городских водоочистных сооружениях содержание растворенного кислорода в сточных водах контролируется во время процессов аэрационной очистки воды.

Измерение концентрации растворенного кислорода

Концентрацию растворенного кислорода в воде можно отбирать или контролировать непрерывно с помощью DO датчика растворенного кислорода и оксиметра. Как работает зонд растворенного кислорода? Ответ на этот вопрос зависит от типа используемого датчика растворенного кислорода. Имеющиеся в продаже датчики растворенного кислорода обычно делятся на 3 категории:

Гальванические датчики растворенного кислорода
Полярографические датчики растворенного кислорода
Оптические датчики растворенного кислорода
Каждый тип датчика растворенного кислорода имеет немного другой принцип работы. Следовательно, каждый тип датчика растворенного кислорода имеет преимущества и недостатки в зависимости от приложения измерения воды, в котором он будет использоваться.

Принцип работы электрохимического датчика растворенного кислорода:

И гальванические датчики DO, и полярографические датчики DO являются типами электрохимических датчиков растворенного кислорода. В электрохимическом датчике растворенного кислорода растворенный кислород диффундирует из образца через проницаемую для кислорода мембрану в датчик. Попав внутрь датчика, кислород подвергается химической реакции восстановления, которая дает электрический сигнал. Этот сигнал может быть прочитан прибором для измерения растворенного кислорода.

Сравнение полярографических и гальванических датчиков растворенного кислорода:

Разница между гальваническим датчиком DO и полярографическим датчиком DO состоит в том, что полярографический датчик DO требует подачи на него постоянного напряжения. Он должен быть поляризованным. Напротив, гальванический датчик DO является самополяризованным из-за свойств материала анода (цинк или свинец) и катода (серебро). Это означает, что, хотя гальванические датчики DO можно использовать сразу после калибровки, полярографические датчики требуют 5-15 минут для прогрева.

Принцип работы оптического датчика растворенного кислорода:

Оптический датчик растворенного кислорода не имеет анода или катода, и кислород не восстанавливается во время измерения. Вместо этого крышка сенсора содержит люминесцентный краситель, который светится красным при воздействии синего света. Кислород влияет на люминесцентные свойства красителя, и этот эффект называется «тушение». Фотодиод сравнивает «гашеную» люминесценцию с эталонным показанием, что позволяет рассчитать концентрацию растворенного кислорода в воде.

Оптические и гальванические датчики растворенного кислорода:

Как оптическое измерение растворенного кислорода, так и гальваническое измерение растворенного кислорода имеют преимущества и преимущества. Хорошая новость заключается в том, что обе технологии предлагают одинаковый уровень точности при измерении концентрации растворенного кислорода. Это справедливо для широкого диапазона значений измерения: полевые испытания показали аналогичные результаты для оптических и гальванических датчиков DO от ~ 1 мг/л до 14 мг/л.

Одно из различий между оптическими и гальваническими датчиками DO состоит в том, что гальванические датчики DO обладают зависимостью от потока. Это означает, что для поддержания точности измерения требуется минимальная скорость притока (5 см/сек). Оптические датчики DO не требуют минимальной скорости притока.

Некоторые компоненты пробы могут влиять на точность измерения. Сероводород, например, соединение, обнаруженное в сточных водах, дне озер и заболоченных землях, может проникать через мембрану гальванического датчика. В этих условиях лучше выбрать оптический датчик растворенного кислорода, поскольку эти датчики не подвержены влиянию H2S.

Одним из преимуществ гальванических датчиков DO перед оптическими датчиками DO является то, что гальванические датчики DO имеют более быстрое время отклика. Гальванические датчики DO реагируют в 2-5 раз быстрее, чем оптические датчики DO, в зависимости от материала мембраны. Это ограничение оптических датчиков DO является более обременительным в приложениях, в которых будет выполняться большое количество измерений образцов. Время отклика обычно не является ограничивающим фактором при выборе датчика DO для непрерывного мониторинга.

Сравнение полярографических, гальванических и оптических датчиков DO:

В таблице ниже приведены преимущества и недостатки трех основных методов измерения концентрации растворенного кислорода в воде:

Плюсы Минусы
Оптические
- Нулевое время разогрева
- Высокая стабильность калибровки
- Техническое обслуживание каждые 1-2 года
______________________________________
- Повышенное энергопотребление
- Более медленное время отклика


______________________________________
Гальванические
- Нулевое время разогрева
- Быстрое время отклика
- Экономически эффективный 

______________________________________
- Техническое обслуживание каждые 2-8 недель
- Чувствительность к сероводороду

______________________________________
Полярографические   
- Быстрое время отклика
- Экономически эффективный


______________________________________
- Время разогрева 5-15 минут
- Техническое обслуживание каждые 2-8 недель
- Чувствительность к сероводороду
______________________________________