溶氧儀的工作原理是什么呢

更新時(shí)間：2021-09-26

溶氧儀（Dissolved oxygen analyzer ）是根據(jù)電化學(xué)原理，即在含氧的被測(cè)電解質(zhì)溶液中的兩個(gè)不同金屬電極上，將產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，由此生成的擴(kuò)散電流和溶液中的氧濃度呈一定關(guān)系的原理制作的測(cè)量水中氧氣含量的儀器。也有的儀器采用伏安測(cè)定中的極譜法，對(duì)溶液中的工作電極施加電壓后，其生成的極譜圖上的電流與溶液中的被測(cè)物質(zhì)濃度呈一定關(guān)系的原理制作。

溶氧電極可以用來(lái)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)被測(cè)樣品水溶液內(nèi)的溶氧含量。由于溶解氧是水的質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，因此溶氧電極可廣泛用于各種場(chǎng)合下的溶氧含量的測(cè)量，尤其是養(yǎng)殖水、光合作用和呼吸作用及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。在對(duì)溪水和湖水支持生物存活的能力進(jìn)行評(píng)估時(shí)，要進(jìn)行生化需氧量測(cè)試（BOD），在消耗氧氣的含有有機(jī)物的樣品水溶液變腐時(shí)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，并確定溶氧濃度和樣品水溶液溫度之間的關(guān)系。其測(cè)量范圍：0～5、10、20 mg/L，精度±3%～±5%，響應(yīng)時(shí)間30～120 s左右。有在線連續(xù)監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室儀表兩大類。

溶氧儀適用于各種環(huán)境下的溶氧含量的測(cè)量，特別是養(yǎng)殖水、光合作用以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。很多人對(duì)于該儀表的工作原理好奇，那么溶氧儀的工作原理是什么呢？

溶氧儀一般采用隔膜電極作為換能器，將溶氧濃度(實(shí)際上是氧分壓)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大、調(diào)整(包括鹽度、溫度補(bǔ)償) ，由模數(shù)轉(zhuǎn)換顯示。

溶氧儀的電解液為鉀溶液。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。

通過(guò)上述內(nèi)容我們可以知道，只要能夠測(cè)得擴(kuò)散電流 i∞，那么就可以測(cè)的溶解氧濃度。而為了消除溫度、鹽度和氣壓因素影響，個(gè)型號(hào)的產(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，就會(huì)有信號(hào)電流通過(guò)，其值與溶氧濃度成正比。

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