PPb級別微量溶解氧傳感器

一．電極結構和工作原理

　　ＤＯ電解型溶解氧電極是專門設計為可耐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反應器或管道中流體的溶解氧水平的在線檢測。此外還可用于環境監測、廢水處理和養殖業中溶解氧水平的在線測量。

　　ＤＯ電解型溶解氧電極結構見圖１。

圖１．ＤＯ電解型溶解氧電極結構示意圖

　　測量時，溶解于電頭外部被測介質中的氧傳遞至電極透氧膜外表面，經由透氧膜和內電解質溶液膜中擴散，zui后到達電極陰極表面，在適宜的極化電壓下發生電化學反應，并產生電極響應電流。電極響應電流與被測介質中溶解氧水平成正比。理論上電極響應式為；

式中：Ｉ為電極穩態響應電流；

　　　為被測介質中氧分壓；

　　　Ｔ為透氧膜工作溫度；

　　　ａ和Ａ為與電極材料和結構有關的兩個常數。

二．電極技術指標

　　電極主體材料：不銹鋼

　　透氧膜：氟塑料／硅橡膠／不銹鋼絲網復合膜

　　陰極：直徑０．５毫米鉑金絲

　　陽極：直徑０．３毫米銀絲

　　內電解液：氯化物溶液

　　在空氣中響應電流：約60納安培

　　在氮氣中響應電流：小于百分之一空氣中響應電流

　　電極響應時間：約60秒（上行，90％響應）

　　電極響應穩定性：在恒溫的恒定氧分壓環境中，響應電流每周漂移小于３％

　　電極響應溫度系數：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．電極在反應器上安裝

　　ＤＯ電解型溶解氧電極適用于大中型發酵罐側面插入式安裝，見圖２所示。

圖２．ＤＯ溶解氧電極在大中型發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（改進型為四芯）的信號接插端口，內有依次編號為１至５號信號端子，每個信號端子與電極內部元件聯接如圖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．溶解氧測量系統的標定與使用

　　溶解氧電極和二次儀表構成了溶解氧測量系統，溶解氧測量系統在頭次使用前，或經歷了長期使用后應加以標定。溶解氧電極的標定方法應該以溶解氧儀表使用說明書中有關內容為準，但是作為一般的標定原則，這里仍把普通適用的標定方法介紹如下；

　　靈敏度標定：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），等電極響應穩定后，調節儀表的靈敏度（或斜率），使儀表指示為該標定介質中溶解氧值（標定溶解氧值與選用的溶解氧水平表示方法有關，詳見后面附錄Ａ、Ｂ和Ｃ）。標定好后把電極插入被測介質中即可投入使用。

　　零點檢查：多次測量使用后（例如兩個月的使用后），應當檢查溶解氧電極的零點，檢查零點方法如下；先標定斜率，然后將電極測量部位插入純氮氣中或新配制的５％亞*溶液中，等電極響應穩定后，其顯示為零，但顯示小于大氣中響應的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，并倒出內電解液，洗凈并擦干電極內芯后，于干燥處存放。

當溶解氧電極出現靈敏度太低（無法標定靈敏度），零點太高（不能標定零點或無氧電流大于

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

　　靈敏度太低；電極內芯陰極結垢,透氧膜污染或內電解液干枯；

　　零點太高；透氧膜污染,內電解液污染或電極內部受潮漏電；

　　無響應；電極內部短路或斷路。

　　當電極發生故障時，應該首先更換內電解液并仔細檢查膜護套上透氧膜是否有損壞而滲漏。

　　更換內電解液和檢查膜護套操作方法如下；

　　（１）從二次儀表上拆下電極；

　　（２）旋下膜護套,傾倒掉膜護套內的電解液；

　　（３）仔細檢查膜護套上透氧膜是否完好，如有損壞則更換膜護套；

　　（４）在好的膜護套內注入１６滴電解液，不可多加！

　　（５）小心地把膜護套套上電極內芯；

　　（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套損壞，回（４）步；

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

電極內芯陰極結垢的處理方法；

　　參照上面（１），（２）步操作拆開電極，把電極內芯端頭正前部在一涂有牙膏的濾紙上磨擦數十下，用蒸餾水或去離子水沖洗干凈電極內芯，用吸水紙擦干電極內芯表面的水份，重裝電極。

    電極內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芯，用吸水紙擦干電極內芯表面的水份；

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

　　（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，其電阻應基本為零，若電阻較大，表明電極陰極內部接觸不良或內部斷線；

　　（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，其電阻應基本為零，若電阻較大，表明電極陽極內部接觸不良或內部斷線；

凡電極內部故障，應送電極生產制造單位修理或調換，不可自行拆卸，否則損壞自理。