Сензори за разтворен кислород

16/1/2023

Разтворен кислород (DO) и качество на водата

Разтвореният кислород е ключова мярка за качеството на водата, на която се разчита в различни приложения. При пречистването на промишлена вода нивата на разтворен кислород могат да бъдат индикатор за проблеми с качеството на водата, които водят до корозия на оборудването. В приложенията за аквакултури, транспортиране на риби и аквариуми, разтвореният кислород се наблюдава, за да се гарантира, че водните видове имат достатъчно кислород в местообитанието си, за да оцелеят, да растат и да се размножават. В общинските пречиствателни съоръжения разтвореният кислород в отпадъчните води се наблюдава по време на процесите на пречистване на аерирана вода.

Измерване на концентрацията на разтворен кислород

Концентрацията на разтворен кислород във вода може да се взема проба или да се наблюдава непрекъснато с помощта на сензор за разтворен кислород. Как работи сондата за разтворен кислород? Отговорът на този въпрос зависи от вида на използвания сензор за разтворен кислород. Наличните в търговската мрежа сензори за разтворен кислород обикновено попадат в 3 категории:

Галванични сензори за разтворен кислород
Полярографски сензори за разтворен кислород
Оптични сензори за разтворен кислород

Всеки тип сензор за разтворен кислород има малко по-различен принцип на работа. Следователно всеки тип сензор за разтворен кислород има предимства и недостатъци в зависимост от приложението за измерване на водата, където ще се използва.

Принцип на работа на електрохимичния сензор за разтворен кислород:

Както галваничните сензори за DO, така и полярографските сензори за DO са видове електрохимични сензори за разтворен кислород. В електрохимичен сензор за DO разтвореният кислород дифундира от пробата през пропусклива за кислород мембрана и в сензора. След като влезе в сензора, кислородът претърпява реакция на химическа редукция, която произвежда електрически сигнал. Този сигнал може да бъде отчетен от инструмент за разтворен кислород.

Полярографски срещу галванични сензори за DO:

Разликата между галваничния DO сензор и полярографския DO сензор е, че полярографският DO сензор изисква към него да бъде приложено постоянно напрежение. Трябва да е поляризиран. За разлика от това, галваничният DO сензор се самополяризира поради свойствата на материала на анода (цинк или олово) и катода (сребро). Това означава, че докато галваничните сензори за DO могат да се използват веднага след калибриране, полярографските сензори изискват 5-15 минути време за загряване.

Принцип на работа на оптичния сензор за разтворен кислород:

Оптичният сензор за разтворен кислород няма анод или катод и кислородът не се редуцира по време на измерване. Вместо това капачката на сензора съдържа луминесцентно багрило, което свети в червено, когато е изложено на синя светлина. Кислородът пречи на луминесцентните свойства на багрилото, ефект, наречен „гасене“. Фотодиод сравнява „угасената“ луминесценция с референтно отчитане, което позволява изчисляването на концентрацията на разтворен кислород във водата.

Оптични срещу галванични сензори за DO:

Както оптичното измерване на разтворения кислород, така и галваничното измерване на разтворения кислород имат предимства и предимства. Добрата новина е, че и двете технологии предлагат подобно ниво на точност при измерване на концентрацията на разтворен кислород. Това важи за широк диапазон от стойности на измерване: полеви тестове показват подобни резултати за оптични и галванични сензори за DO от ~1 mg/L до 14 mg/L.

Една точка на разграничение между оптичните и галваничните сензори за DO е, че галваничните сензори за DO показват зависимост от потока. Това означава, че е необходима минимална скорост на входящия поток, за да се поддържа точността на измерването. Оптичните сензори за DO не изискват минимална скорост на входящия поток.

Някои съставки на пробата може да попречат на точността на измерването. Сероводородът, например, съединение, намиращо се в отпадъчни води, дъна на езера и влажни зони, може да проникне в мембраната на галваничния сензор. Оптичен сензор за разтворен кислород би бил по-добър избор в тези среди, тъй като тези сензори не са податливи на смущения от H₂S.

Едно предимство на галваничните сензори за DO пред оптичните сензори за DO е, че галваничните сензори за DO имат по-бързо време за реакция. Галваничните сензори за DO реагират 2-5 пъти по-бързо от оптичните сензори за DO в зависимост от материала на мембраната. Това ограничение на оптичните сензори за DO е по-тромаво в приложения, където ще бъдат направени голям брой измервания на проби. Времето за реакция обикновено не е ограничаващ фактор при избора на сензор за DO за приложения за непрекъснато наблюдение.

Заключение

Всеки тип сензор за разтворен кислород има своите плюсове и минуси. За да определите кой тип сензор е най-подходящ за вашето приложение, задайте си следните въпроси:

Колко бързо тече пробата? Ако в пробата няма поток, тогава са необходими или импулсни полярографски, или оптични устройства.
Колко проби трябва да бъдат тествани и колко бързо се променя разтвореният кислород в пробата? Ако има много проби или разтвореният кислород се променя бързо, тогава електрохимичните сензори са най-добри.
Какъв тип източник на захранване се използва за дистанционно наблюдение? Докато оптичните сензори са по-стабилни, те също така използват повече енергия и могат да изтощават батериите по-бързо от електрохимичните. Дълголетието може да е по-важно от дрейфа и изисква електрохимичен сензор.
Както галваничните, така и оптичните сонди не изискват време за поляризация за „загряване“, те са готови да започнат веднага, докато полярографските ще отнеме между 5-15 минути, за да бъдат стабилни
Галваничните и полярографските сензори имат по-бързо време за реакция
Оптичните изискват почти нулев дебит, докато електрохимичните сонди изискват поток през мембраната
Оптичните сензори са най-скъпият вариант и имат най-голяма консумация на енергия
Галваничните и полярографските ще бъдат повлияни от някои газове, включително сероводород, които преминават през мембраната и влияят на показанията
Оптичните сензори изискват по-малко поддръжка