PPb级别微量溶解氧传感器

一．电极结构和工作原理

　　ＤＯ电解型溶解氧电极是专门设计为可耐１３０度蒸汽灭菌，自压力平衡式溶解氧电极，可用于液体或气体中溶解氧分压的测量，此电极zui适用于大中型微生物培养反应器或管道中流体的溶解氧水平的在线检测。此外还可用于环境监测、废水处理和养殖业中溶解氧水平的在线测量。

　　ＤＯ电解型溶解氧电极结构见图１。

图１．ＤＯ电解型溶解氧电极结构示意图

　　测量时，溶解于电头外部被测介质中的氧传递至电极透氧膜外表面，经由透氧膜和内电解质溶液膜中扩散，zui后到达电极阴极表面，在适宜的极化电压下发生电化学反应，并产生电极响应电流。电极响应电流与被测介质中溶解氧水平成正比。理论上电极响应式为；

式中：Ｉ为电极稳态响应电流；

　　　为被测介质中氧分压；

　　　Ｔ为透氧膜工作温度；

　　　ａ和Ａ为与电极材料和结构有关的两个常数。

二．电极技术指标

　　电极主体材料：不锈钢

　　透氧膜：氟塑料／硅橡胶／不锈钢丝网复合膜

　　阴极：直径０．５毫米铂金丝

　　阳极：直径０．３毫米银丝

　　内电解液：氯化物溶液

　　在空气中响应电流：约60纳安培

　　在氮气中响应电流：小于百分之一空气中响应电流

　　电极响应时间：约60秒（上行，90％响应）

　　电极响应稳定性：在恒温的恒定氧分压环境中，响应电流每周漂移小于３％

　　电极响应温度系数：３％左右（室温下）

　　电极插入部直径：２５毫米

　　电极插入部长度：９０毫米

三．电极在反应器上安装

　　ＤＯ电解型溶解氧电极适用于大中型发酵罐侧面插入式安装，见图２所示。

图２．ＤＯ溶解氧电极在大中型发酵罐上的安装示意图

ＤＯ电解型溶解氧电极还适用于管道式流通池中插入式安装，见图３所示。

四．电极信号线配接

　　ＤＯ电解型溶解氧电极尾部有个五芯（改进型为四芯）的信号接插端口，内有依次编号为１至５号信号端子，每个信号端子与电极内部元件联接如图４所示。

图３．ＤＯ溶解氧电极在管道式流通池中安装示意图

图４．ＤＯ型溶解氧电极接线示意图

五．溶解氧测量系统的标定与使用

　　溶解氧电极和二次仪表构成了溶解氧测量系统，溶解氧测量系统在头次使用前，或经历了长期使用后应加以标定。溶解氧电极的标定方法应该以溶解氧仪表使用说明书中有关内容为准，但是作为一般的标定原则，这里仍把普通适用的标定方法介绍如下；

　　灵敏度标定：将电极测量部位置于已知溶解氧水平的某气体中（例如空气）或被该气体饱和的溶液中（例如空气饱和的水溶液），等电极响应稳定后，调节仪表的灵敏度（或斜率），使仪表指示为该标定介质中溶解氧值（标定溶解氧值与选用的溶解氧水平表示方法有关，详见后面附录Ａ、Ｂ和Ｃ）。标定好后把电极插入被测介质中即可投入使用。

　　零点检查：多次测量使用后（例如两个月的使用后），应当检查溶解氧电极的零点，检查零点方法如下；先标定斜率，然后将电极测量部位插入纯氮气中或新配制的５％亚硫酸钠溶液中，等电极响应稳定后，其显示为零，但显示小于大气中响应的１％也属正常。

六．溶解氧电极的存放，故障检查与排除

　　电极短期不用时可将其置于空气中且不必把它从仪表上拆下，电极长期不用时可将电极从仪表上拆下，并倒出内电解液，洗净并擦干电极内芯后，于干燥处存放。

当溶解氧电极出现灵敏度太低（无法标定灵敏度），零点太高（不能标定零点或无氧电流大于

空气中电流的百分之一）或无响应时，若二次仪表正常则表明溶解氧电极可能发生了故障，电极出现了上述故障的原因可能如下；

　　灵敏度太低；电极内芯阴极结垢,透氧膜污染或内电解液干枯；

　　零点太高；透氧膜污染,内电解液污染或电极内部受潮漏电；

　　无响应；电极内部短路或断路。

　　当电极发生故障时，应该首先更换内电解液并仔细检查膜护套上透氧膜是否有损坏而渗漏。

　　更换内电解液和检查膜护套操作方法如下；

　　（１）从二次仪表上拆下电极；

　　（２）旋下膜护套,倾倒掉膜护套内的电解液；

　　（３）仔细检查膜护套上透氧膜是否完好，如有损坏则更换膜护套；

　　（４）在好的膜护套内注入１６滴电解液，不可多加！

　　（５）小心地把膜护套套上电极内芯；

　　（６）观察是否有电解液自透氧膜处渗出，若有电解液渗漏表明膜护套损坏，回（４）步；

　　（８）装配好的电极重新标定检查，若故障仍未排除，则故障原因可能发生在电极内部。

电极内芯阴极结垢的处理方法；

　　参照上面（１），（２）步操作拆开电极，把电极内芯端头正前部在一涂有牙膏的滤纸上磨擦数十下，用蒸馏水或去离子水冲洗干净电极内芯，用吸水纸擦干电极内芯表面的水份，重装电极。

    电极内部故障检查方法如下；

　　（１）参照前述操作拆开电极；用蒸馏水或去离子水冲洗干净电极内芯，用吸水纸擦干电极内芯表面的水份；

　　（２）用万用表电阻挡量电极阴极阳极信号引出端之间电阻，其电阻应大于１００兆欧姆，若电阻小或电阻为零，表明电极内部漏电或内部短路；

　　（３）用万用表电阻挡量电极阴极与阴极信号引出端之间电阻，其电阻应基本为零，若电阻较大，表明电极阴极内部接触不良或内部断线；

　　（４）用万用表电阻挡量电极阳极与阳极信号引出端之间电阻，其电阻应基本为零，若电阻较大，表明电极阳极内部接触不良或内部断线；

凡电极内部故障，应送电极生产制造单位修理或调换，不可自行拆卸，否则损坏自理。