成都溶解氧测试仪也称为溶解氧检测仪或溶氧仪,是一种专门用于检测水体中溶解氧浓度的设备。其工作原理主要基于氧分子通过隔膜被工作电极还原,进而产生与氧浓度成正比的扩散电流。当溶解在水中的氧分子通过隔膜渗透到电极内部时,氧分子与工作电极发生氧化还原反应,被还原成氢氧根离子并释放电子,这些电子形成扩散电流。通过测量这一电流,可以计算出水中溶解氧的浓度。
一、传感器部分
电极
工作电极:通常是由金属(如铂、金等)制成。以铂电极为例,它在水中对溶解氧具有电化学活性,能够参与氧气的还原反应。当施加一定的电压时,溶解氧在工作电极表面被还原,产生电流,这个电流的大小与水中溶解氧的浓度相关。
参比电极:常见的有银/氯化银(Ag/AgCl)电极。它在测量过程中提供一个稳定的电位基准,与工作电极之间形成一定的电位差,从而保证电化学测量的准确性。参比电极的内部通常填充有氯h钾溶液,通过盐桥与工作电极所在的测试溶液相连,以确保离子的良好传导。
温度补偿电极(部分仪器有):由于溶解氧的溶解度受温度影响较大,一些高精度的溶解氧测试仪会配备温度补偿电极。它通常是一个热敏电阻,能够实时测量溶液的温度,并将温度信号传输给仪器的数据处理系统,用于对溶解氧浓度的测量结果进行温度补偿,提高测量的准确性。
膜组件
选择性透气膜:覆盖在电极表面的透气膜是溶解氧测试仪的关键部件之一。它允许氧气分子通过,而阻止其他物质(如氢离子、水分子等)干扰电极的测量。这种膜通常具有良好的透气性和选择性,例如聚四氟乙烯(PTFE)或聚碳酸酯(PC)等材料制成的膜。氧气分子可以通过扩散作用透过这层膜到达电极表面,参与电化学反应,从而实现对溶解氧浓度的测量。
保护膜(可选):在一些情况下,为了防止透气膜受到污染或损坏,会在其外部再加一层保护膜。保护膜可以过滤掉较大的颗粒杂质,延长透气膜的使用寿命。同时,它也便于更换,当发现保护膜受损或污染严重时,可以及时更换,而不需要更换整个电极系统。
二、信号处理与显示部分
放大器
由于电极产生的电流信号通常很微弱,需要放大器对其进行放大处理。放大器能够将微安级甚至更小的电流信号放大到适合后续处理和显示的电平。它具有较高的增益和较低的噪声特性,以确保在放大信号的同时不会引入过多的干扰成分,从而保证测量的精度。
模数转换器(ADC)
经过放大后的模拟信号需要转换为数字信号,以便仪器内部的微处理器进行处理。模数转换器的作用是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。它的分辨率决定了信号转换的精度,一般来说,分辨率越高,转换后的数字信号越能准确地反映原始模拟信号的变化,从而提高了溶解氧浓度测量的准确性。
微处理器
微处理器是溶解氧测试仪的核心控制单元。它接收经过模数转换后的数字信号,并根据预设的算法进行计算和处理。这些算法包括根据电极的电流-电压特性和氧气的电化学还原原理来计算溶解氧的浓度。同时,微处理器还可以对温度补偿电极传来的温度信号进行处理,按照溶解氧在不同温度下的溶解度公式对测量结果进行修正。此外,它还能控制仪器的其他功能,如显示、存储等。
显示器
显示器用于直观地显示测量结果,包括溶解氧的浓度值、温度值(如果有温度测量功能)等。常见的显示器有液晶显示屏(LCD)和数码管显示屏。液晶显示屏可以显示更多的信息,如测量单位、日期、时间等,并且具有较低的功耗;数码管显示屏则简单直接,亮度较高,适用于一些简单的测量场景。通过显示器,用户可以方便地读取测量数据,了解被测水体中溶解氧的情况。
三、电源部分
电池(便携式仪器)
对于便携式溶解氧测试仪,通常采用电池供电。常用的电池有碱性电池、镍氢电池等。碱性电池具有较高的能量密度和较长的保质期,能够为仪器提供稳定的电源。镍氢电池则可以重复充电使用,比较环保和经济。电池的容量要能够满足仪器在野外或没有外接电源情况下的正常使用需求,一般要保证仪器能够连续工作数小时甚至更长时间。
电源适配器(非便携式仪器或可充电式仪器)
一些实验室用的溶解氧测试仪或者可充电式便携式仪器会配备电源适配器。电源适配器可以将市电(如220V交流电)转换为仪器所需的直流电源。它通常具有过压保护、过流保护等功能,以防止市电波动对仪器造成损坏。在仪器连接到电源适配器进行充电(如果是可充电式仪器)或工作时,电源适配器能够稳定地为仪器提供合适的电压和电流,确保仪器的正常运行。
四、外壳与机械结构部分
仪器外壳
仪器外壳起到保护内部元件的作用。它通常采用塑料或金属材料制成。塑料外壳具有重量轻、绝缘性能好等优点,能够有效地防止用户触电,并且可以设计成各种形状,方便用户握持和操作。金属外壳则具有较高的强度和耐腐蚀性,能够更好地保护仪器内部的精密部件,适用于一些恶劣的工作环境。外壳上还会有一些按键、接口等设计,方便用户操作和连接外部设备。
电极支架与搅拌装置(部分仪器有)
电极支架用于固定电极,确保电极在测量过程中处于稳定的位置。在一些需要精确测量的场合,电极的位置精度很重要,电极支架可以保证电极准确地插入被测溶液中,并且保持垂直或水平等特定的状态。
搅拌装置用于使被测溶液保持均匀的混合状态。当测量溶解氧时,如果溶液中的氧气分布不均匀,会导致测量结果不准确。搅拌装置可以通过旋转叶片等方式使溶液充分混合,让氧气在溶液中均匀分布,从而提高测量的准确性。搅拌速度通常可以根据不同的测量要求进行调节。