溶解氧2015-3-16
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溶解氧测量
——赵安树
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15/12/2014
赵安树
溶解氧分析仪传感器一览
COS31 COS41 COS51D COS22D
覆膜法传感器
COS61 COS61D
荧光法传感器
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赵安树
饮用水 |
溶解氧测量的主要应用领域
污水 | ||||||||||||||
养鱼场 | ||||||||||||||
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废水污水处理 锅炉水测量 生化制药
地表水监测
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赵安树
溶解氧的概念
. 溶解于水中的分子态氧称为溶解氧
. 通常记作DO，单位为mg/L
. 溶解氧测量是用于控制曝气池中氨氮降解的一个重要参数。氧不足意
味着降解减弱，过量的氧又会增加能源成本
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赵安树
影响溶解氧测量的因素
> 海拔
> 温度
> 盐度
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赵安树
海拔高度影响
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赵安树
溶解氧值与海拔的关系
[mg/l] 12 10 8 6 4 2 0 |
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0 | 500 | 1000 | 1500 | 2000 海拔 [m] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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赵安树
温度影响
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赵安树
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40 |
溶解氧值与温度的关系
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赵安树
溶氧值温度表
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赵安树
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盐度影响（非主要原因）
DO 饱和浓度 βSat [mg/l] | 10 8 6 4 2 0 |
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赵安树
溶解氧的基本测量原理
基本方法二: 荧光法 |
覆膜法（电流法）
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赵安树
参考电极的电化学反应： |
Ag Ag+ + e |
Ag+ + Br - Ag+ + Cl- |
AgBr AgCl |
测量原理 - 覆膜法（电流法）
工作电极的电化学反应:
O2 + 2 H2O + 4 e- 4 OH-
 |
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赵安树
荧光法测量原理
测量过程：
-探头内光学系统发出蓝色脉动光束打到荧光层
-标记体以脉动红光受激“响应”（产生荧光）
-若介质中不含任何氧，响应信号会很长，并很强
- 因氧分子会熄灭标记体分子，这样，也就使得响应信号变短变弱
-受激反应信号的持续时间和强度，直接与氧的成份和分压相关
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赵安树
Slide 15 sensor in zero solution |
荧光法测量原理
Amplitude |
Exciting pulse |
Response with low O2 |
Time |
t1 |
Time |
产品系列–传感器的特点
| 型号 | 测量范围 (单位mg/l) | 原理及主要特点 | 主要应用 点 | |
COS31 | 0.02-60 | 覆膜法原理 模拟式传感器 有快速响应型 | 市政污水处理 企业废水处理 地表水测量 环保监测 自来水测量 工厂冷却循环 水测量等 | ||
COS41 | 0.05-20 | 覆膜法原理 模拟式传感器 | |||
COS51D | 0.01- 100 | 覆膜法原理 数字式传感器 | |||
COS61 COS61D | 0-20 | 荧光法原理 模拟式/数字式传感器 |
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COS21/22D |
产品系列–传感器的特点型号 | 测量范围 (单位 mg/l) | 原理 | 主要特点 | 主要应用点 |
COS22D - 1 | 0.01－20 | 覆膜法 原理 | 耐135℃蒸 汽高温消 毒 | 适用于所有发 酵罐、及生化 反应 |
COS22D - 3 | 0.001 - 20 | 耐135℃蒸 汽高温消 毒 特殊痕量 氧测量， 检测下限 1ppb | 适合于啤酒发 酵场合 - 高二氧 化碳分压状态 下的痕量氧测 量 或锅炉去离子 超纯水 |
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两种溶解氧传感器的区别
COS51D | COS61D | |
原理 | 覆膜(电流)法 | 荧光法 |
量程 | 0~100 mg/l | 0~20 mg/l |
精度 | 测量值的±1% | 当<12mg/l时： 0.01mg/l或测量值的±1% 当12…20mg/l时： 测量值的±2% |
响应时间 | 黑色覆膜帽，正常响应 时间：t90= 180s 白色覆膜帽，快速响应 时间：t90=30s | t90=60s |
防爆 | Exia，本安防爆 | 非防爆 |
维护 | 需定期更换电解液和覆 膜帽， 一般是半年左右 | 维护简便， 无需电解液和覆膜， 一年 更换一次荧光帽即可 |
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赵安树
溶解氧传感器的影响因素-覆膜法
经常擦除探头表面来自污水的腐烂物
在液体中的 H2S 或 氨 会影响测量
这样用户需要经常更换覆膜和电解液
频繁进行现场标定
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Endress + Hauser 溶解氧分析仪培训
溶解氧传感器的影响因素-荧光法
气泡会对荧光法传感器的测量产生显著影响
安装注意: 建议探头45º拐弯安装
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Endress + Hauser 溶解氧分析仪培训
型号 | COS41 | COS51D | COS61 | COS61D | COS22D- 1/3 |
样图 |
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测量原理 | 覆膜法原理 (模拟式传感器) 双电极 | 覆膜法原理 (数字式传感器) 三电极 | 荧光法原理 (模拟式传感器) | 荧光法原理 (数字式传感器) | 覆膜法原理 (数字式传感器) |
测 量 范 围 （mg/l） | 0.05-20 | 0.01- 100 | 0-20 | 0-20 | 0.01-20/ 0.001- 20 |
测量精度 | 0.01 mg/l | 测量值的±1% | 0.01 mg/l | 0.01 mg/l | 测量值的±1.25% |
极化时间 | < 60min | < 60min | 无 | 无 | < 12h/ < 60min |
响应时间 | T90: 3min | T90:3min 黑色覆膜帽 T90:0.5min 白 色 覆膜帽 | T90: 60s | T90: 60s | T90 < 30s |
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赵安树
极化时间
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赵安树
覆膜法传感器结构
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赵安树
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溶解氧分析仪变送器
Liquiline |
CM442
COM253 |
CM42-O
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2015/3/20 Endress + Hauser 溶解氧分析仪培训
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产品系列 - 配套变送器
COM253
COS31 |
COS61 |
. 配变送器COM253
. COS31 、COS61输出信号为数字信号，必须配变送器
COM253-W，变送器端的连接方式为插头式连接（7芯）
. COS41输出为电流模拟值， 
必须配变送器COM253-D，变送器端的连接为接线端接线
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2015/3/20 Endress + Hauser 溶解氧分析仪培训
产品系列 - 传感器及变送器
CM42-O
COS21D |
COS51D |
. 覆膜法原理
CM442 |
. 配变送器CM42-O或CM442
. 必须配数字电缆CYK10
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维护
. Commissioning Dissolved Oxygen（视频）
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赵安树
维护
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赵安树
覆膜法传感器的使用注意
测量必须先完成极化
注：接线后必须等待1小时
需用湿布或海绵将探头擦干净.并吹干
（尤其是覆膜）
在密闭带压环境使用溶解氧测量工况条件下. 在诸如标定等情况需取下探头时.将覆膜盖
拧下作压力平衡补偿时
（一般污水测量场合不需要）
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赵安树
溶解氧传感器的维护
现场污水处理厂应用 – 曝气池溶解氧探头维护周期
每周: - 清洁探头表面
每月: - 探头标定
每年: - 更换电解液（3-6个月）
- 更换探头覆膜（6-12个月）
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Endress + Hauser 溶解氧分析仪培训
覆膜法传感器的使用注意
开机时需等待约20分钟以便探头适应 环境温度量。
注意：探头千万不可直接受日晒
需当变送器显示的测量读数稳定后，
按照操作手册步骤进行标定。 （空气标定）
在完成自动标定工作后.将探头浸入 测量介质中。
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维护-如何更换COS31/41/51D覆膜及电解液更换
COY3- F 10 小瓶电解液.
电极 |
每三个月至半年更换电解液，每半年到一年更换覆膜
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维护-COS61/COS61D
. 荧光式探头直接更换荧光帽
订货号51518598
. 无需电解液
. 每1年更换一次，探头安装不可在直射阳光下
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标定与诊断
. 通常情况下，使用空气标定的方法
. 空气标定-斜率
. 无氧水-零点
. 无氧水配置-亚硫酸钠粉末
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赵安树
诊断
溶解氧传感器信号诊断
. 溶解氧与温度对应值
. 饱和度SAT 100%最佳
COM253 75- 140%（可标定范围）
CM44x 90- 110% （可标定范围）
. 原始信号nA 在零点标定时应接近0 ，<1nA
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15/12/2014
赵安树
覆膜上有气泡，或者气泡进入电解液内，对测量有什么影响？
. 气泡进入后， 一旦上电了，就会立即被反应掉，所以测量值可能会有 瞬间的波动。
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赵安树
什么时候不能在空气中来进行标定，要选用Ref来标定？
在空气中标定结果不通过，斜率太小（可能反映不充分）；
风速太大，受其它气体影响；
温度太低，比如在东北， 就不能在空气中标定，因为电解液会被冰冻 住（这时候就要做保温套）；
制药行业，出于卫生考虑。
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赵安树
在探头标定的时候，最后会显示出一个“%SAT值”， 其具体含义是什么？
. 在一定温度下， 一定的溶氧值对应一定的nA值，例如102%SAT的意 思是，实际测量下来的nA值与理论上存储在芯片里该溶氧值所对应的 nA值的一个比例值。因为溶氧的零点是一定的，所以我们只要标定另 外一点，就能确定“溶氧值- 电流值”曲线的斜率， 从而建立起两者 间的线形关系。
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赵安树
COS31/41/51D/22D间的区别
. 覆膜法的三款溶氧探头中，COS31/51D/22D是将纳安级的电流信号 转换成数字信号后再输出的，而COS41是将电流信号取上来后再做处
理；
还有区别在测量部分的内部结构上，
COS31/51D都是三电极设计，而COS41
则是两电极，三电极的优点在于自适应
的恒电势，当介质电阻发生变化时，两
电极间的电压改变，进而造成极化电流
发生改变，这就给溶氧值与电流值之间
的单一对应关系，带来了附加变数，而
COS31/51D/22D探头的三电极设计，采
用分压的效果，即虽然介质电阻变化，
但通过分压效果，可以保证极化电压的
相对稳定，从而更好地控制极化电流与
溶氧值之间的对应关系。
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赵安树
pH电极与溶解氧探头在仓库里放了10年，还能用吗？
答： pH电极不能用， 因为它属于原电池，其在存放的过程中， 一直在放电，在消耗；
而溶解氧探头还是可用的，因为它是被动工作的，需要加 极化电压来激活，不使用的时候，没有损耗。
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赵安树
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谢谢！
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2015/3/20 Endress + Hauser 溶解氧分析仪培训
