高精度数字式溶氧仪传感器的研制.doc

高精度数字式溶氧仪传感器的研制 第?1994-xxChina AcademicJournal ElectronicPublishing House.All rightsreserved.ki.?研究报告?高精度数字式溶氧仪传感器的研制Research ofSensor forPrecise DigitalDesolved2oxygenmeter吴亚英秦文正(江苏省无锡市环境科学研究所无锡214023)摘要介绍了高精度数字式溶氧仪传感器的制作及国产透气膜与电解液的试验,通过对自制溶氧仪与美国YSI-58型溶氧仪及碘?法的对比试验,表明自制溶氧仪的精度和准确度高、性能稳定、互换性好,主要性能参数与美国YSI-58型溶氧仪接近。 关键词溶解氧测定地面水测?仪器传感器研制AbstractThe paperpresented indetail themaking ofsensor forprecise digitaldesolved2oxygenmeter andthe testofmembrane andelectrolyte.The parisonof self2made meterand that of American YSI258,and Iodinemethod showedtheformer wasprecise,stable andinterchangeable.Its specificationswas nearthatofAmericanYSI258.Key wordsDO DeterminationSurface WaterDetectorSensorResearch水中溶解氧(简称DO)含?多少是衡?水质的一个重要指标。 目前,普遍采用专用仪器即溶氧仪代替化学法测定溶解氧含?。 溶氧仪主要由主机和传感器(电极)构成。 传感器主要有两种,即原电池式“DO”电极和极谱式复膜电极。 原电池式“DO”电极由于消耗电极材?、精度低、寿命短被淘汰,而极谱式复膜电极以其受干扰小、使用寿命长、?于储存等优点被大?用在DO测?上。 国内也有采用极谱式电极生产的溶氧仪,但存在准确度差、稳定性?好、定标复杂、各种补偿功能?足的缺点。 而世界上最先进的溶氧仪生产商美国YSI公司(Yellow SpringIn2strument Co.Inc.)的溶氧仪精度高达0103mg/L13,以其经久耐用、精度高、操作简?占有美国市场的8714%,但其价格昂贵。 目前国内亟需价廉物美的高精度溶氧仪。 对溶氧仪主机的研制已有报导4,这?对无锡市环境科学研究所高精度数字式溶氧仪传感器的制作及试验情况作一介绍。 1测?原?及主要技术指标氧传感器(又称氧电极)结构见图1。 它采用极谱式薄膜电极法。 电极的阴极用黄金制成,电极腔内充有KCl电解液。 电极顶端覆盖一层透气的薄膜,允许溶解氧通过。 图1氧电极结构当对电极施加017V左右的直流电压时,水中溶解氧透过薄膜,在阴极上还原,产生稳定的扩散电流。 反应式如下:阴极O2+2H2O+4e4OH-阳极4Ag+4Cl-4AgCl+4e-当电极采用一定结构,选用一定薄膜材?时,扩散电流与恒定水温中的溶解氧浓度成正比。 电极输出的电流信号,经二次仪表转换放大,直接以氧浓度(mg/L)显示读数。 主要技术指标:测?范围:溶解氧0mg/L20mg/L;吴亚英女,32岁,硕士,工程师,曾发表论文7篇。 8110卷第6期环境监测管?与技术1998?12月第?1994-xxChina AcademicJournal ElectronicPublishing House.All rightsreserved.ki.温度-545。 测?误差:溶解氧012mg/L;温度013。 重复性:溶解氧011mg/L。 自动温度补偿范围:-545。 响应时间:测?值90%,时间30s。 2传感器的制作211电极材?根据溶氧电极的基本原?,阴极选用纯度较高的金极,并加工成圆形,使其与透气膜接触好、?被氧化、受干扰小。 阳极选用纯度较高的并经特殊处?的银加工成正三棱柱银电极,使其面积大,稳定性好。 212传感器的形状和尺寸传感器的形状和尺寸见图1。 213温度补偿元件需采用负温度系数的热敏电阻,主要补偿透气膜正温度系数的影响,并作为测温的传感器。 要求该元件的阻值在?同温度时阻值变化相同,体积小,稳定性好。 由于国内产品达?到要求,因此,这次研制的传感器,暂采用美国YSI公司生产的热敏电阻。 214透气膜采用国产透气膜。 该膜由FEP膜制成,膜厚约0103mm,与美制膜材?相同。 215电解液采用半饱和KCl溶液和表面活性剂。 216外壳材?采用绝缘性好的ABS塑?。 217搅拌装置搅动速度?小于每秒013m。 3试验311热敏电阻的误差对测氧和测温的影响观察探头所用热敏电阻的误差在1%时对溶氧测定和温度测定的影响。 将仪器接上模拟探头,改变电阻箱的阻值,看仪器所显示的溶解氧和温度值的变化。 实验结果见表 1、表2。 表1热敏电阻的误差对溶氧测定的影响mg/L温度无阻值误差两只阻值+1%误差两只阻值-1%误差自制YSI258型自制YSI258型自制YSI258型01415714158141771417914136141371011126111261114111141111111111120910791069118911781958194258124812481348133811581143071557153716371627146714540614161396147614661346133表2热敏电阻的误差对温度测定的影响温度无阻值误差两只阻值+1%误差两只阻值-1%误差自制YSI258型自制YSI258型自制YSI258型000-011-01101xx1010109189181012101320202019181918xxxx2525252418241825132512303030291729183012301240404039183918401340134545454413441745124513从实测结果看,当自制的溶氧仪与YSI-58型电极所用的两只热敏电阻有1%误差时,对仪器显示的溶氧值所带来的误差在111%114%之间;对仪器显示的温度值所带来的误差在013之内。 产生偏差的原因:电极使用时间较长后,热敏电阻会产生误差(一般变大);人为的因素等。 312透气膜的试验31211国产透气膜与进口透气膜的试验自制仪器所用电极采用国产透气膜,测试较低温度水样时,校准温度在3左右。 实验结果见表3。 从实验结果看出,自制3号仪器电极用国产透气膜与YSI-58型电极用美国透气膜实测?同温度时的溶氧值比较接近,溶氧误差011mg/L,温度误差013。 为克9110卷第6期环境监测管?与技术1998?12月第?1994-xxChina AcademicJournal ElectronicPublishing House.All rightsreserved.ki.服低温时测试溶氧值的误差,仪器校准温度在3左右。 实测结果说明国产透气膜可与美国透气膜媲美。 表3用国产透气膜的自制仪器与YSI258型仪器测试溶氧值和温度的对比结果校准温度平均测试水温自制3号仪器电极自制4号仪器电极YSI-58型DOmg/L温度DOmg/L温度DOmg/L温度310xx4101017441010171412101733191110916311109158111191621110xx7160xx7164xx7165xx2911715328197155291271582911371161823710618337126188371031212?同厚度的透气膜对电极响应速度的影响自制3号仪器所用电极采用国产透气膜。 将电极插在无氧水中,测定响应时间,结果见表4。 表4?同厚度的透气膜对电极响应速度的影响(实验温度9)t:s膜厚mm自制3号仪器电极YSI-58型国产膜010356565010203030进口膜01025435300101272520从实验结果看出,?同厚度的透气膜对电极的响应速度有较大的影响,膜厚响应速度慢,膜薄响应速度快;膜厚时国产膜与美国膜响应速度基本一致,膜薄时国产膜的响应速度比美国膜稍慢些。 313电解液的选择自制3号仪器所用电极采用国产透气膜及自制电解液。 电解液的配制:在一定?半饱和KCl溶液中加入一定?、一定浓度的表面活性剂,pH值为612。 实验结果见表5。 常温(20)时,溶氧值与表面活性剂?的关系见图2。 表5用自制电解液的自制仪器与YSI258型仪器测试溶氧值和温度的对比结果校准温度平均测试水温自制3号仪器电极YSI-58型DOmg/L温度DOmg/L温度3106101016651710167610xx19158190191681901915xx37156180371661863715图2溶氧值与表面活性剂?的关系由实验结果看出,用自制电解液的自制仪器测得的溶氧值和温度与YSI258型的测定结果接近,溶氧误差011mg/L,温度误差013。 另外,由实验还可以看出,溶氧值随表面活性剂?的增加变化?大。 314自制溶氧仪与美国YSI-58型溶氧仪及碘?法的对比试验1996?9月将自制的溶氧仪与美国YSI-58型溶氧仪带至太湖及运河进?现场实测,并同时与碘?法5进?对比测试,测试结果见表6。 表63种方法对比测试结果监测点位自制溶氧仪YSI-58型碘?法DOmg/L水温DOmg/L水温DOmg/L水温硕放大桥311227152190271321982713五牧118627141170271311682713蠡桥316427113150271031542710拖山714926147132261471372614闾江口513127155127271351202712胥山615226186140261661462617从表6可以看出,自制的溶氧仪与美国0210卷第6期环境监测管?与技术1998?12月第?1994-xxChina AcademicJournal ElectronicPublishing House.All rightsreserved.ki.YSI-58型溶氧仪及化学碘?法测试结果接近,溶解氧测?误差为012mg/L,测温误差为013,达到了设计指标的要求。 4结束语按江苏省技术监督局012mg/L复膜电极溶解氧测定仪检定规程测试,自制的高精度数字式溶氧仪的主要性能参数与美国YSI-58型溶氧仪基本一致,溶解氧测?精度为0103mg/L,并能自动温度补偿,温度测?精度在013内。 该仪器精度和准确度高、互换性好、核准方?、体积小、?于携带,且传感器的透气膜为国产膜,电解液可自己配制,传感器中除热敏电阻进口外,其余元器件全部国产化,达到了设计指标的要求。 参考文献1余瑞宝,方禹之.关于溶解氧薄膜电极的改进.环境科学,1984;15 (3):50522余瑞宝,许一鸣,顾佛明.多功能测氧仪的研制.分析仪器,1987;3:21243Yellow SpringsInstrument Co,Inc.Instrument ManualYSIModel58Dissolved OxygenMeter4秦文正,吴亚英.高精度数字式溶氧仪.分析仪器,1998;1:285国家环保局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法(第3版).?京:中国环境科学出版社,1994,2461998209224收稿本栏目张腾江?工作经验?光度法测定水中硫化物的几个问题吴彤(上海梅山集团公司南京210039)废水中低浓度硫化物的测定,通常先以吹气预处?消除干扰,然后再用亚甲蓝光度法测定。 通过几?来的监测实践,对发现的几个问题,积累点滴处?经验供参考。 1吹气速度的影响根据水和废水监测分析方法(第3版)要求,吹气的速度以连续冒泡为宜。 试验了?同速度对测定的影响,结果见表1。 表1通入氮气?试验S2-mg/L78个/s气泡测得值1012个/s气泡测得值56个/s气泡测得值生化010140101xx19西出口0149xx6601492冲渣水012340123401221保持一定的吹气速度有利于准确测定,速度过慢或过快都?利于吸收。 这与吹气装置的形式、气液体积比、导管管尖内径都有一定关系。 为此,最好对?同的吹气装置作硫化物标准溶液的吹气回收率试验,以找出其最佳吹气速度。 2硫化钠及硫化钠标准溶液的