DO溶氧计资料

1、 by METTLER TOLEDO0氧分析氧分析理论实践2009 by METTLER TOLEDO1高级技术支持工程师 138 1819 8463* 过程检测部自我介绍 by METTLER TOLEDO2议程氧测量概述氧测量理论电极结构电极分类产品和应用安装调试维护保养故障排除 by METTLER TOLEDO3溶氧（DO）是溶解氧(Dissolved Oxygen)的简称，是表征水溶液中氧的浓度的参数溶解氧是基于什么的函数?-氧气分压-氧气溶解度-溶液自身的特点 (例如同样的氧分压下, 溶解氧浓度在含有酒精的水溶液比纯水中更大)概述_溶解氧 by METTLER TOLEDO4概述_

2、气相氧混合气体的全部压力等于各种成分的气体的分压力之和。在混合气体中，单个气体组分占全部气体的比例称之为分压力。气相氧是基于什么的函数?-氧气分压-例如：干燥空气, 1bar (大气)，p(O2)=1bar x 0.2095=209.5 mbar by METTLER TOLEDO5概述_氧气分压力空气中的氧分压变送器100%Equilibrium液体中的氧分压传感器产生一个与液体中的氧分压成比例的电流信号，变送器接收此电流信号并转换为传感器产生一个与液体中的氧分压成比例的电流信号，变送器接收此电流信号并转换为浓度，浓度，mg/l或或ppm。 by METTLER TOLEDO6敞开容器 (大

3、气压)-pO2 与液柱高度无关-下面个传感器显示同样的数值空气:pA = 1013 mbarpsum =1013 mbarpO2 (Liquid) = pO2 (A)psum = pA空气:pA = 1013 mbarpsum =2013 mbar液柱液柱 =10 mpO2 =212 mbarpO2 =212 mbarLiquidLiquidpO2 (Liquid) = pO2 (A)psum = pA + pLC概述_氧气分压力 by METTLER TOLEDO7密闭容器 (带压力) 顶部有空气 -pO2 与容器压力有关 -传感器显示的数值是不同的空气:pA = 1000 mbarpsum

4、 =1000 mbarpO2 (Liquid) = pO2 (A)psum = pA空气:pA = 1500 mbarpsum =1500 mbarpO2 =209 mbarpO2 =314 mbar液体液体pO2 (Liquid) = pO2 (A)psum = pA概述_氧气分压力 by METTLER TOLEDO8密闭容器 (带压力) 顶部有混合气体 - pO2 与容器压力有关 -传感器显示不同的数值混合气体:10 Vol-% O290 Vol-% N2pA = 1000 mbarpsum =1000 mbarpO2 = %-O2 x pApsum = pApO2 =100 mbarL

5、iquid混合气体:10 Vol-% O290 Vol-% N2pA = 2500 mbarpsum =2500 mbarpO2 = %-O2 x pApsum = pApO2 =250 mbarLiquid概述_氧气分压力 by METTLER TOLEDO9啤酒充满管道时 (带压力) - pO2 与管线中的压力无关 - 传感器测量有效氧分压概述_氧气分压力pO2 =1.64 mbarpsum =1500 mbar啤酒充满管道 (100ppb)pO2 =1.64 mbarpsum =2500 mbar啤酒充满管道 (100ppb) by METTLER TOLEDO10氧气分压力水蒸气的影响

6、 (湿度):-湿度 (水蒸气) 会减少氧分压)p - (p * )x(O pOWA22pO2:氧气分压力 barx(O2):摩尔分数 x(O2) = 0.2095pA:大气压力 barpW:水蒸气压力 bar 例如: 氧气分压力 1013 mbar, 30C 以及 80%的湿度时 (-pW=33.6 mbar; 源自蒸汽压力表格):pO2= 0,2095 x (1013 mbar 33.6 mbar) = 205 mbar by METTLER TOLEDO11氧气溶解度氧气在液体中的溶解度是基于温度函数的（温度越高，溶解度越低）例如:-20; 1015 mbar，水中氧气的饱和浓度: DO

7、= 8.95ppm- 0; 1015 mbar，水中氧气的饱和浓度: DO = 14.66ppmTemp.O2-Conc.AirppmSat.014.66100%512.8100%1011.32100%1510.11100%208.95100%258.28100%307.58100%406.43100%505.51100%604.69100%703.83100% by METTLER TOLEDO12氧气溶解度液体中的氧气溶解度是基于盐度的函数。增加液体中的盐度，氧气的溶解度随之减少。 Air saturated liquid 1013 mbar and 25CSalinity g/kg510

8、15202530 T CO2-Conc. mg/l014.0413.5713.1212.6812.2511.84512.2211.8211.4311.0710.7110.371010.7810.4410.129.809.509.20159.959.309.028.758.498.23208.608.358.107.877.647.42257.807.537.327.116.916.72307.026.826.646.466.296.16356.346.186.015.865.705.55405.785.645.495.365.225.09 by METTLER TOLEDO13议程氧测量概述氧

9、测量理论电极结构电极分类产品和应用安装调试维护保养故障排除 by METTLER TOLEDO14原理_氧测量_极谱型复膜氧电极阴极由铂、银、金等贵金属组成，-阳极由铅、锡、铝等组成 。给电极施加极谱电压（0.60.8V负电压）时，溶液中的氧在阴极被还原。当产生的电流与溶液中氧含量成正比时，此时的电极电流为饱和电流，此时的电压为极谱电压。氧浓度与饱和电流成正比关系。Ag+e-O2e-阳极阴极-+电解液 by METTLER TOLEDO151、O2 通过透气性的膜渗入（液体中的氧分压越高, O2 渗入的也越多）1232、 O2溶解在电解液中，O2 在阴极还原3、氧化还原反应产生电流，变送器把此

10、电流转化成溶氧值原理_氧测量_极谱型复膜氧电极 by METTLER TOLEDO16原理_氧测量_极谱型复膜氧电极_电化学反应电化学反应-加在阴极和阳极之间的极化电压 (如果没有外加极化电压，该反应不会自然发生) 发生下面的电化学反应:银阳极 (+)4 Ag + 4 Cl- = 4 AgCl + 4 e- (存在氯离子时银会发生氧化反应)铂阴极 (-)O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH- (氧分子减少并还原成氢氧根离子)Ag+e-O2e-AnodeCathode-+Electrolyte总反应总反应: O2 + 2 H2O + 4 Ag + 4 Cl- - 4 AgCl + 4

11、 OH- by METTLER TOLEDO17原理_氧测量_极谱型复膜氧电极_极化电压极化电压 - 由溶氧变送器供给-浓度(O2) 500ppb极化电压UPol = -675mV应用: 例如 生化工艺，废水，很多气相氧应用-浓度(O2) 500 ppb极化电压UPol = -500 mV应用: 液体中存在挥发性的酸性气体组分，此时溶解氧总是处于很低水平 (e.g. CO2 in beer or fermentation off-gas)UPol by METTLER TOLEDO18原理_氧测量_极谱型复膜氧电极_传感器电流操作点应该在稳定区的中间 (外加适当的极化电压)在稳定区内，氧分压与

12、传感器电流成比例关系。传感器电流 nAUpol mVI80%-675 or -500稳定区操作点80%-O2100%-Air100%-N2传感器电流 nA%-O280IAir21 by METTLER TOLEDO19原理_氧测量_极谱型复膜氧电极_传感器电流传感器电流与氧分压pO2成比例关系 (稳定区)传感器零点电流-在无氧溶液中的残余电流定义为零点电流，这可以在纯氮中测定。 (99.995%的氮气)I:传感器电流 nAn:电子迁移的数量 (n = 4)F:法拉第常数 (F = 96.485 C/mol)A:阴极表面积大小 cm2D:氧分子在膜上的扩散系数 cm2/sS:膜的氧溶解度 mol

13、/(cm3*bar)pO2:氧气极化电压 bard:膜厚度 cmdpO * S * D * A * F * n I2 by METTLER TOLEDO20原理_氧测量_光谱法荧光物质受到激发光照射产生荧光因为氧存在导致荧光淬灭根据荧光淬灭时间计算出溶氧量-荧光焠灭时间长表示氧含量低O2O2O2LED光源光源检测器检测器Emitted fluorescence lightOpto-LayerSensor tip基于荧光淬灭原理的光谱法氧测量系统 by METTLER TOLEDO21S0S1什么是荧光当物质的原子或分子吸收光子能量而被激发，然后从激发态的最低振动能级返回到基态时会发射出波长相同

14、或比吸收波长更长的光，这种光称为荧光(fluorescence)荧光熄灭是指荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子相互作用引起荧光强度降低的现象。这种能引起荧光熄灭的物质称为荧光熄灭剂或称 淬灭剂（quenching medium）如：卤素粒子、重金属离子、氧分子氧分子、硝基化合物、重氮化合物、羰基化合物。荧光荧光激发光激发光 by METTLER TOLEDO22议程氧测量概述氧测量理论电极结构电极分类产品和应用安装调试维护保养故障排除 by METTLER TOLEDO23极谱法氧电极结构电极电极轴体Pg13.5轴体VP接头接头垫圈垫圈/O型圈型圈固定螺母可更换的内电极体由阳极阴极，NTC22K

15、NTC22K组成膜体帽套InPro 6800/6900 (12mm)的结构 by METTLER TOLEDO24InPro 6800内电极的结构被测量介质：液体或气体O2O2O2-+IR膜阴极玻璃绝缘体阳极电解液极化电压NTC 22k by METTLER TOLEDO25InPro 6900内电极的结构I被测量液体O2O2O2+ - +膜阴极玻璃绝缘体阳极电解液极化电压NTC 22k保护环R12InPro 6900 的结构的结构:保护环会消耗电解液中的氧分子防止流动停止需要外加一个极化电压 (与 M700 或 4100ppb 变送器兼容)更大的阴极产生更高的电流。这提高了系统的分辨率，具有

16、更低的检测极限。 12 by METTLER TOLEDO26极谱法膜的类型膜-S-Type: 膜体内涂特氟龙-T-Type: 膜体内部和外部都涂有特氟龙8T型膜增强了抗CIP/SIP腐蚀的能力-硅层内置不锈钢网8增强了机械稳定性1铂阴极被测量液体O2O2O2O2O2玻璃绝缘体硅电解液层特氟龙(PTFE)不锈钢网1侧面正面 by METTLER TOLEDO27膜的机械界面氧气扩散并穿过膜体 (液体中氧分压越高，扩散的氧分子越多)氧气溶解在电解液中氧分子在阴极中逐渐减少氧化反应产生电流变送器测量该电流信号并转换为% 浓度, mg/l or ppm.123123 by METTLER TOLED

17、O28光谱法氧电极结构PTFE O型圈连接器IP67光电子连接器IP67光纤荧光物质帽电极杆12mm温度探头Pg 13.5接头接头轴体帽套高压灭菌锅过程中保护器 by METTLER TOLEDO29极谱法光谱法电极结构对比光谱法氧电极没有易碎的膜和内电极，避免了潜在的操作失误。光谱法氧电极没有易碎的膜和内电极，避免了潜在的操作失误。 无需电解液 没有易损耗的膜 没有易破碎的内电极 电解液 膜 内电极极谱法氧电极极谱法氧电极光谱法氧电极光谱法氧电极 by METTLER TOLEDO30响应时间INGOLDs 光学电极在准确测量和校正具有快速向应速度-InPro 6880i-InPro 688

18、0i-InPro 6800-InPro 6800-Competitor opt. -Temperature by METTLER TOLEDO31议程氧测量概述氧测量理论电极结构电极分类产品和应用安装调试维护保养故障排除 by METTLER TOLEDO32氧电极分类_测量原理极谱型复膜氧电极光谱法氧电极O2O2O2- +O2O2O2测量原理InPro6050/6800/6900/6950InPro6850i/6900iInPro6870i/6880i by METTLER TOLEDO33氧电极分类_信号传输方式模拟信号电极数字信号电极信号传输InPro6050InPro6800/6900

19、/6950InPro6850i/6900iInPro6870i/6880i by METTLER TOLEDO34氧电极分类_测量介质溶解氧电极气相氧电极-InPro6800/6950/6850i更换气相氧膜可升级为气相氧电极InPro6050InPro6800/6900/6950InPro6870i/6880iInPro6800/6950 Gas测量介质InPro6850i/6900iInPro6850i Gas by METTLER TOLEDO35议程氧测量概述氧测量理论电极结构电极分类产品和应用安装调试维护保养故障排除 by METTLER TOLEDO36氧电极_特点InPro 60

20、50InPro 6800 / 6850iInPro 6950InPro 6880i技术特性低维护响应时间短高精度寿命长卫生型设计金属部分原料可追溯可原位消毒/批次消毒ISM痕量检测探头信号稳定性强维护量低卫生型设计可耐受CIP过程金属部分原料可追溯信号稳定性强响应时间短可高温消毒维护量低金属部分原料可追溯ISM典型应用化学过程废水一般用途CIP / SIP 过程生化工艺发酵气相氧应用酿造饮料气相氧应用生化工艺发酵系统组件InDip 550InFit 761eO2-4100enInTrac 777enInFit 761enO2-4100enM300/ISMnM700InTrac777eInFit

21、 761eM700O2-4700i (X) traces moduleInFit 761e (须加适配器)O2-4300D 变送器 by METTLER TOLEDO37氧电极_特点VP接头，防护等级达IP68N5等级表面光洁度(Ra15Vol-% O2 60s 5000-10000ppm电极杆材质电极杆材质SS 1.4404 AISI 316L with 3.1 certificate (C22 and Ti on request)O型圈材质型圈材质Silicone FDA&USP Class VI approved (other materials on request)ISM（智

22、能电极）功能（智能电极）功能YesYes (Digital sensor)联接电缆联接电缆VP-6、VP-8VP-6、 VP-8证书证书Quality certificate, EHEDG,FDA/USP Class VI, 3.1, N5/Ra16,ATEX: EEx II 1/2 GD IIC T6/T5/T4/T3,FM: IS Cl. I,II, III, Div1, GR ABCDEFG/T6Quality certificate; EHEDG, 3A; 3.1 (EN 10204); FDA / USP VI by METTLER TOLEDO40氧变送器类型型号外观经济型M300

23、 1/2DIN (wall)M300 1/2DIN (wall)M300 1/4DIN (panel)M300 1/4DIN (panel)专业型 O O2 2 4100e/2(X)H4100e/2(X)H O O2 2 4100 ppb 4100 ppb O O2 2 4100e-FF4100e-FF O O2 2 4100-PA 4100-PA M400 M400（Type2/3)Type2/3) M420 M420高级型M700(C/S)(X)(VPW/24V) + M700(C/S)(X)(VPW/24V) + O2 4700(i)(X)(ppb)O2 4700(i)(X)(ppb)

24、by METTLER TOLEDO41氧分析变送器经济型标准型高级型 特点基础型功能：2个模拟输出4-6个继电器电极诊断功能USB接口PID调节墙式/面板式安装单通道/双通道型号具有初级ISM功能的变送器标准型功能：2个模拟输出2/4线制ATEX、FM、CSA证书HART、Profibus PA、FF接口诊断功能多参数变送器具有专业ISM功能的变送器高级型功能：多参数模块化2-6个模拟量输出高级诊断功能数据记录功能强大的扩展软件Profibus PA、FF接口具有高级ISM功能的变送器典型应用水处理轻工生化过程石化/化工过程食品/饮料生化/制药石化/化工过程酿造生化/制药 by METTLER

25、 TOLEDO42数字电极技术优势85%Air85%Air数据是否准确？正确值能保持多久？导致设备故障原因？什么时候必须校正维护？有没有掌握所有信息？以前有没有遇到此类问题？设备是否正常？10 % Air!10 % Air!ISM 为可靠测量和维护计划给出综合评估建议数据是否准确？正确值能保持多久？导致设备故障原因？什么时候需要校正维护？有没有掌握所有信息？以前有没有遇到此类问题？设备是否正常？每天的困扰 by METTLER TOLEDO43数字电极技术优势电极历史信息-校正历史数据-CIP/SIP计数器-高压灭菌计数器-曾经使用的最高温度电极诊断-动态电极寿命指示（DLI）-自适应校准计时

26、功能（ACT）电极信息-系列号-型号/订货号-校正数据-使用累积时间（天） by METTLER TOLEDO44数字电极技术优势_M400 by METTLER TOLEDO45数字电极技术优势_M700新电极新电极已使用的电极已使用的电极 by METTLER TOLEDO46数字电极技术优势位于ISM传感器前端的电子组件还可以带给您更多好处：更好的过程控制过程的高度可靠适于恶劣条件下的检测使用寿命长，允许更远的传感器-变送器安装距离测量更加准确抗干扰能力更佳低阻抗信号传输简单结实的K8S接头和AK9电缆(IP68保护) by METTLER TOLEDO47 过程步骤 微生物生长过程中产

27、生有价值的产物 为什么要进行溶氧控制 ? 为微生物呼吸提供足够的氧气 其它过程参数 氧传送速率 控制功能 改变空气流量 改变搅拌速度 改变气体组份 改变压力大肠杆菌生长与溶氧关系溶氧应用_生物制药发酵最优化的生长环境_减少空气压缩机的能耗 _ 提高产率 by METTLER TOLEDO48为什么要测氧?麦汁充氧： 氧浓度控制在 810 ppm 用于酵母的增殖顶部空气： CO2的纯度: 如果 O2 的浓度足够低， CO2被抽吸到再生设备中 (纯度 9599 %)空气空气酵母酵母O2CO2回收回收排放排放O2溶氧应用_啤酒发酵过程步骤 酵母增殖 酵母酶将糖转化为酒精 (厌氧糖酵解） 产生 CO2

28、 产生影响味觉的副产物 by METTLER TOLEDO49溶氧应用_污水处理为什么要测氧?达到高效生化净化目的过程步骤测量和控制污水厂曝气池溶解氧值 by METTLER TOLEDO50气相氧应用安全-预防爆炸8溶剂8粉尘质量-防止变质8增加产量8口感8货架期环保-废气Oxygen concentration is a critical factor in many applications效益-啤酒脱氧水CO2回收 by METTLER TOLEDO51 过程步骤 微生物生长过程中产生有价值的产物 为什么要进行溶氧控制 ? 掌握微生物生涨活力 控制功能 改变空气流量 改变搅拌速度 改变

29、气体组份 改变压力气相氧应用_生物制药发酵 by METTLER TOLEDO52气相氧应用离心分离在化学制药和化学工业中，在离心分离机的顶部空间，API和化学合成产物需要从有机溶媒中分离。在离心分离机的气相中，蒸发的有机溶媒和空气都存在。-空气和溶媒混合在一起，如果氧气超过临界值，可能发生爆炸。-离心分离机是使用氮气净化可能引起爆炸的空气。 -气相氧的测量可氧气在安全水平(典型值2-10%)，并且控制净化用的氮气的量以降低成本。在哪里测量?为什么要测量?气相氧的测量可避免爆炸的危险。使得只需要加入适当剂量的惰性气体以降低成本。气相氧的测量可避免爆炸的危险。使得只需要加入适当剂量的惰性气体以降

30、低成本。 Chemical centrifugePharma (sterile) centrifuge by METTLER TOLEDO53气相氧应用储罐在制药行业，粉状API或中间体产品在二次处理之前需要储存。在饮料食品行业中，例如牛奶粉末，食物补充剂或果汁需要储存。在化学工业，合成产品在进一步处理之前需要储存。空气和溶媒混合在一起，如果氧气超过临界值，可能发生爆炸。P气相中氧气会导致产品发生化学反应(氧化反应)，这会导致产品质量下降或产量降低。气相氧的测量可氧气在安全水平(典型值4-10%)，并且控制净化用的氮气的量以降低成本。在哪里测量?为什么要测量?氧气测量使得只需要加入适当剂量的惰

31、性气体以降低成本。惰性气体可防止产品氧化以氧气测量使得只需要加入适当剂量的惰性气体以降低成本。惰性气体可防止产品氧化以保证质量和产量。保证质量和产量。O2Concentrate storage by METTLER TOLEDO54气相氧应用磨粉在化工厂，产品需要干燥、碾磨和包装。在食品饮料行业，可可奶粉、食品添加剂和果汁需要干燥、碾磨和包装。需要通过充入惰性气体以测量和控制氧气水平，防止产品氧化、变质及影响产品保存期限。需要通过充入惰性气体以测量和控制氧气水平，防止粉尘爆炸。气相氧的测量可氧气在安全水平(典型值4-10%)，并且控制净化用的氮气的量以降低成本在哪里测量?为什么要测量?氧气测量

32、使得只需要加入适当剂量的惰性气体以降低成本高达氧气测量使得只需要加入适当剂量的惰性气体以降低成本高达70%，惰性气体可，惰性气体可防止产品氧化以保证质量和产量，并减少爆炸的危险。防止产品氧化以保证质量和产量，并减少爆炸的危险。Cocoa milling by METTLER TOLEDO55气相氧应用气体回收脱氧塔出口可以回收可再利用的CO2,节省成本哪里需要测量?为什么要测量? by METTLER TOLEDO56气相氧应用气体排放各种气体混合在主管道中去中央气体燃烧室，也称之为气体出口。为达到清洁和有效燃烧的目的，氧气测量可了解需要加入多少氧气。防止残留氧气浓度过高导致爆炸的危险。哪里需

33、要测量?为什么要测量?氧气测量确保最优的燃烧效果，以达到环保的要求。Synthesis off-gas piping by METTLER TOLEDO57议程氧测量概述氧测量理论电极结构电极分类产品和应用安装调试维护保养故障排除 by METTLER TOLEDO58电极安装的角度侧插式安装至少和水平方向呈15o角；15 by METTLER TOLEDO59气泡对溶解氧测量的影响安装位置错误探头正对流体易积累气泡 by METTLER TOLEDO60气泡对溶解氧测量的影响安装位置错误探头与流体逆向易积累气泡 by METTLER TOLEDO61气泡对溶解氧测量的影响安装位置正确探头以某个角度对着流体不易积累气泡 by METTL