I. Übersicht

　　Auflöster Sauerstoff Online-Analysatorist eine VerwendungEchtzeit, kontinuierliche Überwachung der Konzentration von gelöstem Sauerstoff (DO) in Flüssigkeiten (normalerweise Wasser oder Abwasser)Instrumente, die weit verbreitet werdenAbwasserbehandlung, industrielle Prozesssteuerung, Aquakultur, Umweltüberwachung, Oberflächen-/Grundwasserbewertungund anderen Bereichen. Der gelöste Sauerstoff (DO) ist ein entscheidender Parameter zur Messung der Selbstreinigungsfähigkeit des Wassers, der biochemischen Reaktionsaktivität und des gesunden Zustands der Wasserqualität, und die genaue Überwachung seiner Konzentration ist von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung eines stabilen Prozesslaufs, die Optimierung der Ressourcennutzung und den Umweltschutz.

　　Auflöster Sauerstoff Online-AnalysatorDurch den direkten Kontakt des Messmediums mit dem Sensor wird die Konzentration des gelösten Sauerstoffs in ein elektrisches Signal umgewandelt, das nach der Verarbeitung des Senders als digitales oder analoges Signal ausgegeben wird, um die Datenaufzeichnung, den Alarm und die Fernüberwachung zu unterstützen, um die industriellen Prozesse zu erfüllenHohe Präzision, Zuverlässigkeit und KontinuitätsüberwachungBedürfnisse.

Definition und Bedeutung des gelösten Sauerstoffs

Definition von gelöstem Sauerstoff

Lössener Sauerstoff (DO)Molekulärer Sauerstoff (O₂), gelöst in Wasser oder anderen FlüssigkeitenNormalerweise mitmg/L (Milligramm pro Liter) oder ppm (Millionstel)zeigt. Der Gehalt wird von Faktoren wie Wassertemperatur, Druck, Salzgehalt und Atmosphärendruck beeinflusst:

　　WassertemperaturJe höher die Temperatur ist, desto niedriger die Sättigungskonzentration des gelösten Sauerstoffs im Wasser (z. B. ein gesättigter DO von etwa 9,1 mg/L bei 20 °C und 7,6 mg/L bei 30 °C);

　　DruckJe höher die Höhe ist (desto niedriger der Luftdruck), desto schwächer ist die Lösungsfähigkeit des Wasserkörpers für Sauerstoff;

　　SalzgehaltZunahme des Salzes verringert die Löslichkeit des Sauerstoffs (gesättigtes DO im Meerwasser ist um etwa 20% niedriger als Süßwasser);

　　Atmosphärische KontakteJe mehr Wasser mit Luft in Kontakt steht (z. B. Luftbecken, Flüsse), desto näher ist der gelöste Sauerstoff dem Sättigungszustand.

2. Wichtigkeit von Sauerstoff

　　AbwasserbehandlungIn der aktiven Schlammmethode hängen die aeroben Mikroben von der Auflösung von Sauerstoff ab, um organische Stoffe (wie COD / BOD) abzubauen, und die DO-Konzentration beeinflusst direkt die Behandlungseffizienz und die Schlammaktivität;

　　IndustrieprozesseWenn die Wasserversorgung des Kessels sehr niedrige DO (< 0,01 mg / L) benötigt, um die Sauerstoffkorrosion von Metallleitungen zu verhindern; Chemische Reaktionen (z. B. Fermentation, Oxidationsreduktion) erfordern eine genaue Kontrolle der DO-Konzentration;

　　AquakulturDie Atmung von Fischen und Wasserlebewesen hängt von gelöstem Sauerstoff ab, niedriger DO (< 3 mg / L) führt zu einem Tod bei Sauerstoffmangel und ein hoher DO fördert das Wachstum.

　　UmweltüberwachungDer DO-Spiegel in Flüssen und Seen spiegelt die Selbstreinigungsfähigkeit des Wassers wider (z. B. DO < 2 mg / L als „schwarzes Geruchswasser“) und ist einer der Kernindikatoren der Wasserqualitätsbewertung.

Arbeitsprinzip des Online-Sauerstoffanalysers

Der Kern des Online-Sauerstoffanalysers istUmwandlung der Konzentration von gelöstem Sauerstoff in messbare elektrische SignaleDie Mainstream-Technologie umfasstElektrochemische Methode (Original-Batterie-Methode / Polar-Spektrometer)undOptik (Fluoreszenzmethode)Die beiden Methoden unterscheiden sich erheblich und gelten für verschiedene Szenarien.

Elektrochemische Methode (Electrochemical Method)

Elektrochemisches Gesetz verabschiedetChemische Reaktionen der Elektrode mit gelöstem Sauerstoff erzeugen Strom- oder Potentialfälleunterteilt inGalvanische Zelle (Galvanic Cell)undPolarographische Methode (Polarographic Method)Beide haben eine ähnliche Struktur, aber unterschiedliche Fahrweise.

1. Grundstruktur

Elektrochemische Sensoren bestehen hauptsächlich aus folgenden Teilen:

　　AtmungsfilmÜber die Oberfläche der Elektrode bedeckt, so dass Sauerstoffmoleküle durch Flüssigkeiten und Verunreinigungen (wie Suspensionen, Fette) hindern, um den internen Elektrolyten zu schützen;

　　ElektrodensystemInklusive:Katode (normalerweise Gold/Platin)undAnode (normalerweise Silber/Blei)Und auch intern.Elektrolyte (z.B. KCl-Lösung)；

　　SignalverarbeitungsmodulWandelt den schwachen Strom/Potenzial der Elektrodenausgabe in ein Standardsignal um (z. B. 4 bis 20 mA, 0 bis 10 V).

2. Arbeitsprinzipien

(1) Polarographie

　　Fahrart: Externe Anwendung erforderlichGleichstromspannung von 0,6 bis 0,8 V(Polarisationsspannung), zwingend die Sauerstoffreduktionsreaktion vorantreiben;

　　Reaktionsprozess：

　　Katode (Gold/Platin)Sauerstoff wird in der Katode, um Elektronen zu erhalten, in Wasserstoff-Ionen (alkalische Bedingungen) oder Wasser (saure Bedingungen) reduziert, mit der Reaktionsform:

O2 +2H2 O+4e−→4OH− (alkalisch)

oder $$ O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O \quad (\text{Säure})

Anode (Silber)**: Silber wird zu Silberchlorid oxidiert (Ag+Cl-→AgCl+e-), wodurch eine Elektronenschaltung entsteht; − ** Signalausgang **: Die Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs ist proportional zur Konzentration von gelöstem Sauerstoff in Wasser und spiegelt die DO-Konzentration durch die Reduktionsstromgröße der Katode wider (in der Regel auf der Ebene nA μA).

(2) Galvanische Zelle (Galvanic Cell)

　　FahrartKeine externe Spannung erforderlichMangel an spontanem Oxidationsreduktionspotential von Elektrodenmaterialien(ähnliches Batterieprinzip) treibt Reaktionen an;

　　Reaktionsprozess：

　　Katode (Gold)Sauerstoff-Reduktion in Wasserstoff (homopoläre Spektrologie);

　　Anode (Blei)Blei wird zu Bleioxid oxidiert (Pb → Pb²+ + 2e−) und reagiert mit den Ionen im Elektrolyten zu unlöslichen Lösungen (z. B. PbCl₂);

　　Signalausgang: Der spontan erzeugte Strom ist linear mit der Konzentration von gelöstem Sauerstoff verbunden und erfordert keine zusätzliche Stromversorgung, reagiert jedoch etwas langsamer als das Polar-Spektrometer.

Vorteile und Nachteile des elektrochemischen Gesetzes

Vorteile	Nachteile
Technisch ausgereift, kostengünstig und für die meisten herkömmlichen Szenarien geeignet	Atmungsmembranen sind anfällig für Verunreinigungen (z. B. Fette, Algen) und erfordern regelmäßige Wartung oder Ersatz
Weiter Messbereich (0-20 mg/L oder höher)	Der Elektrolyt muss regelmäßig aufgefüllt werden (Originalbatterie) oder die Elektrode kann altern (Polar-Spektrometrie)
Schnelle Reaktionszeit (normalerweise 30-60 Sekunden)	Von Temperatur und Luftdruck stark beeinflusst, Kompensationsschaltung erforderlich

Optische Methode (Optical Method, Fluoreszenzmethode)

Optik basiert aufSpezifische Wechselwirkungen von Fluoreszenzstoffen mit gelöstem SauerstoffDie indirekte Messung der DO-Konzentration durch Erkennung von Fluoreszenz-Intensitätsveränderungen ist eine neue Technologie, die in den letzten Jahren entwickelt wurde und die Hauptrichtung des Online-Lösungsauerstoffmeters repräsentiert.

1. Grundprinzipien (Fluoreszenzschlusseffekt)

Oberflächenbeschichtung der SensorsondeFluoreszenzfarbstoff (z.B. Palladium-Komplex Ru(bpy)3² FluFluoreFluoreszenzfarbstoff)Der Farbstoff emittiert eine rote Fluoreszenz (ca. 600 nm), wenn er durch eine bestimmte Wellenlänge von blauem Licht (ca. 470 nm) angeregt wird.

Wenn sich gelöste Sauerstoffmoleküle in der Nähe der Fluoreszenzschicht verbreiten, tritt es mit einem angeregten Zustand von Fluoreszenzfarbstoffen aufNichtstrahlende Energieübertragung (Fluoreszenzschluss)zu einer schwächeren Fluoreszenzintensität oder einer verkürzten Fluoreszenzlebensdauer führen;

　　Der Abbau der Fluoreszenz- oder Lebensdauer ist proportional zur Konzentration von gelöstem Sauerstoff(Je mehr Sauerstoffmoleküle, desto stärker der plötzliche Auslöscheiffekt), kann der DO-Wert durch Erkennung von Veränderungen des Fluoreszenzsignals berechnet werden.

2. Sensorstruktur

　　Lichtquelle (LED)Emittiert angeregtes Licht mit einer bestimmten Wellenlänge (in der Regel blaues Licht);

　　Fluoreszenz-InduktionsfilmEmpfindliche Schichten mit fluoreszierenden Farbstoffen beschichtet, in direktem Kontakt mit der gemessenen Flüssigkeit;

　　Optoelektronische Detektoren (Photodioden)Fluoreszenzsignale (rotes Licht) empfangen und in elektrische Signale umgewandelt;

　　KompensationsmodulKorrektur der Auswirkungen von Temperatur, Luftdruck und Lichtstörungen (z. B. Echtzeitkompensation durch den integrierten Temperatursensor).

3. Vorteile und Nachteile der Optik

Typische Anwendungsszenarien für Online-Lösesäureanalysatoren

　　1. Abwasserbehandlung (Kernanwendungen)

　　Aktive SchlammmethodeÜberwachung der DO-Konzentration in den Belüftungsbacken (in der Regel 2 bis 4 mg / L kontrolliert), um die Aktivität der aeroben Mikroorganismen zu gewährleisten und "Überbelüftung" (Energieverschwendung) oder "Sauerstoffmangel" (verminderte Abbau-Effizienz) zu vermeiden;

　　Anaerobe / Sauerstoffmangelnde EinheitEntnitrierung, anaerobe Verdauung und andere Prozesse durch niedrige DO (<0,5 mg / L) oder sauerstofffreie Umgebung kontrollieren;

　　WasserüberwachungStellen Sie sicher, dass der Ausgangswasser den DO-Standard entspricht (z. B. die Anforderungen der Schadstoffemissionsnormen für städtische Abwasserbehandlungsanlagen ≥ 2 mg / L).

　　2. Industrielle Prozesssteuerung

　　Wasserversorgung für KesselÜberwachen Sie den Auslass des Entsauerstoffes DO (< 0,01 mg / L), um die Sauerstoffkorrosion der Kesselleitung zu verhindern;

　　Chemische ReaktionenWie Fermentationsprozess (DO muss bei 0,5 ~ 3 mg / L gehalten werden, um die Bakterienaktivität auszugleichen), Oxidationsreaktion (präzise Kontrolle der Sauerstoffkonzentration);

　　Nahrungsmittel und Getränke: Reines Wasser, die DO in der Saftproduktion überwachen, um eine oxidative Verschlechterung des Produkts zu vermeiden.

　　3. Aquakultur und Ökologie

　　ZuchtwasserEchtzeit-Überwachung des DO des Fischteiches und des Garnelenteiches (idealer Bereich 5 ~ 8 mg / L), um Sauerstoffmangel zu verhindern;

　　Oberflächenwasser / GrundwasserBeurteilung der Selbstreinigungsfähigkeit von Flüssen und Seen (DO ≥ 5 mg / L für gesundes Wasser) und Überwachung des Risikos der Nährstoffreicherung (niedriger DO kann mit Algenausbruch begleitet werden).

　　4. Andere Szenen

　　Schwimmbad / SPAKontrolle der DO zur Hemmung der mikrobiellen Reproduktion (in der Regel ≥ 4 mg / L);

　　MeeresforschungÜberwachung der DO-Verteilung in Tiefsee- oder Polarwässern und Untersuchung der ökologischen Anpassungsfähigkeit.

V. Auswahl und Verwendung

　　1. Auswahl der wichtigsten Parameter

　　MessbereichKonventionelles Abwasser (0 ~ 20 mg / L), hochpräzise Szenarien (0 ~ 2 mg / L oder 0 ~ 0,1 mg / L);

　　Technische ArtElektrochemische Methode (wirtschaftlich praktisch, häufige Wartung) vs. optische Methode (hohe Genauigkeit, geringe Wartung, geeignet für langfristige Online-Überwachung);

　　Ausgangssignal4 bis 20 mA (Industriestandard), RS485 (digitale Kommunikation), HART-Protokoll (Remote-Konfiguration);

　　SchutzartIP65 (Spritzwasser), IP68 (Tauchtyp für Tiefbrunnen / Belüftungsbacken);

　　Temperatur-/DruckanpassungBei hohen Temperaturen (>60°C) oder bei hohem Druck (>1 bar) ist eine spezielle Konstruktion erforderlich.

　　2. Verwendung und Wartung

　　Elektrochemisches RechtReinigen Sie regelmäßig die atmungsaktive Membran (mit einem weichen Tuch abwischen, um Kratzer zu vermeiden), ergänzen Sie den Elektrolyten (ursprüngliche Batteriemethode) oder ersetzen Sie die Elektroden (nach Alterung);

　　Optische MethodeVermeiden Sie starkes Licht Direktstrahlsonde, regelmäßige Kalibrierung (in der Regel alle 3 bis 6 Monate mit Luftgesättigtem Wasser oder Null Sauerstoff kalibriert);

　　UmweltstörungenVermeiden Sie bei der Installation starke elektromagnetische Felder und Turbulenzonen, um sicherzustellen, dass die Sensortiefe stabil ist;

　　Kalibrieren: VerwendenLuftgesättigtes Wasser (nahe 100% Sättigung)undNullsauerstofflösung (z. B. Natriumsulfat-Lösung)Zwei Punkte Kalibrierung zur Verbesserung der Genauigkeit.

6. Zusammenfassung

Der Online-Analysator für gelösten Sauerstoff ist das Kernwerkzeug für die Wasserqualitätsüberwachung und die industrielle Prozesskontrolle durchElektrochemische Methode (Originalbatterie/Polar Spectrum)undOptik (Fluoreszenzmethode)Zwei Arten von Technologien zur Realisierung der Echtzeit- und Präzisionsmessung der Konzentration von gelöstem Sauerstoff. Dazu gehören:

　　Elektrochemisches RechtMit bewährter Technologie und niedrigen Kosten, geeignet für die konventionelle Abwasserbehandlung und industrielle Szenarien, aber die Aufmerksamkeit auf die Verschmutzung der Membran und die Wartungskosten;

　　Optische MethodeMit filmlosem Design, hoher Störungsbeständigkeit und langfristiger Stabilität werden Anwendungen (wie Pharma, Halbleiter Reinwasser-Überwachung), trotz hoher Anfangsinvestitionen, aber langfristiger Betrieb ist wirtschaftlicher.

Zukunft, mitMikronanosensortechnologie, Internet der Dinge (IoT) und künstliche IntelligenzDie Entwicklung des Online-Lösenalysators wird weiter zuMiniaturisierung, Intelligenz (automatische Diagnose, prädiktive Wartung), Multiparameter-Integration (z. B. gleichzeitige Messung von DO/pH/Trübung)Die Richtung entwickelt sich, um eine stärkere technische Unterstützung für das Wassermanagement, die industrielle grüne Produktion und den Umweltschutz zu bieten.