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从传感器电流领略誉琰极谱式溶氧电极的高性能

2020-07-23 15:48:37来源: 点击:

 

从测量算法领略誉琰极谱式溶氧电极的高性能(图1)

1、极谱式电极测量原理

上海誉琰科技有限公司YH1X00系列手持式溶解氧分析仪溶解氧的测量是基于克拉克(Clark)电极原理(其他用于电厂的溶氧仪多数采用此原理),传感器由阴极和阳极构成,电极浸在电极腔内的电解液中,由透气膜和电解液薄层将电极与所测介质分开,并允许溶解氧透过。当对传感器两电极施加稳定极化电压时,水中溶解氧透过薄膜,产生稳定的扩散电流,扩散电流的大小与水中溶解氧的浓度呈线性关系。探头输出的电流信号与氧浓度呈线性关系,根据输出的电流信号,即可算出水中溶解氧的浓度。

从测量算法领略誉琰极谱式溶氧电极的高性能(图2)

在一定温度t下,探头电流与氧浓度有如下关系:

 

I = R * C + I0                      

I:电流;

I0:氧浓度为零时的电流,即残余电流(零点校准时得到)

C:氧浓度。对溶解氧,单位为mg/L

R:探头系数(与电极面积、膜及温度相关)-即其他仪器的斜率;

 

2、溶解氧浓度计算

仪器出厂前或使用中用户会进行零点校准,取得残余电流I0。使用时,待仪器稳定后,以空气为标样进行校准,由I = R * C + I0可算出当前温度的探头系数R(此即为其他仪器的空气校准),此时的浓度C为校准气温下的饱和溶解氧浓度(25℃时为8.25mg/L),电流I为空气中探头的电流,I0为仪器零点校准得到的残余电流。

 

测量样品,先得到当前探头输出的电流I。由氧电流I、残余电流I0及探头系数R由下式计算氧浓度:

                           C=(I- I0)/R=I/R- I0/R

一般情况下,YH1X00系列仪器所用探头在空气中的电流约600nA(25),探头系数R(探头的灵敏度系数,即信号除以25饱和水蒸汽空气浓度约等于8mg/l)75 pA/(μg/L),残余电流(零点电流)I0小于50pA(25),残余电流相当于的氧浓度(I0/R)小于1μg/L,也就是如果不扣除残余电流(扣除零点)的话,引起的误差小于1μg/L。对YH1X00系列仪器,探头残余电流I0小于20pA(25℃最小可以做到3pA),残余电流相当于的氧浓度(I0/R )0.3-0.4μg/Lppb)。

 

大多数溶解氧分析仪,探头在空气中的电流约为5060nA(25),残余电流小于50pA,以空气中的电流为60nA,残余电流20pA计算,探头系数R(探头的灵敏度系数,即信号除以25饱和水蒸汽空气浓度约等于8mg/l)小于10 pA/(μg/L),残余电流(零点电流)相当于氧浓度为3μg/Lppb)。

另外溶氧仪在使用过程中,随着电解液及阳极的消耗,探头的零点及探头系数均会发生变化。因为多数仪器的零点较大,且在变化,所以需要经常校准。在零点大于2μg/L的基础上,如果进行低浓度样品(比如1-2μg/L)的测量,显然会带来较大的误差,况且零点还在不断变化。YH1X00系列在零点小于0.5μg/L的基础上,进行样品(比如1-2μg/L)的测量,误差会较小。

下表为誉琰传感器与全球知名国外品牌传感器电流范围及测量精度对比:

 

品牌

型号

零点电流

零点漂移

空气电流

1ppb电流

Emerson

499ATrDO

5nA

4%/60D

30-50μA

3.6-6.1nA

Swan

AMI  

820pA

-

22-33μA

2.7-4.1nA

Mettler

InPro6950

750pA

-

2.5-6μA

312-750pA

Knick

SE707

29-50pA

-

290-500nA

36-62pA

Hamilton

Oxygold   G

36-100pA

1%/W

180-500nA

22.5-62.5pA

Orbisphere

A1100

330pA?

-

26.4μA

3300pA

誉琰

YS300

10pA

10pA/M

600-700nA

75-90pA

以上数据对比不难看出:

1、  A1100空气校准电流得出其零点电流必须在330pA左右,才能达到0.1ppb测量精度;

2、  AMI空气中校准电流得出其零点电流必须小于820pA,才能到达0.2ppb的测量精度;

3、  可以看出只有Orbisphere和誉琰的传感器零点电流能够做到1ppb电流的1/10,也就是精度0.1ppb。

在实际使用中,由于多数仪器的反应速度较慢,零点校准需要很长时间(探头放于无氧水中电流不断下降,要很长时间后才能达到稳定,这个过程至少要数小时),用户等不及电流稳定或者在电流未下降到稳定值前(比如说半小时,或者1小时)就进行了零点校准,此时得到的零点比真实的零点要高,测量时由于过高的零点扣除,会导致测量结果偏低(偏低的数据更符合标准,显得更好看些)。我们在现场测量中多次见到在线表显示为0.0μg/L的数据,从侧面印证了这一点,因为不正确的零点校准,导致0.0μg/L这种错误的结果。

 

 

 

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