Сенсоры растворенного кислорода – важная составляющая оборудования для мониторинга качества воды и одна из наиболее распространенных.
В данной информационной заметке мы хотим подробнее рассказать о том, какие бывают сенсоры кислорода, об используемых сегодня технологиях и их особенностях.
Если Вам нужно заказать поставку оборудования для измерения растворенного кислорода в воде – просто отправьте запрос нашим специалистам.
Сенсоры растворенного кислорода
Датчик растворенного кислорода можно использовать как в лаборатории, так и в полевых условиях. В зависимости от своей конфигурации они могут быть предназначены для тестов биохимического потребления кислорода (БПК), точечного отбора проб или долгосрочного мониторинга. Для записи данных измерений, полученных с помощью погружного измерителя, могут использоваться портативные или стационарные решения.
Каждый из способов измерения кислорода имеет сильные и слабые стороны. Хотя подобное оборудование используется во многих приложениях и отраслях, включая автомобилестроение, здравоохранение и медицину, промышленность, упаковку продуктов питания и напитков, фармацевтику и т. д., в каждой из них используется свой тип преобразователя, наиболее подходящий для конкретной задачи.
В принципе существует три общих метода измерения концентрации растворенного кислорода. Современные методы включают в себя электрохимический или оптический принципы измерения.
Самый простой метод – визуальная колориметрия, которая предлагает базовую аппроксимацию концентрации растворенного O2 в образце. Это достаточно быстрый и недорогой способ для базовых задач, но имеющий серьезные ограничения по объему пробы и подверженный ошибкам из-за качества окислительно-восстановительных агентов, которые могут присутствовать в воде, а также человеческого фактора.
Самый практичный способ измерения растворенного кислорода — с помощью цифрового измерителя. В то время как общие категории сенсоров являются оптическими и электрохимическими, электрохимические сенсоры растворенного кислорода можно разделить на полярографические, импульсные полярографические и гальванические. В дополнение к стандартному аналоговому выходу некоторые из этих технологий доступны в интеллектуальных сенсорных платформах с цифровым выходом.
Сам измеритель присоединяется к счетчику для точечного отбора проб в полевых условиях и лабораторных задач или к регистратору данных, монитору процесса или преобразователю, если необходим длительный непрерывный мониторинг в поле или на заводе.
Поскольку на концентрацию растворенного кислорода влияют температура, давление и соленость среды, эти параметры также необходимо учитывать.
Компенсацию на вышеуказанные переменные можно выполнять вручную или автоматически с помощью функционала самого измерителя или программного обеспечения для регистрации данных. Температура обычно измеряется термистором внутри датчика и регистрируется измерителем или регистратором данных автоматически. Многие зонды также оснащены внутренним барометром, а системы регистрации данных могут использовать внешние датчики давления или уровня воды. Барометрические параметры атмосферы также можно ввести вручную в виде высоты, абсолютного или относительного барометрического давления.
Соленость обычно измеряется отдельно, но некоторые версии приборов позволяют использовать встроенный сенсор электрической проводимости.
Оптический принцип измерений
Оптические сенсоры растворенного кислорода измеряют взаимодействие O2 с некоторыми люминесцентными красителями. Иногда они могут носить наименование флуоресцентных датчиков, хотя эта терминология технически неверна.
Под воздействием синего света эти красители возбуждаются (электроны набирают энергию) и излучают свет, когда электроны возвращаются в свое нормальное энергетическое состояние. Если в среде присутствует растворенный O2, возвращаемые длины волн ограничиваются или изменяются из-за взаимодействия молекул кислорода с люминофором. Измеряемый эффект обратно пропорционален парциальному давлению газа в жидкости.
Оптические сенсоры растворенного кислорода могут измерять либо интенсивность, либо время длительности люминесценции, в зависимости от конкретного производителя.
С точки зрения конструкции оптический датчик растворенного кислорода состоит из полупроницаемой мембраны, чувствительного элемента, светодиода и фотодетектора. Чувствительный элемент содержит люминесцентный краситель, иммобилизованный в золь-геле, ксерогеле или другом типе матрицы. Краситель реагирует при воздействии синего света, излучаемого светодиодом. Некоторые датчики также излучают красный свет в качестве эталона для обеспечения большей точности. Этот красный свет не вызывает саму люминесценцию, а просто отражается обратно от красителя.
Оптические сенсоры растворенного кислорода идеально подходят для долгосрочных программ мониторинга благодаря минимальным требованиям к техническому обслуживанию. Они могут удерживать калибровку в течение многих месяцев и иметь небольшой (если вообще имеющийся) калибровочный дрейф. Данные изделия также не требуют времени на прогрев или перемешивания жидкости при проведении измерений.
В течение длительного периода времени краситель разлагается, и чувствительный элемент и мембрану необходимо будет заменить, но эта замена происходит очень редко по сравнению с заменой мембраны электрохимического анализатора. Приборы, измеряющие время жизни люминесценции, меньше подвержены влиянию деградации красителя, чем аналоги, измеряющие ее интенсивность, а это означает, что они сохраняют свою точность даже при некоторой фотодеградации.
Однако оптические приборы обычно требуют большей мощности питания, и для получения показаний им требуется в 2-4 раза больше времени, чем электрохимическому устройству. Эти приборы также сильно зависят от температурной коррекции, поскольку на интенсивность люминесценции и срок службы влияет температура окружающей среды. Хотя эта проблема не имеет сегодня большого значения, поскольку большинство изделий имеют достаточно точный термистор для автоматической корректировки данных.
Электрохимический принцип измерений
Электрохимические сенсоры растворенного кислорода также можно назвать амперометрическими датчиками или датчиками типа Кларка. Существует два типа электрохимических устройств: гальванические и полярографические. Полярографические анализаторы можно разделить на датчики постоянного состояния и быстроимпульсные датчики. Как в гальванических, так и в полярографических датчиках растворенного кислорода используются два поляризованных электрода, анод и катод, помещенные в раствор электролита. Электроды и раствор электролита изолированы от образца (или водной среды) тонкой полупроницаемой мембраной.
При проведении измерений O2 диффундирует через мембрану со скоростью, пропорциональной его парциальному давлению в воде. Затем он проходит через восстановление и расходуется на катоде. В результате этой реакции возникает электрический ток, который напрямую связан с концентрацией кислорода. Этот ток переносится ионами электролита и проходит от катода к аноду.
Если измерения проводятся в лаборатории или стоячей воде, необходимо постоянно помешивать зондом воду, поскольку ему нужен постоянный приток свежего образца измеряемой среды, поскольку сам метод измерения потребляет O2 из измеряемой среды.
Если оставить зонд без присмотра, датчики могут давать искусственно заниженные показания O2 в ситуациях отсутствия потока. Электрохимические сенсоры растворенного кислорода следует перемешивать в образце до тех пор, пока показания растворенного кислорода больше не будут увеличиваться.
Сенсоры растворенного кислорода Aquaplus с гарантией 2 года и доставкой в любой регион
Для задач мониторинга растворенного кислорода в воде мы можем предложить оптический портативный анализатор Aquaplus, производимый в Британии компанией Aquaread.
Это надежное и экономичное решение, предоставляющее точные данные по насыщению среды кислородом, а также параллельно определяющее все вторичные параметры (температуры, давления, солености) с помощью дополнительных сенсоров.
Вам нужно запросить поставку измерителей кислорода в воде и имеются вопросы по каким-либо их особенностям? Нужна помощь в разработке индивидуального решения для экологического мониторинга и гидрологии, подбору опций и комплектующих?
Все возникшие вопросы касаемо оборудования и его применения Вы можете обсудить со специалистами нашей компании, отправив заявку с помощью корпоративного почтового ящика на странице контактов или при помощи автоматической формы обратной связи на странице интересующего Вас оборудования.
Помимо этого, мы готовы предложить дополнительный сервис: обучение сотрудников эксплуатации, настройке и калибровке приборов, расширенную гарантию на эксплуатацию датчиков, поверку, подбор средств измерений под определенную задачу, разработку индивидуального решения.
Наша компания отправляет грузы в любые регионы России и СНГ.