1、 平衡式溶解氧傳感器取樣注意事項(xiàng)Albert S. Tenney III工業(yè)應(yīng)用經(jīng)理霍尼韋爾公司Fort W ashington, PA在NUS 1996國際化學(xué)在線生產(chǎn)過程用檢測(cè)儀表研討會(huì)上所做報(bào)告Clearwater, Florida, November 20-22, 1996工業(yè)自動(dòng)化和控制助你控制你的世界霍尼韋爾公司美國:Honey well Industrial Automation and Control, 16404 North Blac k Canyon Hw y., Phoenix, AZ 85023加拿大:The Honeywell Centre, 155 G ordon

2、Baker Rd., North York , O ntario M2H 3N 7拉美地區(qū):Honeywell Inc., 480 Sawgrass C orporate Park way, Suite 200, Sunris e, Florida 33325日本:Industrial Operations Tok yo, 4-28-1 Nishi-Rok ugo Ohtu-k u, Toky o 144, J apan亞洲:Honeywell Asia Pacific Inc., R oom 3213-3225, Sun Hung Kai Centre, No. 30 Harbour Roa

3、d, W anchai, Hong Kong太平洋地區(qū):Honeywell Pty Ltd., 5 Thomas Holt Drive, North Ry de NSW Aus tralia 2113北歐和南非地區(qū):Honey well Ltd., Honeyw ell House, Arlington Business Park, Brac knell, RG 12 1EB, U.K.T tal Plant中歐地區(qū):Honeywell A.G ., Kaiserleistra e 39, 63067 O ffenbach, Germ any西歐和南歐地區(qū):Honeywell S.A., Av

4、 enue de Schiphol 3, 1140 Brus sels, Belgium東歐地區(qū):Honeywell Praha, s.r.o., Budejovick a 1, 140 00 Prague 4, C zech Republic中東地區(qū):Honeywell Middle East Ltd. Khalifa Street, Sheik h Faisal Building, Abu Dhabi, U.A.E. 7 0 - 8 2 -5 8 - 4 7 ( J I T ) 4 / 9 7 霍尼韋爾公司 美國出版 可循環(huán)用紙1平衡式溶解氧介紹注釋DO傳感器在標(biāo)準(zhǔn)溫度 25攝氏度和壓力1

5、大氣壓下，潔凈水和空氣出于平衡狀態(tài)時(shí)，每公升水分子含8.24毫克氧氣。這也被稱取樣注意事項(xiàng)作25攝氏度空氣飽和值，通常用百萬分之一來表示，即ppm。Albert S. Tenney III¥工業(yè)應(yīng)用經(jīng)理霍尼韋爾公司現(xiàn)代高壓鍋爐的腐蝕控制通常要求溶解氧在水中的濃度低Fort Washington, PA于十億分之四，ppb或1/2000空氣飽和值。一毫升空氣飽和水含8.24毫克氧氣就足以轉(zhuǎn)化成2000毫升水中溶解氧濃度 摘要為十億分之四。因此，如果溶解氧濃度為十億分之四的2000毫升水與一毫升的空氣飽和水混合后，2000毫升水的溶解氧鍋爐給水的溶解氧濃度低于十億分之一時(shí)，極易被的濃度就

6、會(huì)翻倍。泄漏或進(jìn)入的氧氣所污染。因此要采用嚴(yán)密的取樣裝置設(shè)計(jì)以避免外部氧氣混入造成測(cè)量誤差。如果發(fā)現(xiàn)探頭測(cè)量讀數(shù)受到溶解氧通過薄膜的擴(kuò)散速率影響，按體積計(jì)算，空氣中的氧氣濃度為20.9% 每毫升空氣中氧氣就可以肯定樣氣受到了污染。平衡式傳感器的響應(yīng)不的質(zhì)量（毫克）的計(jì)算公式如下：同于擴(kuò)散速率傳感器的響應(yīng)。依照理想氣體法則, PV = nRT 其中P代表壓力，V代表體積，n是分子個(gè)數(shù)每克分子重量，R表示氣體常數(shù)，T表示絕對(duì)溫度，則在25攝氏度298K大氣壓下，一個(gè)氧氣分子的體積為V 1 mole x 0.08205 Liter-atm/mole K x 298K/1 atm 24.45 L每公升

7、氧氣質(zhì)量（毫克）為1 L x 1 mole gas/24.45 Lgas x¥0.209 mole O/ mole gas x 32,000mg O /mole O 222274 mgO per liter of air.2這大約為空氣飽和水中氧氣濃度的33倍。而一毫升空氣中氧氣數(shù)量則是最初溶解氧濃度為十億分之四的33 x 200066,000毫升水中氧氣數(shù)量的兩倍。27總結(jié)泄漏和盲點(diǎn)空氣泄漏和進(jìn)入的區(qū)分在于各自隨著時(shí)間產(chǎn)生的影響水充滿至側(cè)壁的高度，至少最初，一個(gè)比顯然大于1 不同。空氣持續(xù)泄漏，流速和溶解氧錯(cuò)誤報(bào)告的關(guān)系應(yīng)毫升的氣陷如在介紹部分討論的，在空穴的上部產(chǎn)生。保持不變。發(fā)

8、生空氣進(jìn)入，造成的污染和對(duì)流速的影響溶解氧傳感器取樣系統(tǒng)要防止在周圍環(huán)境或區(qū)域有空氣或泄漏可以是“真正的泄漏”輸送樣水用的鉛管上氣陷中的空氣必須完全溶解于通過傳感器的水中，直靜止水時(shí)發(fā)生泄漏，這樣樣氣會(huì)與之發(fā)生混合或下沉。是否產(chǎn)生小孔還可以是氧氣通過非金屬材料管壁擴(kuò)散到應(yīng)該隨著時(shí)間遞減。這種影響往往會(huì)造成在低ppb濃度至溶盡，它就會(huì)造成氧氣污染，并影響浸潤化學(xué)方法時(shí)傳感器響應(yīng)慢。而事實(shí)上是因?yàn)橥饨邕M(jìn)入的氧氣緩慢有空氣泄漏或進(jìn)入能夠從溶解氧濃度報(bào)告中顯示的流速或時(shí)周圍的空氣中。但是雖然不建議使用非金屬材料導(dǎo)管，測(cè)量精度。因此在水中使用平衡探頭進(jìn)行獨(dú)立的溶解溶解到流動(dòng)的樣氣中。一旦外界進(jìn)入的氧氣耗

9、盡，傳感間影響判斷出來。每當(dāng)有外界空氣進(jìn)入，例如在空氣標(biāo)定過卻因?yàn)樗己玫娜犴g性，仍頻繁被使用。氧測(cè)量的方法是不可取的。器就可恢復(fù)正常響應(yīng)速度。程中，進(jìn)入的氧氣就重置，并且再次顯示空氣進(jìn)入的癥狀。水不能填滿鉛管或水流向下的任何位置都有可能形第二個(gè)錯(cuò)誤是水會(huì)通過取樣漏斗向下流。在水向下流成盲點(diǎn)，造成氧氣污染。在圖1中各舉例說明。水流之前，導(dǎo)管內(nèi)就會(huì)充滿空氣。必須要把導(dǎo)管內(nèi)的空氣向上通過取樣線路，經(jīng)過平衡式傳感器的氧氣傳感部傾空，否則無法得到所需測(cè)量結(jié)果。向上流的水可把分，在穿過傳感器主體，從一個(gè)側(cè)壁開口流出，向下空氣逼出。向下流的水相反只會(huì)將產(chǎn)生的氣泡留在管通過一個(gè)延長的導(dǎo)管到達(dá)漏斗頂端。將一個(gè)

10、細(xì)頸瓶插內(nèi)水流上部。只要?dú)馀萆细〉乃俣瘸^水的流速，它入漏斗內(nèi)水中進(jìn)行的溶解氧浸潤化學(xué)分析。圖上的閥就會(huì)污染氧氣，直到其完全溶解于水中。門是用來計(jì)量樣流和截?cái)鄻恿鬟M(jìn)行傳感器標(biāo)定。圖1有兩處錯(cuò)誤：第一處在探頭圓形下端，可看到平衡式探頭的側(cè)壁出口距離一個(gè)內(nèi)部的大的空穴很近。永久性厚膜片正極:雙絲鉑+-2 H2O = O2 + 4H+ 4 e電極負(fù)極:+-O+ 4H+ 4 e= 2 HO22永久性內(nèi)置電解液靜止水氧氣傳輸陶瓷芯棒浸潤化學(xué)過程使用的細(xì)頸瓶溶解氧探頭圖 6A. 平衡式傳感器: 等量的氧氣由正極產(chǎn)生，圖 6B. 靜止水中的平衡式傳感器:在無氧氣消耗圓形下端在負(fù)極消耗。消耗和產(chǎn)生的量平衡，因

11、此樣流情況下使用,溶解氧在傳感器和樣氣間保持平衡 中無純氧氣被消耗。并且不受樣氣流速影響。下陷，漏斗出口最初是氣陷陽極 +:鉛陽極溶解氧探頭2 P b + 2 HO =2+-可替換2 P bO + 4H+ 4 e入口電解液惰性陰極陰極 -:O+ 4H+ + 4 e- = 2 HO靜止水22可替換閥門膜片靜止水的損耗減少了氧氣的傳輸 氧氣傳輸圖 7A. 典型擴(kuò)散式電極: 氧氣從樣氣中擴(kuò)散出去，圖 7B. 靜止水中典型擴(kuò)散式電極: 因?yàn)榧冄鯓恿魍ㄟ^薄膜, 達(dá)到負(fù)極，并被電極消耗。產(chǎn)生的電流溶解到樣流中被耗盡，靜止或緩慢流動(dòng)的水可以可測(cè)量溶解氧濃度。正極通常會(huì)發(fā)生金屬氧化， 放空氧氣，由流速?zèng)Q定影響

12、是否可忽略不計(jì)。這就是整個(gè)過程。圖 1.探頭出口取樣 不建議采用63圖2所示的取樣系統(tǒng)存在一些不十分明顯的問題。圖3所示的取樣裝置可免除樣流與靜止水發(fā)生混合。傳感器暴露在空氣中，通過轉(zhuǎn)換三向閥門來排除與之不同的氧氣傳感器，在電化過程消耗氧氣，同圖1取樣系統(tǒng)，水流過平衡傳感器，從側(cè)壁流出。樣流被直接導(dǎo)入傳感器或漏斗，使用三向閥門可隔空氣。如果這個(gè)閥門是螺線管驅(qū)動(dòng)的，空氣標(biāo)定可但內(nèi)部卻不能通過補(bǔ)充反應(yīng)平衡消耗。因此，使用進(jìn)行浸潤化學(xué)標(biāo)定測(cè)試時(shí)，側(cè)壁出口的閥門關(guān)閉，離樣流和靜止水。通過在一個(gè)十分復(fù)雜的分析儀內(nèi)激活一個(gè)繼電器自此類傳感器，氧氣必須持續(xù)從樣流中擴(kuò)散出來，通漏斗下部閥門打開，從而將水從傳感

13、器導(dǎo)入漏斗。在圖3的裝置設(shè)計(jì)依舊存在兩處問題。第一，傳感動(dòng)進(jìn)行。因此，標(biāo)定的初始化可由一個(gè)設(shè)定的時(shí)間過薄膜，穿過內(nèi)置電解液的某部分到達(dá)電極，并被共同線路處的閥門可截?cái)鄻恿饔糜跇?biāo)定和維修。但同或由一個(gè)事件啟動(dòng)。由兩個(gè)計(jì)量閥控制樣流同時(shí)進(jìn)電極消耗。樣流會(huì)消耗純氧氣。在距離傳感器較遠(yuǎn)圖1一樣這個(gè)裝置也存在兩處問題。器和漏斗不可能同時(shí)進(jìn)入樣流。而最適宜的測(cè)量方入到漏斗和傳感器中。某處會(huì)形成一個(gè)濃度梯度，從濃度遞減的溶解氧區(qū)法就是在樣流進(jìn)入漏斗進(jìn)行浸潤化學(xué)分析的同時(shí)，域到電極時(shí)，溶解氧濃度降至零。溶解氧濃度的趨使用傳感器來監(jiān)測(cè)溶解氧濃度。圖5所示是另外一種可以完成無污染、可同時(shí)取勢(shì)由擴(kuò)散路線決定。通過傳

14、感器的流速降低，補(bǔ)充樣流通過傳感器被閥門截?cái)啵瑐鞲衅鲀?nèi)的靜止水和路樣、以及閥門控制標(biāo)定的線路裝置方案。它唯一的氧氣消耗的量也減少，并且得到的下降氣流與成塊徑中水最初保持溶解氧濃度，然而，除非傳感器有足缺陷是樣流需要通過兩個(gè)閥門到達(dá)傳感器。溶解氧濃度無關(guān)。擴(kuò)散速率傳感器要求最低流速低夠水流通過來溶解其內(nèi)部氣陷，否則氣陷內(nèi)的空氣會(huì)因?yàn)橥瑫r(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)可免除溶解氧濃度上下浮動(dòng)、測(cè)于報(bào)告的溶解氧濃度，并隨流速降低而減少，見圖立刻開始擴(kuò)散到空穴的水中，并向下進(jìn)入到樣流線路量不穩(wěn)定的情況。此外，同時(shí)監(jiān)控還可以快速調(diào)回7。中。于是就要看氧氣擴(kuò)散到樣流線路從而進(jìn)入漏斗的一般操作狀態(tài)，傳感器可只進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而不會(huì)因受

15、速度是否緩慢到可忽略不計(jì)?？諝馕廴镜臉恿鬟M(jìn)入而中斷過程。推論氧氣污染的探測(cè)所有這些是如何推出存在泄漏的？通過對(duì)傳感器 工作原理的討論，可以得出流速降低會(huì)引起平衡式傳另一個(gè)是關(guān)于靜止水與樣流混合的問題。在一般操作第二，溶解氧傳感器通常在空氣中進(jìn)行標(biāo)定。所除了所有上述防范事宜外， 死區(qū)還由可能存在于感器1無信號(hào)變化或2擴(kuò)散速率傳感器信號(hào)減少。過程中，樣流是通過傳感器和導(dǎo)管最后達(dá)到漏斗。水以不打開鉛管連接，將傳感器暴露在空氣中效果更復(fù)雜的取樣裝置中，并會(huì)時(shí)有泄漏發(fā)生。但是通過因此，假設(shè)流速降低，信號(hào)反而增加，就完全可以肯在這個(gè)靜止過程是被密封的，以避免被漏斗下部閥門佳。傳感器的響應(yīng)能夠探測(cè)出死區(qū)。定

16、有氧氣泄漏到樣流中。對(duì)于一個(gè)給定的泄漏率，流所污染。不過，除非是漏斗下部閥門或其它在取樣線速降低，就會(huì)導(dǎo)致溶解氧濃度增高，因?yàn)榻档土魉?，路上的任一裝置發(fā)生泄露，氧氣才會(huì)進(jìn)入到靜止樣流傳感器不受樣流流速影響是一個(gè)關(guān)鍵的診斷依據(jù)。泄漏氧氣稀釋就會(huì)變少。中，并接觸到傳感器的T形部分，進(jìn)而污染樣流。泄為完成無污染、可同時(shí)取樣和有閥門控制的空氣 平衡式溶解氧傳感器是不受樣流流速影響的。在傳漏可能會(huì)小到可以忽略不計(jì)，因?yàn)檠鯕獠粩嗟乇豢焖贅?biāo)定，建議采用圖4所示的鉛管取樣裝置。感器內(nèi)，電極消耗氧氣，所以溶解氧濃度直接由消流動(dòng)的浸潤化學(xué)分析過程稀釋。但是，如當(dāng)水流無法耗過程產(chǎn)生的電流決定。氧氣消耗量與相反電極電達(dá)到浸潤化學(xué)分析建議用量時(shí)，泄漏還是會(huì)大到可以化過程產(chǎn)生的氧氣量持平，因此無純氧氣被消耗。污染靜止水和傳感器內(nèi)的水。一般操作允許樣流通過三向計(jì)量閥進(jìn)入傳感器。樣流也無氧氣損耗；樣流在傳感器外部，無需補(bǔ)充，