溶解氧（DO）传感器详解
检测目标
溶解氧传感器用于测量水中溶解氧（Dissolved Oxygen, DO）的浓度，通常以 mg/L（毫克/升）或 %饱和度（与温度和气压相关）表示，是评估水体生态健康、污水处理效率和水产养殖环境的关键指标。
一、核心原理与技术分类
1. 极谱法（Clark电极法）
结构组成：
- 阴极：铂（Pt）或金（Au）电极，表面覆盖透气膜（如聚四氟乙烯）。
- 阳极：银/氯化银（Ag/AgCl）参比电极。
- 电解液：KCl或乙酸钾溶液，填充于电极腔体内。
- 透气膜：仅允许氧气分子透过，隔绝水和离子干扰。
工作原理：
- 氧气扩散：水中O₂通过透气膜扩散至阴极表面。
- 电化学反应：
- 阴极：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻（还原反应）
- 阳极：4Ag → 4Ag⁺ + 4e⁻（氧化反应）
- 电流信号：反应产生的电流与O₂浓度成正比（法拉第定律）。
特点：
- 优点：成本较低，响应快（<30秒）。
- 缺点：需定期更换电解液和透气膜，易受流速和污染干扰。
2. 光学荧光猝灭法（Luminescent法）
结构组成：
- 荧光探针：含氧敏感荧光物质（如钌络合物），固定在透氧膜内。
- 光源：LED激发光（蓝光或绿光）。
- 检测器：光电二极管或光电倍增管（PMT）。
工作原理：
- 激发荧光：光源照射荧光物质，激发其发射红光。
- 氧猝灭效应：溶解氧与荧光物质碰撞，猝灭荧光强度或缩短荧光寿命。
- 信号检测：通过测量荧光强度或寿命变化，反推O₂浓度（Stern-Volmer方程）。
特点：
- 优点：无需电解液，维护量低，长期稳定性好，抗流速干扰。
- 缺点：初期成本较高，对温度敏感（需温度补偿）。
二、校准与维护
1. 校准方法
- 零点校准：在无氧环境（如饱和亚硫酸钠溶液）中调整零点。
- 斜率校准：在饱和溶氧水（100%饱和度，根据温度和气压计算）中校准。
2. 维护要点
- 极谱法：
- 定期更换电解液和透气膜（每1-3个月）。
- 清洁电极表面，防止生物膜覆盖。
- 光学法：
- 避免机械损伤荧光膜。
- 定期用软布擦拭探头表面，防止污垢遮挡光路。
三、应用场景对比
| 场景 | 极谱法适用性 | 光学法适用性 |
|---|---|---|
| 污水处理厂 | 适合，但需频繁维护 | 更优（长期连续监测） |
| 河流/湖泊监测 | 受流速影响较大 | 优（抗干扰性强） |
| 水产养殖 | 需防生物污染 | 优（无电解液泄漏风险） |
| 实验室高精度测量 | 需定期校准 | 适合（快速响应） |
四、常见问题与解决
| 问题 | 可能原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 读数漂移（极谱法） | 电解液耗尽或膜污染 | 更换电解液和透气膜 |
| 响应缓慢（光学法） | 荧光膜老化或污垢覆盖 | 清洁或更换荧光膜 |
| 校准失败 | 校准液污染或温度未补偿 | 使用新鲜校准液，检查温度补偿功能 |
| 信号噪声大 | 电极接触不良或电路干扰 | 检查连接线，屏蔽电磁干扰 |
五、技术前沿
- 微型化光学探头：集成光纤技术，用于狭小空间或生物反应器监测。
- 多参数传感器：结合pH、温度、电导率等模块，实现水质综合监测。
- AI驱动校准：通过算法自动补偿温度、盐度和压力影响，提升精度。
总结
- 极谱法：适合短期、低成本场景，但维护频繁。
- 光学法：适合长期、高稳定性需求，初期投资较高。
根据实际需求选择技术方案，并定期维护以保障数据准确性！
