测氧仪工作原理

出处：按学科分类—农业科学 科学普及出版社《淡水养鱼实用技术手册》第704页（1528字）

对水中溶解氧的测定，是水产养殖最为重要的检测项目。经典的测试方法是化学滴定法，即温克勒法(Winler)。化学滴定法的缺点是手续麻烦、费时，而且不能在水中连续测试，更不能把化学器皿搬到池边测试。近几年来国内外广泛采用电化学测试法。其优点是测试简单、快速、准确、携带方便、能够连续测试，并可配合自动控制设备实现自控。

CS－1型的溶氧测定部分，由下列一些部件组成：极谱电压发生电路，极谱型传感器，高阻抗Ⅰ－Ⅴ变换器，温度补偿及量程选择电路，电表指示，电源等。

传感器是极谱型传感器。它的优点是当外加的极谱电压不变时，传感器产生的信号电流仅仅与被测水中氧分子量的多少成正比。因而保证了仪器的优良线性，较原电池型非线性失真小，使用寿命长。极谱型传感器用纯铂金作阴极，用纯银作阳极，氯化钾溶液作电解液，聚四氟乙烯薄膜作透气薄膜。它的基本原理如下：

传感器在外加极谱电压的作用下，被测水的溶解氧，透过薄膜扩散至阴极表面，氧被还原，产生了正比于水中氧分压力的电流。其电极反应为：

在阴极上：O₂+2H₂O+4e^－=4OH

在阳极上：4Ag+4Cl^－=4AgCl+4e

在极谱室内 4KCl－→4K⁺+4Cl

4K⁺+4OH^－=4KOH

氧到达阴极表面的扩散速率为：

式中：Q_d——氧扩散速率；d_m——薄膜的厚度；P_s——溶液中氧分压；P_m——薄膜的透氧率；A——阴极有效面积；P_c——阴极与电解液界面处氧分压。

根据法拉第定律，阴极上氧还原时所产生的电流为：

Ⅰ=Q_r·n·F

式中：Ⅰ——传感器电流；n——每克分子氧当量；Q_r——阴极上氧还原速率；F——法拉第常数。

当反应达到稳定状态时，Q_r=Q_d，即有多少氧分子扩散到阴极表面，就有多少氧被还原。因此，从上面两式可得到：

由此可见，有足够条件使传感器电流与水中溶解氧的氧分压之间成线性关系。同P_s比较P_c可忽略不计。当传感器的电流仅与溶氧分压P_s成正比。

传感器的电流大小与选择的薄膜质量关系很大，薄膜的透气率和厚度都直接影响电流的大小。CS系列选用了从日本进口的聚四氟乙烯原料，经专门加工而成的薄膜。经对比试验，它的透氧率较国内有关厂生产的薄膜透气率高一倍多，从而响应时间迅速。响应时间从0到90%，只需1分钟，而在满刻度时，将传感器放到无氧水中，30秒内可下降90%值，1分钟可下降95%值，2分钟时可下降＞98%值。

去年，我们曾用样机对上海青浦县渔机厂生产的增氧机进行增氧效率测试。每次测试连续3小时，与三个化学滴定所测数据基本一致，而且在测微量氧情况下，化学滴定误差较大，三组测出三种不同的数据来，仪器读数稳定、准确。