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        溫度對(duì)在線溶解氧儀測(cè)定地表水中溶解氧的探討

        2020-11-24 09:04:04駱禹廷湛江市生態(tài)環(huán)境局吳川分局環(huán)境監(jiān)測(cè)站
        消費(fèi)導(dǎo)刊 2020年47期
        關(guān)鍵詞:測(cè)量信號(hào)

        駱禹廷 湛江市生態(tài)環(huán)境局吳川分局環(huán)境監(jiān)測(cè)站

        一、引言

        當(dāng)前,用于確定水體中溶解氧的常用方法包括碘量法和氧棒電極法。碘量法具有很高的測(cè)量精度,但是既費(fèi)時(shí)又麻煩。繼而,覆膜電極溶解氧計(jì)(溶解氧計(jì))由于其快速、簡(jiǎn)單和便攜式的測(cè)量而變得越來(lái)越流行。通常,純凈度較高的地表水體中的溶解氧趨近于飽和狀態(tài),但是由于水體中植物的光合反應(yīng),溶解氧的含量也可能存在過飽和現(xiàn)象。在正常條件下,空氣中氧氣的分壓變化不大,水溫作為另一個(gè)影響要素成為水中溶解氧含量變化的主要原因。

        二、溶氧儀的溫度補(bǔ)償

        要了解溶解氧計(jì)中溫度補(bǔ)償?shù)脑?,必須首先了解溶解氧測(cè)量過程。關(guān)鍵是要掌握設(shè)計(jì)溶解氧儀的原理:(1)該儀器直接測(cè)量氧氣分壓,而不是氧氣濃度。(2)氣液平衡時(shí),地表水中的氧分壓與空氣中氧分壓相同。(3)氣液平衡時(shí),地表水體中溶解氧的濃度與氧分壓關(guān)系為

        式中:P—氧分壓;C—溶氧溶度;H—Henry系數(shù),它受溶液溫度、鹽度等因素的影響。

        (一)溫度補(bǔ)償

        使用在線溶解氧儀的儀器測(cè)量時(shí),其他不變條件的情況下,得到的信號(hào)數(shù)據(jù)將隨溫度的變化而變化(溫度漂移),為了限制這種現(xiàn)象,采用了特定的補(bǔ)償算法,對(duì)該算法輸出結(jié)果進(jìn)行校正達(dá)到消除溫度變化對(duì)輸出信號(hào)影響的目的,此方法稱為電子設(shè)備溫度補(bǔ)償。電子測(cè)量系統(tǒng)一般包含檢測(cè)、信號(hào)處理、信息傳輸和控制器四種功能的架構(gòu)。傳感器是一種傳感設(shè)備,可將應(yīng)變信號(hào)、壓力信號(hào)、溫度信號(hào)和被測(cè)物體的位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或其他根據(jù)特定規(guī)則便于測(cè)量的信號(hào),并將其反饋給信號(hào)處理器,與溫度的相關(guān)性較高。

        (二)熒光法溶氧儀的溫度補(bǔ)償

        地表水中的溶解氧含量會(huì)根據(jù)溫度的變化而變化。因?yàn)闊o(wú)法確定與水溫的關(guān)系,所以將每個(gè)溶液的相位差值代入公式(2.2)中,以查看其是否與部件溫度相關(guān)??梢詫⑾到y(tǒng)中的熒光膜、光路和光電二極管視為將水中溶解氧含量信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。敏感的傳感器元件通常與環(huán)境與溫度密切相關(guān),因?yàn)闊晒饽づc水直接接觸。因此,應(yīng)檢查熒光材料的自身特性是否受到溫度的影響。

        熒光材料由于受到入射光激發(fā)而發(fā)光,在此過程中,會(huì)縮短激發(fā)態(tài)的壽命。 當(dāng)然,熒光膜的溫度特性也受到其他條件的影響,例如熒光的量子產(chǎn)率和吸收光譜的變化。上面的分析表明,通過溶解氧儀測(cè)量地表水中的溶解氧含量時(shí)必須同時(shí)檢測(cè)溫度,因?yàn)槿芙庋跆筋^中使用的熒光膜會(huì)受到溫度變化的影響,不能確定熒光壽命值τ0和Stern-Volmer常數(shù)Ksv為不變的常數(shù),否則將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差,因此系統(tǒng)的溫度補(bǔ)償將通過軟件算法完成。一旦找到τ0、Ksv和溫度之間的關(guān)系,就將其代入Stern-Volmer方程進(jìn)行求解。

        三、溶氧儀溫度補(bǔ)償?shù)臋z定方法

        (一)驗(yàn)證亨利的溫度補(bǔ)償系數(shù)

        在20°C校準(zhǔn)溶解氧儀后,將電極置于20°C的水蒸氣飽和的空氣中并使其平衡(以確保相同的輸出電流),讀取溶解氧值C0,然后手動(dòng)將儀器調(diào)整為指示溫度為10℃和30℃,分別讀取溶解氧的CT值,可以計(jì)算出溫度補(bǔ)償?shù)暮嗬禂?shù):

        結(jié)合實(shí)際溫度α的值(在2 0℃,α=1.91%),可以計(jì)算出亨利溫度補(bǔ)償?shù)恼`差Δα。

        (二)驗(yàn)證擴(kuò)散系數(shù)的溫度補(bǔ)償

        由于空氣中的氧氣分壓在0℃~30℃的溫度下基本不會(huì)變化,因此可以在20℃校準(zhǔn)溶解氧計(jì)并將電極分成兩部分放在10°C和30°C的飽含蒸汽的空氣,手動(dòng)將溫度表設(shè)置為20°C的校準(zhǔn)溫度(以確保亨利系數(shù)相同)并相應(yīng)地讀取溶解氧測(cè)量值C,并獲得β值

        應(yīng)當(dāng)將測(cè)得的β值與儀器制造設(shè)計(jì)的β值進(jìn)行比較,以評(píng)估擴(kuò)散系數(shù)誤差的大小。因此,制造商必須提供溶解氧計(jì)的β值。同時(shí),為了使用時(shí)的便捷性考量,需要溶解氧儀的工藝結(jié)構(gòu)和β值誤差既定。

        結(jié)語(yǔ):溶解氧計(jì)測(cè)量的影響因素有很多,其中溫度對(duì)飽和蒸氣壓的影響可以歸類為對(duì)氧分壓的影響,在校準(zhǔn)過程中可以忽略。因此,溶解氧儀測(cè)量地表水的溶氧量時(shí)的溫度補(bǔ)償主要由兩部分組成,即亨利溫度補(bǔ)償和擴(kuò)散因子溫度補(bǔ)償。這將有助于改善和保證溶解氧儀的測(cè)量精度。

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