[发明专利]两电极Clark型微量溶解氧传感器极化参数的优化方法

说明书

本发明提供了一种两电极Clark型微量溶解氧传感器极化参数的优化方法，包括阴、阳电极和极化参数优化方法。建立了所述极化电势E与传感器工作时间t和透氧膜两侧溶解氧浓度达到平衡时间t'的函数关系，确定了所述微量溶解氧传感器存在一个稳定的工作时间段；建立了所述传感器阴极和阳极各自反应速率的数学关系，确定了所述阳极与电解液接触的最佳有效表面积，在此最佳有效表面积下,所述两电极Clark型微量溶解氧传感器的检测精度最高。本发明提供的技术方案确定了在微量溶解氧传感器稳定的工作时间段，在所述工作时间段内所述两电极Clark型微量溶解氧传感器具有较高的稳定性和准确性，同时提高了所述微量溶解氧传感器的检测精度。

技术领域

本发明属于两电极Clark型微量溶解氧传感器的检测领域，更具体的说，涉及一种两电极Clark型微量溶解氧传感器极化参数的优化方法。

背景技术

空气中分子状态的氧溶解在水中称为溶解氧(DO)，溶解氧是水体自净能力的体现，也是衡量水质的综合指标之一。溶解氧传感器是一种用于测量水中的氧气含量的传感器件。

在工业生产中，锅炉给水和凝结水中的溶解氧具有极大的活性，极易与由铁为材料的炉壁发生化学反应，生成铁锈，铁锈容易造成炉壁的薄厚不均，致使受力不均，情况严重的会造成锅炉的爆炸，所以准确快速高精度的监测锅炉水中的溶氧量有着非常重要的经济和社会效益。

在两电极Clark型微量溶解氧传感器的阴极和阳极之间施加极化电势，传感器内部会发生电化学反应，产生扩散电流，根据扩散电流大小，可以计算出溶解氧的浓度。两电极体系的溶解氧传感器具有响应速率快、灵敏度高的特点，因此，在微量溶解氧检测领域还具有广泛的应用价值，但稳定性较差、稳定工作时间目前不确定，目前的处理方法是定期更换阳极和电解液，以便于确保阳极与电解液的有效接触面积。

发明内容

针对微量(PPB级)溶解氧检测精度差，稳定性差的问题，本发明的目的是提供一种微量(PPB级)溶解氧传感器极化参数的优化方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

建立极化电势与时间参数之间的函数关系,从而，确定微量溶解氧传感器的稳定工作时间段。在所述稳定工作时间段内，给所述阳极和所述阴极施加固定极化电压，使所述阳极发生氧化反应、所述阴极发生还原反应。

建立阴极的还原反应速率和阳极的氧化反应速率的关系式；确定所述氧化反应速率和电解液与阳极接触的表面积为非线性关系；从而指导第二实验获得阳极与电解液接触的最佳有效表面积；在此最佳有效表面积时，所述微量溶解氧传感器的检测精度最高。

进一步，建立极化电势E(t,t′)与极化反应时间t和透氧膜两侧溶解氧浓度达到平衡的时t'的函数关系式；

式(1)中，E⁰表示电极的标准电势，为常数；R：理想气体常数；T：热力学温度；F：法拉第常数；表示氯离子随极化反应时间t的变化在电解液中的浓度；表示氢氧根随极化反应时间t的变化在电解液中的浓度；表示透氧膜两侧溶解氧浓度达到平衡时氧分子在电解液中的浓度，所述氧分子的浓度变化为其中，为待测溶液中氧分子浓度，D为透氧膜的透氧系数。

进一步，根据所述函数关系式，以及采集的第一实验数据：

在传感器施加稳定极化电压E时，每间隔30分钟测量的输出电流值；

在使传感器保持稳定的输出电流值时，每间隔30分钟调节一次的极化电势值。

进一步，所述微量溶解氧传感器的稳定极化工作时间段范围t为0≤t≤3h，其中，h表示小时的单位。

进一步，给所述阳极和所述阴极施加固定极化电压，使所述阳极发生氧化反应、所述阴极发生还原反应；所述还原反应速率和所述氧化反应速率的比值关系式如下所示：