Einführung in das Prinzip eines tragbaren Messgeräts für gelösten Sauerstoff
Es gibt drei Hauptmethoden zur Messung des Sauerstoffgehalts: automatische kolorimetrische Analyse und chemische Analysemessung, paramagnetische Methode und elektrochemische Methode. Die Menge an gelöstem Sauerstoff in Wasser wird im Allgemeinen mit elektrochemischen Methoden gemessen. Die Anlage verwendet den COS4-Sensor für gelösten Sauerstoff und den COM252-Transmitter für gelösten Sauerstoff. Sauerstoff ist in Wasser löslich und seine Löslichkeit hängt von der Temperatur, dem Gesamtdruck an der Wasseroberfläche, dem Partialdruck und den im Wasser gelösten Salzen ab. Je höher der atmosphärische Druck ist, desto größer ist die Fähigkeit des Wassers, Sauerstoff zu lösen. Die Beziehung wird durch das Henry-Gesetz und das Dalton-Gesetz bestimmt. Das Henry-Gesetz besagt, dass die Löslichkeit eines Gases proportional zu seinem Partialdruck ist. Am Beispiel des COS4-Sauerstoffmesssensors besteht die Elektrode aus einer Kathode (üblicherweise aus Gold und Platin), einer Gegenelektrode mit Strom (Silber) und einer Referenzelektrode ohne Strom (Silber). Die Elektrode ist in einen Elektrolyten wie KCl eingetaucht. Bei KOH ist der Sensor mit einer Membran bedeckt. Die Membran trennt Elektrode und Elektrolyt von der zu messenden Flüssigkeit und schützt so den Sensor, verhindert das Austreten des Elektrolyts und das Eindringen von Fremdstoffen, die zu Verunreinigungen und Vergiftungen führen können. Im Gegenteil, zwischen Elektrode und Kathode wird eine polarisierende Spannung angelegt. Wenn das Messelement in Wasser mit gelöstem Sauerstoff eingetaucht wird, diffundiert Sauerstoff durch den Separator und die an der Kathode vorhandenen Sauerstoffmoleküle (überschüssige Elektronen) werden zu Hydroxidionen reduziert: O2 +2H2O+4e-® 4OH-. Ein elektrochemisches Äquivalent von Silberchlorid fällt an der Gegenelektrode aus (Elektronenmangel): 4Ag{{10}}Cl-® 4AgCl+4e-. Für jedes Sauerstoffmolekül gibt die Kathode 4 Elektronen ab und die Gegenelektrode nimmt die Elektronen auf, wodurch ein Strom entsteht. Die Größe des Stroms ist proportional zum Sauerstoffpartialdruck des zu messenden Abwassers. Dieses Signal wird zusammen mit dem vom Thermowiderstand gemessenen Temperatursignal an den Sensor gesendet. Der Transmitter berechnet anhand der im Sensor gespeicherten Beziehungskurve zwischen Sauerstoffgehalt, Sauerstoffpartialdruck und Temperatur den Sauerstoffgehalt im Wasser und wandelt ihn dann in ein Standardsignal um. Die Funktion der Referenzelektrode besteht darin, das Kathodenpotential zu bestimmen. Die Reaktionszeit des COS4-Sensors für gelösten Sauerstoff beträgt: 90 % des endgültigen Messwerts werden nach 3 Minuten erreicht, und 99 % des endgültigen Messwerts werden nach 9 Minuten erreicht; die Mindestdurchflussrate beträgt 0,5 cm/s.
