一文了解溶氧传感器（技术优势、应用场景、选型与使用指南）

什么是溶氧传感器？

核心技术原理：光与电的精密探测

• 传感核心：传感器端覆有特殊的荧光染料涂层（钌络合物等）。当特定波长的激发光照射时，染料发出荧光。
• 氧的“开关”效应：溶解氧分子与激发态的染料分子碰撞，会导致荧光发生“猝灭”——即荧光强度降低、寿命缩短。氧气浓度越高，猝灭效应越显著。
• 信号测量：传感器不直接测量荧光强度，而是精确测量荧光寿命。此寿命与氧分压呈反比关系，通过标定即可计算出氧浓度。该原理的传感器无需消耗氧、无需电解液、维护量极低、响应速度快，且不易受水流速度或介质中化学物质干扰。

• 经典三电极系统：包含阴极（通常为金或铂）、阳极（银）和参比电极，浸没在特定的电解液中，由一层透气膜与待测溶液隔离。
• 氧的还原反应：溶解氧透过透气膜扩散至阴极，在阴极发生还原反应（O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻），产生与氧浓度成正比的扩散电流。
• 信号输出：测量该微电流，经放大器处理后转换为氧浓度值。哈美顿的现代电化学传感器在传统基础上进行了大幅优化，提升了稳定性和响应速度。

哈美顿溶氧传感器的技术优势

• 采用高性能荧光物质与精密光学设计，确保长期测量的漂移极小，显著降低校准频率，数据可靠性高。
• 先进的温度与压力补偿算法，自动修正环境变化带来的影响，保证在各种工况下的读数准确。

• 光学传感器（如哈美顿的VisiFerm系列）基本无需更换膜或电解液，仅需定期清洁传感器帽，维护间隔可达数年，大幅节省耗材与人工成本。
• 坚固的传感器设计，耐受高温灭菌（SIP），适用于严格的生物制药无菌环境。

• 对过程中溶氧的快速变化能够迅速捕捉，响应时间（T90）可短至数秒，满足发酵等动态过程的实时控制需求。

• 传感器内置芯片，存储标定数据、序列号和使用日志，实现“即插即用”和标定跟踪。
• 输出数字和模拟信号，可无缝集成至哈美顿的智能变送器及主流品牌的DCS、PLC或SCADA系统，支持工业4.0数据互联。

典型应用场景

• 哺乳动物细胞培养、微生物发酵过程中溶氧的在线监测与控制，是优化细胞生长、提高产物得率的关键参数。

• 活性污泥曝气池、好氧消化池的溶氧监控，实现精准曝气，节能降耗，并确保出水水质达标。

• 实时监测养殖池、循环水系统（RAS）的溶氧水平，预警缺氧风险，保障水生生物健康，提高养殖密度与成活率。

• 河流、湖泊、海洋的生态学研究，BOD测定，以及实验室反应器、摇瓶中的溶氧监测。

• 发酵酿酒、酸奶生产等工艺的过程监控，以及瓶装水、饮料的顶空氧分析。

选型与使用指南

• 测量原理：对于长期在线、低维护应用，优先考虑光学法；对于某些特殊化学环境或极低成本预算，可评估电化学法。
• 过程条件：明确温度、压力、pH值、灭菌要求、搅拌速度等工况，确保传感器材质（如不锈钢、PEEK、钛合金）和设计能够耐受。
• 精度与响应要求：根据工艺控制的关键程度，选择相应精度等级和响应速度的型号。
• 集成与认证：确认信号输出与现有系统的兼容性，以及是否需要卫生型认证或防爆认证。