溶解氧指的是均勻地分散在水體或者其他液體介質(zhì)中的以游離的氧分子形式存在的氧，其“溶解”形式區(qū)別于電解質(zhì)在水體中由于水的電離作用下以離子形態(tài)溶解在水中，非結(jié)合態(tài)的氧元素以分子形式分布在水分子之中，如圖所示。
氧分子在水體中的溶解度取決于空氣的濕度、壓力、環(huán)境溫度和水體的鹽度。當(dāng)上述條件恒定且水體與大氣中氧交換處于平衡時(shí)，水中溶解氧的濃度即為飽和溶解氧濃度。
隨著空氣濕度的提高，水體中的氧分子溶解度降低，反之空氣濕度降低、氧分子的溶解度提高；空氣壓力與氧分子的溶解度的關(guān)系恰恰相反，壓力越高，溶解度越高，壓力越低，溶解度越低，因此飽和溶解氧濃度受到海拔高度的影響；環(huán)境溫度越低，水體中可以溶解更多的氧氣，反之溫度升高會(huì)降低水體中的氧氣的溶解度；水體中的鹽度越高，氧分子的溶解度越低，鹽度越低，氧分子的溶解度越高。
水體中溶解氧的測(cè)量具有不同的單位表達(dá)方式，分別為溶解氧濃度、氧分壓和氧飽和度。溶解氧濃度顧名思義是水體中溶解氧的質(zhì)量濃度，一般使用單位mg/L表示，在痕量氧測(cè)量中使用μg/L表示。氧分壓使用單位hPa表示。氧飽和度指實(shí)際氧分壓與同等條件下濕度飽和的空氣中氧分壓的比值。
在線溶解氧傳感器主要包含兩種測(cè)量原理：安培法和熒光法。
安培法又稱為電流法或者覆膜法，采用電化學(xué)方法測(cè)量介質(zhì)中的溶解氧濃度。通常覆膜法傳感器的電極由金制的陰極和銀制的陽極構(gòu)成，金陰極又被稱為工作電極，銀陽極又被稱為對(duì)電極。陰極和陽極共同固定在一個(gè)充滿電解液的反應(yīng)腔室中。兩極之間外加一個(gè)直流電壓。反應(yīng)腔室附有一層覆膜與被測(cè)介質(zhì)相隔離，不過溶解氧可以穿透這層覆膜。當(dāng)這一測(cè)量單元浸入含有溶解氧的介質(zhì)中時(shí)，覆膜內(nèi)外兩側(cè)氧分壓的壓差會(huì)使溶解氧擴(kuò)散穿透覆膜抵達(dá)陰極。氧分子在陰極上被還原成氫氧根離子(OH)；在陽極上，銀被氧化成銀離子(Ag*)(形成鹵化銀層)。陰極釋放電子，陽極接收電子，形成回流電流。在恒定操作條件下，回流電流與介質(zhì)中的溶解氧濃度成比例關(guān)系。
在安培法溶解氧傳感器中，高阻抗、零電流的參比電極具有十分重要的作用。陽極上的溴化銀或氯化銀涂層會(huì)逐漸耗盡電解液中的溴離子或氯離子。使用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的覆膜式傳感器時(shí)，這種現(xiàn)象會(huì)加劇信號(hào)漂移。三電極結(jié)構(gòu)消除了這一現(xiàn)象的影響：參比電極記錄溴離子或氯離子的濃度變化，內(nèi)部控制電路確保電極具有恒定電位。此測(cè)量原理的優(yōu)點(diǎn)是明顯提升了信號(hào)精度，顯著延長標(biāo)定間隔時(shí)間。
安培法溶解氧傳感器的內(nèi)部構(gòu)造如圖所示。
熒光法的全稱是熒光淬滅法。傳感器與介質(zhì)之間有一層僅允許氧分子透過的覆膜，傳感器的測(cè)量元件頂端包裹著含有標(biāo)記分子的熒光層，在綠光照射下發(fā)射出對(duì)應(yīng)的紅光。標(biāo)記分子若被氧分子附著，其發(fā)射的熒光強(qiáng)度將會(huì)減弱，產(chǎn)生淬滅效應(yīng)。熒光信號(hào)的強(qiáng)度以及持續(xù)時(shí)間直接取決于溶解氧的濃度。如果介質(zhì)中不含有溶解氧，熒光信號(hào)具有較高的強(qiáng)度以及較長的持續(xù)時(shí)間。反之，介質(zhì)中含有溶解氧，則將減弱熒光信號(hào)的強(qiáng)度以及縮短其持續(xù)時(shí)間。變送器將光信號(hào)換算得到對(duì)應(yīng)的溶解氧濃度單位。
熒光法溶解氧傳感器的內(nèi)部構(gòu)造如圖所示。
