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溶解氧(DO) 是指溶解在水里氧的量。在水質應用中，例如水產養殖（包括養魚業）和廢水處理，DO含量必須保持高水平。對于水產養殖，如果DO含量降至極低的水平，魚會窒息而死。在污水處理中，細菌分解固體。如果DO含量太低， 細菌會死且停止分解；如果DO含量太高，在向水中曝氣期間就會造成能源浪費。在工業應用中，包括鍋爐，補給水的DO濃度低，以防止銹蝕和鍋爐結垢堆積，這會抑制熱傳遞。

DO探頭

溶解氧(DO) 是指溶解在水里氧的量。在水質應用中，例如水產養殖（包括養魚業）和廢水處理，DO含量必須保持高水平。對于水產養殖，如果DO含量降至極低的水平，魚會窒息而死。在污水處理中，細菌分解固體。如果DO含量太低， 細菌會死且停止分解；如果DO含量太高，在給水通氣期間就會造成能源浪費。在工業應用中，包括鍋爐，補給水的DO濃度低，以防止銹蝕和鍋爐結垢堆積，這會抑制熱傳遞。

雖然一般以mg/L或ppm來表示溶解氧（DO），但是DO傳感器并不測量水里實際氧含量，而是測量水中氧分壓。氧壓同時取決于鹽度和溫度。

有測量DO的兩種基本方法-原電池法和極譜法。 兩種探頭都利用一個電極系統，DO與陰極起反應并產生電流。如果已選擇電極材料，那陰極和陽極之間的電勢差是 -0.5V或更大，不需要外加電壓，則這個系統稱為原電池法。如果需要外加電壓，這系統稱為極譜法。

·         在低濃度的溶解氧中，原電池型DO探頭比極譜型探頭更穩定和更精確。

·         原電池型探頭一般工作幾個月都不需要更換電解液或薄膜，維修成本較低。

·         若重度使用，極譜型探頭每幾周就要充一次電。

原電池型DO傳感器由兩個電極組成：陽極和陰極，都浸入電解液中（在傳感器內）。可透過氧的隔膜把陽極和陰極與被測水分離開來。氧透過薄膜擴散。它與探頭內構件相互作用并產生電流（以下DO傳感器圖顯示更多細節）。 較高的壓力能使更多氧透過薄膜擴散和產生更多電流。傳感器的實際輸出是以毫伏為單位。這是通過使電流穿過熱敏電阻（隨著溫度的變化而改變輸出的電阻）來實現的。

V = i * R,

V是輸出（以伏特為單位）, i = 電流
R是熱敏電阻的電阻值，以歐姆為單位

熱敏電阻校正溫度變化所導致的薄膜滲透性誤差。換句話說，溫度更高時，提高滲透性能使更多氧擴散到傳感器里，即使氧壓并未改變。如果沒有使用熱敏電阻，會提供錯誤的高濃度DO。

要想用 ppm或 mg/L來表示傳感器輸出，必須知道水溫。可單獨使用一個溫度傳感器或將其內置于傳感器。這是獨立于熱敏電阻的，電阻連接在兩極之間以補償溫度變化所導致的薄膜滲透性變化。

 薄膜DO探頭的一些特性：

·         溶液的pH值不會影響薄膜探頭的性能。

·         在DO探頭中，氯和硫化氫(H2S) 會導致錯誤的讀數。

·         大氣壓 (海拔)影響氧飽和度。以mg/l (ppm)表示讀數時，DO必須依照大氣壓來進行校準。

·         薄膜厚度決定探頭的輸出量和對DO含量變化的響應速度。

·         必須進行鹽度校正。

陰極是氫電極且帶有負電位，就陽極而言。電解液包圍著兩電極和包含在薄膜之中。沒有氧，只有氫，陰極出現極化且抵抗電流的流動。當氧穿過薄膜時，陰極去極化且電子被耗盡。 陰極將氧還原成羥基離子：

O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH-

陽極與去極化產物產生反應，且釋放相應的電子：

Zn + 4 OH- = Zn(OH)42- + 2e-

電極允許電流流動，與所滲入的氧含量成正比。根據電流的大小，我們可以直接測量滲入探頭的氧含量。 .

因為所有滲入探頭的氧氣都會被消耗，在電解液中的氧分壓是零。因此，一個分壓梯度存在于薄膜中和氧滲透率是空氣或被測水中氧分壓的函數。

因為溶解氧分壓是樣品溫度的函數，探頭必須在樣品溫度中校準或探頭的儀表必須補償不同的樣品溫度。注意這個熱效應不同于以上所述的薄膜的熱響應。

必須依照樣品中的鹽量來校正DO探頭讀數。如以下表格所示，溶液中的鹽會降低氧的實際濃度。

在所有探頭中，為了獲取精準性能，薄膜/采樣界面應有樣品流動（厘米/秒）。界面上沒有流動，周圍的氧氣會被耗盡，降低現場讀數。由于探頭和氧氣之間的相對運動，探頭輸出會增加（在一定程度上）。  

溶解氧測量

一定量的水能容納的氧含量是水-氣界面大氣壓，水溫，和水中其他溶解物質量（例如鹽或其他氣體）的函數。 回想起在一壺水中看到的氣泡。這些氣泡是在室溫下溶解在水中的空氣。水沸騰時，噴射出溶解氧-溫度更高的水含有更少的DO。當其他物質（例如鹽）溶解在單位體積水中時，供氧溶解的空間就更少了-氧氣的溶解度小于大多數鹽。

以下表格顯示溶解氧(mg/L)，溫度和鹽度之間的關系：

                 基于溫度和鹽度的氧飽和度

用以下指數方程近似表示溫度，鹽度和溶解氧之間的關系：

T = 以開氏度為單位的溫度
S = 以千分之幾為單位的鹽度 (ppt)
C = 以mg/L為單位的濃度

當水面上的氣壓增加時，會有更多的氧溶解在水中。這增加溶解氧的濃度。在液體中一種氣體的溶解度與液面上該氣體的壓力成正比-亨利定律。這通常表示為：

p = k C (C = DO濃度)

如果在體積恒定的密閉空間中和一定溫度下，不同氣體混合在一起，每一種氣體具有同樣的壓力，好像其單獨占有該空間。 混和氣體的總壓等于混合氣體中各組分氣體的分壓之和-道爾頓分壓定律。各種氣體的分壓與該氣體在混和氣體中的分子數成比例。空氣中含有20.948%的氧氣。當水冒出氣泡時，只有20%的氧會溶解，如果使用的是純氧，而不是空氣，在相同壓力下。

溶解氧濃度也可以飽和度%表示。" 飽和度%" 只是溶解氧實測含量除以實測條件下溶解氧的飽和含量的比率-如以下表格所示。飽和度水平取決于溫度，鹽度和壓力。由于飽和度%是個比率，不受這些條件的影響，如果在相同條件下和100%飽和度中進行校準。

           溶質溶解度，作為溫度的函數(mg/L):

不斷監測已固定的溶解氧探頭，被測氧氣的來源是空氣。因此，空氣或飽和水中的溶解氧，作為溫度的函數，由以下方程決定：

溶解度(ml/L) x密度(mg/ml) x 空氣中的%= 飽和的 DO （mg/L）/(ppm)

溶解度(mg/L) x 空氣中的% = 飽和 DO（ mg/L）/ (ppm)

溫度的升高增加固體和液體的溶解度，但是它降低氣體的溶解度。也要確保單位的正確性--mg/L, ppm, ml/L, 飽和度% 。