低造價溶氧感測器之研發

Research and Development of Low-Cost Dissolved Oxygen Sensor

游政勳(Chen-Hsun Yu)

指導教授 ： 侯文祥

國立臺灣大學/生物資源暨農學院/生物環境系統工程學研究所/碩士(2005年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2005.00344

摘要

摘要

為了確保水產養殖生物的順利收成，養殖過程中建立持續的水質監測系統是必要的；由於水體內溶氧有分佈不均現象，在一水體內需要多點同步監測，因此需要大量的感測器。然而國內使用之溶氧感測器均仰賴國外進口產品，僅感測頭部份的單價即約需0.5~2萬元間，故建立一個養殖空間之監測系統，單在溶氧感測器購入即為一龐大費用；因此本研究探討溶氧感測器的設計與製作原理，研發出低造價溶氧感測器。
本研究以伽瓦尼電池（Galvanic cell）原理之電氣化學反應作為實驗的設計基礎，並根據氧化還原反應所產生之電壓大小與水中氧氣量成正比，以推測水中的溶氧量。本研究探討五個模組，分別改變電極材料、透氣膜、感測面積、電流導線長度及材質等五個變因，共製作約100個感測器，分別求得增氧與耗氧過程檢量線的斜率、相關係數、靈敏度、材料單價等，比較其優缺點，以判斷設計模組的特徵及適用性。且與三種市售產品比較上述特徵差異及材料經濟等條件後，可決定出適用的自製溶氧感測器使用材料是以Ag＋Zn電極組合，透氣膜採用PE保鮮膜，電解液使用1M KCl(aq)，感測器外殼為委外精緻加工之耐撞硬管材質，以一般電線5m長度作為電流導線等組合而成，製作一個感測器的材料成本約為300元。日後，可提供養殖業者不同的產品選擇，且擴大應用至不同水域監測目的。

關鍵字

感測器 ； 溶氧 ； 低造價 ； 電氣化學

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ABSTRACT

In order to ensure the successful cultivation of aquaculture, it is necessary to establish the water quality monitoring system. Because it isn’t a uniform distribution of dissolved oxygen in water quality, we need many sensors to detect the distribution. Since the dissolved oxygen sensor is very expensive, it would cost abundant expenditure to establish a monitoring system for cultivation. Therefore, the study focuses on developing the low-cost dissolved oxygen sensor by the principle of fabrication and design.
The basic principle of a dissolved oxygen sensor is Galvanic cell. The voltages magnitude and the dissolved oxygen is direct ratio according to oxidation-reduction react ion. The study has five factors, which are difference of metal electrode, material of membrane, measured membrane area, wire length and material. Trend line slope, related coefficient, sensitivity, according to increasing oxygen and reducing oxygen process device from experiment obtained, that determined the suitability and characteristic for each factors. Finally, the artificial dissolved oxygen sensor's materials include Ag + Zn electrode, P.E. membrane, KCl solution, manufactured acrylic tube and general wire 5 meter. It cost about NT 300 dollars totally. It will provide the aquaculture industry economic products in future and application to different type of water.

並列關鍵字

sensor ； dissolved oxygen ； low-cost ； electrochemistry

參考文獻

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