Technologien zur Sauerstoffmessung

Elektrochemische galvanische Sensoren

Galvanische Sensoren bestehen im Allgemeinen aus vier Elementen: einer Membran, einem Elektrolyten, einer Bleianode und einer Kathode. Wenn Sauerstoff mit dem Sensor in Kontakt kommt, drückt er durch die Membran und reagiert mit dem Elektrolyten, wobei ein Strom erzeugt wird. Elektrochemische Sensoren sind kostengünstig, klein, haben einen geringen Energiebedarf und sind zudem einfach zu bedienen. Sie können Spuren von Sauerstoff in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen oder in brennbaren Gasen wie Wasserstoff messen.

Thermisch-paramagnetisch

Der thermoparamagnetische Sensor verwendet eine Kombination aus paramagnetischen und Wärmeleitfähigkeitstechniken, um den Sauerstoffgehalt in einem Prozessgas genau zu messen. Sauerstoff ist ein paramagnetisches Gas, was bedeutet, dass er von einem Magnetfeld angezogen wird. Diese Eigenschaft kann ausgenutzt werden, um den Sauerstoffgehalt in vielen Hintergrundgasen zu bestimmen. Die magnetische Suszeptibilität von Sauerstoff nimmt umgekehrt mit seiner Temperatur ab. Der thermisch-paramagnetische Analysator verwendet eine temperaturgesteuerte Messkammer, um eine Strömung des Prozessgases (bekannt als "magnetischer Wind") zwischen einem Paar Thermistoren zu erzeugen. Dieser "Magnetwind" verändert die Gleichgewichtstemperatur zwischen den Thermistoren. Die daraus resultierende Änderung des elektrischen Widerstands erzeugt ein Signal, das proportional zur Sauerstoffkonzentration im Messgas ist.

Zirkoniumoxid

Zirkoniumoxid-Sensoren basieren auf dem Prinzip einer elektrochemischen Festkörperzelle. Eine Schicht aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumoxid wird typischerweise auf eine Temperatur zwischen +600°C und +700°C erhitzt, wodurch Sauerstoffionen von einer höheren Konzentration auf eine niedrigere Konzentration durch sie hindurchtreten können. Die Bewegung der Ionen erzeugt eine elektromotorische Kraft, die zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration verwendet wird. Je größer die Sauerstoffdifferenz auf beiden Seiten ist, desto höher ist die erzeugte Spannung, die Messungen von 100% bis zu weniger als einem Teil pro Million ermöglicht. Wir bieten drei Arten von Sensoren auf Zirkoniumoxidbasis an: Metallisch abgedichteter Referenzsensor (MSRS), Mikro-Ionenpumpensensor (MIPS) und luftbezogenes Zirkoniumoxid.

Metallisch abgedichteter Referenzsensor (MSRS)

Der MSRS-Sensor enthält eine metallisch versiegelte Referenz, die den Bedarf an Referenzluft eliminiert und zuverlässige Messungen gewährleistet. Die Sensortechnologie wurde entwickelt, um den Sauerstoffgehalt in Gasen unter extremen Bedingungen zu messen, und ist daher robust genug, um extremer Hitze und hochkorrosiven Gasen standzuhalten. Diese Eigenschaften, kombiniert mit dem Design der Probensonde, machen den MSRS sehr effektiv für Hochtemperaturanwendungen (bis zu +1300°C), wie z.B. die Rauchgasanalyse.

Mikro-Ionenpumpen-Sensor (MIPS)

Das MIPS bietet einen kompakten, kostengünstigen Sauerstoffsensor auf Prozentniveau. Der Sensor kann bei Temperaturen bis zu +400°C arbeiten, oder höher, wenn er mit einer Sonde für extraktive Proben kombiniert wird. Er hat einen anderen Ansatz als unser MSRS, indem er kontinuierlich Sauerstoffionen aus der Probe um den Sensor herum in eine abgedichtete Kammer "pumpt" und je nach Richtung des angelegten Gleichstroms wieder herauspumpt. Das Pumpen wird so gesteuert, dass der Druck innerhalb der Kammer immer geringer ist als der umgebende Sauerstoffdruck außerhalb der Kammer.

Luftbezogenes Zirkoniumdioxid

Die meisten Zirkoniumdioxidsensoren verwenden Umgebungs- oder Druckluft als Referenz, funktionieren aber auf ähnliche Weise wie unsere MSRS- und MIPS-Zellen. Luftreferenzierte Sensoren sind ideal für Labor- und saubere Industrieanwendungen.

Optische Technologie

Die Phasenverschiebung des Fluoreszenzlichts aufgrund des in der Probe vorhandenen Sauerstoffs gibt einen Hinweis auf die Sauerstoffkonzentration. Der Sensor misst den Sauerstoffpartialdruck (ppO2), der zusammen mit der internen Sensortemperatur seriell an den Host-Mikrocontroller übermittelt wird. Nicht-erschöpfende, wartungsfreie optische Sensoren bieten eine signifikante Reduzierung der Wartungskomplexität und -häufigkeit. Er verbraucht den Analyten nicht, was besonders bei niedrigen Messbereichen wichtig ist. Die patentierte Technologie ermöglicht es PST, einen Sensor herzustellen, der einen Betrieb mit geringer Leistung bei längerer Lebensdauer ermöglicht.