Der von PST entwickelte, patentierte und hergestellte optische Sensor ist ein kostengünstiger, stromsparender und langlebiger Sauerstoffsensor, der den Sauerstoffpartialdruck im Bereich von 0-3000ppO2 und die Temperatur sowie den optionalen barometrischen Druck misst, so dass die Sauerstoffkonzentration im Bereich von 0 bis 25 % O2 mit einer hohen Genauigkeit von <2 % voll skaliert von ppO2 berechnet werden kann.
Der Sensor selbst enthält kein Blei oder flüssige Elektrolyte und ist daher 100% RoHS-konform. Mit einfachen Anschlüssen, die einen direkten Anschluss an einen Mikrocontroller mit UART-Kommunikation ermöglichen, so dass eine zusätzliche Signalaufbereitungsschaltung erforderlich ist.
Der Sensor ist in einigen kompakten Optionen aufgebaut, einem Durchflusssensorkörper, der Aufsteckanschlüsse erlaubt, einem Diffusionssockelsensor mit einer PTFE-Filtermembran, die die passive Bewegung von O2 durchlässt, sowie OEM-Optionen.
PSTs Zirkoniumoxid-Sensoren
Ein kuppelförmiger Block aus Zirkoniumdioxid (ZrO2) ist auf der Innen- und Außenseite mit einer dünnen porösen Platinschicht beschichtet. Das Zirkoniumdioxid wirkt als Festelektrolyt und ist mit Yttriumoxid dotiert, was die thermische und mechanische Stabilität sowie die elektrischen Eigenschaften verbessert. Die poröse Platinschicht fungiert als Elektrode, die Sauerstoffionen in den ZrO2-Elektrolyten durchlässt.
Eine Seite der Baugruppe wird dem Messgas ausgesetzt, die andere Seite einem Referenzgas (typischerweise Luft).
Die gesamte Baugruppe wird auf über 600°C erhitzt, um die Ionenleitfähigkeit des ZrO2-Elektrolyten zu maximieren. Dies ermöglicht eine schnelle Bewegung von Sauerstoff-Ionen von einer höheren zu einer niedrigeren Sauerstoffkonzentration. Die Bewegung der Sauerstoffionen durch das Zirkoniumoxid erzeugt eine Spannung zwischen den beiden Elektroden, deren Größe auf der Sauerstoffpartialdruckdifferenz basiert, die durch das Referenz- und das Messgas erzeugt wird.
MSRS Sensor Cells
MSRS steht für Metallic Sealed Reference Sensor und ist eine einzigartige Technologie für die Sauerstoffsensoren von PST. Der Gleichgewichtszustand von festem Metalloxid wird als Referenz verwendet. Dies ermöglicht einen genauen Betrieb unabhängig von der Qualität der Umgebungsluft (die üblicherweise als Referenzgas verwendet wird) und macht ein "Null"-Kalibriergas überflüssig.
MIPS-Sensor-Zellen
Die MIPS-Zellen (Micro-Ion-Pump Sealed reference) von PST sind eine perfekte wirtschaftliche Lösung für die Sauerstoffmessung im Prozentbereich. Die versiegelte Referenzzelle benötigt praktischerweise keine Zufuhr von Referenzgas.
Die Zelle ist aus zwei Zirkoniumdioxid (ZrO2)-Quadraten aufgebaut, die jeweils mit einer dünnen, porösen Platinschicht überzogen sind, die als Elektroden dient. Die Platinelektroden stellen den Katalysator dar, der notwendig ist, damit der gemessene Sauerstoff dissoziieren kann und die Sauerstoffionen durch das ZrO2 transportiert werden können.
Die beiden ZrO2-Quadrate sind durch einen Platinring getrennt, der eine hermetisch abgeschlossene Sensorkammer bildet. An den Außenflächen befinden sich zwei weitere Platinringe, die zusammen mit einem mittleren Platinring die elektrischen Verbindungen zur Zelle herstellen.
Zwei äußere Aluminiumoxid (Al2O3)-Scheiben filtern und verhindern das Eindringen von Partikeln in den Sensor und entfernen auch unverbrannte Gase. Dadurch wird eine Verschmutzung der Zelle verhindert, die zu instabilen Messwerten führen kann.
Eine Heizspirale umgibt die Probenzelle und heizt sie auf über 600°C auf, um die Ionenleitfähigkeit des Zirkoniumdioxids zu maximieren. Eine äußere Kappe aus gesintertem Edelstahl filtert größere Partikel und Staub und schützt den Sensor vor mechanischen Beschädigungen.
Der thermo-paramagnetisch Sauerstoffsensor von PST bietet eine hervorragende Messstabilität in Kombination mit einer robusten Konstruktion ohne bewegliche Teile.
Die Probenkammer verfügt über ein starkes zentrales Magnetfeld, das paramagnetische Gaskomponenten anzieht, das Messgas anzieht und einen lokalen Druckanstieg verursacht. Zwei Paare von hochgenauen Temperatursensoren messen die Messgastemperatur an verschiedenen Stellen in der Kammer.
Ein Temperaturgradient innerhalb der Kammer erzeugt einen Bereich mit niedrigem Druck in Richtung der Ränder des Magnetfeldes und induziert einen Strom von Probengas, der als "magnetischer Wind" bezeichnet wird. Der magnetische Wind hat eine kühlende Wirkung auf die Temperatursensoren und erhöht die Temperaturdifferenz zwischen den einzelnen Paaren, während er sie passiert.
Höhere Sauerstoffkonzentrationen im Messgas führen zu einem erhöhten Druck innerhalb des Magnetfeldes. Dies wiederum führt zu einem stärkeren magnetischen Wind, der die Temperaturdifferenz zwischen den Temperatursensoren in jedem Paar weiter erhöht.
Die Sauerstoffkonzentration im Messgas ist eine Funktion der Temperaturdifferenz zwischen den Temperatursensoren in jedem Paar.