Sauerstoff (O2)

SAUERSTOFFSENSOR-TECHNOLOGIE ERKLÄRT

Die Überwachung des Sauerstoffgehalts (O2) ist ein wichtiger Bestandteil eines jeden Umweltsicherheitsprogramms. Ganz gleich, ob Analysegeräte die Sauerstofferschöpfung überwachen, nach potenzieller Verschmutzung suchen oder atmosphärische Sicherheitsstandards und -protokolle einhalten, eine genaue und zuverlässige O2-Überwachung ist unerlässlich.

Was genau ist ein Sauerstoffsensor und wie genau funktioniert er? Die Arbeitsprinzipien eines jeden Sauerstoffsensors lassen sich auf drei Arten zusammenfassen:

1. Eine CHEMISCHE REAKTION, die in Gegenwart von Sauerstoff Elektronen abgibt
2. EINE ÄNDERUNG DER LICHTINTENSITÄT, die von einem fluoreszierenden Material ausgeht, wenn es Sauerstoff ausgesetzt wird
3. EINE VERÄNDERUNG DER WELLENLÄNGE des Schalls, des Lichts oder eines Magnetfelds beim Durchgang von Sauerstoff

Während jedes dieser Prinzipien seine Stärken und Schwächen hat, verwendet das Technik- und Entwicklungsteam von Analox in erster Linie drei Haupttechnologien zur Sauerstoffmessung: ELEKTROCHEMISCHE, PARAMAGNETISMUS und ZIRCONIA. Da jede Technologie unterschiedliche Stärken und Eigenschaften hat, werden verschiedene Monitore mit den unterschiedlichen Technologien in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Analox liefert derzeit Sauerstoffsensoren, Sauerstoffverarmungs- und -anreicherungsmonitore sowie Alarme für Branchen wie die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, das Gastgewerbe, die Medizin, Forschungslabors, die Landwirtschaft, die Luft- und Raumfahrt, U-Boote, Militärschiffe sowie den kommerziellen Tauchsport und den Sporttauchbereich.

Die meisten Sauerstoffsensoren, -detektoren und -monitore sind so konzipiert, dass sie zwischen null und 25 Volumenprozent Sauerstoff oder in Atemluft messen können.

Der Großteil der Sauerstoffsensorik erfolgt durch eine einfache chemische Reaktion. Der häufigste Prozess ist durch eine ELEKTROCHEMISCHE Reaktion. Die Sauerstoffsensoren, die dieses Verfahren verwenden, werden in erster Linie zur Messung des O2-Wertes in der Umgebungsluft und zur Messung sehr geringer Spurenwerte als Verunreinigungen in reinen Gasen eingesetzt. Der Sensor misst die chemische Reaktion, die durch den elektrischen Ausgang erzeugt wird, der proportional zu den Veränderungen der Sauerstoffwerte ist. In diesem Fall erzeugen einige elektrochemische Sensoren ihren eigenen analogen Strom, d. h. sie können sich selbst mit Strom versorgen.

Diese Schlüsseldynamik macht elektrochemische Sensoren wegen ihres geringeren Energiebedarfs und ihrer niedrigeren Nachweisgrenzen sehr begehrt. Die Geräte sind oft weniger direkt von anderen Gasverschmutzungen betroffen. Sie sollten sich auch beim Hersteller erkundigen, ob der Sensor kreuzungsempfindlich gegenüber anderen Gasen ist.

Außerdem sind sie in der Regel die günstigste Art von Sauerstoffsensoren.

Eine Herausforderung für elektrochemische Sauerstoffsensoren ist der temperaturabhängige chemische Prozess, der dabei zum Einsatz kommt. Die Ausgabe der meisten elektrochemischen Sensoren in Umgebungen mit höheren Temperaturen hängt von der Temperaturkompensation ab, um zuverlässige Messwerte in einem breiten Spektrum von Umgebungsbedingungen zu liefern.

Ein weiterer Faktor, der bei elektrochemischen Sauerstoffsensoren zu berücksichtigen ist, ist die Tatsache, dass die chemische Reaktion im Laufe der Zeit abbricht, in der Regel zwischen einem und drei Jahren, je nach Sensordesign. Da der Sensor altert, muss er häufig neu kalibriert werden und ist nicht so genau wie andere Sensoren.

Elektrochemische Sensoren sind gefragt, weil sie aufgrund des geringeren Stromverbrauchs und der Fähigkeit zur „Selbstversorgung“ die kostengünstigsten Sensoren sind.

Zu den Sauerstoffmonitoren, die die elektrochemische Sensortechnologie der Analox Group nutzen, gehören die beliebten AX60+, ACG+, Aspida, SDA Oxygen und SDA Dual Oxygen, SV-MULTISENSOR 2 und der O2 tragbar.

Ein weiterer elektrochemischer Sauerstoffsensor, der heute in praktisch jedem Auto verwendet wird, ist ZIRCONIA. Ein Wissenschaftler, der mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, namens Walter Nernst, entdeckte, dass, wenn man Zirkonoxid, eine ziemlich verbreitete Art von Keramik, auf 600 Grad Celsius erhitzt und einen elektrischen Stromkreis darüber legt, eine Ladung entsteht, wenn Sauerstoff auf einer Seite des Stromkreises vorhanden ist.

Sauerstoffsensoren, die Zirkonoxid verwenden, sind eine weitere Form von elektrochemischen Sensoren. Das Zirkoniumdioxid in der Einheit ist mit einer dünnen Platinschicht überzogen und bildet so eine elektrochemische Festkörperbrennstoffzelle. Wenn Kohlenmonoxid im Prüfgas vorkommt, wird es durch O2 oxidiert, wobei CO2 entsteht und somit ein Stromfluss ausgelöst wird. Anstatt O2 direkt zu messen, misst der Zirkonoxid-Sensor stattdessen den Unterschied zwischen der O2-Konzentration in der normalen Luft und im Abgas.

Im Gegensatz zu anderen elektrochemischen Sensoren reagieren Sensoren auf Zirkonoxidbasis extrem gut in Umgebungen mit hoher Wärmeentwicklung. Die Sensoren werden typischerweise in Automotoren, in der Medizin und in Laborumgebungen eingesetzt. Die Produkte der Analox Venus-Linie verwenden das Verfahren auf Zirkonoxid-Basis.

Ein einzigartiger Aspekt von Sauerstoff ist, dass er die sehr einzigartige Eigenschaft der PARAMAGNETISMUS besitzt. Wenn Sie Sauerstoff zwischen zwei Magneten schicken, dreht sich das Sauerstoffmolekül um und richtet sich mit dem Magnetismus aus, genau wie Eisenfeilspäne. Sehr wenige andere Gase tun dies. Durch Umklappen ändert sich der Gasfluss und ein sehr kleiner Spiegel bewegt einen Lichtstrahl, der gemessen wird.

Diese Technologie ist die genaueste der drei und die paramagnetische Sensortechnologie ist die erste Wahl für Branchen, in denen Genauigkeit, Präzision und Leistung entscheidend sind. Paramagnetische Sensoren sind mit einem Bereich von 0-100% erhältlich. Dazu gehören Gasherstellung und Lufttrennungsanlagen (Air Separating Units, ASU), Einrichtungen, Krankenhäuser, Lebensmittelproduktion und modifizierte Luftverpackungseinrichtungen. Ein anderer großer Vorteil des paramagnetischen Ansatzes besteht darin, dass nur wenige andere Gase die Messergebnisse beeinflussen können – dies ist viel weniger als bei anderen Techniken.

Die paramagnetische Zelle im Sensor besteht aus zwei mit Stickstoff gefüllten Glaskugeln, die innerhalb eines Magnetfeldes neben einem zentral platzierten Spiegel angebracht sind. Wenn Licht auf den Spiegel fällt, wird es auf ein Paar Fotozellen reflektiert. O2 ist von Natur aus paramagnetisch, so dass es vom Magnetfeld angezogen wird, die Glaskugeln verschiebt und eine Rotation der Suspension verursacht, die von den Fotozellen erfasst wird. Die Höhe dieses Stroms ist direkt proportional zu dem im Messgasgemisch vorhandenen O2.

Der daraus resultierende O2-Wert wird mit hoher Genauigkeit gemessen.
Im Gegensatz zu elektrochemischen Sensortechnologien muss eine paramagnetische Zelle nur selten ausgetauscht werden, und ihre Leistung verschlechtert sich im Laufe der Zeit nicht, was den laufenden Wartungsbedarf reduziert und eine lange Lebensdauer gewährleistet. Diese Langlebigkeit und Zuverlässigkeit hat ihren Preis, denn Monitore mit paramagnetischen Zellen sind oft die teuerste Sensoroption. Wenn es jedoch um spezielle Umgebungen wie Operationssäle in Krankenhäusern und Prüfeinrichtungen geht, sind die Kosten in der Regel kein entscheidender Faktor bei der Auswahl von Monitoren.

Das Analox-Entwicklungsteam verfügt über das technische Know-how und die Fähigkeit, OTS- (off-the-shelf) oder MOTS-Optionen (modified off-the-shelf) zu entwickeln, die je nach Anwendung und spezifischer Umgebung eine, zwei oder alle drei dieser Sensoroptionen enthalten können. Für weitere Informationen über Sauerstoffsensorik, Monitore oder Detektoren wenden Sie sich bitte direkt an die Analox Group.