Über die letzten fünf Jahrzehnte hinweg wurden viele verschiedene Technologien zur Sauerstoffmessung entwickelt. Besonders erfolgreich haben sich dabei Zirkonium-Festkörpersensoren und elektrochemische Prinzipien erwiesen. Durch den Einsatz von ionenaustauschender Zirkoniumkeramik ist es möglich, Sauerstoffkonzentrationen präzise zu messen, angefangen von extrem niedrigen Werten bis hin zu 100 % Volumen. Diese Technologie hat in verschiedenen Branchen zahlreiche erfolgreiche Anwendungen gefunden, wie beispielsweise die Optimierung von Kraftstoff-Luft-Gemischen für Antriebssysteme, die genaue Sauerstoffzufuhr in medizinischen Geräten sowie die Schaffung kontrollierter Umgebungen in Verpackungen.
Zwei Ansätze zur Sauerstoffmessung: elektrisches Feld und potenzieller Unterschied
Angst+Pfister Sensors and Power (APSP) hat in den letzten 35 Jahren maßgeblich zur Entwicklung von Sauerstoffsensorlösungen mit erhitztem Zirkoniumoxid beigetragen. Dabei wurden zwei verschiedene Ansätze verfolgt. Der erste Ansatz nutzt ein starkes elektrisches Feld, um Ladungen zu trennen und einen Stromfluss zu erzeugen. Der zweite Ansatz hingegen vergleicht den Sauerstoffpartialdruck zwischen isolierten Elektroden. Durch diese unterschiedlichen Ansätze kann eine präzise Messung der Sauerstoffkonzentration in einer Vielzahl von Anwendungen ermöglicht werden.
Im weiteren Verlauf wird der erste Ansatz zur Sauerstoffmessung mit Stromfluss genauer betrachtet. Dabei werden die Stärken dieses Prinzips erläutert und Anwendungsfälle vorgestellt, die einen bedeutenden Mehrwert für verschiedene Prozesse bieten und das Wertversprechen für Kunden von Angst+Pfister Sensors and Power (APSP) stärken. Dieser Ansatz wird als FCX-amperometrisches Prinzip der Sauerstoffsensorik bezeichnet. Alle APSP-Produkte, die auf diesem Ansatz basieren, tragen den Präfix „FCX-“ in ihrem Produktnamen.
Komplexe Physik, einfache Messung: Das Prinzip der amperometrischen Sauerstoffsensorik
Die amperometrische Sauerstoffsensorik basiert auf der Verwendung von erhitztem Zirkonium und bietet eine einfache und zuverlässige Methode zur Messung der Sauerstoffkonzentration. Durch die Anwendung eines hohen elektrischen Feldes zwischen den Elektroden entsteht ein Stromfluss, der durch die Sauerstoffmoleküle und die Temperatur der Zirkoniumscheibe beeinflusst wird. Durch die strategische Einschränkung des Gasflusses kann der Sauerstoffpartialdruck selektiv begrenzt werden, was eine präzise Messung ermöglicht.
Der FCX-amperometrische Sauerstoffsensor verwendet eine erhitzte Zirkoniumscheibe mit zwei Elektroden, um die Sauerstoffkonzentration in einer gasförmigen Umgebung zu messen. Dabei entsteht ein Stromfluss, der mit der angelegten Spannung ansteigt. Dieser Stromfluss wird durch die Temperatur der Scheibe und den Sauerstoff verursacht. Um die Elektronen zwischen dem erhitzten Zirkonium und der Platin-Elektrode freizusetzen, muss die Scheibe auf mindestens 350 °C erhitzt werden.
Der Stromkreislauf, der durch den Sauerstoffsensor fließt, ist unabhängig von der Sauerstoffkonzentration in der Umgebung. Um genügend Auffangstellen für Sauerstoffmoleküle zu bieten, muss die Elektrode transparent sein. Ein Beispiel dafür ist eine platinhaltige Struktur mit offenen Oberflächenstellen, deren Korngrenzen im Bereich von 2-5 Mikrometern liegen. Dies ermöglicht eine präzise Erfassung von Sauerstoffmolekülen.
Um den Stromfluss zwischen den Elektroden auf der erhitzten Zirkoniumscheibe zu modulieren, wird eine strategische Einschränkung des Gasflusses auf einer Seite der Scheibe angewendet. Dies geschieht durch das Anbringen einer Kappe mit einem mikrometergroßen Bohrloch. Durch diese Maßnahme wird der Gasfluss auf eine der Elektroden begrenzt, während der Sauerstoffpartialdruck der verschiedenen Gaselemente aufrechterhalten wird. Der modulierte Stromfluss ermöglicht eine präzise Messung der Sauerstoffkonzentration.
Der FCX-amperometrische Sauerstoffsensor von APSP zeichnet sich durch seine Vielseitigkeit aus. Er ist in vier verschiedenen Messbereichen erhältlich, um eine genaue Messung der Sauerstoffkonzentration zu ermöglichen. Mit einer Messgenauigkeit von 0-1000 ppm bis 0-95 Vol% O2 kann der Sensor in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Dazu gehören Sauerstoffkonzentratoren, Beatmungsgeräte, Inkubatoren und Sauerstofftherapiegeräte. Dank seiner präzisen Messergebnisse gewährleistet der FCX-amperometrische Sauerstoffsensor eine zuverlässige Steuerung und Überwachung des Sauerstoffgehalts.
Präzise Steuerung von Kraftstoff-Luft-Gemischen mit FCX-amperometrischer Technologie
Das FCX-amperometrische Prinzip der Sauerstoffsensorik ist eine zuverlässige und präzise Technologie zur Messung der Sauerstoffkonzentration in verschiedenen Anwendungsbereichen. Sie ermöglicht eine genaue Steuerung von Kraftstoff-Luft-Gemischen, eine präzise Sauerstoffzufuhr in medizinischen Geräten und die Schaffung kontrollierter Umgebungen in Verpackungen. Mit seinen verschiedenen Messbereichen bietet der FCX-amperometrische Sauerstoffsensor vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und trägt zur Verbesserung von Prozessen in verschiedenen Branchen bei. Die Lösungen von Angst+Pfister Sensors and Power (APSP) haben sich als zuverlässig und leistungsstark erwiesen und bieten den Kunden einen signifikanten Nutzen.
