Die Entwicklung der Sauerstoffmessungstechnologien hat in den letzten fünf Jahrzehnten bedeutende Fortschritte gemacht. Besonders erfolgreich haben sich Zirkonium-Festkörpersensoren und elektrochemische Prinzipien erwiesen. Durch den Einsatz von ionenaustauschender Zirkoniumkeramik können Sauerstoffkonzentrationen in einem breiten Bereich von ultraniedrigen Werten bis zu 100 % Volumen gemessen werden. Dies hat zu zahlreichen erfolgreichen Anwendungen geführt, wie der Optimierung von Kraftstoff-Luft-Gemischen für Antriebssysteme, der präzisen Sauerstoffzufuhr in medizinischen Geräten und der Schaffung kontrollierter Umgebungen in Verpackungen verschiedener Produkte.
Fortschrittliche Sauerstoffsensorlösungen mit erhitztem Zirkoniumoxid entwickelt
Die Entwicklung von Sauerstoffsensorlösungen mit erhitztem Zirkoniumoxid durch Angst+Pfister Sensors and Power (APSP) in den letzten 35 Jahren hat zwei verschiedene Ansätze hervorgebracht. Der erste Ansatz nutzt ein hohes elektrisches Feld zwischen zwei Elektroden, um Ladungen zu trennen und einen Stromfluss innerhalb der Dreifachphasengrenzen zu erzeugen. Der zweite Ansatz vergleicht den Unterschied im Sauerstoffpartialdruck zwischen zwei isolierten Elektroden. Dieser Ansatz bietet einen größeren Dynamikbereich und ermöglicht eine präzisere Messung der Sauerstoffkonzentration.
In den kommenden Abschnitten wird der erste Ansatz zur Messung von Sauerstoffkonzentrationen genauer untersucht. Dabei werden die Vorteile dieses Prinzips aufgezeigt und Anwendungsfälle präsentiert, die einen erheblichen Nutzen 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 mit diesem Ansatz in Verbindung stehen, tragen den Zusatz „FCX-“ im Produktnamen.
Einfaches Messprinzip: Die amperometrische Sauerstoffsensorik erklärt und bewertet
Bei der amperometrischen Sauerstoffsensorik handelt es sich um ein Messprinzip, das auf der Verwendung von erhitztem Zirkonium basiert. Die Technologie ermöglicht eine präzise Messung der Sauerstoffkonzentration in verschiedenen Anwendungsbereichen. Durch die gezielte Einschränkung des Gasflusses kann der Sauerstoffpartialdruck selektiv begrenzt werden, was zu einer genauen Modulation des Stromflusses führt. Dies ermöglicht eine zuverlässige Steuerung von Kraftstoff-Luft-Gemischen sowie die präzise Sauerstoffzufuhr in medizinischen Geräten.
Der FCX-amperometrische Sauerstoffsensor arbeitet nach einem einfachen Prinzip. Eine erhitzte Zirkoniumscheibe mit zwei Elektroden wird in eine sauerstoffhaltige Umgebung gebracht. Dadurch entsteht ein Stromfluss, der mit der angelegten Spannung ansteigt. Dieser Stromfluss wird durch die Temperatur der Scheibe und den Sauerstoff verursacht. Damit Sauerstoffmoleküle ihre Elektronen zwischen dem erhitzten Zirkonium und einer Platin-Elektrode freisetzen können, muss die Scheibe auf mindestens 350 °C erhitzt werden.
Der Strom, der im Kreislauf fließt, wird unabhängig von der atmosphärischen Sauerstoffkonzentration erzeugt. Die transparente Elektrode ermöglicht die Erfassung von Sauerstoffmolekülen und bietet genügend Auffangstellen. Ein konkretes Beispiel für eine solche Elektrode ist eine platinhaltige Struktur mit offenen Oberflächenstellen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Die Korngrenzen dieser Struktur liegen im Bereich von 2-5 Mikrometern.
Der Stromfluss zwischen den Elektroden auf der erhitzten Zirkoniumscheibe wird durch die Sauerstoffkonzentration beeinflusst. Durch das Anbringen einer Kappe mit einem mikrometergroßen Bohrloch wird der Gasfluss auf einer Seite der Scheibe eingeschränkt. Dies ermöglicht eine selektive Begrenzung des Gasflusses auf eine der Elektroden, während der Sauerstoffpartialdruck der verschiedenen Gaselemente beibehalten wird. Dadurch wird der Stromfluss moduliert und eine präzise Messung der Sauerstoffkonzentration ermöglicht.
Der FCX-amperometrische Sauerstoffsensor von Angst+Pfister Sensors and Power (APSP) kann in verschiedenen Messbereichen eingesetzt werden, um die Sauerstoffkonzentration präzise zu messen. Mit vier verfügbaren Messbereichen von 0-1000 ppm bis 0-95 Vol% O2 bietet der Sensor eine breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten. Sauerstoffkonzentratoren, Beatmungsgeräte, Inkubatoren und Sauerstofftherapiegeräte sind nur einige Beispiele für die zahlreichen Anwendungsbereiche, in denen der FCX-amperometrische Sauerstoffsensor verwendet werden kann.
Zuverlässige Messung von Sauerstoffkonzentrationen in verschiedenen Anwendungsbereichen
Das FCX-amperometrische Prinzip der Sauerstoffsensorik ermöglicht eine genaue Messung der Sauerstoffkonzentration in verschiedenen Anwendungsbereichen. Es findet Anwendung in der Steuerung von Kraftstoff-Luft-Gemischen, der präzisen Sauerstoffzufuhr in medizinischen Geräten und der Schaffung kontrollierter Umgebungen in Verpackungen. Mit seinen verschiedenen Messbereichen bietet der FCX-amperometrische Sauerstoffsensor eine breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten und trägt zur Verbesserung von Prozessen in verschiedenen Branchen bei. Die Lösungen von Angst+Pfister Sensors and Power (APSP) sind bekannt für ihre Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit und bieten den Kunden einen erheblichen Mehrwert.
