Sauerstoffsensoren

Sauerstoffsensoren für vielfältige Anwendungen

Sauerstoffsensoren werden in vielen Anwendungen der Medizintechnik, Umweltüberwachung, industrieller Prozesskontrolle, neben weiteren Einsatzbereichen eingesetzt, um den Sauerstoffgehalt zu messen.

Bleifreier, potentiostatischer, elektrolytischer Sauerstoffsensor TGS4260

Das Funktionsprinzip des TGS4260, eines potentiostatischen, elektrolytischen Sauerstoffsensors, basiert auf einem 3-Elektrodensystem.

Dieses System besteht aus einer Arbeitselektrode (WE), einer Gegenelektrode (CE) und einer Referenzelektrode (RE). Alle drei Elektroden sind mit einer luftdurchlässigen Membran und einem Edelmetallkatalysator ausgestattet. Sie sind in einem Kunststoffgehäuse untergebracht und stehen mit dem flüssigen Elektrolyten in Kontakt.

Ein Potentiostat ist eine elektronische Schaltung, die in der Elektrochemie zur Steuerung einer Spannungsdifferenz zwischen einer Arbeitselektrode und einer Referenzelektrode verwendet wird.  

Als Messsignal wird ein zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode elektrolytisch erzeugter elektrischer Strom gemessen. Gleichzeitig regelt eine externe Stromquelle das Potential der Arbeitselektrode relativ zur Referenzelektrode.

Wird der Sauerstoffsensor TGS4260 an einer Stelle platziert, an der Sauerstoff vorhanden ist, wird das Potential der Arbeitselektrode auf einen negativen Wert in Bezug auf das Potential der Referenzelektrode gehalten. Als Reaktion findet eine Reduktion von Sauerstoff an der Arbeitselektrode und gleichzeitig die Oxidation von Wasser an der Gegenelektrode statt.

Während dieser elektrochemischen Reaktionen findet eine Ionenleitung im Elektrolyten und ein Elektronenfluss im äußeren Stromkreis statt. Durch Umformung des erzeugten elektrolytischen Stroms in eine Spannung, kann diese am Ausgang gemessen werden. Die Ausgangsspannung verhält sich proportional zur Sauerstoffkonzentration.

Die Formel für die Reaktion der Arbeitselektrode lautet: O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O
Die Formel für die Reaktion der Gegenelektrode lautet:  2H2O - > O2 + 4H+ + 4e-

Bleifreie, elektrochemische Sauerstoffsensor-Familie KE-LF

Die Sauerstoffsensoren der Serie KE-LF (KE-25LF und KE-50LF) sind einzigartige Sauerstoffsensoren mit galvanischen Zellen, entwickelt von Maxell, Ltd. in Japan.
Ihre bemerkenswertesten Merkmale sind die bleifreie Struktur, die lange Lebenserwartung,
die ausgezeichnete chemische Beständigkeit und die nicht vorhandene Querempfindlichkeit auf CO2. Die Sauerstoffsensoren der Serie KE-LF sind ideal für die ständig steigende Nachfrage nach Sauerstoffüberwachung in verschiedenen Bereichen, wie der Verbrennungsgasüberwachung, bei Biogasanlagen, der Atmung, Haushaltsverbrennungsgeräte, u.v.a.

Der Sensor der Serie KE-LF ist eine Metall-Luft-Batterie, mit einer Metallanode, einer Sauerstoffkathode und einem schwach sauren Elektrolyten. Sauerstoffmoleküle gelangen in die
elektrochemische Zelle durch eine nicht poröse Fluorharzmembran und werden an der Kathode mit dem sauren Elektrolyten reduziert. Der Strom, der zwischen den Elektroden fließt, ist proportional zur Sauerstoffkonzentration in dem zu messenden Gasgemisch. Die Ausgangsspannung an den Anschlüssen des Thermistors (zur Temperaturkompensation) und des Widerstands wird als Signal abgelesen, wobei die Änderung der Ausgangsspannung die Änderung der Sauerstoffkonzentration darstellt. Im Inneren des Sensorgehäuses befindet sich eine kleinvolumige Luftblase, um den internen Einfluss von Druckänderungen zu kompensieren. Das Gehäuse des Sensors besteht aus ABS Kunststoff.

Anwendungsgebiete für elektrolytische und elektrochemische Sauerstoffsensoren

Elektrolytische und elektrochemische Sauerstoffsensoren werden in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt. Hier sind einige Beispiele:

  • Industrielle Prozesskontrolle: Sauerstoffsensoren werden in industriellen Prozessen eingesetzt, um den Sauerstoffgehalt in Gasen oder Flüssigkeiten zu überwachen. Sie spielen eine wichtige Rolle in der Steuerung von Verbrennungsprozessen, Kläranlagen, und anderen industriellen Anwendungen.
  • Additive Fertigung (3D Druckverfahren): In der additiven Fertigung, wie zum Beispiel beim 3D-Druckverfahren, werden Sauerstoffsensoren eingesetzt, um den Sauerstoffgehalt während des Fertigungsprozesses genau     zu überwachen und zu regeln. Bei der additiven Fertigung werden Metalle, Legierungen oder andere Elemente schichtweise zusammengeführt, und die Sauerstoffsensorik ist unverzichtbar,     um sicherzustellen, dass der Sauerstoffgehalt exakt kontrolliert wird.
  • Lebensmittel- und Getränkeindustrie: Sauerstoffsensoren werden in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie eingesetzt, um z.B. den Sauerstoffgehalt in Verpackungen zu überwachen und sicherzustellen, dass die Produkte frisch bleiben.
  • Umweltüberwachung: Sauerstoffsensoren werden in der Umweltüberwachung eingesetzt, um den Sauerstoffgehalt in Gewässern wie Seen, Flüssen und Ozeanen zu messen. Sie helfen bei der Überwachung der Wasserqualität und des Ökosystems.
  • Medizinische Anwendungen: Sauerstoffsensoren werden in der medizinischen Diagnostik eingesetzt und in medizinischen Geräten, wie z.B. Beatmungsgeräten, Anästhesiegeräten oder Inkubatoren.

Figaro stellt auf der SENSOR+TEST 2024 aus: Halle 1, Stand 1-561

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