Amperometrische OEM-Sauerstoffsensormodule und Transmitter

Amperometrische Sauerstoffsensoren aus Zirkoniumdioxid kommen häufig in industriellen Anwendungen zum Einsatz, wo es auf eine genaue Sauerstoffmessung ankommt, beispielsweise in Kraftwerken, Chemieanlagen und bei der Lebensmittelverarbeitung. Angst+Pfister Sensors and Power (vormals Pewatron) ist seit über 30 Jahren auf dem Gebiet der Sauerstoffsensorik tätig. Das Unternehmen hat mehr als 150 verschiedene amperometrische OEM-Sauerstoffsensormodule entwickelt, darunter auch kundenspezifische Lösungen und maßgeschneiderte Produkte.

In diesem Newsletter stellen wir Ihnen einige Highlights aus unserem Produktportfolio vor. Die Sauerstoffsensormodule der Serie FCX‑MC decken einen breiten Anwendungsbereich ab und bieten eine Vielzahl von Funktionen. Sie verfügen über einen 12-Bit-AD-Wandler zur Aufbereitung und Linearisierung des Rohsignals der FCX-U-Sensoren. Bei der Verwendung eines FCX-MC-Moduls stehen mehrere Ausgangssignalprotokolle zur Verfügung, und zwar 4-20 mA/0-10 V Analogausgang und RS232/RS485 serieller Digitalausgang. Die Kalibrierung und Einstellung des Signals erfolgt über präzise Digitalpotentiometer, die über eine externe Anzeigebox gesteuert werden. Dies erlaubt eine sehr genaue Kalibrierung und Einstellung des Signals in der Anwendung. Der FCX-U-Sensor kann auf der Platine in einem gasdichten Strömungsgehäuse platziert werden, um schnelle und zuverlässige Messungen erzwungener Strömungen zu ermöglichen, er kann aber auch über ein Kabel mit der Platine verbunden werden. Es stehen verschiedene Sensorköpfe in Kombination mit Kabeln für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung – von stationären, langlebigen Gassicherheitsgeräten bis hin zu Hochtemperatur-Transmittern zur Messung der Feuchtigkeit.

Die Module der Serie FCX-ML/MP sind daher sehr kompakt, ohne jedoch Kompromisse bei der Qualität des Ausgangssignals und bei der Steuerung der Heizspannung einzugehen. Die Serie verfügt über ein industriell genormtes, nicht-linearisiertes Ausgangssignal von 4-20mA. Aufgrund ihrer kompakten Größe und des guten Preis-Leistungs-Verhältnisses eignen sich die Module der Serie FCX-ML/MP hervorragend für eine Vielzahl industrieller Anwendungen.

Eine weitere FCX-Modulserie mit der Bezeichnung „FCX-MLD“ wurde mit dem Ziel entwickelt, die Lebensdauer des Moduls bei minimalen Anforderungen an die Wartung und Kalibrierung zu erhöhen. Ein Anwendungsbeispiel für die Module der FCX-MLD-Serie ist der Einsatz in Fitness- und/oder Serverräumen, wo die Sauerstoffkonzentration überwacht werden muss. In Fitnessräumen wird beispielsweise durch das Absenken der Sauerstoffkonzentration ein Höhentraining simuliert. Bei Anwendungen in Serverräumen wird durch das Absenken der Sauerstoffkonzentration der Ausbruch eines Feuers aufgrund ausgefallener oder überhitzter Elektronik und Kabel verlangsamt bzw. verhindert. Ein weiterer Anwendungsbereich für die Modulserie FCX-MLD sind CO2-Inkubatoren und/oder Verpackungslinien für Lebensmittel, wo der Sauerstoffgehalt bei höheren Konzentrationen (~ 95 Vol.-%) kontrolliert werden muss. Obwohl die Anwendungen ganz unterschiedlich sind, sind die Anforderungen fast die gleichen: ein stabiler, zuverlässiger Ausgang mit niedriger Drift und langer Betriebsdauer. Bei der Entwicklung der Modulserie FCX-MLD wurde nicht nur auf die Größe, sondern auch auf die sichere Handhabung geachtet. Die Signalschnittstelle ist seriell und bei den Lese- und Schreibbefehlen steht die sichere Handhabung im Vordergrund, d. h. Sensor-/Modulstatus, Sensor ein/aus, Reset, Messspanne Lesen/Schreiben und Nullpunkt Lesen/Schreiben zusammen mit anderen Befehlen.

Die Transmitter-Serie „FCX-TR“ zeichnet sich dadurch aus, dass der FCX-U-Sensor und die Elektronik in ein Gehäuse aus Edelstahl (1.4404) mit einem G½-Gewinde integriert sind. Der Transmitter lässt sich somit direkt in die Anwendung einbauen – sowohl in ein Rohr als auch in eine Kammer –, und die Signalaufbereitung erfolgt im Inneren. Der Ausgang des Transmitters liefert 4–20 mA, ist nicht linearisiert, und das Kabel von einer zentralen Prozesssteuerung zu dem zu überwachenden Prozess kann beliebig lang sein. Die Sauerstofftransmitter FCX-TR wurden hauptsächlich für die Prozesskontrolle in Sauerstoff- und Stickstoffgeneratoren entwickelt, können aber auch für Analysegeräte und 3D-Drucker (Additive Fertigung) verwendet werden. Das Gewinde für die Prozessadaption erleichtert die Integration, der Transmitter kann aber auch im erzwungenen Strömungsmodus betrieben werden. An der Sechskantmutter befindet sich eine Gewindeöffnung, in die ein M5-Prozessadapter eingeschraubt und dort festgezogen werden kann. So lässt sich der Transmitter von der Prozessgasleitung als Bypass betreiben, und er erlaubt, schnell auf Änderungen der Sauerstoffkonzentration zu reagieren.