Sauerstoffsensoren
Amperometrische Sauerstoffsensoren als Basis für OEM-Gassensormodule
Amperometrische Zirkonoxid-Sauerstoffsensoren werden häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt, in denen eine genaue Sauerstoffmessung von entscheidender Bedeutung ist, wie z. B. in Kraftwerken, Chemieanlagen und der Lebensmittelverarbeitung. Sie werden auch in Automobilanwendungen verwendet, um die Sauerstoffkonzentration in Motorabgasen zu überwachen. Diese Sensoren sind äußerst zuverlässig, haben eine lange Lebensdauer und minimale Wartungsanforderungen, was sie in vielen Anwendungen zur perfekten Wahl macht.
Die von Angst+Pfister Sensors and Power (APSP) hergestellten amperometrischen Sauerstoffsensoren garantieren einen stabilen Ausgangsstrom über die gesamte Lebensdauer von bis zu 10 Jahren. Sie sind bekannt für ihre hohe Genauigkeit, Stabilität und Empfindlichkeit gegenüber niedrigen Sauerstoffkonzentrationen sowie für ihre schnelle Ansprechzeit und geringe Querempfindlichkeit.
Die FCX-U-Serie von Zirkonoxid-Sauerstoffsensoren umfasst 4 Typen, jeder mit einem festen Messbereich: 0-1000 ppmO2 [FCX-ULL], 0-5 Vol%O2 [FCX-UL], 0-25 Vol.-% O2 [FCX-UC] und 0–95 Vol.-% O2 [FCX ‑UWC]. Alle Typen werden durch eine integrierte Widerstandsheizung auf 450 °C erhitzt und der Ausgangsstrom wird durch die genaue Temperatur des Sensorelements und die Sensorspannung am Sensorelement präzise geregelt. Aufgrund der hohen Temperatur des kleinen keramischen Sensorelements ist der Ausgangsstrom des Sensors zwischen -10 und 50 °C nahezu unabhängig von der Gastemperatur. Darüber hinaus können die FCX-U-Sensoren durch entsprechendes Design des Sensorkopfs (Kabel und Gehäuse) bis zu 325 °C verwendet werden.
Die FCX-U-Serie von Zirkonoxid-Sauerstoffsensoren misst den Sauerstoff-Partialdruck unabhängig vom statischen Druck, da der Messstrom des Sensors nur durch die Diffusion begrenzt ist und das gesamte Sensorelement selbst dem umgebenden, statischen Luftdruck ausgesetzt ist. Der Ausgangsstrom z. B. eines 0-25 Vol% O2 -Sensors (FCX-UC) bleibt über 30.000 Betriebsstunden stabil und driftet in Luft weniger als 1 % relativ/Jahr. Bei Erreichen ‑des Lebensendes (EOL) beschleunigt sich die Ausgangsdrift auf > 10 % relativ/Monat, was als Information ausgewertet werden kann. Das Sensorelement ist in Keramikwolle verpackt, was bei Gasen mit hohem Feuchtigkeitsgehalt und/oder Partikeln ein offensichtlicher Vorteil ist.
Neben amperometrischen Sauerstoffsensoren auf Zirkonoxidbasis bietet APSP auch ein vielfältiges Portfolio an elektrochemischen Sauerstoffsensoren auf Flüssigkeits-, Gel- oder Polymerbasis mit schwach alkalischem Elektrolyt an. Das allgemeine Arbeitsprinzip von elektrochemischen Sauerstoffgassensoren basiert auf der Reduktion von Sauerstoff an der Messelektrode (Kathode) mit anschließender Oxidation an der zweiten Elektrode (Anode). Elektrochemische Gassensoren werden aufgrund ihres stabilen Ausgangsstroms, ihrer Robustheit gegenüber Silikon und ihres guten Preis-Leistungs-Verhältnisses immer beliebter für verschiedene Anwendungen, die von tragbaren Gassicherheitsgeräten bis hin zu komplexen Prozesskammern für die additive Fertigung reichen.
Die Sauerstoffgassensoren der PO2ES-Serie von APSP sind bleifrei und haben einen schwach alkalischen, flüssigen Elektrolyten in einer klassischen 3-Elektroden-Konfiguration, wodurch sie sehr wenig querempfindlich gegenüber anderen Gasen sind.
Die Sauerstoff-Gassensoren PO2ES können bis 100 %rel. Feuchtigkeit betrieben werden und zeigen nur sehr geringe Reaktionen auf 100 Vol% Gase oder auf Gasgemische aus Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen. Dadurch eignen sie sich sehr gut für Anwendungen wie Sicherheitsüberwachung und Gasqualität während der Erzeugung, Speicherung, des Transports und des Pumpens von Biogas, Erdgas, Propan und Wasserstoff. Die PO2ES-Sauerstoffsensoren können auch über einen längeren Zeitraum in trockener Umgebung betrieben werden, beispielsweise wenn trockener Stickstoff oder Argon verwendet wird, um die Sauerstoffkonzentration in einer geschlossenen Umgebung zu senken.
Bei der ES1-Sensor Serie von APSP (erhältlich für mehr als 20 verschiedene Gase) ist der Elektrolyt in einem Polymer immobilisiert und auf ein Keramiksubstrat gedruckt. Der Sauerstoffsensor ES1-O2 für 0-25 Vol% O2 hat einen schwachen Elektrolyten, der in einer dickschichtgedruckten 3-Elektroden-Konfiguration immobilisiert ist. Ein Kapillarrohr bildet die Schnittstelle zur Gasprobe. Der Sensor hat keinen Lageeffekt und hat einen sehr kleinen Footprint [11,5 mm x 11,5 mm], was ihn zu einem der wenigen Sauerstoffsensoren macht, der sich gut für tragbare Analysegeräte und für die Integration in Anwendungen mit begrenztem Bauraum eignet. Das Ausgangssignal des ES1-O2-Sauerstoffsensors bleibt für mehr als 25.000 Betriebsstunden stabil mit einer maximalen Drift in Luft von < 2-5 % relativ/Jahr. Auch hier beschleunigt sich bei Erreichen des Lebensendes (EOL) die Ausgangsdrift auf > 10 % relativ/Monat und lässt sich als zusätzliche Information auswerten.
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