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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Sauerstoff-Monitore sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 5 Hersteller von Sauerstoff-Monitore und deren Firmenranking.
Ein Sauerstoff-Monitor ist ein Messgerät, das zur Messung der Sauerstoffkonzentration in der Luft verwendet wird.
Manchmal wird es auch als Sauerstoffsensor oder Sauerstoffmessgerät bezeichnet. Sauerstoff-Monitore werden benötigt, weil Sauerstoff eine lebenswichtige Substanz für den Menschen ist.
Die Überwachung des Sauerstoffgehalts ist vor allem an engen Arbeitsplätzen mit Ventilen wichtig, an denen es zu Sauerstoffmangel kommen kann. Auch in vielen wissenschaftlichen und industriellen Bereichen ist eine genaue Kontrolle der Sauerstoffkonzentration im Hinblick auf die Prozesssteuerung und die Wartung von Anlagen erforderlich. Je nach den Anforderungen des wissenschaftlichen und industriellen Sektors sind Messsysteme für eine breite Palette von Messbedingungen erhältlich.
Typische Beispiele sind Zirkoniumdioxid-Sensoren, die zur Produktkontrolle in der Halbleiterherstellung, zur Energieeinsparung in Automobilen usw. und zur Abgasreinigung eingesetzt werden. Weitere Informationen über Sauerstoff-Monitore finden Sie in der nachstehenden Abbildung.
Sauerstoff-Monitore werden vor allem zu zwei Zwecken eingesetzt: zur Vermeidung von Sauerstoffmangel und zur Kontrolle der Sauerstoffkonzentration.
Die Sauerstoffüberwachung spielt eine äußerst wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung lebenswichtiger Aktivitäten in geschlossenen Räumen. Denn wenn die Sauerstoffkonzentration unter 15 % fällt, hat der Mensch Atembeschwerden, unter 7 % ist die Gehirnfunktion beeinträchtigt und unter 4 % tritt der Tod ein. Die Geräte können tragbar sein oder an der Wand montiert werden.
Bei einigen industriellen Wärmebehandlungsverfahren, wie z. B. in der chemischen Industrie, bei Keramik und Metallen, muss der Sauerstoffgehalt niedrig gehalten werden. Auch die Verbrennungsprozesse in Industrieöfen erfordern eine Überwachung und Kontrolle der Sauerstoffkonzentration, um die Verbrennungseffizienz und den Redoxprozess zu optimieren.
Sauerstoff-Monitore für solche industriellen Anwendungen können intensiven chemischen Reaktionen in Umgebungen mit hohen Temperaturen ausgesetzt sein. Sie müssen resistent gegen raue Umgebungen sein.
Die beiden wichtigsten Funktionsprinzipien von Sauerstoff-Monitoren sind der "galvanische Zellentyp" und der "Zirkoniumdioxid-Festelektrolyt-Typ". Weitere Typen sind der "magnetische Typ" und der "wellenlängenabstimmbare Halbleiterlaser-Spektroskopietyp".
Eine galvanische Batterie besteht aus einer Harzmembran, die den Sauerstoff aus der Außenwelt durchlässt, aus Gold- (Au) und Bleielektroden (Pb) und einem Elektrolyten (wässrige Kaliumhydroxidlösung). An jeder Elektrode finden die folgenden Reaktionen statt.
Die an der Anode abgegebenen Elektronen erreichen die Kathode, wo der aus der Luft aufgenommene Sauerstoff die an der Anode abgegebenen Elektronen aufnimmt. Dieser Elektronenfluss (Strom) ist proportional zur Sauerstoffkonzentration, so dass die Sauerstoffkonzentration durch Messung des Stroms gemessen werden kann. Diese Reaktion läuft spontan ab und erfordert keine Stromversorgung, um den Sensor zu betreiben.
Bei dieser Methode wird eine Zirconiumdioxid-Zelle verwendet, die die Tatsache ausnutzt, dass Zirkoniumdioxid bei Temperaturen über 500°C die Eigenschaften eines Festelektrolyten aufweist. Zirkoniumdioxid kann sauerstoffnegative Ionen (O2) in festem Zustand leiten, und die Ionen werden von einem Gas mit hoher Sauerstoffkonzentration (in der Luft) in eine Atmosphäre mit niedriger Sauerstoffkonzentration (z. B. in einem Industrieofen) geleitet.
Diese Ionenleitung erzeugt eine Potenzialdifferenz, und auf der Seite mit der hohen O2-Konzentration und der Seite mit der niedrigen O2-Konzentration sind Elektroden angebracht, die eine elektromotorische Kraft erzeugen. Die Beziehung ist ähnlich wie bei den positiven und negativen Elektroden einer Batterie.
Die zwischen den Elektroden erzeugte elektromotorische Kraft gehorcht der Nernst-Gleichung (siehe unten), so dass der Sauerstoffpartialdruck an jeder Elektrode bestimmt werden kann.
Die Temperatur wird mit Thermoelementen gemessen, die auf dem Zirkoniumdioxid angebracht sind. In Atmosphären unter 400 °C wird das Zielgas über ein Entnahmeröhrchen in das Gerät eingeleitet und die Zirkoniumdioxidzelle mit einem Platinheizer oder ähnlichem auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt (Probenahmeverfahren). Der Grund dafür ist, dass Zirkoniumdioxid eine Temperatur von 500 °C oder mehr benötigt, um als fester Elektrolyt zu funktionieren.
Für Sauerstoffmonitore, die Sauerstoffmangel verhindern sollen, und solche, die niedrige Sauerstoffkonzentrationen in industriellen Prozessen aufrechterhalten sollen, sollten unterschiedliche Produkte verwendet werden.
Tragbare und stationäre Sauerstoffmessgeräte zur Vermeidung von Sauerstoffmangel verwenden ein galvanisches Batteriesystem. Dieser Typ benötigt keine Stromversorgung, um den Sensor zu betreiben.
Die Lebensdauer des Sensors beträgt etwa 2 bis 3 Jahre. Der Einsatzbereich ist jedoch auf Atmosphären beschränkt, die der allgemeinen Umgebung nahe kommen, mit einer Genauigkeit von ±0,5 % O2. Die Geräte sind in tragbarer und wandmontierter Ausführung erhältlich, einige sind explosionsgeschützt.
Produkte vom Typ Zirkoniumdioxid eignen sich für die Messung der Sauerstoffkonzentration in industriellen Hochtemperaturprozessen, wie z. B. in Industrieöfen usw. In Atmosphären über 700 °C wird der Typ mit direkter Einfügung verwendet, bei dem der Sensorteil direkt in die Atmosphäre eingeführt wird.
Bei Temperaturen unter 400 °C hingegen ist die Probenahmemethode geeignet, bei der das Atmosphärengas im Ofen durch ein Probenahmerohr oder ähnliches angesaugt und die Zirkoniumdioxidzelle separat beheizt wird. Die richtige Wahl muss je nach Anwendung getroffen werden.
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| 4 | DEHAS Medical Systems GmbH | 13.3% |
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