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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Pulsoximeter sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 10 Hersteller von Pulsoximeter und deren Firmenranking.
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Luftsauerstoff-Messgeräte sind Instrumente, die zur Messung der Sauerstoffkonzentration in der Luft verwendet werden.
Es wird manchmal auch als Luftsauerstoff-Sensor oder Sauerstoffsensor bezeichnet. Die Überwachung der Sauerstoffkonzentration in der Umwelt ist äußerst wichtig, da Sauerstoff eine lebenswichtige Substanz für den Menschen ist.
Es gibt auch viele Fälle, in denen eine genaue Kontrolle der Sauerstoffkonzentration in verschiedenen wissenschaftlichen und industriellen Bereichen erforderlich ist, und es werden Geräte für verschiedene Anwendungen hergestellt.
Luftsauerstoff-Messgeräte werden in den folgenden zwei großen Kategorien eingesetzt:
Bei der Vorbeugung von Sauerstoffmangel wird die Sauerstoffkonzentration zum Zweck der Lebenserhaltung in geschlossenen Räumen wie Tunneln überwacht. Denn es heißt, dass eine Person bei einer Sauerstoffkonzentration von unter 15 % Atembeschwerden bekommt, bei einer Konzentration von unter 7 % die Gehirnfunktion beeinträchtigt wird und bei einer Konzentration von unter 4 % der Tod eintritt. Die Geräte können tragbar sein oder an der Wand montiert werden.
Bei einigen industriellen Wärmebehandlungsverfahren, z. B. in der chemischen Industrie, bei Keramik und Metallen, muss die Sauerstoffkonzentration niedrig gehalten werden. Auch die Verbrennungsprozesse in Industrieöfen erfordern eine Überwachung und Kontrolle der Sauerstoffkonzentration, um die Verbrennungseffizienz und den Redoxprozess zu optimieren. Luftsauerstoff-Messgeräte für diese industriellen Zwecke müssen in der Lage sein, rauen Umgebungen, wie z. B. chemischen Reaktionsfeldern mit hohen Temperaturen, zu widerstehen.
Die beiden wichtigsten Funktionsweisen von Luftsauerstoff-Messgeräten sind der galvanische Zellentyp und der Zirkoniumdioxid-Typ. Weitere Typen sind der magnetische Typ und der wellenlängenabstimmbare Halbleiterlaser-Spektrometertyp.
Die galvanische Zelle 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 in festem Zustand sauerstoffnegative Ionen (O2-) leiten, die von einem Gas mit hoher Sauerstoffkonzentration (in der Luft) in eine Atmosphäre mit niedriger Sauerstoffkonzentration (z. B. in einem Industrieofen) geleitet werden.
Diese Ionenleitung erzeugt eine Potenzialdifferenz, und auf der Seite mit der hohen O2-Konzentration bzw. auf der Seite mit der niedrigen O2-Konzentration sind Elektroden angebracht, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen. Die Beziehung ist genau wie bei den positiven und negativen Elektroden einer Batterie.
Die zwischen den Elektroden erzeugte elektrische Spannung folgt 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.
Bei einer Atmosphäre von etwa 400 °C oder weniger wird das Zielgas über ein Entnahmeröhrchen in das Gerät eingeleitet und die Zirkoniumdioxidzelle mit einem Platinheizer o. ä. auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt (Probenahmeverfahren). Der Grund dafür ist, dass Zirkoniumdioxid eine Temperatur von 500 °C oder mehr benötigt, um als Festelektrolyt zu funktionieren.
Für Luftsauerstoff-Messgeräte zur Vermeidung von Sauerstoffmangel und zur Aufrechterhaltung niedriger Sauerstoffkonzentrationen in industriellen Prozessen sollten unterschiedliche Produkte verwendet werden.
Tragbare und stationäre Luftsauerstoff-Messgerät zur Vorbeugung von Sauerstoffmangel sind galvanische, batteriebetriebene Messgeräte, die keine Stromversorgung zum Betrieb des Sensors benötigen. Die Lebensdauer des Sensors wird auf etwa 2 bis 3 Jahre geschätzt. Der Einsatzbereich ist jedoch auf Atmosphären beschränkt, die der allgemeinen Umgebung nahe kommen, und die Genauigkeit beträgt ±0,5 % O2. Einige Produkte sind explosionsgeschützt.
Andererseits werden Produkte auf Zirkoniumdioxidbasis zur Messung der Sauerstoffkonzentration in industriellen Hochtemperaturprozessen wie Industrieöfen usw. verwendet. Bei Atmosphären von 700 °C oder mehr wird der Sensorteil direkt in die Atmosphäre eingeführt, während er bei Temperaturen unter 400 °C mit Hilfe eines Probenahmerohrs usw. in die Atmosphäre eingeführt wird. Unterhalb von 400 °C ist ein Probenahmeverfahren geeignet, bei dem das Gas der Ofenatmosphäre über ein Probenahmerohr usw. angesaugt und die Zirkoniumdioxidzelle separat erhitzt wird.
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