In industriellen Anwendungen werden häufig potentiometrische Sauerstoffsonden eingesetzt, die für die Abgasmessung im Kfz entwickelt wurden (λ-Sonden).
Diese Sonden haben konstruktionsbedingt entscheidende Nachteile: Durch die ungeregelte Heizung (Heizungsversorgung mit Festspannung) und durch keramische Abdeckschichten, welche die Diffusion bestimmter Gaskomponenten begünstigen, resultieren oft erhebliche Messfehler.
Die ZIROX-Miniatur-Sonden SS27 und MS27 mit geregelter Heizung und integrierter Primärelektronik besitzen bei vergleichsweise geringen Kosten eine hohe Genauigkeit. Kernstück der Sonde ist die bewährte potentiometrische drift- und kalibrierfreie ZIROX-Messzelle. Aufgrund der Sondenkonstruktion sind Messungen mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit möglich.
Die SS27 wurde für Sauerstoffmessungen im Spurenbereich unter oxidierenden Bedingungen konstruiert. Reduzierenden Bedingungen (z.B. unter Formiergas-atmosphäre) darf sie nur für wenige Stunden ausgesetzt werden. Für den Einsatz unter reduzierenden Bedingungen oder für Messungen im Bereich > 100 ppm Sauerstoff wurde die MS27 entwickelt.
Einsatzgebiete
- Sauerstoffmessungen in Schutzgasen
- Abgasuntersuchung in Feuerungsanlagen, Großmotoren und Blockheizkraftwerken
- Feuerungsoptimierung in Kleinfeuerungsanlagen
- Ofengasmessungen in Wärmebehandlungsanlagen
- Optimierung von Deponie- und Biogasverbrennungsanlagen
- Überwachung industrieller Prozesse unter Schutz- und Formiergasatmosphäre
Technische Daten Miniatur-Sonde SS27/MS27
| Einbaulänge | 65 mm (inkl. M18x1,5), 75 mm (DN40KF) |
| Durchmesser | 10 mm |
| Masse | 0,5 kg |
| Abmessung Klemmkopf | 64 x 58 x 36 mm |
| Schutzgrad | IP42, andere auf Anfrage |
| Betriebsspannung | 24 V DC |
| Leistungsaufnahme | 17 W |
| Aufheizzeit | ca. 5 min |
| Sensorspannung (Rohsignal) | 0...200 mV (0...300 mV auf Anfrage) |
| Messbereich (SS27) | 15 ppm...20.6 Vol.-% O2 (0...200 mV) 0,13ppm...20,6 Vol.-% (0...300 mV) |
| Genauigkeit | < 5 % rel. Fehler |
| Messgastemperatur | max. 300 °C |
| Betriebstemperatur der Sonde | 700 °C |
| Umgebungsbedingungen Sondenkopf | max. 50 °C, rel. Luftfeuchte < 80 % |
| Offset | ca. -2...-8 mV (abgleichbar) |
| Ausgangssignal | 4-20 mA (0-5 V, 0-10 V auf Anfrage) |
Berechnung der Sauerstoffkonzentration:
Der Sauerstoffpartialdruck wird mit der NERNSTschen Gleichung berechnet.
Bei Normaldruck gilt:
ϕ(O2) = 20,64 * e (-46,42 U/T)
- ϕ(O2): Sauerstoffkonzentration in Vol.-%
- U: Zellspannung in mV
- T: Zelltemperatur in K (700 °C = 973,15 K)
- 20,64: Sauerstoffkonzentration in Luft bei 50 % rel. Luftfeuchtigkeit
Für die Umrechnung des Ausgangssignals gilt bei
einem Messbereich von 0...200 mV:
| bei Stromausgang 4-20 mA | 1 mA ≙ 12,5 mV Zellspannung |
| bei Spannungsausgang 0-5 V | 1 V ≙ 40 mV Zellspannung |
| bei Spannungsausgang 0-10 V | 1 V ≙ 20 mV Zellspannung |
Rechenbeispiel für 0...200 mV:
Bei einem Ausgangsstrom von 5.5 mA ((5.5-4)mA x 12.5 mV = 18,75 mV) ergibt sich
eine Sauerstoffkonzentration von ϕ(O2) = 8,43 Vol.-%.