Kurzbeschreibung: zur Sauerstoffmessung

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.-%.

 

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