Prinzip

Zirkonoxid (ZrO2) ist eine Keramik, die mit einem bestimmten Prozentsatz niederwertiger Metalloxide als Stabilisatoren dotiert ist, wie etwa Calciumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO) und Yttriumoxid (Y2O3). Es weist eine hohe Leitfähigkeit bei hohen Temperaturen auf, ist ein Leiter mit ionischen Leitfähigkeitseigenschaften und wird zu einem Zirkonoxid-Festelektrolyten. Bei einer bestimmten Temperatur, wenn der Sauerstoffgehalt im Gas auf beiden Seiten des Zirkonoxidrohrs unterschiedlich ist, wird eine typische Sauerstoffkonzentrationsdifferenzzelle gebildet.

Das Zirkoniarohr ist insgesamt röhrenförmig und durch Zirkoniamaterial getrennt. Auf jeder Seite des Zirkonia ist eine poröse Metallschicht als Elektrode gesintert (normalerweise wird Pt als Elektrodenmaterial verwendet). Bei einer bestimmten Temperatur (600 °C bis 1400 °C) werden Sauerstoffmoleküle auf der Seite mit höherem Sauerstoffgehalt an der Elektrode adsorbiert, wodurch die Elektrode auf dieser Seite positiv geladen wird und zum Pluspol oder zur Anode der Batterie mit Sauerstoffkonzentrationsdifferenz wird. Unter der katalytischen Wirkung von Platin findet eine Reduktionsreaktion statt und es werden Elektronen gewonnen, die Sauerstoffionen bilden. Die Sauerstoffionen wandern durch die Löcher im Zirkoniakristall auf die andere Seite mit geringerem Sauerstoffgehalt, wodurch diese Elektrode negativ geladen wird und zum Minuspol oder zur Kathode der Sauerstoffkonzentrationszelle wird. An der Platinelektrode gehen Elektroden verloren und es werden Sauerstoffmoleküle gebildet. Dadurch entsteht an den beiden Elektroden aufgrund der Ansammlung positiver und negativer Ladungen ein bestimmtes Potenzial, das gemäß der Nernst-Gleichung mit dem Unterschied der Sauerstoffkonzentration in den beiden gemessenen Gasen des Zirkoniumdioxids zusammenhängt:

       E=(RT/4F)*Ln(P0/P)

Wo

E------- oxygen concentration difference potential (mV)

R------- gas constant 8.3145 J/mol-K

T------- zirconia probe operating temperature (K, absolute temperature) = 273.15 + t (°C)

F------- Faraday constant, 96485.3365 (C/mol)

P0------- partial pressure of oxygen in the reference gas 

P ------- Oxygen partial pressure in the sample gas

Durch Messen des Konzentrationszellpotentials E und der absoluten Temperatur der Zirkoniumdioxidsonde kann der Sauerstoffpartialdruck (P) im zu messenden Gas berechnet werden und damit die Sauerstoffkonzentration im zu messenden Gas.

Die Zirkoniumdioxidmethode weist eine hohe Empfindlichkeit, schnelle Reaktionszeit, einen großen linearen Bereich, eine gute Reproduzierbarkeit und Stabilität auf. Der innere Aufbau ist einfach und nahezu unabhängig von äußeren Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Vibration usw. und erfordert wenig Wartung. Die Zirkoniumdioxidmethode ist jedoch nicht zur Messung der Sauerstoffkonzentration in reduzierenden Gasen oder Gasproben mit hohem Reduktionsgasgehalt geeignet, da die Sauerstoffkonzentration durch das Reduktionsgas im zu messenden Gas beeinflusst wird, was zu schlechten Messergebnissen führt. Die Lebensdauer des Sensors beträgt typischerweise 5 Jahre oder mehr und wird typischerweise für Sauerstoffgehaltsmessungen bei ppm, Luftkonzentration (20,64 %) verwendet.

Unsere Sensoren wurden bisher an mehr als 2.000 Kunden in Industrieanlagen und Forschungseinrichtungen in 73 Ländern geliefert. Und mit der katalytisch inaktiven potentiometrischen Sauerstoffmesszelle bieten wir eine weltweit einzigartige Lösung an, die die Vorteile klassischer Hochtemperatur-Festelektrolytsensoren mit denen kalter elektrochemischer Sauerstoffsensoren (Clark-Zellen) vereint.

Highlights:

• Kein Drift, wartungsfrei, keine Kalibrierung erforderlich*

• Bereich: 0 ~ 10 ppm/100 ppm/1000 ppm/30 % (bis zu 100 Vol.-% auf Anfrage)

• Schnelle Reaktion: T90 < 0,5 s

• Hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit: Genauigkeit < 3 % FS, Wiederholbarkeit < ± 0,1 % FS

• Probengastemperatur: < 300 °C (optional 700 ~ 1400 °C)

• Betriebstemperatur: 700 ~ 800 °C

• Gasdruck: < 2 bar (für Vakuum verfügbar)

• Durchfluss: 5 ~ 10 l/h, max. 10 m/s

• Aufwärmzeit: 5 Minuten

• Robustes und langlebiges Design

• Langlebiger Zirkonia-Sensor

*Für Vakuumanwendungen ist eine Kalibrierung erforderlich

Hauptanwendungen: 

1. Messung des Sauerstoffgehalts in Inertgasen, elektronische Halbleiterindustrie, Luftzerlegung, Stahlmetallurgie, chemische Düngemittel, chemische Industrie, Schweißschutz usw.

2. Messung des Sauerstoffgehalts in Prozent in Rauchgasen, Kraftwerke, petrochemische Raffination, chemische Industrie, Eisen- und Stahlmetallurgie, Zement- und Baumaterialien, Kessel usw.

Anwendungsbereiche:

• ASU (Luftzerlegungsanlage)

• Chemische und pharmazeutische Industrie

• Erdöl- und petrochemische Industrie

• Metallurgische Industrie

• Glasherstellung

• Halbleiterindustrie

• Lebensmittel- und Getränkeindustrie

• Fackelüberwachung

• Nuklear-, Wärmebehandlungs- und Schweißschutz

• Umgebungsüberwachung

• Anästhesie, Atmung und Schwangerschaftsvorsorge