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Sauerstoffsensoren
7.4 Steigungs-Kalibrierung
7.4.1 Grundlagen
Bei der Steigungskalibrierung wird die Partialdruckabhängigkeit dazu genutzt, den Signalstrom
mit einer bekannten und leicht verfügbaren Referenz vergleichen - der Luft.
Die Zusammensetzung trockener Luft ist bekannt:
• 20,95 % Sauerstoff
• 79,05 % sind Stickstoff und Begleitgase
Ortshöhe und Partialdruck
Der Sauerstoffpartialdruck ist nur noch von der Ortshöhe bzw. dem aktuellen absoluten Luft-
druck abhängig. Auf Meereshöhe bei einem Luftdruck von 1013 hPa liegt der Sauerstoffparti-
aldruck bei etwa 212 hPa. In Abhängigkeit von der Ortshöhe verändert sich der Absolutdruck
und damit auch der Sauerstoffpartialdruck. Auf Basis der barometrischen Höhenformel lässt
sich der erwartete Sauerstoffpartialdruck bis in eine Höhe von mehreren Kilometern mit nur
kleinen Fehlern darstellen. Das Kalibrieren wird damit unabhängig von der Ortshöhe.
Drei Methoden, verlässliche Werte für den absoluten Luftdruck zu ermitteln
1. Über die Ortshöhe (oder Altitude) und die barometrische Höhenformel ist ein Zusammen-
hang zwischen Erwartungswert des mittleren absoluten Luftdruckes und der Ortshöhe
gegeben (und auch im Messumformer bzw. im Sensor hinterlegt und damit zugänglich).
2. Über die Messung des absoluten Luftdruckes mit z.B. einer Druckmessdose.
3. Der auf Meeresspiegel rückgerechnete relative Luftdruck ist oft über die Wetterinforma-
tion verfügbar. Dieser relative Luftdruck kann über die barometrische Höhenformel in den
Absolutwert umgerechnet werden.
Wasserdampf
In der Realität ist in der Luft auch immer Wasser in Form von Wasserdampf enthalten. Dieser
trägt zum Gesamtdruck bei. Das bedeutet, der in der Luft enthaltene Wasserdampf verändert
den Sauerstoffpartialdruck.
Luft kann aber nur eine bestimmte Maximalmenge an Wasser speichern. Der Rest wird als Kon-
densat in flüssiger Form (z.B. Tropfen) wieder abgegeben. Der Maximalgehalt von Wasser-
dampf in Luft ist temperaturabhängig und folgt bekannten Funktionen.
Luft 100% rh
In diesem Kalibriermodell wird ausgehend von der Ortshöhe und der Temperatur der Anteil des
Wasserdampfs herausgerechnet, so dass die Information über den tatsächlich vorhandenen
Sauerstoffpartialdruck verfügbar wird. Damit dieses Modell richtig arbeitet, muss sich der zu
kalibrierende Sensor nahe einer Wasseroberfläche oder z.B. im Gasraum eines teilweise mit
Wasser gefüllten Gefäßes befinden. Auf diese Weise lassen sich Sauerstoffsensoren in den
unterschiedlichsten Anwendungen - vom Kraftwerk bis zur Wasseraufbereitung - präzise kali-
brieren.
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