Vorgehensweise; Vorgehensweise - Nullen Des Sensors; Vorgehensweise - Luftkalibrierung - Emerson 5081-A Betriebsanleitung

Betriebsanleitung
BA-5081-A-HT Rev. F
August 2004
9.1 ALL 9.1 ALL 9.1 ALLG G G G G EMEI 9.1 ALL 9.1 ALL EMEI EMEI EMEINE BEMERKUNG EMEI NE BEMERKUNG NE BEMERKUNG NE BEMERKUNGEN NE BEMERKUNG
Dieses Kapitel des Handbuches beschreibt die Kalibrierung der O
menhang zwischen der Konzentration des gelösten Sauerstoffs und dem Sensorstrom. Zur Kalibrierung wird der Sensor ei-
nem sauerstofffreien Medium (Nullen des Sensors) und einem Medium mit bekannter Sauerstoffkonzentration (Luft-
kalibrierung oder Kalibrierung im Prozess) ausgesetzt.
Die Nullpunktkalibrierung oder die Nullung des Sensors ist notwendig, da der amperometrische Sensor auch bei Abwesenheit
von Sauerstoff im Prozessmedium einen Nullstrom produziert. Dieser Nullstrom wird im Messumformer gespeichert und
während der Messung vom tatsächlich gemessenen Strom subtrahiert, bevor die Differenz dann in die Sauerstoffkonzentration
umgerechnet wird. Eine Nullung des Sensors wird bei neuen Sensoren und nach dem Auswechseln bzw. dem Auffüllen von
Elektrolytlösung dringend empfohlen. Als Standard für die Nullung des Sensors kann 5%ige Natriumsulfit-Lösung (Na
O -freier Stickstoff verwendet werden.
2
Hinweis Hinweis Hinweis
Hinweis Hinweis
Der Sensor 499A TrDO zur Bestimmung gelösten Sauerstoffs im ppb-Bereich muss nicht im Nullpunkt kali-
briert werden. Dieser Sensortyp weist einen sehr geringen Nullstrom auf. Der geringe Nullstrom entspricht ma-
ximal einem Sauerstoffmessfehler von ± 0,5 ppb gelöstem Sauerstoff.
Der Sinn einer Kalibrierung besteht darin, den Anstieg m der Funktion F = f(I) = mc + n zu bestimmen, wobei c die Konzentrati-
on an gelöstem Sauerstoff darstellt und n denjenigen Strom, den der Sensor bei c=0 ppm generiert. Die Löslichkeit von Sauer-
stoff in Wasser als Funktion der Temperatur und des Druckes ist gut untersucht. Daher ist es eine einfache Methode, den O
einfach in sauerstoffgesättigtem Wasser hinsichtlich des Anstieges ΔI/Δc zu kalibrieren. Vom Standpunkt des Sensors aus
betrachtet ist es gleichgültig, ob die Kalibrierung in wassergesättigter Luft oder in luftgesättigtem Wasser durchgeführt wird.
Unter Gleichgewichtsbedingungen sind die chemischen Potenziale des Sauerstoffs in Luft und in Wasser identisch. Die Diffu-
sion des Sauerstoffs durch die permeable Membran des Sensors wird nur durch unterschiedliche chemische Potenziale des
Sauerstoff im Prozessmedium einerseits und im Sensormikrosystem andererseits verursacht.
O -Sensoren erzeugen einen zur Diffusionsrate des Sauerstoffs proportionalen Strom. Die Diffusionsrate, d.h. die Anzahl der pro
2
Zeiteinheit diffundierenden O
sowie im Sensormikrosystem. Durch die Reaktion des Sauerstoff mit der Elektrolytlösung des Sensors werden die durch die
semipermeable Membran übertretenden O
in der Elektrolytlösung des Sensors null oder nahe null ist. Das einzige Maß für den Strom des Sensors ist damit das chemische
Potenzial des Sauerstoffs im Prozess. Bei der Kalibrierung bestimmt das chemische Potenzial des Kalibrierstandards den Sensorstrom.
Die Kalibrierung der Empfindlichkeit des Sensors ist am ein-
fachsten in wassergesättigter Luft durchzuführen. Es muss
dann nur der zur Zeit der Kalibrierung herrschende baromet-
rische Druck in den Messumformer eingegeben werden, um
diese Routine einzuleiten. Der Messumformer misst den
Sensorstrom und speichert diesen sowie die Temperatur. Mit
Hilfe der Temperatur berechnet der Messumformer den
Dampfdruck von Wasser sowie den daraus resultierenden
Sauerstoffpartialdruck. Mit Hilfe des Bunsen-Koeffizienten
werden diese Daten in die Gleichgewichtskonzentration des
Sauerstoffs in Wasser bei der gemessenen Temperatur um-
gerechnet. Zum Beispiel beträgt diese bei 25 °C und einem
barometrischen Druck von 760 mm Hg 8,24 ppm.
Oft ist es zu schwierig, den Sensor zur Kalibrierung aus dem
Prozess auszubauen. In diesem Fall kann die On-line Messung
gegen ein diskontinuierlich arbeitendes, geeichtes externes
O -Messgerät kalibriert werden.
2
Kapitel 9.0
KALI KALIB B B B B RI RI RI RI RIER KALI ER ER UNG DER SA UNG DER SA
KALI KALI ER ERUNG DER SA UNG DER SA UNG DER SAUER
9.1 Allgemeine Bemerkungen

9.2 Vorgehensweise - Nullen des Sensors

9.3 Vorgehensweise - Luftkalibrierung

9.4 Vorgehensweise - Kalibrierung im Prozess
EN EN EN EN
-Moleküle ist eine Funktion der Differenz der chemischen Potenziale des Sauerstoffs im Prozess
2
-Moleküle unmittelbar umgewandelt, so dass die Konzentration an O
2
UER UERS S S S S T T T T T O O O O O FFME UER FFME FFME FFMES S S S S S S S S S UNG UNG UNG
UER FFME UNG UNG
-Messung. Abbildung 9-1 zeigt den proportionalen Zusam-
2
Abbildung 9-1 Sensorstrom I als Funktion der Konzentra- Abbildung 9-1 Sensorstrom I als Funktion der Konzentra- Abbildung 9-1 Sensorstrom I als Funktion der Konzentra- Abbildung 9-1 Sensorstrom I als Funktion der Konzentra- Abbildung 9-1 Sensorstrom I als Funktion der Konzentra-
tion an gelöstem Sauerstoff tion an gelöstem Sauerstoff
tion an gelöstem Sauerstoff tion an gelöstem Sauerstoff tion an gelöstem Sauerstoff
Modell 5081-A
S) oder
2
-Sensor
2
-Molekülen
2
Anstieg Δ I
Δ c
53