Allgemeine Informationen Zur Kalibrierung; Messprinzip - YOKOGAWA EXAxtZR ZR22G Bedienungsanleitung

9. Kalibrierung
9.1 Allgemeine Informationen zur Kalibrierung
9.1.1

Messprinzip

Vor der detaillierten Beschreibung der Kalibrierverfahren soll hier zunächst das Funktionsprinzip
des Zirkonia-Sauerstoff analy sa tors beschrieben werden.
Ein fester Elektrolyt wie Zirkoniumdioxid wird bei hohen Temperaturen leitfähig für
Sauerstoffionen. Wenn ein Zirkoniumdioxidelement mit Platinelektroden an beiden Seiten erhitzt
wird und Gase mit unter schied lichen Sauerstoff-Partialdrücken die Oberfläche berühren, wird
das Element zu einer Konzentrationszelle. Mit ande ren Worten, die Elektrode, die sich in Kontakt
mit dem Gas mit höherem Partialdruck befindet, wird zur ne gativen Elektrode. Wenn das Gas
an dieser negativen Elektrode mit dem Zirkoniumdioxidelement in Berüh rung kommt, nehmen
die Gasmoleküle Elektronen auf und werden ionisiert. Die Sauerstoffionen wandern durch das
Zirkoniumdioxidelement und verbinden sich auf der anderen Seite unter Abgabe der Elektronen
wieder zu Sauerstoff-Molekülen. Diese Reaktion lässt sich wie folgt beschreiben:
Negative Elektrode: O
Positive Elektrode: 2 O
Die bei dieser Reaktion auftretende elektromotorische Kraft E (mV) zwischen den beiden
Elektroden kann wie folgt aus der Nernst'schen Gleichung bestimmt werden:
E = -RT/nF ln Px/Pa ........................................ (1)
wobei
Angenommen, das Zirkondioxidelement wird auf 750°C aufgeheizt, dann wird Gleichung (1) zu:
Bei dem vorliegenden Analysator wird der Sensor (also das Zirkoniumdioxidelement) auf eine
Temperatur von 750°C aufgeheizt, so dass die in Gleichung (2) aufgestellte Beziehung gültig ist.
Dabei gilt der in Abbil dung 9.1 gezeigte Zusammenhang zwischen der Sauerstoffkonzentration
des Messgases an der positiven Elektrode und der elektromotorischen Kraft des Sensors (Zelle),
wobei als Referenzgas Luft über die negative Elektrode geleitet wird.
+ 4e 2 O
2
O + 4 e
2-
2
R: Gaskonstante
T: Absolute Temperatur
n: 4
F: Faraday'sche Konstante
Px:
Sauerstoffkonzentration des Gases, das sich in Kontakt mit der negativen
Zirkondioxidelektrode befindet (%)
Pa: Sauerstoffkonzentration des Gases, das sich in Kontakt mit der positiven
Zirkondioxidelektrode befindet (%)
log Px
................................. Gleichung (2)
E =
–50.74
Pa
2-
<9. Kalibrierung>
IM 11M12A01-02D-E 9. Ausgabe: 15. Dez. 2014-00
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