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XZR400 Serie Bedienungsanleitung
1.2
MSRS-Technologie
Zirkoniumoxid-Sensoren werden oft auch als elektrochemische Sauerstoff-Sensoren
für hohe Temperaturen bezeichnet. Sie basieren auf dem Nernst-Prinzip [W. H. Nernst
(1864-1941] und verwenden heute typischerweise eine Membran aus Yttrium-dotiertem
Zirkoniumdioxid als solides und stabiles Festkörper-Elektrolyt. Die Membran ist auf ihren
gegenüberliegenden Seiten mit gasdurchlässigen Platinelektroden überzogen. Die im
Inneren des Sensors angeordnete Zirkoniummembran ist im kalten Zustand zunächst
sauerstoffundurchlässig und muss auf ca. 600 °C erhitzt werden, um richtig zu arbeiten.
Erst bei diesen hohen Temperaturen wird das Zirkoniumoxid porös und durchlässig für
die Sauerstoffionen, die beim Einsatz von Gasen mit unterschiedlichen Partialdrücken,
also Konzentrationen, durch die Membran wandern und eine elektro-chemische
Spannung zwischen den Platin-Elektroden erzeugen. Die Höhe dieser Spannung ist von
der Differenz der Partialdrücke des Sauerstoffs im Referenz- und im Probegas abhängig.
Innerhalb der Messkammer wird der Zirkoniumoxid-Sensor MSRS auf einer Temperatur
von 634 °C gehalten und erzeugt eine Signalspannung U, die proportional zum natürlichen
Logarithmus des Verhältnisses von Sauerstoff-Partialdruck des Probegases p(O2 Mess)
und des Referenzgases p(O2 Ref) im versiegelten Bereich des MSRS ist.
Sauerstoff-Konzentration mit der Nernst-Gleichung (s. o.) zu bestimmen; R und F sind
Konstanten.
Die Sauerstoffionen-Leitfähigkeit von Zirkoniumoxid steigt exponentiell mit der
Temperatur, wobei erst oberhalb von 600 °C eine ausreichende Leitfähigkeit für
Sauerstoffionen gegeben ist.
Die MSRS-Technologie ermöglicht die Herstellung miniaturisierte Zirkoniumoxid-
Sensoren, deren geringe Masse und kleines Volumen zu schnellem Ansprechverhalten
führt. MSRS-Sensoren gehören zu den schnellsten Sauerstoffsensoren am Markt.
Michell Instruments
Zirkoniumoxid
(T)
p(O
Ref)
2
U
Arbeitsweise Zirkoniumoxid-Sensor
Abb. 1
RT
U =
ln
4F
p(O
Mess)
2
p (O
Mess)
2
p (O
Ref)
2
EINLEITUNG
3
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