- Sauerstoff-Sensor
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Ein Sauerstoffsensor ist ein Gerät zur Ermittlung von Konzentrationen von gasförmigem oder gelöstem Sauerstoff O2. Zu den wichtigsten Einsatzbereichen gehören Sauerstoffsensoren für die Bestimmung in Atemluft, aber auch die Kontrolle der Vorgänge in Kläranlagen oder bei der Kraftstoffverbrennung in Motoren.
Die Bestimmung von Sauerstoffkonzentrationen wird auch Oximetrie genannt. Ein Sauerstoffsensor ist also ein Gerät zur automatischen und oft auch kontinuierlichen Oximetrie.
Im Blut kann Sauerstoff zwar wie in Wasser als gelöstes O2 auftreten, es wird aber auch an Hämoglobin gebunden und in dieser gebundenen Form vom Blut transportiert. Bei der Pulsoximetrie wird der Anteil des Hämoglobins gemessen, der mit O2 beladen ist, wobei die unterschiedlichen Färbungen der verschiedenen Hämoglobinformen ausgenutzt wird.
Es gibt mehrere Funktionsprinzipien, die für Sauerstoffsensoren verwendet werden. Besonders wichtig sind
- amperometrische Sensoren, also die Messung einer Stromstärke einer galvanischen Zelle, wobei Sauerstoff an einer Kathode umgesetzt wird und dadurch zu einem Strom führt.
- mit festem Elektrolyten, siehe galvanischer Sauerstoffsensor.
- mit flüssigem Elektrolyten, siehe Clark-Sensor.
- Widerstandssensoren, bei denen sich ein elektrischer Widerstand, z.B. eines Halbleiteroxides, ändert
- Paramagnetische Sensoren: Sauerstoff ist ein paramagnetisches Gas (siehe Magnetische Suszeptibilität). Es kann sich in einem Magnetfeld ausrichten und wird dann von einem ausreichend starken Magneten angezogen. Der Effekt ist von der Sauerstoffkonzentration abhängig und verschwindet bei höheren Temperaturen.
- optische Sensoren:
- Absorptionssensoren, die die Lichtabsorption durch Sauerstoff benutzen, bevorzugt bei 760 nm.[1]
- Optische Sensoren, die die Fluoreszenz nutzen, die durch Sauerstoff gelöscht werden kann (Fluoreszenzquencher) [2]
Inhaltsverzeichnis
Clark-Sensoren
Der Clark-Sensor wurde vom amerikanischen Biochemiker Leland C. Clark 1954 entwickelte und gehört damit zu den ältesten Sauerstoffsensoren. Ursprünglich war er insbesondere dazu gedacht, den Blutsauerstoffghehalt zu messen, doch dieser Art von Sauerstoffsensoren kann zur Bestimmung von Sauerstoff in vielen verschiedenen Lösungen, z.B. Aquarienwasser oder auch Abwasser, genutzt werden. Typisch für diesen Sensortyp ist die Membran, die die Messzelle vom zu untersuchenden Messwasser trennt. Ursprünglich hatte Clark eine Platinkathode und eine Silberanode in chloridhaltiger Lösung verwendet, wobei die Reaktion zu Silberchlorid führt. Eine wichtige Variante verwendet einen alkalischen Elektrolyten und eine Bleianode (Gesamtreaktion: 2 Pb + O2 → 2 PbO).
Lambdasonde
Die Lambdasonde dient zur Bestimmung des Restsauerstoffs in Motorenabgasen zur Kontrolle und Optimierung der Verbrennung bzw. des Wirkungsgrades. Viele Lambdasonden haben einen festen, keramischen, Sauerstoffionen leitenden Elektrolyten, durch den ein Strom fließt, der gemessen wird.
Paramagnetische Sensoren
Der Sensor basiert auf der paramagnetischen Eigenschaft von Sauerstoff und einer sich einstellenden Gaszirkulation, bei der das Gas durch ein Heizdraht (300°C) aufgeheizt und an den Wänden wieder abgekühlt wird. Bei Anwesenheit von Sauerstoff werden die O2-Moleküle durch den Magneten zum Heizdraht hin beschleunigt, wo sie ihre magnetische Eigenschaft verlieren. So entsteht eine zusätzliche Strömung, deren Intensität vom Sauerstoffgehalt abhängt. Die Strömung kühlt den Heizdraht zusätzlich ab, was zu einer Widerstandsänderung führt, die mit Hilfe einer Brückenschaltung erfasst werden kann.
Quellen
- ↑ Fraunhofer Institut: Optischer Sauerstoffsensor
- ↑ getAMO: Optische Sauerstoffsensoren
- amperometrische Sensoren, also die Messung einer Stromstärke einer galvanischen Zelle, wobei Sauerstoff an einer Kathode umgesetzt wird und dadurch zu einem Strom führt.
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