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Mehr als eine Alternative

Membranbedeckter Sauerstoffsensor misst zuverlässig in Gasen
Mehr als eine Alternative

InPro-6800Gas-Sensor mit speziellem Membrankörper
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Der InPro-6800Gas-Sauerstoffsensor hat einen speziell für Gasraummessungen entwickelten Membrankörper. Der sogenannte Clark-Sensor kann somit in vielen Fällen direkt in den Prozess eingebaut werden, wodurch eine aufwendige und wartungsintensive Messgasaufbereitung entfällt. Neben der sicheren Überwachung des Sauerstoffgehalts zeichnet sich der Sensor vor allem durch seinen robusten Aufbau, die leichte Handhabung und die variablen Installationsmöglichkeiten aus.

Markus Pausch

Bei membranbedeckten, amperometrischen Sauerstoffsensoren wird Sauerstoff elektrochemisch an einer Kathode reduziert. Der dadurch entstehende Sensorstrom ist direkt proportional zum Sauerstoffpartialdruck. Prinzipiell ist es demnach möglich, die in der Regel für Messungen in Flüssigkeiten konzipierten Sensoren auch in Gasen einzusetzen. In Luft und Stickstoff, die auch zur Kalibrierung und Überwachung der Funktionsfähigkeit dienen, ist die Sauerstoffmessung meist bedenkenlos möglich. Bekannt ist aber, dass interferierende Gase wie CO oder H2 entweder direkt an der Kathode reagieren und dadurch den Sensorstrom beeinflussen können oder dass sie den Elektrolyten in seiner chemischen Zusammensetzung so verändern, dass der Arbeitspunkt des Sensors verschoben ist. Beides führt zu fehlerhaften Messergebnissen. Soll mit einem Clark-Sensor der Sauerstoffgehalt in solchen Gasen gemessen werden, ist bei herkömmlichen Sensoren eine Gasaufbereitung meist unumgänglich. Das Entfernen von Feuchtigkeit ist nicht nötig. Auch gegenüber mechanischen Einflüssen ist der Clark-Sensor weitgehend unempfindlich. Seine robuste Konstruktion erlaubt ein einfaches Handling. Eine Wartung des Sensors, die sich auf Wechseln der Membran und Erneuern des Elektrolyten reduziert, ist mit anschließender Kalibrierung in maximal fünf Minuten durchgeführt.
Stabiler Membrankörper
Mit dem InPro 6800Gas bietet Mettler Toledo einen modifizierten Clark-Sensor für den Einsatz in Gasen an. Der Sensor hat einen speziell für Gasraummessungen entwickelten Membrankörper, der im Vergleich zum herkömmlichen Membrankörper für den Einsatz in Flüssigkeiten wesentlich stabiler ist. Weiterhin ist bei diesem Membrankörper die Diffusionsfläche für Sauerstoff kleiner, wodurch ein Verdunsten des Elektrolyten beim Einsatz des Sensors in trockenen Gasen wesentlich verlangsamt wird. Die Membran verhindert zumindest teilweise auch das Eindringen interferierender Gase. Mit dem speziellen Membrankörper ist der Sensor bis zu Prozessdrücken von 9 bar dann direkt im Messgasstrom einsetzbar.
Eine typische Anwendung für solche Gasraummessungen ist die Überwachung von Inertisierungen in Zentrifugen bei lösemittelhaltiger Umgebung. Häufig darf hier die Sauerstoffkonzentration eine definierte Grenze nicht überschreiten, um Explosionen sicher zu vermeiden. Der Sensor kann direkt in die Zentrifuge eingebaut werden, da die lösemittelhaltigen Dämpfe nicht zu Interferenzen führen. Durch den direkten Einbau kann auf die aufwendige und kostenintensive Messgasaufbereitung verzichtet werden.
Störfalle vermeiden
Intelligentes Sensormanagement ISM ist ein weiteres Hilfsmittel für den einfachen und sicheren Betrieb einer Messstelle. So lassen sich beispielsweise Sauerstoffsensoren und pH-Elektroden im Labor vorkalibrieren und direkt an der Messstelle einsetzen. Kalibrierdaten und weitere sensorspezifische Daten werden auf einen Chip geschrieben und beim Anschließen an den Transmitter automatisch übermittelt. Weiterhin bietet ISM Diagnosemöglichkeiten bei der Sauerstoffmessung, wodurch einem Sensorausfall vorgebeugt wird. Die Sensocheck-Funktion überwacht dabei ständig Steilheit, Nullpunkt und Impedanz. Über die Impedanzmessung zwischen Kathode und Anode des Sensors kann direkt auf den Zustand des Elektrolyten geschlossen werden. Dies lässt Wartungsintervalle planen und schützt gleichzeitig vor unvorhersehbaren Sensorausfällen. Weiterhin lassen sich Membranverschleiß, Innenkörperverschleiß, Sensorbetriebszeit sowie CIP- und SIP-Zyklen über den Verschleißmonitor anzeigen.
Als Schlussfolgerung lässt sich festhalten, dass membranbedeckte, amperometrische Sauerstoffsensoren für die sichere Sauerstoffmessung in Gasen geeignet sind, wenn einige Details und Vorkehrungen getroffen werden. Dazu kann es notwendig sein, die Membran anzupassen und weitere Hilfsmittel wie ISM einzusetzen. Nach wie vor ist jedoch die sicherste Alternative, die Messstelle redundant auszulegen und die Sensoren über Wechselarmaturen zu adaptieren. Dadurch kann eine Wartung oder Kalibrierung des Sensors vorgenommen werden, ohne den Prozess anzuhalten. Weiterhin lassen sich über die Spülkammer der Wechselarmatur Prüfgase zuführen, um die Qualität und die Ansprechzeit des Sensors zu überprüfen und Ausfällen vorzubeugen. Hält man sich an einige Spielregeln, ist der membranbedeckte, amperometrische Sensor sicherlich mehr als eine Alternative zu paramagnetischen oder zu Zirkondioxidmesssystemen.
cav 449

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