Was ist ein Sauerstoff-Messgerät?
Ein Sauerstoff-Messgerät ist ein Instrument, das zur Messung der Sauerstoffkonzentration in der Luft verwendet wird.
Sie werden in verschiedenen Bereichen wie der Industrie, der Medizin und der Umweltüberwachung eingesetzt. Die verwendeten Methoden lassen sich grob in elektromagnetische und elektrochemische Analysatoren unterteilen.
Darüber hinaus werden häufig spezielle Verfahren wie der Explosionsschutz angewandt. Die Auswahl der Geräte richtet sich nach dem Verwendungszweck und der Umgebung, in der sie gemessen werden sollen.
Anwendungen von Sauerstoff-Messgeräten
Sauerstoff-Messgeräte sind Instrumente, die in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden.
1. Industrielle Anwendung
Auf Baustellen werden sie zur Überwachung der Gaskonzentration eingesetzt, um Unfälle durch Sauerstoffmangel zu vermeiden. Sauerstoffmangel liegt vor, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Luft unter etwa 18 % sinkt. Aus diesem Grund werden sie häufig in Bereichen eingesetzt, in denen die Luft nur selten gewechselt wird, sowie in Räumen, in denen mit flüssigem Stickstoff und anderen Gasen gearbeitet wird.
Darüber hinaus werden sie auch zur Verbrennungskontrolle in Industrieöfen eingesetzt. Sie messen die Sauerstoffkonzentration in der Verbrennungszone und helfen bei der Einstellung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses (Brennstoff-Sauerstoff-Verhältnis). Eine genaue Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses gewährleistet eine effiziente Verbrennung des Brennstoffs und eine Optimierung der Abgasemissionen.
2. Medizinische Anwendungen
Das Gerät ist in der medizinischen Praxis weit verbreitet. Es überwacht den Sauerstoffgehalt von Patienten, die sich einer Sauerstofftherapie unterziehen, und sorgt für eine angemessene Sauerstoffversorgung. Auch beim Bergsteigen und bei Aktivitäten in großer Höhe sinkt die Sauerstoffkonzentration, so dass Oximeter häufig eingesetzt werden, um festzustellen, ob eine Sauerstoffergänzung erforderlich ist.
Funktionsweise von Sauerstoff-Messgeräten
Die Funktionsweise eines Sauerstoff-Messgerätes beruht im Allgemeinen auf der Messung mit einem Sauerstoff-Sensor. Es gibt verschiedene Arten von Sauerstoffsensoren, wobei die häufigste Art die Sensoren sind, die die Sauerstoffübertragung messen.
Diese Sensoren werden aus Keramik oder anderen Materialien hergestellt und messen die Sauerstoffmenge auf der Grundlage der chemischen Reaktion, die im Material stattfindet, wenn der Sauerstoff den Sensor passiert. Die Messergebnisse werden in der Regel über eine digitale Anzeige oder ein analoges Messgerät angezeigt.
Einige Sauerstoff-Messgeräte können auch mit einer Warnung oder einem Alarm ausgestattet sein, wenn die Sauerstoffkonzentration einen bestimmten Bereich überschreitet. Es gibt zwei Hauptmethoden zur Sammlung von Sauerstoff für die Messung durch Sauerstoff-Messgeräte: Diffusion und Aspiration.
Die Diffusionsmethode misst die Sauerstoffkonzentration in einem natürlich diffundierten Zustand und wird zur Beobachtung von Veränderungen der Sauerstoffkonzentration, z. B. in Labors, verwendet. Bei der Aspirationsmethode wird eine Pumpe oder ähnliches verwendet, um Gas zu sammeln und zu messen, und kann zur Messung der Sauerstoffkonzentration in geschlossenen Räumen verwendet werden.
Arten von Sauerstoff-Messgeräten
Es gibt mehrere Arten von Sauerstoff-Messgeräten:
1. Magnetischer Sauerstoffanalysator
Wenn ein Magnetfeld an das Messgas angelegt wird, wird der Sauerstoff nach der gleichen Funktionsweise wie ein Magnet angezogen. Der dabei entstehende Druck wird von einem Sensor erfasst und die Sauerstoffkonzentration gemessen. Er kann auch brennbare Gase messen, ist aber teurer als andere Methoden.
2. Galvanisches Sauerstoff-Messgerät
Wenn Sauerstoff in den Elektrolyten diffundiert, findet an jeder Elektrode eine Oxidations-/Reduktionsreaktion statt, und es fließt ein Strom durch den Elektrolyten, der proportional zur Sauerstoffkonzentration ist. Anhand dieses Stroms wird die Sauerstoff-Messgeräte-Konzentration bestimmt. Sie haben den Vorteil, dass sie kompakt und preiswert sind, aber sie verschlechtern sich unabhängig davon, ob sie benutzt werden oder nicht, so dass die Teile regelmäßig ausgetauscht werden müssen.
3. Sauerstoff-Messgeräte aus Zirkoniumdioxid
Bei hohen Temperaturen ist Zirkoniumdioxid aufgrund von Sauerstoffionen leitfähig. Daher verwendet dieses Sauerstoff-Messgerät einen Sensor, um die Konzentration der elektromotorischen Kraft der Sauerstoffkonzentrationszelle zu erfassen, die in der Elektrode aus Zirkoniumdioxid erzeugt wird. Er hat den Vorteil, dass er leicht zu konfigurieren ist, aber das Vorhandensein von brennbaren Gasen kann zu Fehlern in den Ergebnissen führen.
4. Sauerstoff-Messgeräte für gelösten Sauerstoff
Gelöster Sauerstoff ist der in Wasser gelöste Sauerstoff, der mit diesem Messgerät gemessen wird. Es wird oft auch als Lösungsmittel-Sauerstoffmessgerät oder DO-Sensor bezeichnet. Gelöster Sauerstoff kann durch Titration, die Diaphragma-Elektroden-Methode oder durch fluoreszierende Messgeräte für gelösten Sauerstoff gemessen werden.
Die Titrationsmethode verwendet eine Redoxreaktion, um aus einem vorbereiteten Reagenz zu titrieren, und die Ergebnisse werden für arithmetische Zwecke verwendet. Sie hat den Nachteil, dass sie anfällig für oxidierende und reduzierende Substanzen ist.
Bei der Diaphragmaelektrodenmethode wird eine Diaphragmaelektrode verwendet. Im Vergleich zur Titrationsmethode hat sie den Vorteil, dass der gelöste Sauerstoff sofort gemessen werden kann. Sie hat jedoch den Nachteil, dass sie häufig gewartet und kalibriert werden muss.
Bei der Fluoreszenzmethode wird eine spezielle Substanz verwendet, die bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht fluoresziert. Bei der Messung des gelösten Sauerstoffs wird die Tatsache genutzt, dass die Fluoreszenzintensität mit der Menge des gelösten Sauerstoffs im Wasser abnimmt. Da sie einfach zu warten und zu kalibrieren ist, dürfte sie eine Alternative zu Diaphragmaelektroden für die Messung von gelöstem Sauerstoff sein.