Sauerstoffsensor  (65 Angebote unter 27.960.582 Artikeln)Zum Expertenwissen

Sauerstoff-Sensoren bestimmen de Sauerstoffgehalt von verschiedenen Flüssigkeiten

Viele Flüssigkeiten enthalten Sauerstoff. Wasser beispielsweise, das eine Temperatur von 20 Grad Celsius hat, enthält bei einem Luftdruck von rund 1000 Millibar einen Sauerstoffanteil von etwa neun Milligramm pro Liter. Andere Flüssigkeiten enthalten zum Teil wesentlich höhere oder auch geringere Sauerstoffanteile. Der Sauerstoffanteil bzw. die aktuelle Sauerstoffkonzentration hängt von verschiedenen Faktoren ab. Äußere Einflüsse wie die Temperatur oder der Luftdruck sind einige davon. Aber auch Vorgänge bzw. Bedingungen ganz anderer Art haben einen Einfluss auf den Sauerstoffgehalt von Flüssigkeiten wie beispielsweise Gewässern. Aus diesem Grunde gehört die Bestimmung und Messung des Sauerstoffanteils bzw. der Sauerstoffkonzentration zu den festen Bestandteilen der Flüssigkeitsanalyse. Diese Bestimmung wird mithilfe entsprechender Sauerstoff-Sensoren durchgeführt, die nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten können.

Verschiedene Arten von Sauerstoff-Sensoren und ihre Funktionsprinzipien

Ein mit dem elektrischen Widerstand arbeitendes Sensorelement wird häufig auch als Widerstandssonde bezeichnet. Dieses Sensorelement besitzt einen Halbleiter, dessen Leitfähigkeit vereinfacht gesagt vom Sauerstoffanteil beeinflusst wird. Eine höhere Menge an vorhandenem Sauerstoff beispielsweise führt zu einer Reduzierung der freien Ladungsträger. Dadurch kommt es bei einer hohen Sauerstoffkonzentration zu einem größeren elektrischen Widerstand. Im umgekehrten Fall werden mehr Ladungsträger frei, sobald der Sauerstoffanteil abnimmt. Die Folge: Der elektrische Widerstand sinkt.

Mithilfe optischer Sensoren lassen sich Sauerstoffanteile in Flüssigkeiten oder Gasen schnell und verlässlich feststellen. Prinzipiell besteht ein solcher Sensor aus einer Lichtquelle (Leuchtdiode), einem Träger für die lichtempfindliche Schicht sowie einer Fotodiode mit einem Filter zur Messung des emittierten Lichts. Die lichtempfindliche Schicht besteht dabei aus einer Polymermatrix mit eingebetteten Farbstoffmolekülen, die von einer optischen Isolierschicht bedeckt ist. Enthält die Probe keinen Sauerstoff, wird das Licht der LED vom Farbstoff absorbiert. Dadurch steigt dieser auf ein höheres Energieniveau und emittiert beim wieder Absinken Licht in einer anderen Wellenlänge, welches von der Fotodiode erfasst wird (und zwar ausschließlich das emittierte Licht). Anders verhält es sich, wenn Sauerstoff in der Probe vorhanden ist. Auch hier wird das Licht von der LED vom Farbstoff absorbiert. Allerdings gibt dieser die Energie an die Sauerstoffmoleküle ab. Dadurch gelangt weniger Emissionslicht an die Fotodiode. Diese Sensoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie keine Chemikalien benötigen und dadurch umweltfreundlich arbeiten. Außerdem besitzen sie eine sehr lange Lebensdauer.

Der galvanische Sensor zur Bestimmung des Sauerstoffanteils funktioniert ähnlich wie ein bestimmter Typ einer Brennstoffzelle. Er enthält einen bestimmten Stoff, der in Verbindung mit Sauerstoff zu einer chemischen Reaktion in dieser Zelle führt. Durch diese Reaktion entsteht ein elektrischer Strom zwischen zwei im Sensor enthaltenen Elektroden. Die Höhe der hier produzierten elektrischen Spannung verhält sich proportional zur entsprechenden Sauerstoffkonzentration. Diese Sauerstoffsensoren haben nur eine begrenzte Lebensdauer, da bei den chemischen Reaktionen im Sensor an den Elektroden Stoffe verbraucht werden.