Sauerstoffmessung (O₂) nach dem paramagnetischen Verfahren

Wie funktioniert die paramagnetische Sauerstoffmessung?

Sauerstoff ist eines der wenigen gängigen Gase mit stark paramagnetischen Eigenschaften, das heißt, er wird von einem Magnetfeld angezogen. Stickstoff, CO₂, CO und die meisten Verbrennungsgase zeigen diesen Effekt nur sehr schwach oder werden von einem Magnetfeld leicht abgestoßen. Paramagnetische Analysatoren nutzen diesen Unterschied als Messprinzip.

Bei der gängigsten Bauart (Hantel-Typ) hängen stickstoffgefüllte Glaskugeln an einem feinen Faden in einem Magnetfeld. Werden Sauerstoffmoleküle in das Feld gezogen, üben sie eine Kraft auf die Kugeln aus, und die Anordnung versucht sich zu drehen. Diese Drehung wird durch optische oder elektrische Rückkopplung ausgeglichen; das Rückkopplungssignal ist proportional zur Sauerstoffkonzentration.

Das paramagnetische Verfahren: Messgrößen und Einsatzgebiete

Das Verfahren misst Sauerstoff im Prozentbereich in Gasgemischen. Typische Anwendungen:

• Verbrennungsregelung und Wirkungsgradoptimierung bei Kesseln, Öfen und Brennern
• Rauchgasemissionsüberwachung; Umrechnung der Messwerte auf einen O₂-Bezugswert
• Sauerstoffüberwachung in Inert- und Prozessgasen
• O₂-Messung in tragbaren Rauchgasanalysatoren

Das paramagnetische Verfahren: Stärken und Grenzen

Das paramagnetische Verfahren ist selektiv; da die Messung keinen Sensor verbraucht, bietet sie Langzeitstabilität und vermeidet die Alterung chemischer Sensoren. Für Sauerstoff im Prozentbereich liefert das Verfahren genaue, stabile Ergebnisse.

Grenzen: Paramagnetische Gase wie Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid können, wenn auch gering, Querempfindlichkeiten verursachen. Die Messzelle ist empfindlich gegenüber Staub und Kondensation, daher sollte die Probe sauber, trocken und mit konstantem Durchfluss zugeführt werden. Temperatur- und Druckänderungen in der Zelle müssen kompensiert werden. Für die Sauerstoffmessung im Spurenbereich (ppm) werden in der Regel andere Sensortechnologien bevorzugt.

Einschlägige Normen

Die paramagnetische Analyse ist in EN 14789 als Standardreferenzverfahren zur Messung von Sauerstoff im Rauchgas enthalten.

Das paramagnetische Verfahren: Hinweise zur Geräteauswahl

Entscheidend sind Messbereich, Bedarf an Probenaufbereitung (trockene, saubere Probe), Ausgangsart und Umgebungsbedingungen. Bei Verbrennungsregelung und Emissionsüberwachung beeinflusst die Genauigkeit des O₂-Werts auch die Bezugsumrechnung aller anderen Messungen, daher ist eine regelmäßige Kalibrierung wichtig.

Tetra und paramagnetische Sauerstoffanalysatoren

Tetra liefert, installiert, kalibriert und wartet paramagnetische Sauerstoffanalysatoren in der Türkei. Zum Produktspektrum gehören die Sauerstoffanalysatoren M&C PMA10, PMA20 und PMA30, die paramagnetische O₂-Option des NDIR-Mehrgasanalysators Thermo Scientific 60i und der tragbare Rauchgasanalysator Mega System Thyris. Diese Geräte lassen sich in die CEMS- und Probenaufbereitungssysteme von Tetra integrieren.