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Digitale, optische Sauerstoffsensoren

Sauerstoffsensoren kombiniert mit intelligenter Diagnostik

24.04.2009 | Autor / Redakteur: Dr. Klaus-Peter Mang / Frank Jablonski

Optische Sensoren revolutionieren die Sauerstoffmessung.
Optische Sensoren revolutionieren die Sauerstoffmessung.

Optische Sauerstoffsensoren bieten gegenüber amperometrischen Sensoren eine Reihe von Vorteilen hinsichtlich Messleistung und Handhabung. Der folgende Beitrag beschreibt die Arbeitsweise dieser Sensoren und welche Vorteile ein intelligentes Sensor-Management bietet.

Installation, Wartung und Systemsicherheit sind die Faktoren beim Einsatz von Sensoren, die häufig zu Diskussionen und Unmut bei Anwendern führen. Dies zumindest ist die Erfahrung der Entwickler bei Mettler-Toledo. Daher haben sie die sogenannte Intelligent Sensor Management-Technologie in ihre Produkte integriert. Alle wichtigen Daten sind dabei im Sensor gespeichert und vorkalibrierte Systeme übertragen ihre Daten automatisch an den Transmitter und sind daher innerhalb weniger Sekunden voll messbereit.

Ein wichtiger Einsatzbereich: Die optische Sauerstoffmessung. Sie beruht auf dem Prinzip der Fluoreszenzlicht-Auslöschung (Fluorescence Quenching). Dabei wird in einer Silikonmembran ein Farbstoff (Chromophor) immobilisiert, der über Lichtwellenleiter mit gepulstem blaugrünem Licht bestrahlt wird. Durch Lichtabsorption werden die Farbstoffmoleküle in einen angeregten Energiezustand überführt, ein geringer Teil der aufgenommenen Energie wird zwar als Wärmeenergie in die umgebende Matrix abgegeben, der größte Teil jedoch wird mit einer geringen Zeitverzögerung als längerwelliges Fluoreszenzlicht emittiert.

Bei Anwesenheit von Sauerstoffmolekülen wird die Energie des angeregten Chromophoren zum Teil auf den Sauerstoff übertragen und so die Intensität des Fluoreszenzlichts verringert. Außerdem wird die Zeitverzögerung zwischen Anregung und Fluoreszenz geringer. Der optische Sauerstoffsensor von Mettler-Toledo InPro 6870i wertet sowohl diese Zeitverzögerung, ausgedrückt als Phasenwinkel phi, als auch die Abnahme der Intensität des Fluoreszenzlichts aus. Je mehr Sauerstoff in der Membran anwesend ist, desto geringer der Phasenwinkel und desto geringer die Fluoreszenzlichtintensität.

Vorteile der optischen Sauerstoffmessung

Amperometrische Sauerstoffsensoren haben sich seit vielen Jahren in zahlreichen Anwendungen in verschiedenen Industrien bewährt (z.B. biotechnologische Fermentation in der Pharmaindustrie, Überwachung des Sauerstoffgehalts im Brauprozess). Sie erfordern jedoch einen gewissen Wartungsaufwand wie regelmäßigen Elektrolytwechsel und Polarisation. Diese Schritte entfallen bei optischen Sensoren komplett. Die Vorteile sind:

  • Der InPro 6870i ist jederzeit sofort messbereit, da keine Polarisation erforderlich ist;
  • er enthält keine Flüssigkeiten; der Umgang mit ätzender Elektrolytlösung entfällt und
  • er kann auch waagerecht oder über Kopf eingebaut werden, da keine Luftblasen im Inneren des Sensors die Messung stören können.
  • Hinzu kommt eine geringere Drift als bei amperometrischen Sensoren, dadurch längere Kalibrier- und Justierintervalle;
  • vereinfachte Wartung, Tausch der Membran (OptoCap) in weniger als einer Minute;
  • kurze Ansprechzeit, Sauerstoffmessung praktisch in Lichtgeschwindigkeit sowie,
  • dassder Sensor keinen Sauerstoff verbraucht und damit absolut unabhängig von der Anströmung ist und keine Rührempfindlichkeit existiert.

Ein weiteres wichtiges Argument für viele Anwender ist, dass der optische Sauerstoffsensor von Mettler-Toledo ebenso sterilisierbar und hygienisch unbedenklich ist wie die amperometrischen Sensoren.

Integrierte ISM Technologie für einen sicheren Bertrieb

Mit dem Intelligent Sensor Management werden Installation, Wartung und Systemsicherheit erheblich verbessert. Alle wichtigen Daten sind im Sensor gespeichert. Vorkalibrierte Systeme übertragen ihre Daten automatisch an den Transmitter und sind daher innerhalb weniger Sekunden voll messbereit. Veränderungen des Sensors werden durch das Messsystem überwacht und mit dem (Sensor)Verschleißmonitor aufgezeichnet. Dank dieser Funktionen ist der fehlerfreie Betrieb von Sensor und Transmitter sichergestellt. Der DLI (Dynamic Lifetime Indicator) weist darauf hin, wann die OptoCap zu wechseln ist.

Die ideale Ergänzung: Der Transmitter M400

Der M400 ist ein Transmitter, an den sowohl analoge als auch digitale Sensoren für die Messung von pH/Redox, Leitfähigkeit und Sauerstoff angeschlossen werden können. Die Bedienerführung in Klartext (Auswahl aus 8 Sprachen) und das Quick Setup Menü vereinfachen Inbetriebnahme und Instandhaltung der Messstelle.

Der Autor ist Leiter Produktmanagement des Geschäftsbereich Prozessanalytiks von Mettler-Toledo

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