3.2.1 Langzeitstabile Messung und Regelung des Sauerstoffpartialdruckes bei hohen Temperaturen
- Event
- 16. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2012
2012-05-22 - 2012-05-23
Nürnberg, Germany - Chapter
- 3.2 Sensoren für hohe Temperaturen und Gasdetektion
- Author(s)
- M. Schulz, H. Fritze - Technische Universität Clausthal, Goslar, C. Stenzel - Astrium Space Transportation, Friedrichshafen
- Pages
- 305 - 306
- DOI
- 10.5162/sensoren2012/3.2.1
- ISBN
- 978-3-9813484-0-8
- Price
- free
Abstract
Die Untersuchung von Materialparametern bei hohen Temperaturen erfordert in vielen Fällen Methoden zur Messung und Regelung des Sauerstoffpartialdruckes (pO2). Ein Beispiel bildet die Bestimmung der Viskosität von Metallen bei Schwebeschmelzversuchen. Bei diesem Verfahren wird eine leitfähige Probe mit Hilfe eines elektrischen Wechselfeldes zum Schweben gebracht und geschmolzen. Somit ist eine berührungslose Ermittlung von Viskosität und Oberflächenspannung ohne zusätzliche Verunreinigung der Materialien möglich. Undefinierte Atmosphären müssen vermieden werden, da es in Abhängigkeit des Materialsystems bereits bei sehr niedrigen pO2 wie 10-20 bar zur Oxidation der Oberfläche und damit zur Verfälschung der Messergebnisse kommen kann. Daher ist es notwendig, den pO2 während der Experimente zu messen bzw. einzustellen.
Mit Hilfe konventioneller Gasmischsysteme kann eine pO2-Regelung nicht im gesamten avisierten Bereich von 10-24 bis 100 bar realisiert werden. Oberhalb von 10-7 bar ist das Ziel durch die Zumischung von Sauerstoff zu Inertgasen wie Argon erreichbar. Puffergemische wie beispielsweise CO/CO2 oder H2/H2O ermöglichen die Einstellung des pO2 unterhalb 10-15 bar. In beiden Fällen werden üblicherweise mechanische Massenflussregler eingesetzt, welche über eine Auflösung von 50 mm3/min verfügen.
Letztere ist in der Nähe der stöchiometrischen Zusammensetzung der o. g. (und immer vorhandenen) Gasgemische nicht ausreichend, da geringste Fluktuationen der Gasdosierung zu einer starken Verschiebung des pO2 führen.
In diesem Beitrag wird ein komplettes System zur Messung und Regelung des pO2 bei höheren Temperaturen vorgestellt. Die Messung erfolgt mit Hilfe eines potentiometrischen Sensors. Demgegenüber werden zur Einstellung des pO2 zwei verschiedene Lösungen dargestellt und miteinander verglichen.