Teledyne 3000TA-XL - Trace oxygen analyzer - Handbuch (Seite 19)

Modell 3000TA-XL Theoretische Grundlagen
    2000 Bernt GmbH, Düsseldorf / München 2-3
Die an der Anode freigesetzten Elektronen fließen zur Kathode, wenn ein externer Strompfad
vorhanden ist. Der dabei fließende Strom ist proportional zur Menge des Sauerstoffs, der die
Kathode erreicht. Er dient als Maß zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im
Probengasgemisch.
Die Gesamtreaktion für die Brennstoffzelle ist die SUMME der beiden Halbreaktionen von oben,
oder:
2Pb + O
2
" 2PbO
(Diese Reaktionen gelten, solange keine gasförmigen Komponenten wie Jod, Brom, Chlor oder
Fluor im Probengas enthalten sind, die in der Lage sind, Blei zu oxidieren).
Der Ausgangsstrom der Zelle ist zum einen begrenzt durch die aktuelle Gesamtmenge des
Sauerstoffs in der Zelle, zum anderen durch die Menge des vorrätigen Anodenmaterials.
In Abwesenheit von Sauerstoff wird kein Strom erzeugt.
2.2.4 Einfluß von Druckänderungen
Um den Sauerstoffgehalt in der Gasprobe als Prozentsatz des Gasgemisches feststellen zu können,
ist es notwendig, daß das Probengas unter konstantem Druck in die Zelle diffundiert.
Wenn der Gesamtdruck ansteigt, steigt die Rate des Sauerstoffs, der durch die Diffusionsmembran
an die Kathode gelangt, ebenfalls an. Der Elektronenaustausch - und damit der externe Strom - wird
somit in gleichem Maße ansteigen, obwohl sich der prozentuale Sauerstoffgehalt des Probengases
nicht geändert hat. Daher ist es wichtig, daß der Druck des Probengases an der Brennstoffzelle
(üblicherweise atmosphärischer Druck) zwischen zwei Kalibrierungen konstant bleibt.
2.2.5 Charakteristik der Kalibrierung
Konstanten Druck des Probengases an der Oberfläche der "Micro-Fuel" - Meßzelle vorausgesetzt,
besitzt die Zelle die angenehme Eigenschaft, daß der Strom im externen Stromkreis direkt
proportional zu der Rate ist, mit der Sauerstoffmoleküle die Kathode erreichen, und diese Rate ist
direkt proportional zur Sauerstoffkonzentration im Probengasgemisch. Mit anderen Worten, die
Zelle besitzt eine lineare Ausgangskurve, wie in Bild 2-3 gezeigt. Ein Ausgleich von
Nichtlinearitäten durch die Meßelektronik ist nicht notwendig.
Zusätzlich besitzt die charakteristische Kurve in Abwesenheit von Sauerstoff einen fast absoluten
Nullpunkt (im Bereich von ca.
±1ppm ). Im Prozentbereich muß die Zelle selbst nicht auf Null
abgeglichen werden. In der praktischen Anwendung wird bei ppm-Messungen trotzdem eine
Nullpunkteinstellung verwendet, um Nullpunktfehler in der Elektronik auszugleichen bzw. um den
Grundpegel der Meßzelle auszublenden. (Die Elektronik wird beim Einschalten automatisch auf
Null abgeglichen.)
Bild 2-3: Charakteristische Eingangs-/Ausgangskurve einer “Micro-Fuel”-Meßzelle