Sensoren für die Sauerstoff-Messung
Anlagen für die Halbleiterindustrie
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Zirkonoxid ist die häufigste Verbindung des Elements Zirkonium. ZrO2 ist eine Oxidkeramik, die in 3 verschiedenen Modifikationen vorkommt. Durch die Dotierung von Zirkoniumdioxid mit Yttriumoxid werden Defekte bzw. Leerstellen in das Kristallgitter eingebracht. Im festen Zirkoniumoxid werden dabei Zr4+ Ionen durch Y3+ Ionen ersetzt, so dass Sauerstoffleerstellen entstehen, die wiederum insbesondere bei höheren Temperaturen über 650°C Sauerstoffanionen erlauben schnell durch das Kristallgitter zu diffundieren. Yttrium-dotiertes Zirkondioxid ist ein fester Elektrolyt. Die Beweglichkeit der Sauerstoffionen kann für die Messung von Sauerstoff in beheizten, elektrochemischen ZrO2-Sensoren genutzt werden.
Die Sauerstoffmesssonde
In der Messzelle trennt eine Zirkonoxidmembran ein Referenzgas (z.B.
Luft) von dem Probengas. Beide Seiten der Membran sind mit dünnen
Platinfilmen beschichtet, die als Elektroden dienen, so dass eine
feste, elektrochemische Zelle gebildet wird. Solange der
Sauerstoffpartialdruck auf beiden Seiten gleich hoch ist, ist die
Bewegungsrichtung der Sauerstoffionen rein zufällig. Sobald sich
jedoch ein Unterschied in der Sauerstoffkonzentration der beiden Seiten
einstellt, beginnen die Sauerstoffionen von der Seite des höheren
Sauerstoffpartialdrucks zur Seite des niedrigeren Partialdrucks zu
wandern. Es stellt sich ein Sauerstoffionengradient über die Dicke
der ZrO2-Membran ein, der entsprechend der Nernstschen
Gleichung zu einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen den beiden
Platin-Elektroden führt. Die Beziehung zwischen
Sauerstoffpartialdruckdifferenz und Spannungsabfall an den Elektroden
ist logarithmisch. Die Methode eignet sich für Messungen im
Prozentbereich ebenso wie im Spurenbereich (ppm). Der
Zirkoniumoxidsensor reagiert sehr schnell. Bei Messungen im
Spurenbereich ist zu beachten, dass schon geringe Mengen
reduzierender Gase die Messung stören.
Aufgrund der ohnehin hohen Messtemperatur können Zirkoniumdioxidsensoren
gut für die Messung von Sauerstoff O2 in einem Ofen / in Öfen wie
Vertikalöfen,
Horizontalöfen,
Durchlauföfen,
Schranköfen und
Industrieöfen eingesetzt werden.
Stange O2-Sensor zur
Leckratenbestimmung und Prozessüberwachung
Bei vielen Prozessen wie z.B.
Vakuumprozessen, der
Polyimidhärtung oder der
Entbinderung von Keramiken ist es
wichtig zu wissen, ob noch Restsauerstoff in der Anlage vorhanden ist.
Mit dem Sauerstoffsensor kann der Nachweis erbracht werden, dass der
Prozess sicher ablaufen kann. Das Signal des Sauerstoffsensors bietet die Möglichkeit
prozessspezifische Grenzwerte zu setzen, mit denen Aktionen eingeleitet
werden können wie z.B. der Abbruch des Wärmebehandlungsvorganges
oder das Einleiten einer Notbegasung.
Als Auswerteinheit für die Sauerstoffmessung kann eine
Stange-Steuerung dienen, aber auch entsprechende, andere
Anzeigegeräte. Durch die Chargenvergleichsfunktion der Stange Software
ECS-2000 ist eine einfache Überprüfung
der Kontinuität des Sensorsignals bei unverändertem Prozess gewährleistet.
Das Signal des Sauerstoffsensors ist druckunabhängig!
| Sauerstoffsensor | |||
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