1 Überblick über die Sensorik

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meß
Die Nernstsche Gleichung (5) gilt näherungsweise auch für die Partialdrücke p O2
und p
ref O2 des Sauerstoffs im Meß- und Referenzgas, so daß man eine EMK der Größe
erhält (das chemische Potential wird auf Sauerstoffmoleküle bezogen)
Diese Beziehung wird experimentell gut bestätigt (Bild 8.4-3).
Bild 8.4-4:
Ansprechgeschwindigkeit eines Sauerstoffsensors mit Feststoffelektrolyten bei einem
Wechsel der Gasatmosphäre von Luft (O 2 /N 2 -Gemisch von 21:79) auf eine
sauerstoffarme Mischung (O 2 /N 2 -Gemisch von 3:97) für verschiedene Temperaturen.
Wegen der relativ langsamen Festkörperdiffusion ergeben sich schnelle Ansprechzeiten
erst bei sehr hohen Temperaturen (nach [8.24]).
Bild 8.4-3:
Abhängigkeit der EMK eines Sauerstoffsensors mit Feststoffelektrolyten vom
Sauerstoffpartialdruck bei verschiedenen Temperaturen. Der Referenzdruck beträgt
p
ref O2 = 720 mbar (nach [8.24]).
Da die Änderungsgeschwindigkeit der EMK bei Feststoffelektrolytsensoren, die maßgebend
ist für die Ansprechgeschwindigkeit des Sensors, abhängt von der Diffusionsgeschwindigkeit
des die Leitfähigkeit im Elektrolyten erzeugenden Ions, müssen schnell
reagierende Sensoren bei relativ hohen Temperaturen betrieben werden (Bild 8.4-4).
Sauerstoffsensoren nach dem in Bild 8.4-2 beschriebenen Prinzip finden eine wichtige
Anwendung bei der Abgaskontrolle von Verbrennungsmotoren: Dabei wird als Steuergröße
das Luft-Kraftstoffverhältnis λ gemäß
mit Hilfe einer l-Sonde auf einen Wert von λ ungefähr bei 1 geregelt, bei dem sich
eine optimale Wirkung des Abgaskatalysators einstellt (Bild 8.4-5):
Bild 8.4-5
Regelbereich der λ-Sonde und Verringerung des Schadstoffanteils im Abgas von
Verbrennungsmotoren (nach [8.25]); Die gestrichelte Kurve gibt die Motoremission
ohne, die durchgezogene mit katalytischer Nachbehandlung wieder.
Ein λ-Wert kleiner oder gleich eins ist gleichbedeutend mit einem starken Abfall der