Sauerstoffmessgerät

Sauerstoff in verwertbarer Form und passender Konzentration ist eine der wichtigsten Grundlagen für die Vielfalt der Lebensformen auf der Erde. Ohne Sauerstoff wären auch viele andere Abläufe in Natur und Technik nicht möglich. Mit einem Sauerstoffmessgerät kann die aktuelle Konzentration des Sauerstoffs ermittelt werden. Dabei unterscheidet man grundsätzlich zwischen Geräten zur Messung des Sauerstoffgehalts in Gasgemischen und Geräten zur Messung des in Wasser bzw. in anderen Flüssigkeiten gelösten Sauerstoffs.

Auswahlkriterien bei einem Sauerstoffmessgerät für den Sauerstoffgehalt von Gasen
Gasförmiger Sauerstoff ist Voraussetzung für die Atmung der meisten Lebewesen und für den Ablauf anderer biologischer Prozesse. Auch bei vielen chemischen Reaktionen ist gasförmiger Sauerstoff von großer Bedeutung. Je nach Prozess können sowohl zu hohe als auch zu niedrige Konzentrationen Schäden verursachen. Während zu niedrige Konzentrationen gesundheitsschädlich sind, führen hohe Konzentrationen zu verstärkter Brand- und gegebenenfalls auch Explosionsgefahr.
Erhöht oder senkt man den Sauerstoffanteil am Luftvolumen von den üblichen 21 Prozent, beeinflusst man dadurch unter anderem die Geschwindigkeit und die Temperatur von Verbrennungsprozessen. Schon eine Konzentrationserhöhung um zwei Prozent hat deutliche Auswirkungen. Bei 25 Prozent Sauerstoffgehalt verdoppelt sich die Verbrennungsgeschwindigkeit, bei 30 Prozent steigt sie auf das Achtfache. Durch Erhöhen des Sauerstoffanteils steigt auch die Verbrennungstemperatur, beispielsweise von 780 °C bei 21 Prozent auf 910 °C bei 30 Prozent. Dies wird bei vielen industriellen Prozessen genutzt. Auch die Zündtemperatur sinkt bei erhöhter Sauerstoffkonzentration, weshalb bei Arbeiten mit Sauerstoff unbedingt auf die Gefahrenhinweise und Sicherheitsvorschriften zu achten ist.

Sauerstoffmessgerät zum stationären oder mobilen Einsatz
In Bereichen in denen wegen der dort ablaufenden Prozesse mit niedrigem oder erhöhtem Sauerstoffgehalt zu rechnen ist, wird häufig ein stationäres Sauerstoffmessgerät eingesetzt. Dies wird in der Regel fest installiert und überträgt die Messwerte an eine Stelle außerhalb des Messbereichs. Dadurch können die Daten ausgewertet werden, ohne dass sich Personen in der Gefahrenzone aufhalten. Die Datenübertragung vom Sauerstoffmessgerät kann zum Beispiel an eine zum Gerät gehörende Fernanzeige oder an einen Prozessregler erfolgen, der über eine Analogschnittstelle angeschlossen wurde.
Ein mobiles Sauerstoffmessgerät dient oft direkt dem Schutz des Anwenders. Personen die sich z.B. für Reparatur- oder Rettungsarbeiten in gefährdete Bereiche begeben, sollen rechtzeitig gewarnt werden. Damit das Sauerstoffmessgerät den Nutzer nicht bei seiner Arbeit einschränkt, sind diese Geräte klein und leicht und meist mit speziellen Schlaufen oder Clips versehen, mit denen sie an der Kleidung befestigt werden können. Bei bestimmten Gerätetypen ist es auch möglich, das Sauerstoffgerät je nach Bedarf entweder bei sich zu tragen oder an einer bestimmten Stelle zu platzieren und stetig messen zu lassen.

Messbereich vom Sauerstoffmessgerät
Der Messbereich ist bei vielen Gerätetypen nach oben auf maximal 25 Prozent Sauerstoffgehalt begrenzt. Wenn höhere Konzentrationen überwacht werden sollen, muss unbedingt darauf geachtet werden, ein Sauerstoffmessgerät mit passendem Sensor zu wählen.

Alarme bei einem Sauerstoffmessgerät
Die Alarme bei einem Sauerstoffmessgerät können optisch, akustisch und bei in der Hand oder am Körper getragenen Geräten oft auch über Vibration ausgegeben werden. Bei stationären Geräten ohne interne Alarmgeber können Alarmleuchten oder Hupen über Schnittstellen am Gerät oder am Prozessregler angeschlossen werden. Die Grenzwerte für die Alarmierung sind meist im Sauerstoffmessgerät einstellbar, entweder direkt über das Gerätemenü oder noch komfortabler über eine zugehörige Software. Dadurch können die Alarmwerte individuell an die jeweilige Gefährdungssituation angepasst werden.

Sauerstoffmessgerät mit zusätzlichen Messgrößen
Einige Geräte können mit zusätzlichen Sensoren weitere Gase messen. Zum Beispiel wird ein Sauerstoffmessgerät angeboten, das außer Sauerstoff auch Kohlendioxid erfasst und ein anderes, das gleichzeitig neben Sauerstoff auch die drei Werte für Kohlenmonoxid, Methan und Schwefelwasserstoff misst. Bei einer anderen Gerätevariante können die drei zusätzlichen Sensoren aus verschiedenen brennbaren Gasen bzw. Atemgiften gewählt werden. Damit lässt sich dieses Gerät so ausstatten, dass es bei den örtlich vorherrschenden betrieblichen Gefahren warnt.

Sauerstoffmessgerät mit ATEX-Zulassung
Für Bereiche, in denen die Gefahr besteht, dass durch Hitze oder Funkenbildung am Gerät eine Explosion ausgelöst wird, darf nur ein Sauerstoffmessgerät mit spezieller Zulassung verwendet werden. Innerhalb der europäischen Gemeinschaft gilt seit dem 20. April 2016 die Richtlinie 2014/34/EU für Geräte und Schutzsysteme zum Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. Sie trug den Arbeitstitel ATEX 100a, der später zu ATEX 95 geändert wurde. Dabei steht das Kürzel ATEX für „ATmosphères EXplosibles“. Achten Sie auf die Festlegungen in der betrieblichen Gefährdungsbeurteilung.

Die meisten mobilen elektronischen Geräte für die Messung in Flüssigkeiten sind sowohl für Messungen im Labor als auch für Messungen direkt an Anlagen oder im Freien einsetzbar. Nachfolgend erläutern wir kurz, auf welche Merkmale bei einem solchen Sauerstoffmessgerät geachtet werden sollte.

Sauerstoffgehalt als absoluter oder relativer Wert
Je nach Aufgabenstellung wird entweder der absolute Wert des Sauerstoffgehalts benötigt oder der prozentuale Wert der Sauerstoffsättigung. Idealerweise bietet das Sauerstoffmessgerät sogar die Möglichkeit sowohl den absoluten, als auch den relativen Wert anzuzeigen. Ein Teil der Geräte zeigt den Anteil des in Wasser gelösten Sauerstoffs nicht als absoluten Wert in Milligramm pro Liter an, sondern als relativen Wert für die Sauerstoffsättigung. Dabei entsprechen 100 Prozent Sauerstoffsättigung der Menge, die bei festgelegtem Temperatur- und Luftdruckwert durch den Austausch zwischen Luft und Wasser ins Wasser eingetragen werden können. Anders als bei der relativen Luftfeuchtigkeit, und dem Sauerstoffgehalt eines Gases sind bei der Sauerstoffsättigung in Flüssigkeiten auch Werte oberhalb von 100 Prozent möglich. In Fließgewässern sind Werte von 80 bis 120 Prozent Sauerstoffsättigung üblich. Niedrigere Werte entstehen beispielsweise durch bakterielle Abbauprozesse die Sauerstoff binden. Höhere Werte können unter anderem dadurch verursacht werden, dass Wasserpflanzen zu viel zusätzlichen Sauerstoff eintragen.

Kalibrierung beim Sauerstoffmessgerät
Das Sauerstoffmessgerät sollte über eine Kalibrierfunktion verfügen, um gerätebedingte Messfehler zu vermeiden. Es gibt Geräte mit automatisch ablaufender Kalibrierung und solche, bei denen der Nutzer die Kalibrierung über das Gerätemenü startet.

Kompensation von Temperatur, Luftdruck, Salzgehalt
In Abhängigkeit davon, welche Flüssigkeiten zu untersuchen sind und unter welchen Bedingungen, muss auf Störgrößen geachtet werden. Wenn das Sauerstoffmessgerät diese Störgrößen automatisch kompensiert, wird die Auswertung der Messergebnisse erheblich erleichtert. Sauerstoff wird beispielsweise durch natürliche Ausgleichsvorgänge über die Wasseroberfläche aus der Atmosphäre aufgenommen. Die maximale Aufnahmefähigkeit des Wassers ist dabei unter anderem von der Temperatur abhängig. Bei null Grad Celsius beträgt die maximale Konzentration des Sauerstoffs der über die Wasseroberfläche aufgenommen werden kann 14,6 Milligramm pro Liter, bei 20 Grad Celsius liegt sie bei nur noch 9,1 Milligramm pro Liter. Deshalb sollte ein Sauerstoffmessgerät für Flüssigkeiten idealerweise über eine automatische Kompensation der Temperatur verfügen. Anderenfalls muss die Temperatur zusätzlich erfasst und berücksichtigt werden. Dazu können beispielsweise Umrechnungstabellen genutzt werden, aus denen der entsprechende Wert für andere Temperaturen und gegebenenfalls auch Luftdruckverhältnisse entnommen werden kann. Es gibt Geräte mit Temperaturkompensation, die für viele Anwendungen einsetzbar sind. Andere Geräte bieten darüber hinaus auch die Kompensation des Luftdrucks und des Salzgehaltes. Bei jeder Störgröße ist darauf zu achten, dass die kompensierten Werte zur Aufgabenstellung passen, beispielweise die Temperaturkompensation von 0 bis 40 °Celsius.

Sauerstoffmessgerät mit Speicher, Datenlogger und Datenschnittstelle
Bei vielen der elektronischen Geräte können Messwerte intern oder auf Datenträgern wie SD-Karten gespeichert werden. Für die Dauerüberwachung des Sauerstoffanteils im Wasser von Zuchtbecken und Aquarien oder bei der Abwasserbehandlung, bietet es sich an, ein Sauerstoffmessgerät mit Datenloggerfunktion oder mit einer Schnittstelle zur direkten Übertragung der Messdaten zu wählen.

Sensoranordnung und Sensorwechsel
Bevor die Entscheidung für ein bestimmtes Sauerstoffmessgerät getroffen wird, sollte unbedingt überlegt werden, welcher Gerätetyp am praktischsten für die anstehenden Messaufgaben ist. Beim Vergleich verschiedener Gerätevarianten fällt auf, dass die Sensoren unterschiedlich verbaut sind. Einige digitale Photometer mit denen die Menge von Aktivsauerstoff, Ozon und Wasserstoffperoxid bestimmt werden kann, haben einen im Inneren des Geräts angeordneten Sensor. Eine Probe der Flüssigkeit muss für die Messung in eine gerätespezifische Messküvette gefüllt und mit Reagenzien vermischt werden. Bei anderen Geräten kann der Sensor einfach in die zu messende Flüssigkeit getaucht werden. Wenn es erforderlich ist, den Sauerstoffgehalt in verschiedenen Tiefen oder an unterschiedlichen Stellen in einem Becken oder einem natürlichen Gewässer zu messen, ist ein Sauerstoffmessgerät zu empfehlen, dessen Sensor über ein längeres Kabel an das Gerät angeschlossen ist. Besitzt das Sauerstoffmessgerät einen genormten BNC-Steckanschluss für die Sonde, kann unabhängig vom Gerätetyp auch jede andere Sauerstoffsonde mit BNC-Stecker verwendet werden. Das Gerät muss vor der Verwendung mit der neuen Sonde natürlich kalibriert werden. Sind spezielle Flüssigkeiten zu untersuchen, muss auch darauf geachtet werden, dass der Sensor dafür geeignet ist, zum Beispiel in Bezug auf die Temperatur und die pH-Werte.

Zubehör beim Sauerstoffmessgerät
Bei einem Sauerstoffmessgerät sollte unbedingt auch darauf geachtet werden, welches Zubehör für Messung, Lagerung und Kalibrierung benötigt wird. Arbeitet das Gerät mit speziellen Sonden, sollte die Betriebsdauer der Sensoren berücksichtigt werden und die Möglichkeit, rechtzeitig Ersatz zu beschaffen.

Zusätzliche Messgrößen
Wenn zusätzliche Messgrößen erfasst werden sollen, ist zu prüfen, ob ein Sauerstoffmessgerät geeignet ist, auch diese zu erfassen oder ob es zweckmäßiger ist, mehrere Geräte zu verwenden. Solche Messgrößen sind beispielsweise die Temperatur, der pH-Wert, der Redoxwert, die Leitfähigkeit und der Salzgehalt.