Paramagnetischer Sauerstoffanalysator - ZAJ
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Eine präzise Sauerstoffmessung ist unerlässlich, um die Verbrennung zu steuern, Emissionen zu überwachen, industrielle Prozesse zu schützen und die Zusammensetzung von Gasgemischen zu überprüfen. Jede Anwendung stellt jedoch unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich des O₂-Messbereichs, der Ansprechzeit, der Gaszusammensetzung und der Anzahl der zu messenden Komponenten.
Die paramagnetische Technologie von Fuji Electric ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich:
Dank dieser Vielfalt lässt sich das Messgerät entsprechend der gesamten Anwendung auswählen und nicht nur anhand der zu messenden Sauerstoffkonzentration.
Laden Sie die Broschüre herunter und entdecken Sie präzise und robuste Lösungen für die Mehrgasanalyse, die für alle Ihre industriellen Anwendungen geeignet sind.

Ein paramagnetischer Sauerstoffanalysator misst kontinuierlich die Sauerstoffkonzentration in einem Gasgemisch, indem er die magnetischen Eigenschaften der O₂-Moleküle nutzt.
Sauerstoff wird von einem Magnetfeld stärker angezogen als die meisten anderen Gase. Der Analysator erfasst den physikalischen Effekt, der entsteht, wenn die Probe diesem Feld ausgesetzt wird, und wandelt ihn anschließend in ein elektrisches Signal um, das proportional zur Sauerstoffkonzentration ist.
Je nach Bauart des Analysegeräts kann die paramagnetische Messung von O₂ auf folgenden Prinzipien beruhen:
Die Technologie kann somit entweder ausschließlich zur Sauerstoffmessung eingesetzt oder in ein komplettes Mehrgas-Analysesystem integriert werden.

Wenn das Probegas in die Messzelle eintritt, wird es einem kontrollierten Magnetfeld ausgesetzt. Die Sauerstoffmoleküle werden in den Bereich gezogen, in dem dieses Feld am stärksten ist, da ihre magnetische Suszeptibilität höher ist als die der meisten anderen Gase.
Diese Anziehungskraft erzeugt eine Kraft, einen Druckunterschied oder eine Gasbewegung im Inneren der Zelle. Der Analysator erfasst diese Veränderung und wandelt sie in einen kontinuierlichen Messwert der O₂-Konzentration um.
Der Messvorgang lässt sich wie folgt zusammenfassen:
In einem Mehrgasanalysator durchläuft dieselbe Probe auch Infrarot-Messzellen. Komponenten wie CO, CO₂, NO, SO₂ und CH₄ werden mittels NDIR-Technologie gemessen, während Sauerstoff separat durch den paramagnetischen Sensor analysiert wird.

Sauerstoff ist paramagnetisch, da seine Molekülstruktur ungepaarte Elektronen enthält. Werden die Sauerstoffmoleküle einem Magnetfeld ausgesetzt, bewegen sie sich in den Bereich, in dem das Feld am stärksten ist.
Die meisten gängigen Industriegase weisen deutlich schwächere magnetische Eigenschaften auf. So kann das Analysegerät Sauerstoff von den anderen Bestandteilen des Gasgemischs unterscheiden.
Bestimmte Gase mit hoher magnetischer Suszeptibilität, insbesondere Stickstoffmonoxid, können die Messung jedoch beeinflussen. Daher muss bei der Auswahl und Konfiguration des Analysegeräts die vollständige Zusammensetzung des Gases untersucht werden.

Der paramagnetische Sauerstoffanalysator ZAJ wurde speziell für die schnelle und kontinuierliche Messung von O₂ entwickelt. Er nutzt ein paramagnetisches Druckmessprinzip in Verbindung mit einem hochempfindlichen Massendurchflussmesser.
Die wichtigsten Vorteile sind folgende:
Der ZAJ-Analysator eignet sich besonders dann, wenn Sauerstoff die einzige zu messende Komponente ist und Schwankungen im Prozess schnell erkannt werden müssen.

Der Mehrgasanalysator ZKJ kombiniert eine Infrarot-Doppelstrahlmessung mit einem integrierten paramagnetischen Sauerstoffsensor. Er kann bis zu fünf Komponenten, darunter O₂, kontinuierlich messen.
Je nach Konfiguration ermöglicht es die Messung von:
Der Analysator ZKJ ist für anspruchsvolle Anwendungen konzipiert, die niedrige Messbereiche, hohe Stabilität und eine Begrenzung von Kreuzstörungen erfordern. Er eignet sich insbesondere für Industrieöfen, Kessel, Verbrennungsanlagen und Systeme zur kontinuierlichen Emissionsmessung.
Sofern es die Anwendung erfordert, kann anstelle des integrierten paramagnetischen Sensors auch ein externer Sauerstoffanalysator aus Zirkonoxid verwendet werden.

Das Modell ZPA ist ein kompakter Gasanalysator für den Einbau in ein 19-Zoll-Rack. Mit ihm lassen sich bis zu fünf Komponenten gleichzeitig messen.
NO, SO₂, CO₂, CO und CH₄ werden mittels Einstrahl-Infrarot-Technologie gemessen. Sauerstoff kann entweder mit einem integrierten paramagnetischen oder elektrochemischen Sensor oder mit einem externen Zirkoniumoxid-Analysator gemessen werden.
Die paramagnetische Ausführung eignet sich für folgende Anwendungen:
Zu den verfügbaren Funktionen gehören die automatische Kalibrierung, die Luftdruckkompensation, Konzentrationsalarme, die Fernskalierung und die RS-485-Kommunikation.

Der Gasanalysator ZRE kombiniert einen hochempfindlichen Infrarot-Einzelstrahl-Detektor mit einem integrierten paramagnetischen Sauerstoffsensor, der je nach Konfiguration erhältlich ist.
Es kann gleichzeitig bis zu vier Infrarotkomponenten messen, zu denen noch Sauerstoff hinzukommt:
Dank seiner kompakten Bauweise, seiner langfristigen Stabilität und seiner automatischen Kalibrierungsfunktionen eignet er sich besonders gut für die Überwachung von Emissionen aus Heizkesseln, Industrieöfen, Motoren und Müllverbrennungsanlagen.
Das Modell ZRE eignet sich für Fälle, in denen mehrere Schadstoffkonzentrationen und der zugehörige Sauerstoffreferenzwert mit ein und demselben Gerät gemessen werden sollen.

Die Schiffsversion des ZPA dient zur Überwachung der Emissionen in den Abgasen von Schiffen. Sie kombiniert die Infrarotmessung mit verschiedenen Technologien zur O₂-Messung: elektrochemisch, paramagnetisch oder mit Zirkonoxid.
In der paramagnetischen Konfiguration kann das Analysegerät Sauerstoff zusammen mit NO, SO₂, CO₂, CO oder CH₄ kontinuierlich messen.
Die wichtigsten Vorteile sind:
Diese Lösung lässt sich in ein System zur kontinuierlichen Messung von Meeresemissionen integrieren.

Das tragbare Messgerät ZSVF vereint ein Infrarot-Messgerät, einen Sauerstoffsensor und eine komplette Probenahmeeinheit. Je nach Konfiguration kann der Sauerstoff mit einem elektrochemischen oder einem paramagnetischen Sensor gemessen werden.
Es kann bis zu fünf der folgenden Komponenten messen:
Dank seiner integrierten Pumpe, Filter und Durchflussregelung eignet sich der Analysator ZSVF für temporäre Messungen, die Verbrennungsüberwachung, Wärmebehandlungsöfen, Forschungsanwendungen und Analysen vor Ort.

Das ZSVS ist ein tragbares Mehrgasmessgerät, das für punktuelle oder zeitlich begrenzte Messungen direkt vor Ort konzipiert ist. Es kombiniert eine Einstrahl-NDIR-Technologie zur Messung von CO₂, CO und CH₄ mit einer elektrochemischen Zelle zur kontinuierlichen Sauerstoffmessung.
Es kann bis zu vier Komponenten gleichzeitig messen:
Das Analysegerät verfügt über eine integrierte Pumpe, einen Filter und einen Durchflussmesser. Dank seiner kompakten Bauweise lässt es sich leicht transportieren und bei Inbetriebnahmen, Prozesskontrollen oder temporären Messkampagnen einsetzen.
Die wichtigsten Vorteile sind:
Im Gegensatz zu den Gasanalysatoren der Baureihen ZAJ, ZKJ, ZPA, ZRE und ZSVF in ihrer paramagnetischen Ausführung misst der ZSVS den Sauerstoffgehalt mithilfe einer elektrochemischen Zelle. Er eignet sich daher für tragbare Anwendungen, bei denen Kompaktheit und einfache Handhabung Vorrang vor der Lebensdauer des Sensors oder dem Messbereich eines paramagnetischen Sauerstoffanalysators haben.

Die paramagnetische Technologie misst den Sauerstoffgehalt anhand einer physikalischen Eigenschaft des Moleküls. Sie beruht nicht auf einer chemischen Reaktion, bei der das Messelement nach und nach verbraucht wird.
Dieses Prinzip ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung und reduziert gleichzeitig den Austauschbedarf der elektrochemischen Verbrauchszellen.

Paramagnetische Sensoren reagieren schnell auf Schwankungen der Sauerstoffkonzentration. Der paramagnetische Sauerstoffanalysator ZAJ erreicht 90 % des Messwerts in zwei Sekunden oder weniger, wobei die Transportzeit des Gases durch die externe Probenahmeleitung nicht berücksichtigt ist.
Die Ansprechzeit von Mehrgasmessgeräten hängt ebenfalls von der Anzahl der Messzellen, dem Probenfluss und der Auslegung des Probenahmesystems ab.

Einer der Hauptvorteile der Produktreihe von Fuji Electric besteht darin, dass die paramagnetische O₂-Messung mit einer NDIR-Infrarotanalyse kombiniert werden kann.
Ein und dasselbe Messgerät kann somit sowohl die Sauerstoffkonzentration anzeigen als auch mehrere Prozessgase oder Schadstoffe messen. Diese Konfiguration vereinfacht die Integration und ermöglicht es, den O₂-Wert zur Korrektur der Emissionskonzentrationen heranzuziehen.

Je nach gewähltem Analysegerät kann die paramagnetische Technologie niedrige Sauerstoffkonzentrationen, die üblichen Bereiche der Verbrennungsregelung sowie Konzentrationen von bis zu 100 Vol.-% O₂ abdecken.
Der paramagnetische Sauerstoffanalysator – ZAJ – unterstützt auch umgekehrte Skalen für Anwendungen, bei denen die Messung bei einer hohen Sauerstoffkonzentration beginnt.

Die Messung basiert auf den stabilen magnetischen Eigenschaften von Sauerstoff. Ein richtig ausgewählter und installierter paramagnetischer Sensor liefert langfristig zuverlässige Messergebnisse mit geringer Drift.
Das Fehlen einer elektrochemischen Reaktion, bei der sich Materialien verbrauchen, trägt ebenfalls dazu bei, dass die Leistung über einen langen Nutzungszeitraum hinweg konstant bleibt.

Paramagnetische Analysatoren werden von vielen gängigen Industriegasen kaum beeinflusst. Sie eignen sich daher für komplexe Gasgemische und bestimmte Proben, die brennbare Bestandteile enthalten.
Die Gasmatrix, mögliche Interferenzen, die Probenvorbereitung und die Sicherheitsanforderungen müssen jedoch vor jeder Installation geprüft werden.
Zu den Anwendungsbereichen paramagnetischer Sauerstoffanalysatoren zählen insbesondere die Überwachung des Verbrennungswirkungsgrads, die Reinheit von medizinischen Gasen und die Verpackung von Lebensmitteln.

Durch die kontinuierliche Sauerstoffmessung lässt sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis regeln, der Luftüberschuss begrenzen und die Verbrennung stabilisieren.
Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen gehören:
Bei Verfahren, die bei hohen Temperaturen oder unter Druck ablaufen, muss das Gas entnommen und aufbereitet werden, bevor es den Analysator erreicht.

Anhand der gemessenen O₂-Konzentration lassen sich die Verbrennungsbedingungen kontrollieren und die Schadstoffkonzentrationen entsprechend einem gesetzlich vorgeschriebenen Referenzwert für den Sauerstoffgehalt korrigieren.
Die Mehrgasmessgeräte ZKJ, ZPA und ZRE können die paramagnetische Sauerstoffmessung mit der Überwachung von NO, SO₂, CO oder CO₂ kombinieren.

Die Sauerstoffkonzentration beeinflusst die Oxidation der Werkstoffe, die Ofenatmosphäre und die Qualität der Endprodukte. Paramagnetische Analysatoren gewährleisten eine kontinuierliche Überwachung in:

Die paramagnetische O₂-Messung ermöglicht es, unerwünschte Sauerstoffzuflüsse zu erkennen, Prozessatmosphären zu überwachen und die Zusammensetzung industrieller Gasgemische zu kontrollieren.
Bei Proben, die brennbare oder korrosive Bestandteile enthalten, müssen das Probenahmesystem und die Sicherheitseinrichtungen entsprechend den tatsächlichen Prozessbedingungen ausgelegt sein.

In Anlagen zur Herstellung von Industriegasen werden Sauerstoffanalysatoren eingesetzt, um die Trennprozesse zu überwachen, die Sauerstoffanreicherung zu steuern und die Qualität der erzeugten Gase zu überprüfen.
Dank der konfigurierbaren Messbereiche lässt sich die Messung sowohl an niedrige als auch an hohe O₂-Konzentrationen anpassen.

Das ZPA Marine kann den Sauerstoffgehalt zusammen mit verschiedenen anderen Bestandteilen in den Schiffsabgasen messen. Diese Messung trägt zur Emissionsüberwachung, zur Bewertung des Verbrennungsprozesses und zu O₂-abhängigen Korrekturberechnungen bei.

Der Gasanalysator – ZSVF ist ein tragbares Mehrgasmessgerät mit eigenem Probenahmesystem. Er eignet sich für die Inbetriebnahme, Prozesskontrollen, Laborversuche und temporäre Messkampagnen.

Das erste Auswahlkriterium betrifft die Anzahl der zu messenden Komponenten.
Ein spezielles Analysegerät wie der ZAJ wird empfohlen, wenn:
Ein Mehrgasmessgerät ist vorzuziehen, wenn:

Die erwarteten Mindest- und Höchstkonzentrationen bestimmen den Sensortyp und den Messbereich. Die Verbrennungsüberwachung erfordert in der Regel eine andere Konfiguration als die, die für die Gasabscheidung oder die Messung einer hohen Sauerstoffkonzentration verwendet wird.

Die Wahl zwischen den Analysator-Modellen ZKJ, ZPA, ZRE und ZSVF hängt insbesondere ab von:

Fuji Electric bietet Lösungen für den Einbau in Rack, in Schalttafeln oder auf Tischen sowie Ausführungen für den Einsatz auf See und als tragbare Geräte an. Die mechanische Ausführung muss entsprechend dem Aufstellungsort und dem Verwendungszweck ausgewählt werden.

Staub, Feuchtigkeit, korrosive Stoffe sowie Gasdruck und -temperatur können die Funktion des Analysesystems beeinträchtigen.
Je nach Anwendung sind für die Installation möglicherweise folgende Voraussetzungen erforderlich:
| Produkt | Art der Analyse | Messbare Gase | Paramagnetischer Messbereich für O₂ | Reaktionszeit bei 90 % | Aufstellung und Probenahme | Empfohlene Anwendung |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Paramagnetischer Sauerstoffanalysator - ZAJ | Spezieller O₂-Analysator | Nur O₂ | Konfigurierbare Messbereiche bis zu 100 Vol.-% O₂. Je nach Konfiguration sind auch niedrige Konzentrationen und umgekehrte Messbereiche verfügbar. | ≤ 2 Sekunden, ohne Berücksichtigung des Gastransports in der externen Leitung | Externe Datenerfassung und Aufbereitung. Einbau in 19-Zoll-Rack, Wandmontage oder Tischaufstellung | Schnelle O₂-Messung, Prozessüberwachung, Industrieöfen und Anwendungen, die einen großen Messbereich erfordern |
| Infrarot-Gasanalysator – ZKJ | NDIR-Mehrgasanalysator mit Doppelstrahl | Bis zu 4 Gase aus den folgenden: NO, SO₂, CO₂, CO, CH₄ und N₂O sowie O₂ | Von 0–5 Vol.-% bis 0–25 Vol.-% O₂ | ≤ 60 Sekunden, einschließlich der Zeit für den Probenwechsel | Externe Gehäuseausführung. Einbau in ein 19-Zoll-Rack und Integration in einen Analyseschrank | Hochleistungsfähige Mehrgasmessung, niedrige Konzentrationen, Heizkessel, Verbrennungsanlagen, Öfen und kontinuierliche Emissionsüberwachung |
| Infrarot-Gasanalysator – ZPA | Einstrahl-NDIR-Mehrgasmessgerät | Bis zu 4 Gase aus den Gruppen NO, SO₂, CO₂, CO und CH₄ sowie O₂ | Von 0–5 Vol.-% bis 0–100 Vol.-% O₂. Für die reine O₂-Messung ist eine umgekehrte Skalierung verfügbar | 10 bis 30 Sekunden, einschließlich des Austauschs der Probe | Außenverpackung. Kompaktes Format für 19-Zoll-Rack | Kompakte Mehrgasmesssysteme, Verbrennungsüberwachung, Heizkessel, Verbrennungsanlagen und Industrieemissionen |
| Infrarot-Gasanalysator – ZRE | Einstrahl-NDIR-Mehrgasmessgerät | Bis zu 4 Gase aus den Gruppen NO, SO₂, CO₂, CO und CH₄ sowie O₂ | Bis zu 100 % Vol. O₂ je nach gewählter Konfiguration | ≤ 60 Sekunden bei einem Durchfluss von 0,5 l/min | Externe Gehäuseausführung. Einbau in Rack oder Schalttafel, kompakte Bauweise | Kontinuierliche Emissionsüberwachung, Integration in einen kompakten Schrank und gleichzeitige Messung der Schadstoffe und des Referenz-O₂ |
| Infrarot-Gasanalysator – ZPA – Anwendung in der Schifffahrt | NDIR-Mehrgasmessgerät für maritime Anwendungen | Bis zu 4 Gase aus den Gruppen NO, SO₂, CO₂, CO und CH₄ sowie O₂ | Von 0–5 Vol.-% bis 0–100 Vol.-% O₂. Für die reine O₂-Messung ist eine umgekehrte Skalierung verfügbar | 10 bis 30 Sekunden, einschließlich des Austauschs der Probe | Einbau in ein Rack eines Meeresanalysesystems mit Gasaufbereitung | Überwachung der Schiffsabgase, Emissionsminderung und Verbrennungskontrolle an Bord |
| Tragbares Infrarot-Gasanalysegerät mit Probenahme – ZSVF | NDIR-Mehrgasmessgerät mit Probenahme | Bis zu 4 Gase aus den Gruppen NOx, SO₂, CO₂, CO und CH₄ sowie O₂ | Von 0–5 Vol.-% bis 0–25 Vol.-% O₂ | ≤ 50 Sekunden ab Einleitung der Probe | Integrierte Pumpe, Filter und Durchflussregelung. Je nach Einsatzzweck fest installierter oder tragbarer Sensor | Vorübergehende Messungen, Kontrollen vor Ort, Inbetriebnahme, Forschung und kontinuierliche Überwachung mit einem kompakten Probenahmesystem |
| Tragbares Infrarot-Gasanalysegerät – ZSVS | Tragbares NDIR-Mehrgasmessgerät | Bis zu 3 Gase aus den Gruppen CO₂, CO und CH₄ sowie O₂ | Von 0–5 %, 0–10 % oder 0–25 % Vol. O₂ | ≤ 50 Sekunden | Integrierte Pumpe, Filter und Durchflussmesser | Mobile Messungen, Stichprobenkontrollen, Inbetriebnahme und Prozessdiagnose |

Bei der Auswahl eines paramagnetischen Sauerstoffmessgeräts geht es nicht nur darum, einen Messbereich festzulegen. Auch die Anzahl der Komponenten, die Gaszusammensetzung, die Probenahmebedingungen, die Ansprechzeit, die Einbauumgebung und die Kommunikationsmöglichkeiten müssen berücksichtigt werden.
Fuji Electric France unterstützt Industrieunternehmen bei der Auswahl von Spezial- oder Mehrgasmessgeräten, bei der Konzeption von Probenahmesystemen und bei der Integration kompletter Gasanalyseschränke.
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