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Lambda-SondeZoomA-Z

Fachgebiet - Technische Chemie, Thermodynamik

(auch λ-Sonde). Gassensor zur Messung des Sauerstoff-Partialdruckes in Gasen. Weit verbreitet ist die Sonde als Mess- und Steuerelement in den Abgassträngen von Otto-Verbrennungsmotoren mit nachgeschalteten Dreiwegekatalysatoren zur Regelung der Zusammensetzung des Benzin-Luft-Gemisches.

Der Lambda-Wert (λ-Wert), d.h. das Verhältnis des tatsächlich in den Verbrennungsraum gelangenden Sauerstoffs zu dem für eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffs benötigten Sauerstoffs, muss sich innerhalb eines sehr engen Bereichs (λ-Fenster) bewegen - nur unter diesen Bedingungen arbeitet der Abgaskatalysator optimal.

Das Messprinzip einer potentiometrischen Lambda-Sonde basiert auf der Sauerstoff-Ionenleitfähigkeit einer Zirconiumdioxid-Membran, an deren einer Seite (äußere Elektrode) das Abgas vorbeigeleitet wird. Die andere Seite (innere Elektrode) wird von Umgebungsluft umspült, die als Referenz dient. Die auftretende Potenzialdifferenz (Spannung U) wird entsprechend der Nernst'schen Gleichung vom Verhältnis der beiden Sauerstoff-Partialdrücke bestimmt:

U=RT4Fln(pO20pO2)R: allgemeine GaskonstanteT: Temperatur (in K)4: Zahl der an der Reaktion beteiligten ElektronenF: Faraday-KonstantepO20: Sauerstoff-Partialdruck der Umgebungsluft (Referenz)pO2: Sauerstoff-Partialdruck des Messgases

Zugrunde liegt die Reaktion:

O2+4e2O2

Der Übergang von λ = 0,97 (fettes Abgas) zu λ = 1,03 (mageres Abgas) ist durch einen Potenzialsprung von ca. 800mV charakterisiert, d.h. die λ-Sonde ist in der Lage, über das gemessene Potenzial bzw. dessen Änderung das Brennstoff-Luft-Verhältnis im Verbrennungsraum zu steuern.

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

KatalyseLevel 145 min.

ChemieAllgemeine ChemieReaktionskinetik

Beschreibung von Katalysatorreaktionen an verschiedenen Beispielen.

KonzentrationszellenLevel 130 min.

ChemieAllgemeine ChemieElektrochemie

Konzentrationszellen werden beschrieben. Als Beispiel wird die Lambda-Sonde vorgestellt.

Messung der GaskonzentrationLevel 130 min.

ChemieTechnische ChemieChemische Messtechnik

In der Lerneinheit werden wichtige Methoden zur Messung von Gaskonzentrationen erläutert.