Der Sauerstoffsensor

Der Sauerstoff-Sensor 7OX-V CiTiceL wird mit der entsprechenden Elektronik von GAWADO zur Verfügung gestellt.  Es handelt sich um einen galvanischen Sauerstoffsensor, der eine dem Sauerstoffgehalt proportionale Spannung ausgibt.

Die Umwandlung des Sauerstoffgehalts wird auf der bereitgestellten Sensorplatine vorgenommen. Am Ausgang ergibt sich dann ein Sensorsignal, das abhängig vom Sauerstoffgehalt zwischen 0 und 500mV liegt. Bei einem Sauerstoffgehalt von 25% sollte am Sensorausgang die maximale Spannung von ca. 500mV anliegen. Diesem Signal ist noch die Referenzspannung der Sensorplatine überlagert (2,5V).

Es steht also ein Signal zur Verfügung, das zwischen 2,5V und 3V liegt. Um mit der eigentlichen Sensorspannung zu arbeiten, wird auf der Zentraleinheit zunächst ein Subtrahierer aufgebaut. Daür wurde ein Standardbaustein, der LM224 ausgewählt. Er besteht aus vier unabhängigen Operationsverstärkern, die einzeln beschaltet bis -40°C betrieben werden können.

Zwei der OPVs werden als Subtrahierer beschaltet, in dieser Funktion wird die Offsetspannung von 2,5V subtrahiert und keine Verstärkung durchgeführt, weshalb alle Widerstände gleich groß deminsioniert wurden. Um die Ströme möglichst klein zu halten und so Störspannungen zu minimieren, werden 100kΩ Widerstände eingesetzt.

Die anderen beiden OPVs werden dagegen für die Verstärkerschaltung genutzt.

Damit kann das bereinigte Signal für die Weitergabe an den AD-Wandler des Launchpads erhöht werden. Dafür wurde der verbaute Operationswandler als Nicht-Invertierender-Verstärker mit einem Verstärkungsfaktor von V = R1/R2+1 = 5kΩ/1kΩ+1 = 6 verschaltet. Die 5kΩ Widerstände wurden als Potentiometer eingebaut, um die Feinabstimmung vorzunehmen. Die letzendlich gewählte Verstärkung liegt bei 5, um den maximalen Messbereich des MSP430 von 0..2,5V voll auszunutzen.

Auf der Erdoberfläche liegt der Sauerstoffgehalt bei 20,9% und die entsprechende Ausgangsspannung des Sensors beträgt ca. 420mV. Zu erwarten ist, dass bei zunehmendem Abstand der Sonde zur Erdoberfläche, aufgrund des geringeren Druckes, die Anzahl der Sauerstoffpartikel abnimmt, der tatsächliche Sauerstoffgehalt aber unverändert bleibt.

Der angezeigte Sauerstoffwert kann durch einfaches Anhauchen der Oberfläche geändert werden. Durch den verminderten Sauerstoffgehalt der Atemluft, der auf ungefähr 16% sinkt, sinkt auch die Ausgangsspannung und die Funktion der Schaltung kann bestätigt werden.