Die Kernfunktion eines Sauerstoffanalysators besteht darin, den Sauerstoffanteil in einer Gasprobe zu erkennen und zu quantifizieren. Um dieses Ziel zu erreichen, gibt es mehrere technologische Ansätze, jeder mit seinen spezifischen Anwendungen und Vorteilen.
Eine gängige Technologie basiert auf dem elektrochemischen Prinzip. Diese Sensoren enthalten eine Elektrolytlösung und zwei oder mehr Elektroden. Wenn die Gasprobe in den Sensor diffundiert, kommt es auf der Elektrodenoberfläche zu einer chemischen Reaktion des Sauerstoffs, die ein elektrisches Signal erzeugt, das proportional zur Sauerstoffkonzentration ist. Auf diesem Prinzip basierende Instrumente sind in der Regel einfach aufgebaut und relativ kostengünstig, sodass sie für tragbare Geräte und die langfristige Online-Überwachung geeignet sind. Der Elektrolyt kann jedoch verbraucht werden, sodass der Sensor nur eine begrenzte Lebensdauer hat und regelmäßig ausgetauscht werden muss.
Ein weiteres weit verbreitetes Prinzip ist der Paramagnetismus. Sauerstoffmoleküle sind paramagnetisch, das heißt, sie werden von einem Magnetfeld angezogen. Paramagnetische Analysatoren bestimmen die Sauerstoffkonzentration, indem sie die Kraft messen, die in einem ungleichmäßigen Magnetfeld auf das Gas ausgeübt wird. Diese Instrumente verfügen über eine schnelle Reaktionszeit, eine hohe Genauigkeit und werden nicht durch andere Komponenten im Hintergrundgas beeinflusst, wodurch sie sich besonders für die Messung von hochreinem Sauerstoff oder als Hauptkomponente in komplexen Gasmischungen eignen. Allerdings ist ihr Aufbau relativ komplex und ihr Preis liegt meist höher als bei elektrochemischen Sensoren.
Festkörperelektrolytsensoren auf der Basis von Zirkonoxid-sind ebenfalls eine wichtige Technologie. Sie arbeiten bei hohen Temperaturen und das Zirkonoxidmaterial lässt Sauerstoffionen durch. Der Sensor steht auf gegenüberliegenden Seiten mit einem Referenzgas und dem Messgas in Kontakt. Der Unterschied im Sauerstoffpartialdruck erzeugt eine elektromotorische Kraft, die in eindeutigem Zusammenhang mit der Sauerstoffkonzentration steht. Diese Technologie eignet sich sehr gut für Umgebungen mit hohen Temperaturen, beispielsweise zur Überwachung der Verbrennungseffizienz in Kesseln und Öfen, und hält rauen Betriebsbedingungen stand.
Auch optische Prinzipien wie die abstimmbare Diodenlaser-Absorptionsspektroskopie (TDLAS) erfreuen sich immer größerer Beliebtheit. Diese Methode analysiert die Konzentration, indem sie den Grad misst, in dem ein Laser einer bestimmten Wellenlänge von Sauerstoffmolekülen absorbiert wird. Diese Methode ist berührungslos, reagiert extrem schnell und erfordert nahezu keine Wartung, allerdings sind die Anschaffungskosten für die Ausrüstung höher.
Die Wahl des Analyseprinzips hängt von den spezifischen Anwendungsanforderungen ab, einschließlich des zu messenden Sauerstoffkonzentrationsbereichs, der Genauigkeitsanforderungen, der Reaktionsgeschwindigkeit, der Umgebungsbedingungen und der Budgetbeschränkungen.