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Gasmessung

Sensorik auf dem Prüfstand

3. Dezember 2012, 9:52 Uhr | Von Yingjing Zheng und Carolin Kaiser

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Einflussgröße Luftfeuchtigkeit

Um den Einfluss von Feuchtigkeit zu testen, wurde die relative Luftfeuchtigkeit zwischen 0 und 92 % bei einem ungefähr gleichbleibenden Luft-Durchfluss von 600 bis 650 ml/min variiert. Die erste Hälfte des Versuchs wurde in reiner Luft, die zweite Hälfte – ab der roten Markierung in Bild 3, Zeitstempel 14:14 – abwechselnd mit Ammoniak mit einer Konzentration von 3,2 ppm und Luft durchgeführt.

In Bild 2 sind die Signalkurven des Ammoniak- und des Wasserstoff-CCFET-Sensors sowie die des zugehörigen Feuchte-Sensors aufgetragen. Es ist bei allen Signalen die Tendenz zu erkennen, dass die Signalamplitude bei niedriger Feuchtigkeit sinkt und bei höherer ansteigt. Die Messwerte des integrierten Feuchte-Sensors sind in Grün markiert. Dieser kann, wie der ebenfalls sich auf dem Chip befindende Temperatur-Sensor, sowohl für Kompensationszwecke als auch für eigenständige Messungen verwendet werden.

Weiterhin geht aus den Messdaten hervor, dass der prinzipielle Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf die Gassignale im Bereich mittlerer – zwischen 40 und 60 % – und hoher Luftfeuchtigkeit – zwischen 80 und 92 % – besonders klein ist. Extremwerte wie 0 % Feuchtigkeit nehmen hingegen einen stärkeren Einfluss auf die Gasmessungen. Auch der Widerstand des Metalloxid-Sensors reagierte empfindlich auf Feuchtigkeit. Damit ist auch hier eine Korrektur durch einen Feuchte-Sensor nötig, der jedoch anders als bei den Sensoren von Micronas nicht in heute auf dem Markt erhältlichen Produkten integriert ist.

Es gibt viele Anwendungsbereiche, wo Messungen in sauerstofffreier Atmosphäre durchgeführt werden müssen. Ein Beispiel hierfür sind Lebensmitteltransporte, bei denen sauerstofffreie, mit Schutzgas gefüllte Container verwendet werden, um die Entstehung von Keimen zu verhindern.

Um die Sensoren unter ähnlichen Bedingungen zu testen, wurden Messungen in Stickstoff und trockener Atmosphäre statt in Luft durchgeführt. Als Resultat nahm der Widerstand des Metalloxid-Sensors wie bei einer erhöhten Ammoniakmessung schlagartig ab (Bild 3).

Da diese Sensor-Technologie den Sauerstoff aus der Luft zur Absorption benötigt, wird seine Abwesenheit als Signal interpretiert. Der CCFET dagegen geht nur eine physikalische Oberflächenbindung mit bestimmten Analyten ein und ließ während der Messung keine negative Beeinflussung erkennen.