Neue Verfahren und praktische Umsetzungen
Trends in der Gassensorik
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Praktische Umsetzungen
Gleich drei interessante Neuheiten kommen von Unitronic. In der Markt&Technik-Ausgabe 19 hatten wir bereits den elektrochemischen CO-Sensor TGS5042 von Figaro Engineering vorgestellt, der preislich mit herkömmlichen MOS-Sensoren vergleichbar ist, darüber hinaus jedoch mit einer Lebenserwartung von über zehn Jahren aufwartet. Ebenso wie dieser Langzeitsensor punktet auch das kompaktere Modell TGS5342 - mit einer zu erwartenden Lebenszeit von mindestens sieben Jahren – mit einer hohen Reproduzierbarkeit und CO-Selektivität, wobei der Messbereich von 0 bis 10000 ppm reicht und die Ansprechzeit mit weniger als 60 s spezifiziert ist.
Die zweite Neuheit des Düsseldorfer Unternehmens ist das nur 28 x 22 x 3,5 mm3 kleine, stromsparende Sensormodul USM-VOCG für die schnelle Messung flüchtiger organischer Verbindungen in der Luft. Es basiert auf dem langzeitstabilen Miniatur-MEMS-Sensor TGS8100 von Figaro und reagiert in weniger als acht Sekunden auf die Freisetzung schädlicher Gase. Verglichen mit herkömmlichen Halbleitersensor-basierenden Modulen punktet es mit einem geringen Stromverbrauch von unter 20 mA im kontinuierlichen Betrieb. Damit eignet sich das für 1,8 bis 3,3 V Versorgungsspannung ausgelegte Modul auch für batteriebetriebene Anwendungen. Ein analoger sowie drei digitale Ausgänge, ein UART-Interface, eine automatische Base-Level-Anpassung und eine automatische Luftfeuchtigkeits- und Temperaturkompensation mittels eines externen Sensors erleichtern die Einbindung in unterschiedlichste Applikationen.
Lageunabhängiger Sauerstoffsensor
Ebenfalls neu bei Unitronic ist der Sauerstoffsensor SK-25F von Figaro. Er arbeitet unbeeinflusst von CO2, CO, HS2, NO und H2 und lässt sich dank seiner neuartigen internen Struktur lageunabhängig betreiben. Im Gegensatz zu herkömmlichen Massenstrom-gesteuerten Typen, die eine Kapillare für die Gasdiffusion benutzen, verwendet der mit einer galvanischen Zelle ausgestattete partialdruckgeregelte SK-25F eine Polymermembrane für die Gasdiffusion. Die Vorteile sind eine hohe Linearität zwischen Sauerstoffkonzentration und Sensorausgangssignal im Bereich 0 und 30 % Sauerstoffgehalt und eine einfache, präzise Zweipunkte-Kalibrierung. Durch Integration einer Temperaturkompensationsschaltung wurde der Nachteil der größeren Temperaturabhängigkeit partialdruckgeregelter Sauerstoffsensoren gegenüber Massenstrom-gesteuerten Modellen weitgehend eliminiert. Zudem spricht der SK-25F dank seiner Gasdiffusionselektroden-Technologie mit einem t90-Wert von ≤15 s schneller an als Massenstrom-gesteuerte Typen. Auch ohne externe Stromversorgung liefert er ein stabiles Ausgangssignal und eignet sich für den Einsatz in batteriebetriebenen Geräten etwa für mobile Sauerstoffmessungen und in Sicherheitsanwendungen.
Infrarot-basierter CO-Sensor
smartGAS Mikrosensorik setzt bei seinem Kohlenmonoxid-Gassensor smartMODUL-FLOW auf die Infrarot-Technologie. Nach Überzeugung des Herstellers haben die in der Regel bei der sensorischen Erfassung der CO-Konzentration im Abgasstrom eingesetzten elektrochemischen Sensoren teilweise erhebliche Nachteile: Neben der Alterung der Sensoren und den damit verbundenen kurzen Wartungsintervallen sei es vor allem die Empfindlichkeit gegenüber zu hohen CO-Konzentrationen, die einen elektrochemischen Sensor zerstören könnten. Der auf Infrarotabsorption (NDIR) basierende Gassensor hat diese Nachteile nicht. Er arbeitet langzeitstabil und reduziert den Wartungsaufwand sowie die Notwendigkeit von Nachkalibrierungen auf ein Minimum, was wiederum die Betriebskosten senkt. Ein optional erhältliches optisches Filterelement minimiert den Einfluss von CO2 zusätzlich. Der OEM-Sensor ist mit unterschiedlichen Standardschnittstellen (4 bis 20 mA, RS485, UART) erhältlich, zudem bietet smartGAS ab sofort eine Sensorvariante an, die CO-Konzentrationen im Bereich von 0 bis 2000 ppm misst.
Gassensoren auf NDIR- und amperometrischem Messprinzip
Auf der Infrarot-Technologie (NDIR) basiert auch das speziell für die Großserienfertigung und für OEM-Anwendungen entwickelte CO2-Sensormodul EE891 von E+E Elektronik. Dank eines patentierten Autokalibrierverfahrens ist der Sensor wartungsfrei und ohne Alterungseffekte langzeitstabil. Eine digitale Schnittstelle und die kleine Bauform ermöglichen eine einfache Integration in Geräte und Systeme.
Nach dem amperometrischen Messprinzip arbeitet ein neu entwickelter O2-Sensor von E+E Elektronik, der Anfang 2014 in Serie gehen soll. Sein Messbereich für die Sauerstoffkonzentration soll von 0 bis 100 Prozent reichen, die kompakte Bauform mit integrierter Heizer-Struktur, eine lineare Grenzstromkennlinie und Ansprechzeiten im Sekundenbereich sind weitere Merkmale des geplanten E+E-Sauerstoff-Sensors.
Multi-Gas-Massenfluss-Regler
Für Air, N2, O2, Ar, CO2, He, H2 und mit Messbereichen zwischen 10 und 3000 sccm erhältlich sind die ultrakompakten Massenfluss-Regler-Module der MFC-2000-Serie von Axetris. Mittlerweile bietet das Unternehmen die Module auch mit RS485-Schnittstelle an, damit können OEM-Kunden kompakte mehrkanalige Gas-Mischer, -Splitter oder komplexe Systeme aufbauen. Dank der hohen Turn-Down-Ratio von 1000:1 und mehr decken die Multi-Gas- und Multi-Range-fähigen Module einen großen Dynamikbereich ab. Ihre hohe Genauigkeit und Repetierbarkeit sowie die schnelle Reaktionszeit des platinbasierten MEMS-Sensors erlauben eine präzise Regelung des Gasflusses.
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