Advertisement

Physikalische Gassensoren

  • Gerhard WieglebEmail author
Chapter
  • 6.5k Downloads

Zusammenfassung

Unter einem Gassensor versteht man eine Vorrichtung, mit der die Konzentration eines bekannten Gases in einem komplexen Gasgemisch gemessen werden kann (\(\to\) quantitative Gasanalyse). Dazu muss das zu messende Gas mit einer Pumpe angesaugt und über eine Schlauchleitung dem Gassensor zugeführt werden. Alternativ kann das Gas auch per Diffusion zum Sensor gelangen, was allerdings mit einer erheblichen Zeitverzögerung verbunden ist. Beide Arten der Gasübertragung werden in den unterschiedlichen Anwendungsbereichen eingesetzt. Mit optischen Gassensoren hat man zusätzlich die Möglichkeit Gaskonzentrationen auch über große Entfernungen (Fernmessverfahren, Remote-Sensing) mit einem Lichtstrahl zu erfassen (siehe Kap. 5). Diese Methode wird dann eingesetzt, wenn große räumliche Bereiche (verfahrenstechnische Anlage, Pipeline usw.) überwacht werden müssen (Klein und Werner 1993).

Die Umsetzung der Gaskonzentration c in ein elektrisches Signal \(S_{\mathrm{Mess}}\) erfolgt in der Regel über unterschiedliche physikalische Effekte und teilweise auch durch elektrochemische Reaktionen (Göpel et al. 1991). Mit dem Begriff Sensor ist zumeist auch eine kleine oder sogar miniaturisierte Bauart verknüpft. Darin unterscheidet sich der Gassensor von Analysatoren wie z. B. Gaschromatographen, Spektrometern usw. Der Übergang ist allerdings fließend und wird durch neuartige Miniaturisierungsverfahren immer kleiner.

Literatur

  1. Aidam, E.: Ein sehr schneller magnetischer O\({}_{2}\)-Messer nach dem Wechseldruckverfahren mit einem neuartigen Detektor-Element. DECHEMA Monographien Bd. 67. S. 231–243 (1979) Google Scholar
  2. D’Ans, J., Lax, E.: Taschenbuch für Chemiker und Physiker. Bd. 1 (Physikalische-chemische Daten). Lechner, M.D. (Hrsg.). 4. Aufl. Springer, Berlin (1992) Google Scholar
  3. Baumbach, G.: Luftreinhaltung. Springer, Berlin (1990) Google Scholar
  4. Bender, S.: Untersuchungen zum Betriebsverhalten temperaturregelbarer OFW-Gassensoren. Dissertation, RWTH-Aachen (2004) Google Scholar
  5. Birkle, M.: Messtechnik für den Immissionsschutz. Oldenbourg, München (1979) Google Scholar
  6. Brunck, O.: Clemens Winklers Lehrbuch der technischen Gasanalyse. 4. Aufl. Verlag von Arthur Felix, Leipzig (1919) Google Scholar
  7. Ebbinghaus, E.: Sauerstoffmessung auf magnetischer Grundlage mit stark unterdrücktem Nullpunkt. Zeitschrift für angewandte Physik V, 294–297 (1953) Google Scholar
  8. Göldner, H.-D., Horn, B., Liedtke, T., Marx, W.-R., Schaefer, W.: Verfahren zur Bestimmung der Gaskonzentration in einem Gasgemisch und Sensor zur Messung der Wärmeleitfähigkeit. Deutsche Patentschrift DE 3711511 C1 (1987) Google Scholar
  9. Göpel, W., Hesse, J., Zemel, J.N.: Sensors. A comprehensive Survey. Chemical and Biochemical Sensors. Part 1. Bd. 2. VCH, Weinheim (1991) Google Scholar
  10. Greiser, P., Heller, U.: Unterschiedliche CO\({}_{2}\)-Messverfahren für die Überwachung von Feuerungsanlagen nach der 1. Bundesimmissionsschutzverordnung. Testotherm KG, Lenzkirch (1981) Google Scholar
  11. Grienauer, H.: FTTCA Fourier-Transform-Thermal-Conductivity Analysis. ISA-Paper, Analysis Division, Anaheim (2006) Google Scholar
  12. Grienauer, H.: FTTCA-Gasanalyse mit thermisch modulierten Wärmeleitfähigkeits-Sensoren mit Fourier-Analyse des Messsignals. 16. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2012. DOI 10.5162/sensoren2012/1.2.2 CrossRefGoogle Scholar
  13. Grunewald, A.-U.: Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Gaskonzentration in einem Gasgemisch. Offenlegungsschrift DE 19949327 A1 (1999) Google Scholar
  14. Haran, E.N.: Gasdichtemessung mittels Akustischer Methode. Technisches Messen 50, 43–48 (1983) Google Scholar
  15. Heise, M.M., Kirchner, H.-H., Richter, W.: Gasanalytik mit Gasdichtedetektoren. PTB-Mitteilungen 91(4/81), 266–272 (1981) Google Scholar
  16. Hengstenberg, J., Sturm, B., Winkler, O.: Messen, Steuern, Regeln in der Chemischen Technik. Bd. II, Betriebsmesstechnik II (Physikalische Analytik). Springer, Berlin (1980) Google Scholar
  17. Herwig, H., Moschallski, A.: Wärmeübertragung. Vieweg, Wiesbaden (2006) Google Scholar
  18. Hildebrandt, I.: Entwicklung eines CO\({}_{2}\)-Sensors für Inkubatoren nach dem Wärmeleitverfahren. Bachelor-Thesis, Fachhochschule Dortmund (2013) Google Scholar
  19. Jochum, J.: Gasdichtemessung im pulsierenden Strömungsfeld. VDI-Fortschrittsberichte. Reihe 8, Nr. 122 (1986) Google Scholar
  20. Karbach, A.: Messtechnik in der Versorgungstechnik. Springer, Berlin (1997) Google Scholar
  21. Klein, V., Werner, C.: Fernmessung von Luftverunreinigungen mit Lasern und anderen spektroskopischen Verfahren. Springer, Berlin (1993) Google Scholar
  22. Kronmüller, H., Zehner, B.: Prinzipien der Prozessmesstechnik. Bd. 2 Analysengeräte. Schnäcker, Karlsruhe (1980) Google Scholar
  23. Krupp, H.: Theorie der thermomagnetischen Sauerstoffmessung. Dissertation, Technische Hochschule Karlsruhe (1953) Google Scholar
  24. Kurtz, O., Barthelmess, J., Rüther, R., Wünsche, M., Donner, C.: Quartz Crystal Microbalance used to Characterize Electrochemical Metal Deposition. Journal f. Electrochemistry and Plating Technology J.E.P.T 5, 1–17 (2010) Google Scholar
  25. Landolt-Börnstein: Zahlenwerte und Funktionen, II. Bd. Eigenschaften der Materie in ihren Aggregatzuständen, 5. Teil: Transportphänomene, Kinetik, homogene Gasgleichgewichte. Springer, Berlin (1968) Google Scholar
  26. Lehrer: Annalen der Physik 81, 229 (1926) Google Scholar
  27. Lehrer, E., Ebbinghaus, E.: Ein Apparat zur Sauerstoffmessung in Gasgemischen auf magnetischer Grundlage. Zeitschrift für angewandte Physik II, 20–24 (1950) Google Scholar
  28. Luft, K.F.: Über eine neue Methode der magnetischen Sauerstoffanalyse. Zeitschrift für angewandte Physik III(8), 300–303 (1951) Google Scholar
  29. Luft, K.F., Mohrmann, D.: Neues Gerät zur paramagnetischen Sauerstoff-Messung. Chemie-Ingenieur-Technik 30(9/10), 575–578 (1967) Google Scholar
  30. Mashayekhi, P.: Eine massensensitive, elektronische Nase zur Erkennung, Unterscheidung und Qualitätskontrolle von Safran und Trüffel. Dissertation, Universität Bonn (2005) Google Scholar
  31. Marx, W.-R., Wiegleb, G.: Industrielle Gasanalyse Teil B (Paramagnetische Verfahren). Technisches Messen 62, 31–37 (1995) Google Scholar
  32. Mayer, H.: Akustischer Gasanalysator. Deutsche Patentschrift DE 3046081 (1980) Google Scholar
  33. Meschede, D.: Gerthsen Physik. 24. Aufl. Springer (2010) zbMATHGoogle Scholar
  34. Nerheim, A.G.: Analytical Chemistry 35, 1640 (1963) Google Scholar
  35. Noble, F.W., Abel, K., Cook, P.W.: Analytical Chemistry 36, 1421 (1964) Google Scholar
  36. Oster, H.: Siemens Zeitschrift 37, 481 (1963) Google Scholar
  37. Pauling, L., Wood, R.E., Sturdivant, J.H.: J. Amer. Chem. Soc. 68, 795 (1946) Google Scholar
  38. Poling, B.E., Prausnitz, J.M., O’Connell, J.P.: The Properties of Gases and Liquids. McGrow-Hill (2001) Google Scholar
  39. Profos, P., Pfeiffer, T.: Handbuch der industriellen Messtechnik. 5. Aufl. Oldenbourg (1992) Google Scholar
  40. Richly, W.: Meß- und Analyseverfahren. Vogel Buchverlag, Würzburg (1993) Google Scholar
  41. Staab, J., Baronick, J., Kroneisen, A.: Improving the Method of Hydrocarbon Analysis. SAE Technical Paper Series No. 810427 (1981) Google Scholar
  42. Tipler, P.A., Mosca, G.: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure. 7. Aufl. Springer-Spektrum (2014) Google Scholar
  43. Vonderschmidt, S.: Paramagnetischer Sauerstoffsensor in Mikrosystemtechnik. Dissertation, TU Hamburg-Harburg (2012) Google Scholar
  44. Wernekinck, U.: Gasmessung und Gasabrechnung. 4. Aufl. Vulkan, Essen (2009) Google Scholar
  45. Wiegleb, G.: Gasanalyse nach dem Wärmeleitverfahren. Praxis der Naturwissenschaften – Chemie, 272–276 (1980) Google Scholar
  46. Wiegleb, G.: Anordnung zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen. Deutsche Patentanmeldung DE3502440.2 (1985a) Google Scholar
  47. Wiegleb, G.: Schnellanzeigender Wärmeleitfähigkeitssensor zur Messung von Gaskonzentrationen, SENSOR’85-Konferenzunterlagen, Kap. 8.3.1–8.3.16 (1985b) Google Scholar
  48. Wiegleb, G.: Gasanalyse nach dem Wärmeleitverfahren mit dem HYDROS. Versuchs- und Forschungsingenieur 3, 57–60 (1987a) Google Scholar
  49. Wiegleb, G.: Aufbau und Wirkungsweise eines Wärmeleitfähigkeitsanalysators. GIT Fachzeitschrift für das Labor 8, 694–700 (1987b) Google Scholar
  50. Zipser, L., Labude, K.: Akustische Gasanalyse Teil 3 Anwendungen. Technisches Messen 58(11), 427–432 (1991a) Google Scholar
  51. Zipser, L., Labude, K.: Akustische Gasanalyse Teil 1 Grundlagen. Technisches Messen 58(12), 463–470 (1991b) Google Scholar

Weiterführende Literatur

  1. Bock, H.: Über die Wärmeleitfähigkeit von Gasgemischen. Annalen der Physik 6(8) (1950) Google Scholar
  2. Hauptmann, P.: Sensoren Prinzipien und Anwendungen. Hanser, München (1991) Google Scholar
  3. Martin, P., James, A.T.: Biochem. J. 63, 138 (1956) Google Scholar
  4. Moseley, P.T., Tofield, B.C.: Solid State Gas Sensors. Adam Hilger, Bristol (1987) Google Scholar
  5. Schawacht, T.: Bericht zur betrieblichen Praxis (paramagnetische O\({}_{2}\)-Gassensorik). Fachhochschule Dortmund (2015) Google Scholar
  6. Schmick, H.: Physikalische Zeitschrift 29, 633 (1928) Google Scholar
  7. Schmitte, F.-J., Wiegleb, G.: Conductivity Behaviour of Thick Film Tin-Dioxide Gas Sensors. Sensors and Actuators B 4, 473–477 (1991) Google Scholar
  8. Schunck, G.: Fühler zur Messung der Wärmeleitfähigkeit in Gasen. Deutsche Patentanmeldung 2952137 (1979) Google Scholar
  9. Twisselmann, L.: Schnelle paramagnetische Sauerstoffbestimmung mit erzwungenem Gasaustausch an den Verdrängungskörpern. Dissertation, Technische Universität Berlin (1975) Google Scholar
  10. van Herwaarden, S.: Physical Principles of Thermal Sensors. Sensors and Materials 8(6), 373–387 (1996) Google Scholar
  11. VDI-Wärmeatlas: Berechnungsblätter für den Wärmeübergang. 8. Aufl. Springer, Berlin (1997) Google Scholar
  12. Wiegleb, G.: Funktion und Aufbau eines Wärmeleitfähigkeitssensors. Messen-Prüfen-Automatisieren 4, 203–205 (1. Teil), 5, 254–256 (2. Teil) (1986) Google Scholar
  13. Wiegleb, G., Böttcher, A.: Messungen von Chlorgasimmissionen mit dem BINOS IM 01-System. GIT Fachzeitschrift für das Labor 5, 497–501 (1988) Google Scholar
  14. Wiegleb, G., Heitbaum, J.: Eigenschaften von Zinndioxid-Gassensoren in Dickschicht-Technologie. Dechema-Monographien Bd. 124 (1991) Google Scholar
  15. Wiegleb, G., Heitbaum, J.: Halbleitergassensor auf der Basis von Indiumzinnoxid. Experimentelle Technik der Physik 39(3), III (1991) Google Scholar
  16. Wiegleb, G., Heitbaum, J.: Eigenschaften polykristalliner Zinndioxidschichten. Verhandlungen der DPG-Frühjahrstagung in Münster DS 24.4, 985 (1991) Google Scholar
  17. Wiegleb, G., Heitbaum, J.: Semiconductor gas sensor for detecting NO and CO traces in ambient air of road traffic. Sensors an Actuators B, 17, 93–99 (1994) Google Scholar
  18. Wiegleb, G.: Industrielle Gassensorik. Expert Verlag, Renningen (2001) Google Scholar
  19. Liu, Y., Chen, Y.-p., Song, H., Zhang, G.: Research on characteristics of hydrogen gas sensor based on palladium and yttrium alloy ultrathin film. The 14\({}^{\mathrm{th}}\) International Meeting on Chemical Sensors. IMC 2012. doi: 10.5162/IMC2012/P2.8.8 Google Scholar

Copyright information

© Springer Fachmedien Wiesbaden 2016

Open Access Dieses Kapitel wird unter der Creative Commons Namensnennung - Nicht kommerziell 2.5 International Lizenz (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.5/deed.de) veröffentlicht, welche die nicht-kommerzielle Nutzung, Vervielfältigung, Bearbeitung, Verbreitung und Wiedergabe in jeglichem Medium und Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle ordnungsgemäß nennen, einen Link zur Creative Commons Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden.

Die in diesem Kapitel enthaltenen Bilder und sonstiges Drittmaterial unterliegen ebenfalls der genannten Creative Commons Lizenz, sofern sich aus der Abbildungslegende nichts anderes ergibt. Sofern das betreffende Material nicht unter der genannten Creative Commons Lizenz steht und die betreffende Handlung nicht nach gesetzlichen Vorschriften erlaubt ist, ist auch für die oben aufgeführten nicht-kommerziellen Weiterverwendungen des Materials die Einwilligung des jeweiligen Rechteinhabers einzuholen.

Authors and Affiliations

  1. 1.Fachhochschule DortmundDortmundDeutschland

Personalised recommendations