NICE TO KNOW: Chemische Gas Sensoren (Hot Plate Metalloxid)

Bei diesen Sensoren handelt es sich nicht um optische Transducer (Messumformer) welche durch Änderung der Tranparenz einer Scheibe Gase detektieren sondern um Sensoren auf Metalloxidbasis welche die Leitfähigkeit variieren. Die Sensoren enthalten ein Element das erhitzt wird (siehe bitte Prinzipbild):

Dieses Element wird durch einen Widerstand nach dem Beschalten des Moduls auf Temperatur gefahren (mehrere 100°). Aus diesem Grunde ist es wichtig, dass die Versorgungsspannung konstant gehalten wird (5V +/- 0,1V). Durch den Heizwiderstand wird das Metalloxid, welches das zu messende Gas detektieren soll so weit aufgeheizt, dass es reaktiv werden kann. Bei zu niedrigen Temperaturen können die Target-Moleküle nicht durch Diffusion in das Metalloxid eindringen oder die Reaktionsprozesse laufen irreversibel ab, man könnte also nur eine Änderung aber keine Regenerierung wahrnehmen. Die Heizplatte (Hot Plate) wird auf einer Temperatur gehalten sodass der Detektionsprozess stetig ablaufen kann und die Metalloxid Schicht sich regenereiren kann.

Durch den Heizer benötigen die Module eine gewisse Menge Energie. Die Energie wird minimiert indem eine Aufhängung an feinen Metalleitern die thermische Ableitung minimiert. Das Signal kommt durch und die Wärme bleibt schön an seinem Platz wo man sie haben möchte und braucht. Zudem ist das Metalloxid porös ausgeführt um möglichst vielen Molekülen das Eindringen zu ermöglichen (maximierte Reaktionsoberfläche). Nun können gasinduzierte Leitfähigkeitsänderungen gemessen werden wenn sich das Target-Gas auf den Sensor trifft. Der Widerstand des Messwiderstandes fällt in Abhängigkeit zu der vorhanden Konzentration des zu detektieren Mediums und kann durch eine Elektronik ausgewertet werden. Störende Abhängigkeiten sind Umgebungstemperatur und Feuchtigkeit da diese die Leitungsfähigkeit beeinflussen. Diese können durch Messung kompensiert werden. Ein Burn-In und ordentliche Kalibrierung wird zudem empfohlen. Darüberhinausgehend ist das Modul recht robust und leidet nicht akut unter Vergiftung (Irreversible chemische Kontamination) welche den Sensor auf Dauer beschädigen kann.

Bitte die Selektivität anhand des Datenblattes überprüfen um das Target-Gas sicher zu detektieren. Je nach verwendetem Metalloxid können unterschiedliche Gase detektiert werden.

Praktischer Weise kümmert sich das Modul um die Signalauswertung, durch den Poti kann eine Warnschwelle definiert werden. Es steht auch ein Analogsignal zur Verfügung wenn man das Rohsignal auswerten möchte.

Fortgeschrittene Sensoren haben eine eigene Signalverarbeitung welcher Zyklen, Feuchtigkeit etc. auskompensiert und eventuell sogar mehrerer verschieden Stoffe detektiert um eine Aussage über die aktuelle Luftgüte zu treffen.

Hast du dich schon mal gefragt was die Automatik Taste in deinem Auto auf der Klimabedienung bedeutet? Es detektiert unverbrannte Chemische Bestandteile von Treibstoffen in der Außenluft uns schließt automatisch die Klappe für Umluft um diese aus dem Innenraum fernzuhalten.