Folie 1

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.1Fahrenholz/Jung Herzlich Willkommen! Stud. Ing. Martin Jung Stud. Ing. Jrg Fahrenholz Fachbereich Elektrotechnik Automatisierungstechnik Einfhrung in die Thematik der chemischen Sensoren

Folie 2

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.2Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Chemischer Sensor: Ein chemischer Sensor ist eine Meeinrichtung, die einen chemischen Zustand (Parameter) erfasst und in ein vorzugsweise elektrisches Signal umwandelt. Schematischer Aufbau (chem. Sensorsystem)

Folie 3

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.3Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren pH-Wert Messung mit Glaselektrode Was ist der pH-Wert? Der pH-Wert ist ein Ma fr die Strke der sauren bzw. basischen Wirkung einer wssrigen Lsung. Was ist die Wirkung von Suren/Basen in wssrigen Lsungen? Suren geben Wasserstoff-Ionen ab. Basen binden diese. (Ionisierung/Dissoziation)

Folie 4

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.4Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Potentiometrie Potentialmessung zwischen Mess- und Bezugselektrode EMK = | E1 E2 |

Folie 5

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.5Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Galvanische Zelle Halbzellenpotential nach Nernst-Gleichung

Folie 6

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.6Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Glaselektrode Ionenaustauchende Glasmembran aus Spezialglas (Zusammensetzung ca. 72% SiO2, 22% Na2OH und 6 % CaO) In Glasmembran gepufferte KCL- Lsung (pH-Neutral) Messung durch Eintauchen der Glasmembran in Probelsung

Folie 7

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.7Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Chemische Funktionsweise Beispiel mit Sure (pH < 7) Ersetzen der Na+-Ionen durch H+ an Auenseite Aufquellen der Membran Auenseite H+-Anteil > Innenseite H+-Anteil Elektrochemisches Potential (Stromfluss (pico-Ampere)

Folie 8

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.8Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Signalerfassung Widerstand Glasmembran ca. 10^10 Ohm Einsatz von Elektronischem Messverstrker mit sehr groem Eingangswiderstand (>10^13 Ohm) Datenblatt OFS Online Fluid Sensoric GmbH

Folie 9

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.9Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Anwendung in der Praxis: pH-Meter Bestimmung des pH- Wertes ohne Sure- Base-Indikatoren wird ermglicht Anwendung unter Laborbedingungen

Folie 10

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.10Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren pH-Wert Messung mit ISFET pH-Elektrode ISFET = Ionensensitive Feldeffekttransistoren Die Gate-Elektrode besteht aus einer dnnen ph-sensitiven Schicht (Si 3 N 4, Al 2 O 3, Ta 2 O 5 ) Anwendung in industriellen Prozessen Soure Drain Strom proportional zur Analytkonzentration

Folie 11

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.11Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Gasmessung mit Lambdasonde

Folie 12

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.12Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Datenblatt Lambdasonde

Folie 13

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.13Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Gassensor/Aufbau Detektorschicht meist n-leitend Metalldotiert (Zinn-/Titandioxid, Zinkoxid) Ausfhrung des Sensors: Halbleitertechnik

Folie 14

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.14Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Chemische Funktionsweise Gasmolekle bewirken chemische Reaktion auf Halbleitermaterial Vernderung der elektrischen Leitfhigkeit (Widerstandsnderung)

Folie 15

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.15Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Chemische Funktionsweise Oxidation der Halbleitermetallschicht Sobald Kontakt mit oxidationsfhigem Gas Oxidation des Gases Reduktion des Metalloxids

Folie 16

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.16Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Leitfhigkeit/Empfindlichkeit des Sensors (Abh. Gas) Beispiel: FIGARO TGS822 Abnahme des Widerstandes in Abhngigkeit des zu messenden Gases

Folie 17

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.17Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Leitfhigkeit/Empfindlichkeit des Sensors (Abh. Temp. und Hyg.) Beispiel: FIGARO TGS822 Abnahme des Widerstandes in Abhngigkeit der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit

Folie 18

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.18Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Technische Daten

Folie 19

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.19Fahrenholz/Jung Chemische Sensoren Quellen (23.Mai07) www.uni-protokoll.de http://www.uni-protokolle.de/foren/viewt/43730,0.html Uni Paderborn http://cc.uni-paderborn.de/lehrveranstaltungen/_testpt/kap_2/s2/sensor2.html Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/PH-Wert http://de.wikipedia.org/wiki/Potentiometrie http://de.wikipedia.org/wiki/PH-Meter Kurt Schwabe Institut http://www.ksi-meinsberg.de/kompetenzen/ISFETpH.pdf Honeywell GmbH Industrial Measurement & Control (IM&C) http://www.honeywell.de/imc/phwert/infos.htm http://www.honeywell.de/imc/phwert/infos.htm

Folie 20

Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.20Fahrenholz/Jung Vielen Dank fr ihre Aufmerksamkeit!