Künstliche Nasen schnüffeln perfekt Sensor von Unitronic ermittelt Fingerabdrücke für Gase - wirautomatisierer

Künstliche Nasen schnüffeln perfekt

Sensor von Unitronic ermittelt Fingerabdrücke für Gase

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In vielen Umgebungen ist das Erfassen bzw. Analysieren bestimmter Gase essenziell; Unitronic ist es gelungen, mit einer Art künstlicher Nase ein einfaches Verfahren zu entwickeln. Das Sensormodul USM-VGSA ist in der Lage, mit einem einzigen Metalloxidsensor eine Vielzahl organischer und anorganischer Verbindungen selektiv zu erkennen. Damit lassen sich die Kosten für die Analyse von Luftbestandteilen reduzieren.

Eduard Schäfer, Leiter des Bereichs Sensoren, Unitronic GmbH

Neben Sauerstoff, Helium, Wasserstoff oder Propan gibt es auch komplexe Gasgemische wie Zigarettenrauch, Alkoholdämpfe oder Brand-Gase. Im Gefahrenfall erfordert jedes Gas eine spezielle Reaktion, damit der Schaden in Grenzen gehalten wird. Für die Messung und Auswertung der jeweiligen Gase sorgen Sensoren. Diese meist extrem komplexen Bauelemente erreichen ihre Leistungsfähigkeit erst durch aufwendige Beschaltungen. Bekannte Konzepte verwenden sogenannte physikalische Sensor-Arrays, die bei Messungen parallel eingesetzt werden. Dabei generiert jeder Sensor für alle Gase einen individuellen Messwert. Diese verschiedenen Messwerte erzeugen somit einen charakteristischen Abdruck für das jeweilige Gas. Auf diese Weise entstehen einzigartige Muster für die unterschiedlichen Gastypen. Ähnlich eines Fingerabdrucks lassen sich diese Werte in einer Bibliothek hinterlegen und bei Bedarf vergleichen.

Nachteil dieser physikalischen Array-Technologie ist, dass die einzelnen Sensoren unterschiedlich auf Veränderungen der Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Gaskonzentration reagieren und sich durch verschiedenes Langzeitdriftverhalten auszeichnen. Daraus resultieren nicht selten Verfälschungen, weshalb Sensor-Arrays häufig neu kalibriert werden müssen.

Virtuelles Sensor-Array

Das virtuelle multifunktionale Gassensor-Array (VGSA) verwendet lediglich einen einzigen, kostengünstigen Miniatur-Gassensor auf Basis eines oxidischen Halbleiters, der mithilfe einer innovativen Auswertung die verschiedenen Gase voneinander unterscheiden kann. Die Art des Gases ermittelt der Sensor anhand der gasinduzierten Verzerrung periodischer Temperatursprünge. So haben Halbleitersensoren die Eigenschaft, bei Temperaturschwankungen unterschiedlich empfindlich auf Gase zu reagieren. Um die Messgenauigkeit zu steigern, verwendet der USM-VGSA eine intelligente Temperierung, da es für jedes Gas eine optimale Temperaturumgebung gibt, die optimale Messergebnisse liefert. Zusätzlich zu der Temperaturmodulation wertet das Modul die komplexe Impedanz des Sensors aus, die ein Gas hervorruft.

Die errechneten Signale sind frei von Einflüssen durch Luftfeuchte, Drift des Absolutwertes und des Memory-Effekts. Das Modul nutzt ein spezielles, hochempfindliches Auswertungsverfahren mit innovativen Algorithmen. Diese Technologie erzeugt mithilfe eines einzelnen Halbleitersensors mehrere einzelne Sensorsignale und entspricht so quasi einem virtuellen Sensorarray. Die Sensorparameter enthalten gastypische und langzeitstabile Muster, die eine Art Fingerabdruck darstellen.

Auswertegrafiken unterstützen die Analyse

Normallerweise lässt sich das Verhältnis zwischen Sensorsignal und Gaskonzentration in einem Doppel-logarithmischen Diagramm darstellen. Allerdings sind dabei keine qualitativen Aussagen zum Gas möglich. Diese erfolgen schematisch durch die Analyse des USM-VGSAs. Der virtuelle Sensor-Array innerhalb der Unitronic-Komponente stellt eine Art der dritten Dimension dar, die in der Regel aus 48 Werten besteht, wobei auch mehr oder weniger virtuelle Sensoren verwendet werden können. Die ermittelten Werte sind auf der Z-Achse als Absolutwerte zwar variabel, im Verhältnis zueinander aber stabil.

Das Eindringen der Gase in die sensitive Wirkschicht des Sensors ist bei jedem Gas anders. Für die Ermittlung relevanter Ergebnisse wertet der VGSA 48 unterschiedliche Sensor-Einflussgrößen aus und extrahiert diese aus der Sensorschicht. Auf diese Weise entsteht ein virtuelles 48-Sensoren-Array. Die 48 Messwerte sind gasspezifisch, sodass für jedes Gas ein Fingerabdruck entsteht. Die typischen Daten der jeweiligen Gase werden nicht von Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Gaskonzentration beeinflusst. Die Werte werden in einer Kartei gespeichert und stehen jederzeit als Vergleichswert zur Verfügung. Wird dem System während eines Analyseverfahrens ein unbekanntes Gas oder Gasgemisch angeboten, vergleicht es die Merkmale mit den abgespeicherten Daten. Ist das gesuchte Gas bekannt, wird es problemlos identifiziert. Das System kann sich jederzeit eigenständig nachjustieren, sodass die manuelle Kalibrierung überflüssig ist.

Einsatzfelder für intelligente Gassensoren

Das Sensor-Array eignet sich für den Einsatz in Brandmeldeanlagen, lässt sich in Gas-Alarm-Detektoren einsetzen und kann bei der Analyse brennender Materialien und unterschiedlicher Brandarten genutzt werden. Im Bereich der Weißen Ware werden die Gassensoren eingesetzt, um die Luftqualität zu erfassen. Die Hersteller industrieller Filteranlagen können davon profitieren, indem sie gezielt die Gase hinter dem Filter analysieren, um den Verschleiß zu ermitteln. ge

Weitere Informationen über

die Gas-Sensormodule:

http://hier.pro/WFaw7

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