Sensoren

Figaro Engineeing präsentiert in Halle 1, Stand 561, Aceton-Sensor

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Aceton ist ein farbloses, flüchtiges Lösungsmittel mit einem unverwechselbaren süßen Geruch. Es ist die einfachste Form eines Ketonkörpers und gehört zur Gruppe der organischen Verbindungen. Die chemische Verbindung Aceton hat eine Vielzahl von Anwendungen, sowohl in der Industrie als auch in privaten Haushalten. Hier sind einige Anwendungen von Aceton in der Industrie:

  • Druckereiindustrie (z.B. als Lösungsmittel für Druckfarben)
  • Farbverdünner und -entferner
  • Reinigungsmittel (z.B. zur Reinigung und Entfettung von Maschinen und Geräten)
  • Herstellung von Chemikalien (z.B. für Kunststoffe, Medikamente)
  • Textilindustrie (z. B. Kunstfaserherstellung)
  • Kosmetikherstellung

Aceton kann unter bestimmten Bedingungen auch vom menschlichen Körper produziert werden. In der Medizintechnik wird Aceton als ein Ketonkörper betrachtet. Unter dem Begriff Ketonkörper werden verschiedene Substanzen zusammengefasst, die beim Abbau von Fettsäuren anfallen: Aceton, Acetessigsäure und Beta-Hydroxybuttersäure. Sie sind Zwischenprodukte des Fettstoffwechsels und werden normalerweise im Körper abgebaut. Bei einer Entgleisung des Diabetes mellitus, bei der das Fehlen von Insulin nicht ausgeglichen wird, kann es zu einer diabetischen Ketoazidose kommen. Dabei kann das im Körper vorhandene Aceton als süßlicher Geruch in der Atemluft wahrgenommen und von entsprechenden Geräten gemessen werden.

TGS1820 - für den Nachweis von Aceton

Figaro Engineering bietet nun mit dem TGS1820 einen kompakten Semiconductor-Hotwire-Gassensor mit hoher Empfindlichkeit und Selektivität für Aceton an. Das Sensorelement besteht aus einem Edelmetallheizdraht, der in eine kleine Perle aus gesintertem Metalloxid (MOS) Halbleitermaterial eingebettet ist. Die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, die durch die Gasadsorption an der Oberfläche des MOS-Halbleitermaterials verursacht wird, kann zwischen den beiden Enden des Edelmetallheizdrahts als Änderung des kombinierten Widerstands aus MOS-Halbleitermaterial und Edelmetallheizdraht gemessen werden.

Der TGS1820 hat eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Aceton mit sehr geringer Querempfindlichkeit auf Ethanol und Wasserstoff. Diese Eigenschaft macht den Sensor ideal für die Aceton-Analyse in der Atemluft.

Grundlegende Messschaltung des TGS1820

Die Grundmessschaltung (Prinzip einer Wheatstone Bridge) des TGS1820 ist in der nebenstehenden Abbildung dargestellt. Die Wheatstone Bridge ist eine elektrische Schaltung, die zur präzisen Messung des kombinierten Widerstands aus Sensorelement und definierten Widerständen verwendet wird. Die Brücke besteht aus vier rautenförmig angeordneten Widerständen.

An den gegenüberliegenden Punkten der Rautenstruktur wird eine Eingangsspannung (V) angelegt, und ein Detektor (z.B. ein hochohmiges Spannungsmessgerät) wird zwischen den beiden anderen Punkten angebracht.

Die vier Widerstände werden in der Regel so gewählt, dass sie zwei Paare bilden und ihr Verhältnis gleich ist. Wenn dieses der Fall ist, ist die Brücke „ausgeglichen“ und die Ausgangsspannung beträgt 0V.

Wird einer der Widerstände verändert, z. B. durch Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, ändert sich das Verhältnis der Widerstände und die Brücke wird „unsymmetrisch“. Dies führt dazu, dass nun ein ungleicher Strom durch die zwei Widerstandspaare fließt. Die Differenz dieses Stroms wirkt sich auf die Ausgangsspannung aus und gibt somit Aufschluss über die Änderung des Sensor-Widerstands.

Die Wheatstone-Brücke ist ein sehr genaues Messinstrument, da sie weder von der genauen Größe der Eingangsspannung noch von den genauen Werten der anderen Widerstände abhängt. Sie misst nur das Verhältnis der Widerstände, was sie zu einem sehr stabilen und zuverlässigen Messinstrument macht.

Die Wheatstone-Brücke beruht auf dem Prinzip der Spannungsteilung in einer Schaltung.

Die Spannung am Sensorausgang des TGS1820 (= Brückenausgang), bestehend aus dem Sensor, einem Lastwiderstand und zwei gegenüberliegenden Widerständen, wird wie in der grundlegenden Messschaltung dargestellt mit einem Voltmeter gemessen:

Vb = VRL - VREF

Wobei die Reaktion des Sensors mit Hilfe eines hochauflösenden Voltmeters auch ohne Wheatstone Brückenschaltung überwacht werden kann, durch Messung der Spannungsänderungen an dem Lastwiderstand.

Beim TGS1820 sollte die angelegte Spannung, die auch als Heizspannung dient, und der Wert des in Reihe geschalteten Lastwiderstands, so gewählt werden, dass das Sensorelement auf einer
Temperatur gehalten wird, welche für den Gassensor optimal geeignet ist.

Figaro Engineering bietet für den TGS1820 umfangreiche technische Daten und Informationen, sowie ein Evaluationsmodul an.

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