Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.1 Fahrenholz/Jung Herzlich Willkommen! Stud. Ing. Martin Jung Stud. Ing. Jörg Fahrenholz Fachbereich Elektrotechnik Automatisierungstechnik Einführung in die Thematik der chemischen Sensoren
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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
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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)
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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)
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Chemische Sensoren Potentiometrie Potentialmessung zwischen Mess-
und Bezugselektrode EMK = | E1 E2 |
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Chemische Sensoren Galvanische Zelle Halbzellenpotential nach
Nernst-Gleichung
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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
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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)
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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
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Chemische Sensoren Anwendung in der Praxis: pH-Meter Bestimmung des
pH- Wertes ohne Sure- Base-Indikatoren wird ermglicht Anwendung
unter Laborbedingungen
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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
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Chemische Sensoren Gasmessung mit Lambdasonde
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Chemische Sensoren Datenblatt Lambdasonde
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Chemische Sensoren Gassensor/Aufbau Detektorschicht meist n-leitend
Metalldotiert (Zinn-/Titandioxid, Zinkoxid) Ausfhrung des Sensors:
Halbleitertechnik
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Chemische Sensoren Chemische Funktionsweise Gasmolekle bewirken
chemische Reaktion auf Halbleitermaterial Vernderung der
elektrischen Leitfhigkeit (Widerstandsnderung)
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Chemische Sensoren Chemische Funktionsweise Oxidation der
Halbleitermetallschicht Sobald Kontakt mit oxidationsfhigem Gas
Oxidation des Gases Reduktion des Metalloxids
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Chemische Sensoren Leitfhigkeit/Empfindlichkeit des Sensors (Abh.
Gas) Beispiel: FIGARO TGS822 Abnahme des Widerstandes in
Abhngigkeit des zu messenden Gases
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Chemische Sensoren Leitfhigkeit/Empfindlichkeit des Sensors (Abh.
Temp. und Hyg.) Beispiel: FIGARO TGS822 Abnahme des Widerstandes in
Abhngigkeit der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit
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Chemische Sensoren Technische Daten
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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
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Mai 2007 Sensorik und Aktorik Blatt 1.20Fahrenholz/Jung Vielen
Dank fr ihre Aufmerksamkeit!