Gassensor

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Ein Gassensor ist ein Sensor für das Aufspüren von Gasen. Der elektrische Gassensor verändert seine elektrische Leitfähigkeit, sobald bestimmte Gase auf ihn wirken. Typische Gase für welche elektrische Gassensoren angeboten werden sind Propan, Butan, Methan oder auch Kohlendioxid. Der Sensor besteht dabei meist aus einem Halbleitermaterial wie beispielsweise Zinkoxid, Titandioxid oder aus organischen Halbleitermaterial wie MePTCDI. Je nach Selektivität auf bestimmte Gase werden unterschiede Sensormaterialen eingesetzt.

[Bearbeiten] Funktionsweise

Die auf dem Sensor einwirkenden Gasmolekühle führen zu chemischen Reaktionen welche die elektrische Leitfähigkeit des Halbleitermaterials verändern. Die Prozesse verlaufen dabei reversibel: Bei Sensoren die auf Gase wie Methan empfindlich reagieren werden an den Korngrenzen des Halbleiterkristalls Sauerstoffatome aus der Luft gebunden, diese bilden dort in Folge der Oxidation Potentialsperren. Diese dienen als Widerstand und senken die Leitfähigkeit. Beim Einwirken von Methan entsteht eine zur Oxidation umgekehrte Reaktion, die die Potentialsperren verstärkt abbaut. Dadurch erhöht sich die Leitfähigkeit und der Widerstand des Gassensos kann unter 1% des Wertes fallen, im Vergleich zu jenem Wert wenn das Gas nicht vorhanden ist.

Dieser Typ von Gassensor funktioniert auch nur dann wenn zusätzlich immer Sauerstoff vorhanden ist - er misst ein bestimmtes Gas welches mit einem bestimmten Sauerstoffgehalt zusätzlich vorhanden oder nicht vorhanden ist. Typische Anwendungsfälle ist das Erkennung von undichten Leitungen und in die Luft ausströmendes Erdgas. In reinen Methanatmosphären ist ein Gassensor auf Zinkoxidbasis nicht anwendbar.

Bei einigen Gassensoren auf Zinkoxidbasis wird zusätzlich die Sensoroberflache auf 200-400°C erhitzt, dies führt zu einer verkürzten Reaktionszeit. Der Nachteil ist, dass der Sensor ständig geheizt werden muss und der Sensor nach dem Einschalten eine bestimmte Zeitdauer bis zum Betrieb benötigt.

[Bearbeiten] Vorteile der Zinkoxid-Sensoren

Preiswert
relativ hohe Empfindlichkeit bis in den ppm-Bereich
einfache elektronische Schaltung
Lange Lebensdauer bis zu mehreren Jahren

[Bearbeiten] Nachteile

Messwerte gegen Luftfeuchte empfindlich - Kompensation schwierig und unzuverlässig
geringe Selektivität
hoher Energieverbrauch durch erforderliche Temperierung (herabgesetzt durch Miniaturisierung und Dünnschichtaufbau)