Virtuelles Sensor-Array

Qualitative Aussagen über die Gasart erfolgen schematisch durch die Analyse des USM-VGSAs. Der virtuelle Sensor-Array stellt eine Art dritte Dimension dar, die in der Regel aus 48 Werten besteht.

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Aufgrund der kombinierten komplexen Auswertung sowie der Temperaturmodulation entsteht durch den Einsatz des Sensors eine neue Form der Auswertegrafiken: Normalerweise lässt sich das einfache Verhältnis zwischen Sensorsignal und Gaskonzentration in einem doppellogarithmischen Diagramm darstellen. Allerdings werden dabei keine qualitativen Aussagen zur Gasart möglich. Anders bei der Analyse des USM-VGSA, wo dies schematisch erfolgt. Der virtuelle Sensor-Array stellt eine Art dritte Dimension dar, die in der Regel aus 48 Werten besteht, wobei auch mehr oder weniger virtuelle Sensoren dabei verwendet werden können. Die ermittelten Werte sind auf der Z-Achse als Absolutwerte zwar variabel, im Verhältnis zueinander aber stabil.

Gasanalyse: Ein Metalloxidsensor detektiert unterschiedliche anorganische und organische gasförmige Verbindungen. Entstanden ist ein virtuelles multifunk­tionales Gassensor-Array.

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Die Funktion der ‚künstlichen Nase’ basiert im Endeffekt auf bestimmten Aspekten, von denen sich jeder aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung unterschiedlich auf das Sensorelement auswirkt. Das Eindringen der Gase in die sensitive Wirkschicht des Sensors ist bei jedem Gas anders.

Für die Ermittlung relevanter Ergebnisse wertet der Sensor 48 unterschiedliche Sensor-Einflussgrößen aus und extrahiert diese aus der Sensorschicht. So entsteht ein virtuelles 48-Sensoren-Array. Die 48 Messwerte sind gasspezifisch, wodurch quasi für jedes Gas eine Art ‚Fingerabdruck‘ entsteht. Die typischen Daten der jeweiligen Gase werden nicht durch Quereinflüsse wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Gaskonzentration beeinflusst. Werte, die der Sensor ermittelt, werden in einer Kartei gespeichert und stehen bei einer Messung jederzeit als Vergleichswert zur Verfügung. Wird dem System während eines Analyseverfahrens ein unbekanntes Gas oder Gasgemisch angeboten, vergleicht es die Merkmale mit den Daten der abgespeicherten Karteien. Ist das gesuchte Gas in der gespeicherten Kartei vorhanden, wird es problemlos identifiziert. Bei Bedarf kann das System sich jederzeit eigenständig nachjustieren, weshalb eine kostenaufwendige, manuelle Nullluft-Nachkalibrierung überflüssig wird.

Autor:
Eduard Schäfer ist Abteilungsleiter Sensoren bei Unitronic in Düsseldorf.

Einsatzfelder für intelligente Gassensoren

• Brandmeldeanlagen zur Detektion von Frühbranderkennung. Das Analyseverfahren erkennt, welches Material gerade brennt und unterstützt die individuelle Erfassung unterschiedlicher Brandarten.
• Gas-Alarm-Detektoren, mit denen sich explizit erkennen und erfassen lässt, welches Gas genau in einer Umgebung vorhanden ist. Verschiedene Gase haben unterschiedliche Explosionsgrenzen – Konzentrationen, die bei einem Gas als unkritisch gelten, können in der gleichen Konzentration bei einem anderen Gas die Bildung eines explosiven Gemisches verursachen. Mit herkömmlichen Messmethoden können auch Reinigungsmittel wie Alkohol oder Lösungsmittel einen Falschalarm auslösen, wenn sie im gleichen Raum eingesetzt werden. Eine genauere Gasanalyse kann solche Fehlalarme verhindern.
• Analyse zur Vorbeugung größerer Schäden bei industriellen Anlagen. Hier lässt sich mit Hilfe der Sensorik gezielt nach be­stimmten Stoffen suchen, die vor einem unmittelbaren Total-Crash ausgedünstet werden.
• Im Bereich ‚Weiße Ware‘ werden die Gassensoren eingesetzt, um die Luftqualität zu erfassen. Hier treten häufig Schwierigkeiten in Bezug auf Querempfindlichkeiten zur Luftfeuchtigkeit und Temperatur auf. Das Unitronic-Analyseverfahren wirkt diesem Problem ohne zusätzliche teure Sensoren zwecks Kompensation entgegen.
• Hersteller industrieller Filteranlagen können davon profitieren, indem gezielt die Gase hinter dem Filter analysiert werden, um den Durchbruch des Filters rechtzeitig zu erkennen.