Aktualisiert: 2023-07-02
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Sensoranwendungen
Schlüsselwort: Gassensor
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Optimierung der Mikrostruktur und der Messparameter eines photostimulierten Ozonsensors auf der Basis von Indiumoxid.
Die Überwachung der Ozonkonzentration ist heutzutage sehr wichtig und eine große Herausforderung. Ozon ist ein gesundheitsschädliches Gas, dessen Konzentration stetig zunimmt. Die Überwachung erfolgt jedoch bisher nur sehr eingeschränkt. In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines halbleiterbasierenden Ozonsensors vorangetrieben. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Stabilität des Messsignals.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Untersuchung und Modellierung der elektrochemischen Vorgänge von Elektroden für Mischpotential-Sensoren
Gassensoren, deren Messprinzip auf der Ausbildung von Mischpotentialen basieren, besitzen das Potential, Gaskomponenten selektiv und empfindlich zu detektieren. Vor allem sind die dabei verwendeten Materialien stabil gegenüber dem Abgas von Verbrennungsprozessen. Dennoch existiert praktisch kein kommerziell erhältliches System. Eine mögliche Ursache könnte sein, dass keine quantitative Beschreibung des seit Jahrzehnten untersuchten Sensorprinzips existiert. In dieser Arbeit wird daher der Aufbau eines FEM-Modells beschrieben, welches in der Lage ist, die Signale von Mischpotential-Sensoren quantitativ zu beschreiben. Hierfür wird zunächst die Entwicklung eines neuartigen Sensorprinzips dargelegt. Es gewährleistet reproduzierbare Messungen mit deren Hilfe ein umfassendes Verständnis der Einflussfaktoren und Wirkungsketten der Mischpotential-Bildung erlangt wird. Ebenso wird eine elektrochemische Charakterisierung der Sensoren durchgeführt, um die Mechanismen qualitativ zu validieren und um elektrochemische Parameter abzuschätzen. Zuletzt wird das Modell detailliert beschrieben und die errechneten Ergebnisse mit Messdaten verglichen. Die Präzision des Modells ermöglicht es außerdem, weiterführende Betrachtungen hinsichtlich der Adsorptionskinetik sowie hinsichtlich der komplexen Mechanismen in Analytgemischen vorzunehmen.
Aktualisiert: 2020-01-27
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Sensoranwendungen
Handbuch der Mess- und Automatisierungstechnik im Automobil
Entwicklung eines Verfahrens zur Mustererkennung für die Analyse von Gasen mittels Impedanzspektroskopie
The purpose of this work is to find out a pattern recognition method, which is suitable for gas sensors based on impedance spectroscopy.
For large amount of data, the pattern recognition method is a combination of feature reduction and classification methods. In this work, a novel feature reduction method, adaptive-simulated-annealing-supported-parameter-estimation (ASA-PE), and a Classifier, committee-machine (CM) are developed, which can realize automatic detection of the concentrations of different gases.
In the experiment a homemade conducting poly (3, 4-ethylene-dioxythiophene) (PEDOT) film is used as sensor. With help of impedance spectroscopy different concentration of ammonia (NH3) and nitrogen dioxide (NO2) gases (carrier gas is nitrogen gas) are tested. The results of measurements are used for test of the combinations of several feature reduction methods and classifiers.
The results of ASA-PE are compared with those from complex-principle-component-analysis (CPCA) and discriminant-analysis-via-support-vector (SVDA). It revealed that all used algorithms are satisfied. However, the ASA-PE can ensure a minimal loss of information and the results of ASA-PE can be used for further gas analysis.
The distance-weighted-k-nearest-neighbor (DW-kNN), multiple-layer-perceptron (MLP), support-vector-machine (SVM) and CM are used as classifier for the extracted features. All combinations of the above-mentioned feature reduction methods and classifiers have been compared with each other.
If the number of training set is large enough and both concentration and gas are trained, the results of gas recognition from all combinations are satisfying.
In the situation of a low number of training samples, but concentration or gas are both educated, ASA-PE with SVM showed the best result.
However, the combination of the CPCA with CM showed the best performance, if the test gas or test gas concentration is not trained.
Aktualisiert: 2019-12-27
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Sensoren im Kraftfahrzeug
Anwendungsbezogene Darstellungen sind das Kennzeichen der Buchreihe "Bosch Fachinformation Automobil". Ganz auf den Bedarf an praxisnahem Hintergrundwissen zugeschnitten, findet der Auto-Fachmann ausführliche Angaben zu den Sensoren, deren Messprinzipien, den Ausführungen und der Funktion in modernen Fahrzeugen. Der Band bietet das Bosch-Fachwissen aus erster Hand und eignet sich damit hervorragend für den Alltag des Entwicklungsingenieurs, für die berufliche Weiterbildung, für Lehrgänge, zum Selbststudium oder zum Nachschlagen in der Werkstatt.
Aktualisiert: 2023-04-08
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Filterrotationsspektrometer für die Detektion von Ethen
Durch die Überwachung des Zustands von frischem Obst und Gemüse in der Lieferkette oder in Fruchtlagern können Lebensmittelverluste deutlich reduziert werden. Für klimakterische Früchte wie Äpfel oder Bananen sind Ethenemissionen ein wichtiger Indikator für den Reifezustand. Durch dessen Erfassung können neuartige Lagerhaltungs- oder Transportverfahren umgesetzt werden. Die Nachweisgrenze des Stands der Technik für kostengünstige optische Sensoren reicht für Ethen bis in den niedrigen zweistelligen ppm-Bereich, zu wenig für die meisten Fruchtsorten. Die vorliegende Arbeit beschreibt eine Methode für die Verbesserung der Nachweisgrenze und Stabilität von optischen Ethensensoren ohne den einfachen und kostengünstigen Aufbau der NDIR-Sensoren grundsätzlich zu ändern. Dafür wurde eine hocheffiziente optische Langwegzelle entwickelt um die Empfindlichkeit zu verbessern. In Verbindung mit der spektralen Untersuchung der ν7-Bande des Ethens mit einem rotierenden Interferenzfilter konnte die Stabilität und Nachweisgrenze mit modellbasierten Auswerteverfahren bis in den ppb-Bereich verbessert werden. Im Rahmen der Arbeit wurde eine Nachweisgrenze von 308 ppb Ethen und eine Systemdrift von 4,8 ppb/d erreicht. Durch diese Verbesserungen wird der flächendeckende Einsatz von optischen Sensoren bei der Überwachung der klimakterischen Fruchtreifung ermöglich.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Selektivitätssteigerung von Gassensoren durch symmetrisch dichte Polymere und aktiv beheizte Filter
Zentraler Gegenstand der Arbeit ist die Entwicklung von Filtern zur Selektivitätssteigerung von Gassensoren. Dabei wurden zwei Grundkonzepte verfolgt: Filter aus symmetrisch dichten Polymeren und aktiv beheizte Filter. Für die Filterentwicklung wurden Polymere aus der Gruppe der Fluorpolymere, Polyolefine und thermoplastische Polykondensate eingesetzt. Für die Realisierung der aktiv beheizten Filter wurden unterschiedliche poröse Substrate, auf denen sich katalytisch aktive Schichten befinden, untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuartiges Konzept zur Konzentrationsbestimmung über eine Temperaturänderung des Messgases entwickelt. Sensoren nach dem Funktionsprinzip der Wärmeleitfähigkeit, der Wärmetönung und der Widerstandsänderung wurden mit den entwickelten Filtern zu einem Sensorsystem kombiniert und damit die Filtereigenschaften evaluiert. Auf der Basis der Messergebnisse wurden empirische Methoden entwickelt, die es ermöglichen die Trenneigenschaften von Filtern vorauszusagen.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Optimierung der Mikrostruktur und der Messparameter eines photostimulierten Ozonsensors auf der Basis von Indiumoxid.
Die Überwachung der Ozonkonzentration ist heutzutage sehr wichtig und eine große Herausforderung. Ozon ist ein gesundheitsschädliches Gas, dessen Konzentration stetig zunimmt. Die Überwachung erfolgt jedoch bisher nur sehr eingeschränkt. In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines halbleiterbasierenden Ozonsensors vorangetrieben. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Stabilität des Messsignals.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Methoden zur Funktionsüberwachung von Gassensoren mit Hilfe multimodaler Signale
Ausgehend von einem Ansatz zur Selbstüberwachung, der zwei unterschiedliche Multisignalgewinnungsverfahren kombiniert, werden Messsysteme für die Fourier-basierte Impedanzspektroskopie (FoBIS) aufgebaut und Erkenntnisse zur Zustandsüberwachung von Metalloxidgassensoren gesammelt. Der temperaturzyklische Betrieb (TCO) mit Messung des Gleichstromwiderstands wurde - ausgehend von neuen Erkenntnissen zur Temperaturzyklusoptimierung - ebenfalls einzeln untersucht. Neben der Zustandsbestimmung, die durch eine hierarchische Klassifikation mit feiner Auflösung (85 ppm*min HMDSO) bei über 97-prozentiger Zuverlässigkeit möglich ist, ermöglicht die Auswertung von Relaxationsprozessen auch eine sehr vergiftungsstabile Gaserkennung.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Materialien für dosimeterartige Gassensoren zur Detektion im ppm- und Sub-ppm-Bereich
Die Überwachung der Emission und Immission von Schadgasen ist zur Einhaltung der Grenzwerte zum Schutz von Mensch und Umwelt notwendig. Diese Arbeit zeigt die Möglichkeit der Überwachung dieser Grenzwerte mit Hilfe eines konduktometrischen dosimeterartigen Gassensors oder Gasdosimeters zur direkten zeitaufgelösten Dosisbestimmung auf. Im Vordergrund stehen dabei die Untersuchung des Dosimeterprinzips und die Findung von Material/Gas-Paarungen, die für das Prinzip geeignet sind. Dazu wurden Materialien aus den Klassen der Polymere und der Katalysatormaterialien untersucht.
Das Funktionsprinzip eines Dosimeters kann in die Adsorptionsphase, in der Analytgasmoleküle in der gasempfindlichen Schicht eingespeichert und angereichert werden und eine beladungsabhängige Änderung des Sensorsignals herbeiführen, und in die Regenerationsphase, in der das adsorbierte Gas desorbiert wird und das Signal und die Sensorschicht wieder in den Ausgangszustand versetzt werden, unterteilt werden.
Nach Auswahl des vielversprechendsten Materials, einem NOₓ-Speichermaterial auf Basis von Kalium und Mangan, wurde dieses näher charakterisiert und ein kostengünstiges selbstbeheiztes Sensorbauteil realisiert. Im Vergleich mit kommerziell verfügbaren elektrochemischen Gassensoren und Halbleitergassensoren werden die Vorzüge des Dosimeterprinzips verdeutlicht. Zusätzlich erfolgte eine Charakterisierung der Sensoroberfläche mittels In-situ-DRIFT-Spektroskopie, die das elektrische Verhalten des NOₓ-Dosimeters bestätigte.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Dichtheitsprüfungen und Lecksuche mit dem Helium-Leckdetektor
Dies ist das erste Buch, das umfassend die Anwendung von »Helium-Prüfungen« behandelt.
Dabei ist es nicht nur eine »Rezeptesammlung« für jene, die diese empfindliche und zuverlässige Prüfmethode selbst durchführen wollen; es vermittelt auch die notwendige Sachkunde, solche Verfahren in eigene Prüf- und Abnahmevorschriften zu übernehmen und ein kompetenter Gesprächspartner für Anbieter und He-Tests und Leckdetektoren zu sein.
Es gibt eine kurze, aber prägnante Einführung in die Grundlagen dieses Zweiges der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Die Verfahren der Lecksuche und Dichtheitsprüfung mit dem Helium-Detektor werden (einschließlich ihrer Grenzen und möglichen Messfehler) ausführlich dargestellt. Es hilft bei der Auswahl geeigneter Geräte. Es ist aus der Praxis für die Praxis geschrieben.
Aktualisiert: 2022-06-22
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Sensoranwendungen
Handbuch der Mess- und Automatisierungstechnik im Automobil
Industrielle Gassensorik
Mit dem Buch wird eine Übersicht über die gängigen Messverfahren von Gassensoren für den Bereich der industriellen Anwendungstechnik gegeben. Neben den etablierten Messprinzipien der Infrarotabsorption, Elektrochemischer Zellen und Halbleitereffekte werden auch neue Ansätze durch moderne Technologien der Mikrosystemtechnik behandelt.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der elektronischen Sensorsignalverarbeitung wird durch die Beschreibung von mathematischen Methoden zur Verbesserung der Messinformationen beleuchtet. In diesem Zusammenhang wird dann auch die »elektronische Nase« als eine mögliche Anwendung von Sensorarrays beschrieben. Weitere wichtige Anwendungsfelder, in denen Gassensoren eingesetzt werden, sind Gaswarnanlagen und Messgeräte zur Kontrolle von Verbrennungsvorgängen. Beide Anwendungen werden ebenfalls ausführlich dargestellt. Die gesetzlichen Bestimmungen und Prüfkriterien werden aufgrund ihrer Bedeutung in einem separaten Kapitel abgehandelt.
Aktualisiert: 2022-06-22
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