In dieser Arbeit werden verschiedene kommerziell erhältliche Halbleitergassensoren im temperaturzyklischen Betrieb (engl. temperature cycled operation, TCO) in Hinblick auf die Vergiftung durch das zyklische Siloxan Octamethylcyclotetrasiloxan untersucht. Betrachtet werden dabei sowohl Einzelgase als auch Mischungen von VOCs (engl. volatile organic compounds) zur Messung in Raumluft. Die Auswertung der Daten erfolgt modellbasiert anhand des Sauerwald-Baur-Modells unter Einsatz der DSR-Methode (engl. differential surface reduction). Eingegangen wird dabei sowohl auf eine optimierte und automatisierte Datenauswertung als auch auf die physikalischen und chemischen Prozesse auf der sensitiven Schicht sowie die entstehende Selektivität gegenüber Wasserstoff. Darüber hinaus werden physikalische und datenbasierte Methoden zur Stabilitätsverbesserung untersucht und untereinander kombiniert. Es wird ein Merkmal identifiziert, das aus dem Modell hergeleitet werden kann und den Sensorzustand in Hinblick auf die Siloxanvergiftung quantitativ beschreibt. Mit Hilfe dieses Merkmals wird eine modellgestützte Selbstkompensation des Sensorsignals demonstriert. Diese Kompensation kann sowohl auf Merkmalen für multivariate Datenauswertung erfolgreich übertragen werden als auch bei der Modellbildung aktiv berücksichtigt werden. Zwei der zentralen Erkenntnisse der Arbeit – die erzeugte Selektivität für Wasserstoff sowie die Quantifizierung des Vergiftungszustandes – werden anhand eines Feldtests unter realen Bedingungen demonstriert.
Aktualisiert: 2022-07-14
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Werden gefährliche chemische Substanzen freigesetzt, wird leistungsstarke Messtechnik benötigt, um diese zu detektieren, identifizieren und quantifizieren.
In der vorliegenden Arbeit wird ein tragbares, heterogenes Sensorenarray mit Gaschromatograph beschrieben, welches für diesen Zweck entwickelt wurde. Mit Hilfe der Systemtheorie wird ein Modell erstellt, mit dem sich das Verhalten des Messgeräts während verschiedener Messszenarien vorhersagen lässt.
Die Ergebnisse werden diskutiert und verschiedene Optimierungen für das Messsystem abgeleitet.
When hazardous chemical agents are released, powerful measurement equipment is needed to detect, identify and quantify these agents.
In the presented thesis a hand-held, heterogeneous array of sensors with gas chromatograph is described, which was developed for this purpose. By means of system theory a model is created, with which the behavior of the measurement device during different measurement settings can be predicted.
The results are discussed and different improvements of the measurement system are deduced.
Aktualisiert: 2021-04-20
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