Gassensoren – Anwendungen im Überblick

Sensoren zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Gasgemischen sind nicht nur essentielle Bestandteile von Kraftstoffantrieben, sondern finden auch Anwendung in medizinischen Systemen zur Atemgasüberwachung und in zahlreichen industriellen Prozessen. Durch die geeignete Wahl von Messprinzip, Sensordesign und Betriebsparametern können die Sauerstoffsensoren an die verschiedenen Anwendungen angepasst werden. Am Fraunhofer IKTS wurde ein amperometrischer Grenzstrom-Sauerstoffsensor mit Selbstdiagnosefunktion auf Basis eines keramischen Festelektrolyts entwickelt. Das amperometrische Messprinzip bietet verschiedene Vorteile gegenüber anderen Sensortypen. So wird für die amperometrische Sauerstoffbestimmung im Vergleich zu potentio­metrischen Sensoren kein Referenzgas benötigt. Das theoretische Sensorsignal kann mit vergleichsweise geringem Aufwand berechnet werden, was eine einfache Kalibrierung und Selbst­diagnose an Luft ermöglicht. Gegenüber dem logarithmischen Signalverhalten des potentio­metrischen Sensors erlaubt das lineare Signal des amperometrischen Sensors zudem die Nutzung eines größeren Messbereichs.

Entwicklungsergebnisse
 

Ein amperometrischer Grenzstrom-Sauerstoffsensor wurde erfolgreich auf eine Größe von 3,5 x 4,0 x 0,5 mm³ miniaturi­siert und für die Sauerstoffbestimmung in der Atemgasanalytik erprobt. Der Sensor basiert auf keramischer Dickschichttechnologie und wird mit Hilfe eines Hochtemperatur-Glaslots aus zwei Komponenten gefertigt. Der Sensor zeigt ein sehr gutes Ansprechverhalten in dem für die Atemgasanalyse relevanten Konzentrationsbereich von 10-25 Vol.-% O₂.

Leistungsangebot 
 

• Anwendungsspezifische Anpassung von Sensorgeometrie, Messbereich und Betriebsparametern
• Erstellung von Kalibrierdatensätzen und deren Abgleich mit Simulationsdaten
• Sensorpackaging und -integration in keramischer AVT
• Beistellung von Sensor-Prototypen für Tests
• Technologieentwicklung und -transfer für Industrialisierung der Sensorfertigung