032V - Simultane Messung von Massenstrom und Sauerstoff-Partialdruck

032V - Simultane Messung von Massenstrom und Sauerstoff-Partialdruck

Die Bestimmung des Anteils einer Gaskomponente in einer Srömung, z.B. Sauerstoff in Luft, ist für eine Vielzahl technischer Anwendungen von Bedeutung. Außerdem interessiert oft auch die in der Srömung transportierte Gesamtmenge, d.h. der Massenstrom. Bislang wurden für die beiden Aufgaben zwei verschiedene Messinstrumente eingesetzt. Nun ist ein Verfahren entwickelt worden, das die simultane Messung mit nur einem Sensor ermöglicht. Abb. : Kalibrierungskurven eines Sensor-Prototyps. Keramische Werkstoffe zeigen teilweise eine ausgeprägte Sensitivität gegenüber bestimmten Gaskomponenten. So kann etwa stabilisiertes Zirkoniumdioxid durch seinen inneren Aufbau, Sauerstoff aufnehmen und weiterleiten. Aus diesen Erkenntnissen entwickelte sich die Gassensorik für viele technologische Anwendungen. Ein bekanntes Beispiel ist etwa die "Lambda-Sonde", die in jedem modernen Kraftfahrzeug zur Bestimmung und Regelung des Kraftstoff-Luftgemisches eingesetzt wird. Auch in der Raumfahrttechnik werden diese Eigenschaften genutzt. So sind Sensoren dieses Typs in einer patentierten Anordnung für verschiedene Anwendungen in der Raumfahrt weiterentwickelt und erste Weltraumexperimente durchgeführt worden, z.B. zur Messung des Restsauerstoffs in der oberen Erdatmosphäre. Abb. : Miniaturisierter Sensor im Größenvergleich. Durch die für die Raumfahrtanwendung notwendige Miniaturisierung der Sensoren gelang es auch, die simultane Messung des Gesamt-Massenstroms und des Sauerstoffgehalts mit nur einem Sensor vorzunehmen. Dieses zum Patent angemeldete Verfahren beruht auf der zusätzlichen Nutzung der Temperaturabhängigkeit des Sensorsignals neben der Abhängigkeit vom Sauerstoff-Partialdruck. Die experimentellen Untersuchungen bezüglich des Sensoraufbaus und dessen Kalibrierung sind erfolgreich durchgeführt worden. Es stehen verschiedene Prototypen für stationäre ind instationäre Strömungen zur Verfügung. Derzeit werden die Langzeitstabilität und -reproduzierbarkeit des Signals geprüft sowie das Fertigungsverfahren für die Kleinserienproduktion optimiert.
Innovative Aspekte
Für die Messung von zwei Strömungsparametern wird mit dem neuen Verfahren nur noch ein Sensor benötigt. Diese simultane Messung bietet Vorteile bezüglich Herstellungs- und Betriebskosten, Fehler und Ausfallwahrscheinlichkeit, Komplexität etc. Weiterhin werden durch die Miniaturisierung des Sensors völlig neue Anwendungsbereiche erschlossen.
Anwendungspotenzial
Das potenzielle Einsatzspektrum derartiger Sensoren ist sehr groß, d.h. in praktisch jeder Strömung, wenn neben dem Gesamtmassenstrom auch ein oder mehrere Partialdrücke interessieren. Als Beispiele sind zu nennen: Medizintechnik, z.B. Untersuchung der Sauerstoffaufnahme von Hochleistungs- und Breitensportlern, auch unter realen Bedingungen, da das Gerät mobil aufgebaut werden kann allgemeine Meßtechnik, z.B. gassensitive Durchflußregler mit simultaner Überprüfung der Reinheit des Gases bzw. Regelung der Sauerstoffdotierung Untersuchung von chemischen Verbrennungsprozessen; durch die miniaturisierte Form des Sensors können auch lokale Vorgänge aufgelöst werden.
Art der Zusammenarbeit
Interesse besteht an Lizenzvereinbarungen und weitergehenden Kooperationen.
Kontaktdetails anfordern