EINFÜHRUNG

Ziel des vorgestellten Sensorprojekts ist die Entwicklung eines kompakten, robusten und wartungsfreien Gasüberwachungssystems für den industriellen Einsatz im Bereich der Schutzgase, z.B. Schweissgas oder Verpackungsgasmischanwendungen. In solchen Anwendungen werden typischerweise binäre oder ternäre Gemische aus Argon, Helium, Stickstoff, Kohlendioxid, Sauerstoff oder Wasserstoff verwendet. Die Gaskonzentrationen müssen mit Genauigkeiten im %-Bereich geregelt werden. In den meisten Fällen muss bei diesen Anwendungen auch die Luftfeuchtigkeit überwacht werden. Typische Schwellenwerte liegen zwischen 200 und 40 ppm[1]. Der Stand der Technik ist die Reihenschaltung mehrerer unabhängiger Sensoren, z.B. ein Wärmeleitfähigkeitssensor und spezifische optischen Absorptions- und Taupunktsensoren. Solche Installationen sind sperrig und erfordern häufige Neukalibrierungen. Um die gleiche Funktionalität in einem Multiparameter-Sensorsystem zu vereinen, haben wir zwei resonante Mikro-Cantilever zusammen mit einem Druck- und einem Temperatursensor auf einer Leiterplatte kombiniert, die dem Prozessgas ausgesetzt ist.

Es wurden handelsübliche Silizium-Mikro-Cantilever von SCL-Sensor.Tech verwendet, die ursprünglich für die Rasterkraftmikroskopie. vorgesehen waren (siehe Abbildung 1). Ein Cantilever wurde verwendet, um die Dichte und Viskosität des Gases zu messen, wie von Badarlis et al.[2] oder Huber et al.[3] berichtet, und der andere, um Wasserdampf in niedriger Konzentration zu messen, indem eine funktionalisierte Oberflächenschicht auf Basis eines hydrophilen nanoporösen Materials hinzugefügt wurde, wie beispielsweise von Urbiztondo et al.[4] berichtet.