Ultraschallanalytik von Gasen

Bis heute gibt es keinen einfachen Sensor zur direkten Echtzeitmessung der Konzentration in Gasgemischen. Zwar gibt es eine Vielzahl an verschiedenen Sonden zur Gasmessung, jedoch sind diese meist auf ein Gas beziehungsweise auf eine Gruppe von Gasen beschränkt. So ist es zum Beispiel mit einer Lambdasonde nur möglich, Sauerstoff zu messen, während Metalloxid-Halbleitergassensoren lediglich für bestimmte brennbare Gase geeignet sind. Zwar ist es möglich, eine Vielzahl verschiedener Gase mittels eines Gaschromatograhpen zu untersuchen, jedoch benötigt diese Messung einige Zeit, so dass die Konzentrationsbestimmung nicht in Echtzeit erfolgt. Außerdem sind solche Analysegeräte meist sehr groß und teuer, was den mobilen Einsatz oder die Integration in chemische Anlagen erschwert. Zwar bietet die Firma Karl Deutsch aus Wuppertal ein Ultraschall-Messgerät zur Konzentrationsmessung in Flüssigkeiten an. Jedoch wird hier die Schallgeschwindigkeit mittels Laufzeitmessung bestimmt, was zwar in Flüssigkeiten aufgrund der hohen Schallgeschwindigkeit weniger problematisch ist, in Gasen jedoch zum Erreichen einer gewissen Empfindlichkeit eine Messstrecke von einigen Metern erfordert. Durch die Messung der Phasenverschiebung, daher des Grades der Verzögerung des Empfangssignals gegenüber dem Sendesignal, erlaubt das kontinuierliche Senden der Ultraschallwelle, wodurch der Abstand auch bei hoher Empfindlichkeit auf wenige Millimeter reduziert werden kann.

 

 

 

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines möglichst kleinen, empfindlichen und preiswerten Sensors zur Konzentrationsbestimmung von Gasgemischen. Außerdem eignet sich das Messverfahren, wenn auch nur bedingt, zur direkten Bestimmung der molaren Masse und damit der Gasart eines Reingases. Aufgrund der kleinen Baugröße und der hohen Empfindlichkeit des Sensors eignet sich dieser sowohl für Messungen in großtechnischen Anlagen, als auch zum Detektieren der Veränderung einer Gaszusammensetzung. So lassen sich gerade im Bereich Arbeitssicherheit kleine empfindliche Warngeräte und Umweltmessgeräte zur Bestimmung der Luftqualität und Zusammensetzung realisieren.

 

Das Messverfahren wurde an drei Messkammern erprobt, wobei in der 3. Generation sehr gute Ergebnisse erzielt wurden. Es wurden verschiedene auf diesem Messverfahren basierende Warngeräte aufgebaut, darunter ein Handgerät und ein gaswarngerät für die lokale Messung. Beide sind sehr klein und günstig und kommunizieren über Bluetooth LowEnergy mit einer dafür geschriebenen Android App. Auch wurde eine „Knalldose“ aufgebaut, welche mögliche Anwendungen zur Prozessüberwachung demonstrieren soll.

 

 

Dokumentation folgt in Kürze.

 

 

 

 

 

 

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