Für die Messung der Konzentrationen einzelner Gase in der Luft gibt es seit längerer Zeit Sensoren, die auf der Basis reversibler chemischer Prozesse elektrische Signale gewinnen. Derartige Sensoren finden sich beispielsweise in der automatischen Umluftschaltung im Automobil oder in der Überwachung von Arbeitsbereichen, in denen gesundheitsgefährdende Gase auftreten können. Obwohl hierzu in den letzten zwei Jahrzehnten große Anstrengungen in der Forschung unternommen wurden, so sind die meisten der heute am Markt verfügbaren Gassensoren nicht nur bzgl. eines bestimmten Gases empfindlich, sondern reagieren meist auf eine größere Gruppe von Gasen. Eine selektive Messung einzelner Gase, wie man dies von teuren Laboranalysegeräten – z.B. NDIR-Analysatoren (Nicht-Dispersiv-Infrarot) oder Gaschromatographen – kennt, wird mit Sensoren i.d.R. nicht erreicht. Wir können dieses sehr umfangreiche Gebiet nur kurz streifen und wollen die wichtigsten Sensortypen nachfolgend zumindest kurz aufzählen.

  • Metalloxidsensoren:

Hierbei wird der Effekt ausgewertet, dass halbleitende Metalloxide mit praktisch allen reduzierenden und oxidierenden Gasen eine reversible chemische Reaktion eingehen. Dabei werden Oberflächenzustände bzgl. der enthaltenen Elektronen bzw. Ionen umbesetzt, was sich in einer Änderung des elektrischen Widerstands bemerkbar macht. Insbesondere Metalloxidsensoren aus Zinndioxid (SnO2) mit einer gewissen dominierenden Selektivität für Kohlenmonoxid (CO) sind weit verbreitet. Generell sind Metalloxidsensoren jedoch eher gering selektiv.

  • Elektrochemische Gassensoren:

Sensoren nach diesem Prinzip bestehen aus einem zwischen zwei Elektroden angebrachten Elektrolyten. Bei Eindringen eines Messgases werden Elektronen freigesetzt, die in einem außen geschlossenen Stromkreis zu einem Stromfluss führen, vergleichbar mit einer Batterie. Elektrochemische Gassensoren werden mit Fokussierung auf die Messung von z.B. CO, H2S, NO, Cl2, NO2 oder O3 angeboten.

  • Wärmeleitfähigkeitssensoren:

Ausgenutzt wird die Tatsache, dass sich der Wärmeverlust eines beheizten Widerstands in seine Umgebung von der Gaszusammensetzung darin abhängt. Die sog. relative Wärmeleitfähigkeit ist für jedes Gas anders. Durch die damit verbundene Abkühlung ändert sich der Widerstandswert. Prinzipbedingt kann man aus dem Messsignal keine Aussage über ein einzelnes Gas in einem Gasgemisch treffen.

  • Pellistoren:

Auch hier wird die Änderung des Werts eines auf höhere Temperaturen beheizten Widerstands ausgewertet. Für geänderte thermische Verhältnisse sorgt hier eine chemische Reaktion einer diesen umgebenden katalytischen Beschichtung. Es sind somit nur brennbare Gase wie Methan (CH4) messbar. Der Sensorname speist sich aus „Pellet“ (Perle, ein Hinweis auf eine verbreitete Bauform als Keramikperle) und „Resistor“ (Widerstand).

  • Lambdasonde:

Dieser reine Sauerstoffsensor wird z.B. im Abgastrakt eines Automobils eingesetzt, um den sog. Lamdawert λ im Rahmen der Motorsteuerung zu regeln. λ ist definiert als das aktuelle Verhältnis von Luft zu Kraftstoff im dem Motor zugeführten Gemisch bezogen auf das für eine optimale Verbrennung ideale Verhältnis. Durch Diffusion von O2--Ionen durch eine YSZ-Membran (Yttrium stabilized Zirconia) zwischen zwei Elektroden bei unterschiedlicher O2-Konzentration auf den Elektrodenaußenseiten wird eine elektrische Spannung erzeugt. Da die beiden Elektroden zwischen Umgebungsluft und Abgasstrom angeordnet sind, korreliert die generierte Spannung mit dem Lambdawert.

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