Der PTC-01P-Gassensor: Sichere CO2-Erkennung für verschiedenste Anwendungen

Die Erkennung von CO2-Konzentrationen kann von wenigen ppm bis hin zu 100 Vol% CO2 erfolgen. In der Praxis gibt es viele verschiedene Anwendungen, bei denen CO2 zu Sicherheitszwecken gemessen oder für industrielle Prozesse genutzt wird. Ein Beispiel einer Anwendung, bei der CO2 im Rahmen eines industriellen Prozesses genutzt wird, aber gleichzeitig auch zu Sicherheitszwecken gemessen werden muss, ist die Produktion von Trockeneis. Zur Herstellung von Trockeneis wird unter Druck befindliches CO2 in hohen Konzentrationen benötigt. Dabei müssen die Arbeiter sowohl bei Konzentrationen im ppm-Bereich (Langzeitbelastung) als auch bei Konzentrationen im %-Bereich (plötzliche Lecks in druckführenden Anlagen) vor austretendem CO2 geschützt werden. Deshalb werden die CO2-Konzentrationen in kritischen Bereichen der Produktion mithilfe von fest installierten oder tragbaren Geräten überwacht. Pewatron präsentiert den Gassensor PTC-01P CO2, der bestens zur Messung von Gaslecks mittels tragbaren Geräten, aber darüber hinaus auch für viele andere Anwendungen im Bereich der Gasdetektion und -analyse geeignet ist.

Das Messprinzip des PTC-01P-Sensors basiert auf einer Differentialmessung der Wärmeleitfähigkeit relativ zur Luft. CO2 oder andere Gase, deren Wärmeleitfähigkeit eine ausreichend grosse Differenz zu der von Luft aufweisen, verändern den Messwert eines Messwiderstands mehr als den eines Referenzwiderstands. Beim PTC-01P handelt es sich um eine aus zwei Dünnfilmwiderständen aus Platin bestehende MEMS-Sensormatrize in einem TO-Gehäuse. Der Messwiderstand befindet sich auf einer dünnen elektrisch und thermisch isolierenden Membran, die über einer geätzten Aushöhlung innerhalb der Silikonmatrize aufgehängt wird. Der Referenzwiderstand befindet sich auf dem losen Siliziumsubstrat und misst die Substrattemperatur. Bei Erwärmung der Membran durch einen konstanten Stromfluss korreliert die Temperaturdifferenz zwischen dem Referenz- und dem Messwiderstand mit der Wärmeleitfähigkeit des umliegenden Gases. Der Referenzwiderstand wird auch genutzt, um die Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der absoluten Temperatur zu kompensieren.

Ein Hauptmerkmal des PTC-01P besteht darin, dass der Sensor in einem besonders grossen Temperaturbereich von –40 °C zu +85 °C benutzt werden kann, wohingegen die leistungsstärksten NDIR-CO2-Sensoren nur in einem Bereich von –20 °C bis +65 °C eingesetzt werden können. Eine weitere wichtige Eigenschaft ist die sehr schnelle Reaktionszeit des Sensors, die nur durch Änderungen des Messwiderstands eingeschränkt wird, die sich im Millisekundenbereich bewegen. Die Reaktionszeit des Sensors im Sensorgerät wird folglich nur durch den Weg des Gases zum Sensor begrenzt. Der PTC-01P weist einen sehr geringen Stromverbrauch (5 mW) auf und ist den meisten NDIR-CO2-Sensoren auch in diesem Bereich überlegen. Die mit dem PTC-01P erreichbare Auflösung ist in starkem Masse von der Konditionierungselektronik und der Möglichkeit abhängig, sehr geringe Unterschiede zwischen dem Referenzwiderstand und dem Messwiderstand zu messen.

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