DE102007057500A1

DE102007057500A1 - Gassensorelement

Info

Publication number: DE102007057500A1
Application number: DE102007057500A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Dr. Fleischer; Markus Dr. Loepfe; Ulrich Dr. Hoefer; Roland Dr. Pohle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2009-06-10
Also published as: WO2009068410A1

Abstract

Ein Wärmetönungs-Gassensor, Wärmeleit-Gassensor oder Metalloxid-Gassensor wird periodisch für kurze Zeit beheizt und dann für längere Zeit unbeheizt betrieben. Der Wärmeeintrag durch Gasreaktionen oder die Wärmeleitfähigkeit von Gasen wird als Messsignal herangezogen, wobei hierfür die Aufheiz- und/oder Abkühlzeit des Gassensors betrachtet wird. Beim Metalloxid-Gassensor wird auch das chemische Messsignal berücksichtigt. Der temperaturvariable Betrieb bewirkt einen sehr niedrigen durchschnittlichen Leistungsverbrauch des Gassensors.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gassensorelements, das wenigstens ein Heizelement aufweist sowie ein Gassensorelement mit wenigstens einem Heizelement.
Halbleiter-Gassensoren, beispielsweise metalloxid-basierte Gassensoren, werden seit geraumer Zeit als Detektoren für eine Vielzahl von Gasen eingesetzt. Mögliche Anwendungsgebiete sind beispielsweise Brandmelder, Klimaregelungen, Abgasregelungen oder Geräte zur Lecksuche. Sie haben den Vorteil, klein, günstig und in einfacher Weise betreibbar zu sein. Nachteilig bei dieser Art von Sensoren ist eine geringe Selektivität, was bedeutet, dass Halbleiter-Gassensoren zumeist auf eine Mehrzahl von Gasen reagieren und weitere Mittel zu Hilfe genommen werden müssen, um zwischen verschiedenen Gasen zu unterscheiden. Metalloxidgassensoren sind sogenannte resistive Gassensoren, d. h. der elektrische Widerstand einer Metalloxidschicht wird als Sensorsignal verwendet und ändert sich bei Anwesenheit von Gasen. Ein weiterer Typ von Halbleitergassensor ist ein sogenannter GasFET, der wie ein Feldeffekttransistor aufgebaut ist und bei dem Gase die Gate-Spannung beeinflussen. Die in diesem Abschnitt genannten Sensorvarianten werden im Folgenden auch als chemischer Sensor bezeichnet.
Neben den Halbleitergassensoren gibt es auch die sogenannte Pellistoren oder Wärmetönungssensoren. Diese detektieren den Energieeintrag von exothermen Reaktionen eines brennbaren Gases mit einer üblicherweise beheizten Schicht, die häufig so zusammengesetzt ist, dass sie katalytische Eigenschaften aufweist. In einem beispielhaften Aufbau eines Pellistors besteht dieser aus einer Heizspule, die von einer keramischen Hülle bedeckt ist. Durch Messung des elektrischen Widerstands der Heizspule wird diese zusätzlich als Temperatursensor verwendet. Eine Regelung sorgt dafür, dass die Heizspule eine konstante Temperatur hält. Je nach Art und Menge vorhandener Gase beim Pellistor werden chemische Reaktionen dieser Gase den Pellistor mehr oder weniger stark zusätzlich beheizen und die nötige elektrische Leistung, um den Pellistor auf konstanter Temperatur zu halten, kann als Wärmetönungs-Messsignal verwendet werden. Vorteile und Nachteile von Pellistoren sind vergleichbar mit denen der Halbleitergassensoren.
Um nun den Nachteil der geringen Selektivität der Halbleitergassensoren und Pellistoren auszugleichen, ist eine häufig verwendete Methode, sogenannte Gassensor-Arrays, d. h. Gruppen aus einer Mehrzahl von Gassensoren zu verwenden. Dabei werden diese Gassensoren so ausgestaltet, dass sie in voneinander verschiedener Weise auf möglicherweise auftretende Gase reagieren. Aus den unterschiedlichen Reaktionsspektren der Gassensoren kann dann auf Art und Konzentration vorhandener Gase geschlossen werden. Hierbei lassen sich auch Pellistoren und Halbleitergassensoren gemeinsam einsetzen.
Es ist bekannt, die Funktion eines Metalloxid-Gassensors mit der eines Pellistors in einem Bauelement zu kombinieren. Der Metalloxid-Sensor wird dabei typischerweise auf einer Temperatur von mehr als 150°C, meist sogar mehr als 300°C betrieben. Der hierzu üblicherweise verwendete Heizwiderstand, beispielsweise in Form eines Heizmäanders aus Platin, wird neben seiner prinzipiellen Funktion zur Beheizung des Metalloxidgassensors auch zur Messung von Temperaturänderungen bei Anwesenheit zu detektierender Gase im Sinne des Pellistors verwendet. Nachteilig an diesem Aufbau ist der vergleichsweise hohe Energieverbrauch für die Beheizung des kombinierten Gassensorelements, der eine Verwendung beispielsweise in Brandmeldern deutlich erschwert.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Gassensorelements sowie ein Gassensorelement anzugeben, mit denen sich ein verringerter Heizleistungsbedarf realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und hinsichtlich des Gassensorelements durch einen Gassensorelement mit den Merkmalen von Anspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche behandeln vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Gassensorelements, das mittels wenigstens eines Heizelements beheizbar ist wird das Heizelement zeitlich variabel betrieben. Dadurch wird bewirkt, dass wenigstens zeitweise eine Änderung der Temperatur des Gassensorelements auftritt. Der zeitliche Verlauf der Änderung der Temperatur wird als Wärme-Messsignal verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Gassensorelement weist wenigstens ein Heizelement auf, ist mittels des Heizelements beheizbar und ist ausgestaltet zum Betrieb mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Unter Wärme-Messsignal wird dabei bevorzugt ein Wärmetönungssignal verstanden, das großteils durch den Energieeintrag von chemischen Gasreaktionen entsteht. Dabei wird durch die exotherme Oxidation zu detektierender Gase an dem Gassensorelement der zeitliche Verlauf der Temperaturänderung als Reaktion auf eine Änderung der Beheizung anders ausfallen, als wenn die Gase nicht oder in anderer Konzentration anwesend sind. Die Form dieses zeitlichen Verlaufes wird also als Größe zur Messung dieser Gase verwendet werden.
Alternativ kann das Wärme-Messsignal auch ein Wärmeleitungssignal darstellen, das zum überwiegenden Teil durch die Wärmeleitung von Gasen erzeugt wird. Dabei beeinflusst die Gaszusammensetzung um das Gassensorelement deren Wärmeleitfähigkeit. Wenn das Gassensorelement warmer ist als das umgebende Gas, wird sein Abkühlung durch die Wärmeleitung des Gases von der Gaszusammensetzung abhängen, was sich am Aufheiz- oder Abkühlverlauf des Gassensorelements ablesen lässt.
Der zeitliche Verlauf der Änderung der Temperatur, d. h. das transiente Wärme-Messsignal, kann auf verschiedene Arten ausgewertet werden. So kann beispielsweise die zeitliche Änderung der Temperatur direkt nach einem Ausschalten der Beheizung betrachtet werden, d. h. die Steigung des Temperatur-Zeit-Verhaltens. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Temperatur-Änderung nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit zu betrachten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Zeit zu ermitteln, die für eine vorbestimmte Temperatur-Änderung verstreicht.
Dabei wird das Gassensorelement bevorzugt in ersten Zeitabschnitten beheizt und in zweiten Zeitabschnitten schwächer als in den ersten Zeitabschnitten beheizt. Alternativ ist es auch möglich, das Gassensorelement in den zweiten Zeitabschnitten unbeheizt zu betreiben.
In zweiten Zeitabschnitten wird das Gassensorelement also weniger stark oder sogar überhaupt nicht beheizt. In diesen Zeitabschnitten fällt daher auch weniger oder sogar überhaupt keine Heizleistung an. Dadurch sinkt der durchschnittliche Leistungsverbrauch deutlich ab und kann durch geeignete Wahl der Zeitabschnitte beispielsweise unter eine vordefinierte obere Heizleistungsgrenze gebracht werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gassensorelement in den zweiten Zeitabschnitten überhaupt nicht beheizt wird, also auf Umgebungstemperatur gebracht wird oder je nach Länge dieser Zeitabschnitte wenigstens die Umgebungstemperatur anstrebt. Das bewirkt, dass in den zweiten Zeitabschnitten auch keinerlei Heizleistung anfällt und somit die durchschnittliche Heizleistung für das Gassensorelement besonders gering wird.
Die ersten und zweiten Zeitabschnitte wechseln sich bevorzugt ab. Das kann beispielsweise bedeuten, dass das Heizelement des Gassensorelements während seiner Betriebsdauer periodisch betrieben wird, d. h. dass sich das Beheizungsschema ständig wiederholt.
Das Heizelement wird zweckmäßig innerhalb wenigstens eines Teils der Zeitabschnitte mit einer für jeden dieser Zeitabschnitte festgelegten konstanten Heizspannung oder konstanten Heizleistung betrieben. Beispielsweise kann das Heizelement mit einer ersten Heizspannung oder Heizleistung in den ersten Zeitabschnitten und einer zweiten Heizspannung oder Heizleistung in den zweiten Zeitabschnitten betrieben werden.
Alternativ kann das Heizelement innerhalb wenigstens eines Teils der Zeitabschnitte mittels einer Temperaturregelung so betrieben werden, dass eine für jeden dieser Zeitabschnitte festgelegte Ziel-Temperatur angestrebt und/oder erreicht wird.
Die Beheizung kann also in den Zeitabschnitten auf verschiedene Weise gesteuert werden. Handelt es sich bei dem Heizelement beispielsweise um einen Platin-Heizwiderstand, so kann das Heizelement in einer Variante mit einer im Zeitabschnitt festen Heizspannung betrieben werden. Die Höhe der Heizspannung entscheidet dabei über die Temperatur, die das Heizelement und damit das Gassensorelement letztlich erreicht, wenn der Zeitabschnitt lang genug ist. Ist der Zeitabschnitt kürzer als eine Aufheiz-Zeitkonstante des Gassensorelements, so erlebt es im Zeitabschnitt keine stabile Temperatur. Stattdessen steigt oder fällt seine Temperatur dann, bis der Zeitabschnitt zu Ende ist und die Beheizung geändert wird. Eine weitere Betriebsvariante für das Heizelement besteht in einer Temperaturregelung. Dabei wird über einen Temperaturfühler, der bei einem Heizwiderstand im Widerstand selbst besteht, die Temperatur des Heizelements ermittelt und die Heizspannung solange angepasst, bis die Temperatur einen gewünschten Wert erreicht hat. Auch nach dem Erreichen der gewünschten Temperatur wird dann bevorzugt weitergeregelt, um eine Abkühlung des Gassensorelements durch Konvektion oder eine Aufheizung durch exotherme Gasreaktionen auszugleichen. Bei der Temperaturregelung besteht eine Alternative auch darin, im Falle der Aufheizung des Gassensorelements die Heizspannung deutlich höher zu wählen, als für die gewünschte Temperatur letztlich nötig. Erst wenn die Temperatur des Gassensorelements nahe der gewünschten Temperatur ist, wird die Heizspannung zurückgenommen auf einen Gleichgewichtswert. Hierdurch wird die Aufheizung deutlich beschleunigt.
Bevorzugt wird das Heizelement so betrieben, dass das Gassensorelement zwischen einer ersten Ziel-Temperatur in den ersten Zeitabschnitten und einer zweiten Ziel-Temperatur in den zweiten Zeitabschnitten wechselt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung das Gassensorelement so betrieben wird, dass der durchschnittliche Leistungsverbrauch des Heizelements über wenigstens einen Teil seiner Betriebsdauer kleiner als eine obere Leistungsgrenze ist, wobei als obere Leistungsgrenze 10 mW verwendet wird. In bevorzugten Ausgestaltungen können als obere Heizleistungsgrenze aber auch 5 mW, 2 mW oder sogar 1 mW verwendet werden. Auch noch geringere obere Heizleistungsgrenzen wie beispielsweise 500 μW oder sogar 100 μW sind möglich. Der durchschnittliche Leistungsverbrauch wird dabei bevorzugt über einen ersten und einen zweiten Zeitabschnitt betrachtet. Es ist aber auch möglich, längere Zeiträume zu betrachten, beispielsweise zehn erste und zehn zweite Zeitabschnitte. Dabei ist es zweckmäßig, nur Zeiträume zu betrachten, in denen das Gassensorelement auch tatsächlich betrieben wird, da es außerhalb dieser Zeiträume freilich keine Leistung benötigt.
Bevorzugt erreicht zumindest das Heizelement des Gassensorelements in den ersten Zeitabschnitten eine Temperaturschwelle. Sie beträgt zweckmäßig mindestens 150°, also beispielsweise 150°, 300°C, 500°C oder sogar 800°C. Eine höhere Temperaturschwelle ist dazu geeignet, besonders gut Gasreaktionen im Gassensorelement anzuregen, d. h. für starke und schnelle Signale zu sorgen. Eine geringere Temperaturschwelle sorgt hingegen für einen geringen Leistungsverbrauch in den ersten Zeitabschnitten.
Bevorzugt beträgt die Länge der ersten Zeitabschnitte weniger als 1 Sekunde. Weiterhin wird bevorzugt als Länge der zweiten Zeitabschnitte mehr als 10 Sekunden verwendet. In einem einfachen Beispiel für die Dauer und Abfolge der ersten und zweiten Zeitabschnitte sind die beiden Zeitabschnitte gleich lang, beispielsweise 5 s und wechseln sich ab. Weitere Möglichkeiten bestehen darin, dass die ersten Zeitabschnitte kürzer oder wesentlich kürzer sind als die zweiten Zeitabschnitte oder umgekehrt. Die absolute Dauer der Zeitabschnitte kann dabei abhängig von den Ziele und Eigenschaften des Gassensorelements gewählt werden. So können die Zeitabschnitte beispielsweise nur 100 ms, 500 ms, 1 s, 10 s oder eine oder mehrere Minuten lang sein. Dabei beträgt die Länge der zweiten Zeitabschnitte bevorzugt das Doppelte, in Ausgestaltungen der Erfindung das Fünffache, Zehnfache oder 50-fache der Länge der ersten Zeitabschnitte.
Es sind im Rahmen der Erfindung aber auch komplexere Folgen der Zeitabschnitte denkbar. Zweckmäßig werden die ersten Zeitabschnitte deutlich kürzer als die zweiten Zeitabschnitte gewählt, d. h. das Gassensorelement ist die meiste Zeit schwach oder überhaupt nicht beheizt.
Neben den ersten und zweiten Zeitabschnitten ist es auch möglich, weitere Zeitabschnitte zu verwenden. Das heißt, die ersten und zweiten Zeitabschnitte müssen sich nicht unbedingt abwechseln. In diesen weiteren Zeitabschnitten wird das Gassensorelement beheizt oder es verbleibt unbeheizt, wobei die Stärke der Beheizung anders gewählt werden kann als in den ersten und zweiten Zeitabschnitten. Insgesamt bleibt auch bei der Verwendung weiterer Zeitabschnitte der durchschnittliche Leistungsverbrauch unter der oberen Leistungsgrenze. Durch die Verwendung weiterer Zeitabschnitte ist es beispielsweise möglich, komplexere Verläufe der Temperatur des Gassensorelements zu verwirklichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Länge der ersten Zeitabschnitte weniger als eine Sekunde verwendet. Bevorzugt wird gleichzeitig als Länge der zweiten Zeitabschnitte mehr als 10 Sekunden verwendet. Durch die deutlich längeren zweiten Zeitabschnitte wird in besonders vorteilhafter Weise der durchschnittliche Leistungsverbrauch des Heizelementes minimiert.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung enthält das Gassensorelement wenigstens ein Element eines chemischen Gassensors, das die Auslesung eines chemischen Messsignals erlaubt. Dann wird zusätzlich zum Wärme-Messsignal das chemische Messsignal verwendet. Das Gassensorelement ist dann ein kombinierter Sensor, der einen Wärmetönungs- oder Wärmeleitsensor und wenigstens einen chemischen Gassensor enthält.
Die Elemente eines chemischen Sensors umfassen insbesondere halbleitende metalloxid-basierte Sensoren oder FET-basierte Aufbauten (FET = Feld-Effekt-Transistor). Alternativ kann es sich auch um eine metall-basierte Schicht handeln, beispielsweise eine wenige nm dicke Platin oder Nickel Schicht. Dabei können im Gassensorelement auch mehrere chemische Sensoren realisiert sein.
In dieser Ausgestaltung wird insbesondere noch die Erkenntnis genutzt, dass der chemische Sensor auch in den zweiten Zeitabschnitten, in denen es möglicherweise sogar weniger als 150°C heiß ist, messbare und sinnvolle Signale erzeugt.
Bevorzugt wird dabei auch wenigstens je ein chemisches Messsignal aus den zweiten Zeitabschnitten berücksichtigt. Besonders vorteilhaft ist es, aus den zweiten Zeitabschnitten jeweils sogar einen Verlauf von mehreren chemischen Messsignalen zu berücksichtigen. Es werden also trotz des Wechsels der Temperatur in den verschiedenen Zeitabschnitten ständig Messsignale auch vom Element des chemischen Sensors produziert. Eine Pause in den Messwerten ist nicht erforderlich, selbst wenn als Länge der zweiten Zeitabschnitte beispielsweise sogar eine Minute gewählt wird.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird die Dauer und die Abfolge der Zeitabschnitte im laufenden Betrieb angepasst, beispielsweise als Reaktion auf das Verhalten der Messsignale. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass das Gassensorelement im normalen Betrieb mit sehr geringer Leistung auskommt, und als Reaktion auf äußere Umstände in einen Betriebsmodus mit höherem Leistungsverbrauch schaltet, bei dem die Messsignale des Gassensorelements beispielsweise verbessert sind. Die Anpassung im laufenden Betrieb kann als Reaktion beispielsweise auf ein Wärme-Messsignal ein chemisches Messsignal oder auch als Reaktion auf eine anderweitig festgestellte Änderung der Situation sein. Hierzu ist es auch zweckmäßig, für den durchschnittlichen Leistungsverbrauch einen größeren Zeitraum von beispielsweise einer Stunde zu betrachten. Dann ist es möglich, dass das Gassensorelement für kurze Zeiträume innerhalb der Stunde, beispielsweise fünf Minuten, einen erhöhten Leistungsverbrauch aufweist und dennoch insgesamt im Leistungsverbrauch unter der oberen Heizleistungsschwelle liegt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gassensorelement eine Abkühlzeit von weniger als 100 ms auf.
In einer weiteren Ausgestaltung weist das Gassensorelement eine mikromechanisch hergestellte Membran mit einer Dicke von weniger als 100 μm auf. Insbesondere kann die Dicke der Membran auch weniger als 10 μm oder weniger als 2 μm betragen.
Das erfindungsgemäße Gassensorelement kann als Wärmetönungssensor oder Wärmeleitsensor ausgestaltet sein.
Weist es wenigstens ein Element eines chemischen Sensors auf, ist es als kombiniertes Gassensorelement aus einem Wärmeleit- oder Wärmetönungssensor und wenigstens einem chemischen Sensor ausgestaltet.
Das kombinierte Gassensorelement weist bevorzugt wenigstens eine halbleitende Metalloxidschicht auf. Es enthält also bevorzugt wenigstens einen Metalloxid-Gassensor. Alternativ kann das kombinierte Gassensorelement auch einen GasFET enthalten.
Das Gassensorelement, insbesondere das kombinierte Gassensorelement, kann vorteilhaft in einem Brandmelder oder Luftgütesensor zum Einsatz kommen. Hierbei kann beispielsweise die Abfolge und Dauer der Zeitabschnitte und die in den Zeitabschnitten verwendete Beheizung zusammen mit der Anzahl von im Brandmelder oder Luftgütemessgerät verwendeten Gassensorelementen so angepasst werden, dass das oder die Gassensorelemente insgesamt eine für den Brandmelder oder Luftgütesensor vorgesehene obere Heizleistungsgrenze nicht überschreiten.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei zeigen schematisch:
1 einen Wärmetönungssensor,
2 einen Metalloxid-Gassensor auf einem keramischen Substrat,
3 einen mikromechanisch hergestellten Metalloxid-Gassensor,
4 einen Verlauf der Temperatur eines mikromechanisch hergestellten Metalloxid-Gassensor,
5 einen SGFET-Gassensor,
6 Temperaturverläufe verschiedener Substrattypen bei konstanter Heizspannung oder -leistung,
7 den Temperaturverlauf eines Substrats bei Temperaturregelung,
8 den Temperaturverlauf bei einem einfachen Betriebsmodus zur Verbrauchssenkung beim mikromechanisch hergestellten Metalloxid-Gassensor,
9 den Temperaturverlauf bei einem weiteren Betriebsmodus zur Verbrauchssenkung beim Metalloxid-Gassensor auf keramischem Substrat,
10 ein Temperaturverlauf mit und ohne Anwesenheit von zu detektierenden Gasen,
11 ein Temperaturschema bei dynamischem Betrieb.
1 zeigt einen beispielhaften Wärmetönungssensor 40 oder sog. Pellistor. Der Wärmetönungssensor 40 weist einen Mantel 42 aus Aluminiumoxid auf, durch den ein Heizdraht 41 aus Platin führt. Der Heizdraht 41 ist innerhalb des Mantels 42 als Wendel gestaltet. Dadurch befindet sich der Hauptteil des elektrischen Widerstands des Heizdrahts 41 innerhalb des Mantels 42, wodurch eine effiziente Beheizung des Wärmetönungssensors 40 durch eine Beaufschlagung des Heizdrahts 41 mit Strom ermöglicht wird. Der Mantel 42 des Wärmetönungssensors 40 ist schließlich von einer Katalysatorschicht 43 umgeben.
An der Oberfläche des Wärmetönungssensors 40 werden brennbare Gase oxidiert. Die dabei frei werdende Energie sorgt für eine zusätzliche Erwärmung des Wärmetönungssensors 40. Diese wiederum wird über den Heizdraht 41 detektiert. Beispielsweise kann über eine Messung seines elektrischen Widerstands eine Temperaturänderung des Wärmetönungssensors 40 ermittelt werden.
Ein Wärmeleitsensor kann sehr ähnlich aufgebaut werden, beispielsweise indem die Katalysatorschicht 43 des Wärmetönungssensors 40 weggelassen wird. Am weitgehend inerten Mantel 42 finden nur in geringem Maß chemische Reaktionen statt. Daher wird nun das Signal des Wärmeleitsensors davon bestimmt, welche thermische Leitfähigkeit das um den Wärmeleitsensor befindliche Gas hat. Sind stärker wärmeleitende Gase um den Wärmeleitsensor vorhanden, so wird dieser auch stärker gekühlt, während die Anwesenheit schwach wärmeleitender Gase den Wärmeleitsensor eher thermisch isoliert, was wiederum über den Heizdraht 41 detektierbar ist.
Sowohl der Wärmetönungssensor 40 als auch der Wärmeleitsensor können neben der in Figur dargestellten Form auch in planarer Form realisiert werden. Dann ähnelt ihr Aufbau den in 2 und 3 dargestellten und nachfolgend erläuterten planaren chemischen Sensoren 13, 21.
2 zeigt einen Querschnitt eines beispielhaften vergleichsweise einfach aufgebauten Metalloxid-Gassensors auf einem keramischen Substrat 21. Das Keramiksubstrat 20, beispielsweise aus Al₂O₃ trägt dabei auf der einen Seite einen Platin-Heizer 4 in Form eines Mäanderwiderstands. Auf der anderen Seite des Keramiksubstrats 20 befindet sich eine gassensitive Metalloxidschicht 5. Diese ist über metallische Kontaktelektroden, die in 1 nicht dargestellt sind, von außen kontaktierbar. Der Sensor 21 gemäß 2 kann beispielsweise an Bonddrähten hängend ausgeführt werden. Die Bonddrähte stellen eine thermische Isolierung gegenüber dem Gehäuse des Sensors 21 dar und der Sensor bekommt dadurch insgesamt eine thermische Zeitkonstante für das Aufheizen und Abkühlen im Bereich einiger Sekunden, d. h. der Sensor 21 braucht einige Sekunden, um nach Einstellen einer festen Heizspannung oder Abschalten des Heizers eine stabile Temperatur zu erreichen.
3 zeigt einen Querschnitt eines komplexeren, mikromechanisch hergestellten Metalloxid-Gassensors 13. Der mikromechanisch hergestellte Sensor 13 weist eine Membran 2, beispielsweise aus Siliziumnitrit Si₃N₄ auf. Die Membran 2 ist üblicherweise quadratisch oder rechteckig und liegt auf einem Rahmen aus Silizium 1 auf, der mittels eines anisotropen Ätzprozesses aus einem Siliziumwafer hergestellt wird. Die Membran 2 trägt einen Platinheizer 4. Dieser ist im gegebenen Beispiel als Mäanderwiderstand aus Platin in Dünnschichttechnik ausgeführt, der in dem Bereich der Membran 2, der auf dem Rahmen aus Silizium 1 aufliegt, von außen kontaktiert wird. Der Platinheizer 4 ist bedeckt von einer Isolierschicht 3, die beispielsweise aus Siliziumdioxid SiO₂ bestehen kann. Auf der Isolierschicht 3 sitzt schließlich die gassensitive Me talloxidschicht 5, die beispielsweise aus palladium-dotiertem Zinnoxid SnO₂ bestehen kann. Diese ist üblicherweise über metallische Anschlüsse, die in 3 nicht gezeigt sind, kontaktierbar. Die Membran 2 des gezeigten mikromechanisch hergestellten Sensors 13 ist in diesen Beispielen nur etwa 1 μm dick. Dieser extrem dünne Querschnitt für die Festkörperwärmeleitung führt zu einer extrem guten Isolation von Platinheizer 4 und der gassensitiven Schicht 5 von den restlichen Teilen des Aufbaus. Heraus resultiert ein sehr geringer Heizleistungsbedarf, um eine konstante Temperatur zu halten. So werden beispielsweise bei solchen mikromechanisch hergestellten Sensoren 13 nur wenige 10 μW benötigt, um die gassensitive Schicht 5 auf einer Temperatur von beispielsweise 400°C zu halten. Weiterhin führt die gute Isolation im Zusammenspiel mit den relativ flachen Aufbauten auf der Membran 2, die in 3 nicht maßstäblich dargestellt sind, zu einer sehr geringen thermischen Masse des zu beheizenden Aufbaus. Das wiederum führt zu einer extrem geringen Zeitkonstante für das Aufheizen und Abkühlen von Membran 2, Platinheizer 4 und gassensitiver Schicht 5.
In 4 ist ein Verlauf von Messwerten für die Temperatur des mikromechanisch hergestellten Sensors 13 dargestellt, wobei zwischen 0,2 s und 0,4 s die Heizspannung erhöht ist. Der Sensor 13 erreicht in dieser Zeit nach weniger als 100 ms eine Temperatur von ca. 225°C. Nach Abschalten der Heizung bei 0,4 s erreicht der Sensor 13 ebenfalls nach weniger als 100 ms wieder Raumtemperatur.
5 zeigt schließlich einen GasFET 22. Der GasFET 22 weist einen Feldeffektaufbau mit einem Drain-Anschluss 25 und einem Source-Anschluss 24 auf sowie ein katalytisches Gate 26, an das Gasmoleküle 27 adsorbieren können.
Verschiedene Möglichkeiten der Beheizung eines Gassensors 13, 21, 22, 40 mittels eines Heizwiderstands wie dem Platin-Heizer 4 sind in den 6 und 7 beispielhaft erläutert. 6 zeigt Temperaturverläufe 31...34 für das Abkühlen und das Aufheizen eines Gassensors 13, 21, 22, 40, wobei der Verlauf für jeweils zwei verschiedene thermische Zeitkonstanten gezeigt ist. Gezeigt sind ein langsamer Abkühl-Verlauf 32, ein schneller Abkühl-Verlauf 31, ein schneller Aufheizverlauf 33 und ein langsamer Aufheizverlauf 34. Dabei wird von einem Betrieb des Heizers 5 mit einer konstanten Heizspannung U oder einer konstanten Heizleistung P ausgegangen. Auch ein konstanter Heizstrom kann verwendet werden. Die Temperatur des Gassensors 13, 21, 22, 40 nähert sich in diesem Fall von oben oder unten im Wesentlichen exponentiell einer Endtemperatur an. Beim mikromechanisch hergestellten Sensor 13 passiert die Annäherung vergleichsweise schnell, beispielsweise in 70 ms, entsprechend den schnellen Verläufen 31, 33, während bei den anderen Sensoren 21, 22 die Annäherung langsamer vonstatten geht, beispielsweise in einer Zeit von ca. 5 s, entsprechend den langsamen Verläufen 32, 34.
Ein Wärmetönungssensor 40, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Aufheiz- oder Abkühlzeit 38, 39 als Wärmetönungs-Messsignal verwendet, könnte hierzu beispielsweise die Steigung 35 des Temperaturverlaufs 31...34 direkt nach der Veränderung der Beheizung gemäß der 5 bestimmen und auswerten. Diese Steigung 35 ist unter Anderem von der Differenz zwischen Anfangs- und Endtemperatur des Wärmetönungssensor 40 vor und nach dem Umschalten der Beheizung abhängig. Wird der Wärmetönungssensor 40 mit einem regelmäßigen Umschalten zwischen zwei Beheizungsstärken betrieben, so sollte diese Steigung 35 ohne den Einfluss der Wärmetönung und ggfs. anderen externen Einflüssen durch Gasreaktionen immer gleich sein.
Eine Alternative besteht darin, die Temperaturänderung zu bestimmen, die der Wärmetönungssensor 40 in einem bestimmten Zeitraum erfährt. So könnte beispielsweise immer bestimmt werden, wie stark sich die Temperatur des Sensors innerhalb der ersten 1,5 s oder – um ein weiteres Beispiel zu nennen – 300 ms nach einer Änderung der Beheizung verändert.
Ein beispielhafter Verlauf der Temperatur des Gassensors 13, 21, 22, 40 mit und ohne zu detektierende Gase in der Umgebung ist in 10 dargestellt. Der Gassensor 13, 21, 22, 40 wird dabei so betrieben, dass seine Temperatur zwischen einer hohen Temperatur T2 und einer niedrigen Temperatur T₀ wechselt. In einem ersten Zeitbereich 50 ist in der Umgebung des Sensors 13, 21, 22, 40 in diesem Beispiel nur Luft vorhanden. In einem zweiten Zeitbereich 51 ist in der Umgebung zusätzlich zur Luft auch noch ein brennbares Gas, beispielsweise Wasserstoff H₂ in einer hohen Konzentration, beispielsweise 3 Vol.-% vorhanden. Der Wasserstoff führt dazu, dass das Abkühlen des Gassensors 13, 21, 22, 40 nach dem Verringern der Beheizung wesentlich langsamer vonstatten geht, gemäß der Abkühlkurve 52. Dies liegt daran, dass Oxidationsreaktionen des Wasserstoffs Energie freiwerden lassen, die den Gassensor 13, 21, 22, 40 erwärmen – und in diesem Fall nach dem Abschalten der Beheizung langsamer abkühlen lassen.
Im Beispiel gemäß der 10 wird der Beheizungszyklus durch die langsamere Abkühlung verändert, indem die nächste Aufheizphase deutlich später erfolgt. Dies ist möglich, um beispielsweise die Messgenauigkeit bei der Bestimmung des Abkühlverhaltens zu verbessern, indem mehr Zeit zur Messung zur Verfügung gestellt wird. Der Beheizungszyklus kann aber auch unverändert gelassen werden.
Gemäß der 10 bestehen nun mehrere Möglichkeiten, den Wärmeeintrag durch Gasreaktionen auszuwerten. So kann beispielsweise immer abgewartet werden, bis der Gassensor 13, 21, 22, 40 die Temperatur T1 erreicht hat und die dazu verstrichene Zeit bestimmt werden. Ohne Gase ist das die Zeit t₃ – t₂, mit dem Wasserstoff die längere Zeit t₇ – t₆. Hierzu ist es allerdings erforderlich, den Beheizungszyklus statisch oder dynamisch so auszugestalten, dass die Temperatur T₁ auch erreicht wird. Würde in 10 der Beheizungszyklus im Zeitbereich 51 unverändert fortgesetzt, würde der Gassensor 13, 21, 22, 40 nicht die Temperatur T₁ erreichen und eine Messung wäre nur anders möglich. Eine weitere Messmethode be steht darin, die Steigung der Temperaturveränderung zu bestimmen, beispielsweise aus dem Quotienten von einer kurzen verstrichenen Zeit nach dem Reduzieren der Beheizung, beispielsweise der Zeit t₃ – t₂ und der Temperaturdifferenz, die sich in dieser Zeit ergeben hat.
Ein veränderter Steuerungsmodus gemäß der 7 besteht darin, den Platin-Heizer 4 beim Aufheizen des Gassensor 13, 21, 22, 40 anfänglich mit einer deutlich höheren Heizspannung U oder Leistung P zu beaufschlagen, als bei der Endtemperatur nötig ist. Dadurch kann, wie in 7 dargestellt, das Erreichen der Endtemperatur beim Aufheizen beschleunigt werden. Diese Vorgehensweise kann prinzipiell immer verwendet werden, ist aber besonders vorteilhaft in Kombination mit einer Temperaturregelung, bei der ein Temperaturfühler oder der Heizwiderstand 4 selbst zur Ermittlung der Temperatur des Heizers 4 herangezogen wird. Bei der Temperaturregelung über den Heizwiderstand 4 selbst wird das bekannte Widerstands-Verhalten von Metallen wie Platin ausgenutzt. Der elektrische Widerstand von Metallen steigt im relevanten Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und mehreren 100°C nahezu linear mit der Temperatur an und lässt also einen recht genauen Rückschluss von Spannung und Strom auf die Temperatur zu.
Bei einem solchen Betrieb des Heizers 4 kann beispielsweise beim Aufheizen des Sensors auch die Zeit 36 als Wärme-Messsignal verwendet werden, für die die Heizerregelung die Heizerspannung U auf überhöhtem Niveau belässt. Erfährt der Gassensor 13, 21, 22, 40 durch Gasreaktionen eine starke zusätzliche Beheizung, so wird er in einer Aufheizphase schneller die gewünschte Zieltemperatur erreichen. Daher wird in diesem Fall die Heizerregelung die Heizspannung auf den für die Zieltemperatur geeigneten Wert heruntersetzen. Da für eine Abkühlung des Sensors ein widerstandsbasierter Heizer im äußersten Fall ganz abgeschaltet werden kann, ist eine analoge Vorgehensweise für die Abkühlphase nur möglich, wenn der Sensor nach dem Abkühlen auf mehr als Raumtemperatur betrie ben wird, d. h. wenn die Beheizung an sich nicht völlig abgeschaltet werden soll.
Auch wenn kein widerstandsbasierter Heizer 4 verwendet wird, ist ein Betrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung problemlos möglich. Beispielsweise könnte als Heizelement auch eine in einem Si-Chip eines GasFET-Gassensors 22 vorhandene Diode oder ein Transistor verwendet werden. Zusätzlich kann dann ein Temperatur-Sensor zur Regelung verwendet werden.
Die 8 und 9 basieren auf einem beispielhaften, einfachen Temperaturschema. In diesem Schema wird der Gassensor 13, 21, 22, 40 während eines Heizzyklus 12 für 1 s auf eine Temperatur von 300°C geheizt und dann für 20 s unbeheizt betrieben.
Die 8 und 9 stellen beispielhaft den tatsächlichen Temperaturverlauf für verschiedene Substrattypen dar. In 8 ist der Temperaturverlauf für einen mikromechanisch hergestellten Gassensor 13 gezeigt. Er folgt durch die kurze thermische Zeitkonstante sehr schnell dem Temperaturschema, das beispielsweise über eine pro Zeitabschnitt konstante Heizspannung realisiert wird. Ein Metalloxid-Sensor auf einem keramischen Substrat 21 hingegen würde deutlich langsamer auf die Heizspannungen reagieren und als tatsächlicher Temperaturverlauf ergibt sich beispielsweise der Verlauf gemäß 9.
Beim mikromechanischen Sensor 13 kann als Wärme-Messsignal also beispielsweise die Aufheiz-Zeit 39 verwendet werden, die der Sensor 13 braucht, um von Raumtemperatur auf 300°C aufgeheizt zu werden. Ebenfalls verwendet werden kann die Abkühldauer 38, die der Sensor benötigt, um von den 300°C wieder auf Raumtemperatur abzukühlen.
Der Sensor auf keramischem Substrat 21 erreicht innerhalb der Sekunde Beheizung, die hier beispielhaft verwendet wird, erst gar nicht eine Temperatur von 300°C. Hier kann also als Wärmetönungs-Messsignal beispielsweise die Endtemperatur 37 verwendet werden, die der Sensor innerhalb der Sekunde Beheizung erreicht. Bei der Anwesenheit einer hohen Konzentration eines Gases, das exotherm am Sensor 21 reagiert, wird der Sensor 21 eine starke zusätzliche Beheizung erfahren und also eine etwas erhöhte Endtemperatur 37 erreichen. Ist wenig oder kein Gas vorhanden, so wird der Sensor entsprechend weniger an zusätzlicher Beheizung erfahren und die Endtemperatur 37 wird in der Beheizungsphase einen geringeren Wert erreichen. In der längeren Abkühlphase dieses Ausführungsbeispiels wird auch der Sensor auf keramischem Substrat 21 letztlich Raumtemperatur erreichen und so ist es bei der Abkühlphase auch möglich, die während des Abkühlens verstrichene Abkühl-Zeit 38 zu messen und als Wärmetönungs-Messsignal zu verwenden.
Wird als weiteres Beispiel bei den Temperaturverläufen der 8 und 9 von einem Heizzyklus 12 von 30 s Dauer ausgegangen, in dem für 1,5 s mit einer Leistung von 20 mW beim mikromechanisch hergestellten Sensor 13 und 0,5 W beim Sensor 21 beheizt wird, so ergibt sich beim mikromechanisch hergestellten Sensor 13 eine Durchschnittsleistung von 1 mW, während beim Sensor 21 immer noch eine durchschnittliche Leistung von 25 mW fällig ist. Bei einem Sensor 21 muss also das Temperaturschema noch verändert werden, um eine geringere, beispielsweise einem Brandmelder gerechte Leistung zu realisieren. Wird beispielsweise in einem Heizzyklus 12 von 2 Minuten Dauer nur für 1 s geheizt und dabei eine geringe Temperatur des Sensors 21 in diesem Zeitraum akzeptiert mittels einer Heizleistung von nur 300 mW, so ergibt sich eine durchschnittliche Heizleistung von 1 s·300 mW/120 s = 2,5 mW.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung besteht in dem Beispiel für ein Temperaturschema gemäß der 11. In diesem Beispiel wird die Temperatur des Gassensors in einem Heizzyklus 12 der Dauer 40 s zwischen einer oberen Temperatur T_H1, beispielsweise 300°C und einer unteren Temperatur T_U, beispielsweise Raumtemperatur, abgewechselt.
Dabei wird für jeweils vier Sekunden die Temperatur T_H1 und für die restlichen 36 s die Temperatur T_U verwendet. In dem Beispiel gemäß der 11 soll bei einer Zeit von ca. 70 s ein besonderes Signal auftreten. Dieses besondere Signal kann beispielsweise in einem Ausschlag des Signals des Gassensors bestehen. Um nun die Reaktionsgeschwindigkeit und Signalstärke des Gassensors zu erhöhen, wird der Gassensor im Folgenden mit einem veränderten Temperaturschema betrieben. In dem veränderten Temperaturschema ist ein Heizzyklus nurmehr 10 s lang. Innerhalb eines Heizzyklus 12 befindet sich der Gassensor für 8 s auf einer höheren Temperatur T_H2, beispielsweise 500°C, und nur noch für 2 s auf der unteren Temperatur T_U. Durch den nahezu dauerhaften Betrieb bei der erhöhten Temperatur T_H2 wird sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit als auch die Signalstärke des Gassensors angehoben. Dies ermöglicht über eine gewisse Zeit hinweg eine verbesserte Messung. Der Betriebsmodus kann im Folgenden entweder manuell wieder auf den sparsamen Betriebsmodus zurückgestellt werden oder aber auch automatisch, wenn beispielsweise das Signal des Gassensors über längere Zeit keinen besonderen Ausschlag mehr zeigt. Bei einem solchen Betriebsverfahren ist es möglich, auch im Temperaturschema mit erhöhtem Leistungsverbrauch eine obere Leistungsgrenze, beispielsweise 5 mW, einzuhalten. Ist der Gassensor beispielsweise Teil eines Brandmelders, so kann jedoch auch der Brandmelder so ausgestaltet sein, dass für den Gefahrenfall ein Temperaturschema mit erheblich höherem Leistungsverbrauch, beispielsweise 50 mW, erlaubt ist. In diesem Fall gleicht der Vorteil der besseren Gasselektion den Nachteil des erhöhten Leistungsverbrauchs aus, da dieses Temperaturschema nur selten verwendet wird und einer erhöhten Sicherheit des Brandmelders dient.
Sehr vorteilhaft für die Erfindung und ihre hier dargestellten Ausführungsmöglichkeiten ist es, dass die Messwerte eines Metalloxid-Gassensor 13, 21, 22 auch bei lang anhaltenden zweiten Zeitabschnitten von beispielsweise 1 Minute in der Lage sind, eine Aussage über das Vorhandensein von Gasen am Sensor zu machen.
Besonders vorteilhaft ist es, die in den 2, 4 und 5 dargestellten Sensoren 13, 21, 22 als kombinierte Sensoren zu verwenden. Sie werden dabei mit einem erfindungsgemäßen Temperaturschema betrieben. Der Heizer 4 der Sensoren 13, 21, 22 wird zusätzlich als Temperatursensor verwendet. Dies ermöglicht einen Betrieb als Pellistor, d. h. Wärmetönungssensor oder Wärmeleitsensor. Wegen der katalytisch wirkenden Metalloxidschichten 5, die bei den Sensoren 13, 21, 22 verwendet wird, wird der Heizer 4 meist im Wesentlichen als Wärmetönungssensor agieren. Gleichzeitig kann ein chemisches Messsignal der Metalloxidschicht 5 ausgewertet werden. Das Temperaturschema sorgt für einen sehr geringen Leistungsverbrauch. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass für die Funktion als Metalloxidsensor bereits kurze Anregungen bei erhöhter Temperatur ausreichen, um langfristig auch chemische Signale produzieren zu können, obwohl der Sensor dabei beispielsweise auf Raumtemperatur ist. Vorteilhaft ist weiterhin, dass durch die Auslesung des transienten Wärme-Messsignals die ersten Zeitabschnitte, in denen der Sensor stärker oder überhaupt beheizt wird, sehr kurz gehalten werden können, beispielsweise wesentlich kürzer als die thermische Zeitkonstante des Sensors 13, 21, 22.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Gassensorelements (13, 21, 22, 40), das mittels wenigstens eines Heizelements (4, 41) beheizbar ist, bei dem – das Heizelement (4, 41) derart zeitlich variabel betrieben wird, dass wenigstens zeitweise eine Änderung der Temperatur des Gassensorelements (13, 21, 22, 40) auftritt, und – der zeitliche Verlauf der Änderung der Temperatur als Wärme-Messsignal verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Gassensorelement (13, 21, 22, 40) – in ersten Zeitabschnitten beheizt wird, und – in zweiten Zeitabschnitten schwächer als in den ersten Zeitabschnitten beheizt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Gassensorelement (13, 21, 22, 40) – in ersten Zeitabschnitten beheizt wird, und – in zweiten Zeitabschnitten unbeheizt betrieben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem sich die ersten und zweiten Zeitabschnitte abwechseln.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Heizelement (4, 41) innerhalb wenigstens eines Teils der Zeitabschnitte mit einer für jeden dieser Zeitabschnitte festgelegten konstanten Heizspannung (U) oder konstanten Heizleistung (P) betrieben wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das Heizelement (4, 41) innerhalb wenigstens eines Teils der Zeitabschnitte mittels einer Temperaturregelung so betrieben wird, dass eine für jeden dieser Zeitabschnitte festgelegte Ziel-Temperatur angestrebt und/oder erreicht wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der durchschnittliche Leistungsverbrauch des Heizelements (4, 41) über wenigstens einen Teil seiner Betriebsdauer kleiner als eine obere Leistungsgrenze ist, wobei als obere Leistungsgrenze 10 mW verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei als obere Leistungsgrenze 1 mW verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem die Temperatur des Heizelements (4, 41) in den ersten Zeitabschnitten eine Temperaturschwelle wenigstens erreicht, wobei als Temperaturschwelle 150°C verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9, bei dem als Länge der ersten Zeitabschnitte weniger als 1 Sekunde verwendet wird und/oder als Länge der zweiten Zeitabschnitte mehr als 10 Sekunden verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Gassensorelement (13, 21, 22) verwendet wird, das wenigstens ein Element (5, 26) eines chemischen Sensors (13, 21, 22) aufweist und bei dem zusätzlich zum Wärme-Messsignal wenigstens ein durch das Element erzeugtes weiteres Signal als chemisches Messsignal verwendet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem wenigstens je ein chemisches Messsignal aus den zweiten Zeitabschnitten berücksichtigt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem aus den zweiten Zeitabschnitten jeweils ein Verlauf von mehreren chemischen Messsignalen berücksichtigt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 13, bei dem die Dauer der ersten und/oder zweiten Zeitabschnitte im laufenden Betrieb als Reaktion auf das Verhalten der Messsignale angepasst wird.
Gassensorelement (13, 21, 22, 40) mit wenigstens einem Heizelement (4, 41), wobei das Gassensorelement (13, 21, 22, 40) mittels des Heizelements (4, 41) beheizbar ist, ausgestaltet zum Betrieb mit einem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
Gassensorelement (13, 21, 22, 40) gemäß Anspruch 15, das eine mikromechanisch hergestellte Membran (2) mit einer Dicke von weniger als 100 μm aufweist.
Wärmetönungssensor (13, 21, 22, 40) oder Wärmeleitsensor (13, 21, 22, 40) gemäß Anspruch 15 oder 16.
Kombiniertes Gassensorelement (13, 21, 22) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, das zusätzlich wenigstens ein Element (5, 26) eines chemischen Sensors aufweist.
Kombiniertes Gassensorelement (13, 21, 22) gemäß Anspruch 18, bei dem das Element (5) wenigstens eine halbleitende Metalloxidschicht (5) aufweist.
Kombiniertes Gassensorelement (13, 21, 22) gemäß Anspruch 18 mit mehreren Elementen (26) eines chemischen Sensors (13, 21, 22), die einen GasFET (22) bilden.
Brandmelder oder Luftgütesensor mit wenigstens einem Gassensorelement (13, 21, 22, 40) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20.