DE102019126025A1 - Gassensor mit verbesserter Empfindlichkeit und Gassensorkomponente - Google Patents

Gassensor mit verbesserter Empfindlichkeit und Gassensorkomponente Download PDF

Info

Publication number
DE102019126025A1
DE102019126025A1 DE102019126025.6A DE102019126025A DE102019126025A1 DE 102019126025 A1 DE102019126025 A1 DE 102019126025A1 DE 102019126025 A DE102019126025 A DE 102019126025A DE 102019126025 A1 DE102019126025 A1 DE 102019126025A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
gas sensor
active
detector
sensor unit
heater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019126025.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Matthias König
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to DE102019126025.6A priority Critical patent/DE102019126025A1/de
Priority to US17/031,242 priority patent/US11898979B2/en
Publication of DE102019126025A1 publication Critical patent/DE102019126025A1/de
Priority to US18/392,319 priority patent/US20240118229A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/14Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • G01N27/16Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by burning or catalytic oxidation of surrounding material to be tested, e.g. of gas
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/22Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures
    • G01N25/28Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures the rise in temperature of the gases resulting from combustion being measured directly
    • G01N25/30Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures the rise in temperature of the gases resulting from combustion being measured directly using electric temperature-responsive elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/122Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
    • G01N27/123Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits for controlling the temperature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Ein Gassensor mit verbesserter Empfindlichkeit wird bereitgestellt. Der Gassensor umfasst eine aktive Sensoreinheit, eine Referenzsensoreinheit und eine Temperatursteuerschaltung. Die aktive Sensoreinheit weist einen aktiven Detektor auf. Die Referenzsensoreinheit weist einen Referenzdetektor auf. Die Temperatursteuerschaltung ist dazu bereitgestellt und konfiguriert, einen Detektor auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Gassensoren mit verbesserter Empfindlichkeit und entsprechende Komponenten.
  • Gassensoren können verwendet werden, um das Vorhandensein eines spezifischen Gases zu detektieren oder um die Konzentration eines spezifischen Gases in einer Atmosphäre zu ermitteln.
  • Ein Beispiel für einen Gassensor ist ein katalytischer Wärmetönungssensor. Der katalytische Wärmetönungssensor arbeitet, indem er das zu detektierende oder zu quantifizierende Gas verbrennt. Die erzeugte Wärme bewirkt eine Änderung des Widerstandes eines Detektionselementes. Durch Messen der Änderung oder des Widerstandes kann die Konzentration des entsprechenden Gases bestimmt werden.
  • Aus der EP 2762867 A1 , US 2008/0101434 A , US 2004/0065140 A1 und DE 112006000973 B4 sind Gassensoren bekannt.
  • Bekannte Gassensoren stellen jedoch kein zuverlässiges Signal bereit, wenn sich die Umgebungstemperatur oder die Umgebungsfeuchtigkeit ändert. Ferner leiden bekannte Gassensoren unter Zuverlässigkeitsproblemen aufgrund von Gastemperaturen und hohen verwendeten Temperaturen, unter Signalstabilitätsproblemen aufgrund von Asymmetrien in den Sensoren und einer inhomogenen Verteilung des katalytischen Materials.
  • Es besteht also Bedarf an einem Gassensor, der eine verbesserte Empfindlichkeit auch bei variierenden Umgebungstemperaturen und Feuchtigkeitspegeln bereitstellt, der einen reduzierten Stromverbrauch aufweist, der einen vereinfachten Aufbau aufweist und der ein einfach zu handhabendes Ausgangssignal bereitstellt.
  • Zu diesem Zweck wird ein Gassensor gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereitgestellt. Abhängige Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit.
  • Der Gassensor umfasst eine aktive Sensoreinheit und eine Referenzsensoreinheit. Die aktive Sensoreinheit weist einen aktiven Detektor und eine Heizung auf. Die Referenzsensoreinheit weist einen Referenzdetektor und eine Heizung auf. Der Gassensor umfasst ferner eine Temperatursteuerschaltung. Die Temperatursteuerschaltung ist dazu bereitgestellt und konfiguriert, einen Detektor, der aus dem aktiven Detektor und dem Referenzdetektor ausgewählt werden kann, auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten.
  • Der vorliegende Gassensor folgt dem kontraintuitiven Ansatz, da er einen Detektor umfasst, der durch die Temperatursteuerschaltung auf einer vorgegebenen, konstanten Temperatur gehalten wird, während herkömmliche Gassensoren Gase basierend auf einer entsprechenden Temperaturänderung detektieren.
  • Der bereitgestellte Gassensor erlaubt jedoch die Überwachung einer Temperaturdifferenz, genauer gesagt einer Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des aktiven Detektors und des Referenzdetektors, wenn einer dieser zwei Detektoren auf der vorgegebenen Temperatur gehalten wird.
  • Insbesondere wird die Empfindlichkeit des Gassensors verbessert, da einer der zwei Detektoren auf der konstanten, vorgegebenen Temperatur gehalten wird, was den Ausgang des Gassensors unabhängig von einer Änderung der Umgebungstemperatur oder Umgebungsfeuchtigkeit macht.
  • Es ist möglich, dass der Gassensor einen Katalysator umfasst.
  • Insbesondere ist es möglich, dass die aktive Sensoreinheit einen Katalysator umfasst.
  • Der Katalysator macht die entsprechende Sensoreinheit zur aktiven Sensoreinheit, da der Katalysator - wenn er durch thermische Kopplung an die entsprechende Heizung auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird - eine vorgegebene Gasumwandlungsrate bereitstellt, die abhängig ist von der Konzentration des zu detektierenden Gases, nicht aber von der Umgebungstemperatur oder der Feuchtigkeit.
  • Es ist möglich, dass der Katalysator die Gasselektivität bestimmt.
  • Zu diesem Zweck kann der Katalysator gemäß seiner Umwandlungsrate für ein oder mehrere spezifische Gase ausgewählt werden. Zum Beispiel kann der Katalysator für einen Kohlenmonoxid-Detektor so gewählt werden, dass er die Umwandlung von Sauerstoff und Kohlenmonoxid in Kohlendioxid beschleunigt. Die abgegebene Wärme bildet die Grundlage für die Bestimmung eines Ausgangssignals basierend auf einem reduzierten oder erhöhten Stromerfordernis zum Halten des entsprechenden Detektors auf der vorgegebenen Temperatur.
  • Ferner ist es möglich, dass der Katalysator einen großen Flächenbereich aufweist und in direktem Kontakt mit einem detektierenden Element des aktiven Detektors steht.
  • Katalysatoren für die Gase Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H, H2) und Methan (CH4) können aus Platin (Pt), Palladium (Pd) bzw. Rhodium (Rh) ausgewählt werden.
  • Es ist möglich, dass der aktive Detektor und der Referenzdetektor elektrisch in Reihe geschaltet werden.
  • Insbesondere ist es möglich, dass der aktive Detektor und der Referenzdetektor zwischen einem Erdpotential und einem Versorgungspotential Vcc elektrisch in Reihe geschaltet werden. Ein zweiter Knoten kann zwischen dem aktiven Detektor und dem Referenzdetektor angeordnet sein. Eine Potentialdifferenz zwischen dem Versorgungspotential und dem Potential an dem Knoten zwischen den zwei Detektoren oder eine Potentialdifferenz (Spannung) zwischen dem Potential an dem zweiten Knoten und dem Erdpotential kann ein primäres Ausgangssignal des Gassensors sein.
  • Der aktive Detektor kann ein Widerstandselement umfassen, das mit dem Katalysator bedeckt ist, welcher in direktem Kontakt mit der auszuwertenden Atmosphäre steht.
  • Der Referenzdetektor kann ein Widerstandselement umfassen, das elektrisch zwischen den zweiten Knoten und das Erdpotential geschaltet ist.
  • Ferner kann die Heizung der aktiven Sensoreinheit ein Widerstandselement umfassen. Ferner kann die Heizung des Referenzdetektors ein Widerstandselement umfassen.
  • Es ist möglich, dass die Heizung des aktiven Sensors und die Heizung des Referenzsensors elektrisch parallel geschaltet werden.
  • Insbesondere ist es möglich, dass die zwei Heizungen in Bezug auf eine Temperatursteuerschaltung und ein Erdpotential elektrisch parallel geschaltet werden. Somit kann die Heizung der aktiven Sensoreinheit elektrisch zwischen eine Temperatursteuerschaltung und ein Erdpotential geschaltet werden und die Heizung der Referenzsensoreinheit kann elektrisch zwischen die Temperatursteuerschaltung und das Erdpotential parallel zu der Heizung der aktiven Sensoreinheit geschaltet werden.
  • Entsprechend ist es möglich, dass die Temperatursteuerschaltung - bei aktivem Gassensor - den Heizungen der aktiven Sensoreinheit und der Referenzsensoreinheit elektrischen Strom bereitstellt.
  • Ferner ist es möglich, dass die Temperatursteuerschaltung jeder der zwei Heizungen die gleiche Menge an elektrischem Strom bereitstellt oder dass die Temperatursteuerschaltung das vorgegebene elektrische Stromverhältnis in Bezug auf die den zwei Heizungen bereitgestellten elektrischen Ströme beibehält.
  • Es ist möglich, dass der aktive Detektor thermisch an die Heizung der aktiven Sensoreinheit gekoppelt ist. Ferner ist es möglich, dass der Referenzdetektor thermisch an die Heizung der Referenzsensoreinheit gekoppelt ist.
  • Insbesondere ist es möglich und bevorzugt, dass die Temperatursteuerschaltung dazu bereitgestellt und konfiguriert ist, den aktiven Detektor auf der vorgegebenen Temperatur zu halten.
  • Ferner ist es möglich, dass der aktive Detektor und/oder der Referenzdetektor einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist/aufweisen.
  • Somit hält die Heizung der aktiven Sensoreinheit den aktiven Detektor auf einer vorgegebenen Temperatur. Wenn eine spezifische Menge von zu detektierendem Gas umgewandelt ist, reduziert die Temperatursteuerschaltung den bereitgestellten Strom entsprechend. Hierzu kann die Temperatursteuerschaltung eine Rückkopplungsschleife, die den aktiven Detektor enthält, aufweisen.
  • Da die zwei Heizungen die gleiche Menge an elektrischem Strom erhalten können, wenn die Heizung der aktiven Sensoreinheit weniger Strom benötigt, sinkt die Temperatur des Referenzdetektors und die Gesamtschaltung des Gassensors wird mit dem reduzierten elektrischen Strom betrieben, wodurch elektrische Energie eingespart wird und temperaturbedingte Instabilitäten vermieden werden und die Zuverlässigkeit des Gassensors erhöht wird.
  • Es ist möglich, dass die Temperatursteuerschaltung einen Operationsverstärker umfasst. Der Operationsverstärker kann einen invertierten Eingang, einen nicht invertierten Eingang und einen Ausgang aufweisen.
  • Ferner ist es möglich, dass der Operationsverstärker elektrisch an die Heizung der aktiven Sensoreinheit und an die Heizung der Referenzsensoreinheit gekoppelt ist.
  • Insbesondere ist es möglich, dass der invertierte Eingang an ein Versorgungspotential gekoppelt ist. Der nicht invertierte Eingang kann an einen ersten Knoten gekoppelt werden. Der erste Knoten ist auf der Ausgangsseite der Heizung der aktiven Sensoreinheit angeordnet. Die Ausgangsseite der Heizung der aktiven Sensoreinheit ist der Anschluss der Heizung, der zu einem Erdpotential hin zeigt, während die jeweils andere Eingangsseite zu der Temperatursteuerschaltung hin zeigt.
  • Es ist möglich, dass der Gassensor eine Reihenschaltung aus einem ersten Widerstandselement und aus einem zweiten Widerstandselement umfasst, die einen Knoten zwischen den zwei Widerstandselementen aufweist. Das erste Widerstandselement kann dazu bereitgestellt und konfiguriert sein, mit dem Versorgungspotential verschaltet zu werden, während das jeweils andere, zweite Widerstandselement dazu bereitgestellt und konfiguriert sein kann, mit dem Erdpotential verschaltet zu werden.
  • Es ist möglich, dass der invertierte Eingang des Operationsverstärkers elektrisch an den Knoten zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstandselement geschaltet ist. Dieser Knoten agiert als Stromversorgung für die Temperatursteuerschaltung.
  • Es ist möglich, dass der Gassensor einen Signalport umfasst. Der Signalport kann einen Anschluss aufweisen, der an einen zweiten Knoten gekoppelt ist. Der zweite Knoten kann zwischen dem aktiven Detektor und dem Referenzdetektor angeordnet sein.
  • Das bereitgestellte elektrische Potential an dem Signalport kodiert ein Signal, z. B. in Bezug auf ein Erdpotential oder in Bezug auf das Versorgungspotential, in Abhängigkeit von der Konzentration des auszuwertenden Gases der Atmosphäre des Gassensors.
  • Ferner ist es möglich, dass der Gassensor zusätzlich eine Auswerteschaltung umfasst. Die Auswerteschaltung kann mit dem Signalport verschaltet sein.
  • Es ist möglich, dass die Auswerteschaltung eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC), einen Mikrocontroller (MCU) und/oder einen Analog-Digital-Wandler umfasst.
  • Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Auswerteschaltung einen Analog-Digital-Wandler umfasst, um einer Schaltungsumgebung des Gassensors ein digitales Ausgangssignal bereitstellen zu können.
  • Das von der Auswerteschaltung bereitgestellte Signal kann direkt proportional zu der Konzentration des zu überwachenden Gases in der den Gassensor umgebenden Atmosphäre sein.
  • Eine Gassensorkomponente kann einen Gassensor wie oben beschrieben umfassen. Die aktive Sensoreinheit kann an einer Membran auf der Oberseite eines Basismaterials der Gassensorkomponente angeordnet sein. Das Basismaterial kann auf oder über einem Trägersubstrat angeordnet sein. Das Trägersubstrat kann eine Aussparung umfassen.
  • Es ist bevorzugt, dass die Membran dünn ist. Dann wird die thermische Trägheit reduziert und die Reaktionszeiten auf eine Änderung des zu detektierenden Gases werden verkürzt. Ferner wird die Energieabgabe reduziert. Somit werden auch Energieentzug und Stromverbrauch reduziert.
  • Ein solcher Gassensor kann einen Stromverbrauch im mW-Bereich aufweisen, z. B. zwischen 1 und 40 mW, und eine Empfindlichkeit im ppm-Bereich (ppm = parts per million, Teile pro Million) bereitstellen, z. B. zwischen 1 ppm und 10 ppm oder zwischen 10 ppm und 100 ppm oder zwischen 100 ppm und 1000 ppm oder zwischen 1000 ppm und 10000 ppm oder zwischen 1 ppm und 10000 ppm.
  • Arbeitsprinzipien und Einzelheiten bevorzugter Ausführungsformen sind in den begleitenden schematischen Figuren dargestellt.
  • In den Figuren zeigen:
    • 1 die Schaltungselemente eines äquivalenten Schaltbildes des Gassensors.
    • 2 die spezielle Anordnung entsprechender Elemente einer Gassensorkomponente in einer perspektivischen Ansicht.
  • 1 zeigt Schaltungselemente eines äquivalenten Schaltbildes des Gassensors GS. Der Gassensor GS weist eine aktive Sensoreinheit ASU (Active Sensor Unit) und eine Referenzsensoreinheit RSU (Reference Sensor Unit) auf. Ferner weist der Gassensor eine Temperatursteuerschaltung auf, die einen Operationsverstärker OPAMP (Operational Amplifier) umfasst. Ferner weist der Gassensor ein erstes Widerstandselement R1, ein zweites Widerstandselement R2, ein drittes Widerstandselement R3 und ein viertes Widerstandselement R4 auf. Ferner weist der Gassensor einen Analog-Digital-Wandler A/D auf.
  • Die aktive Sensoreinheit ASU umfasst einen aktiven Detektor AD und eine Heizung H. Die Referenzsensoreinheit RSU umfasst einen Referenzdetektor RD und eine Heizung H. Der aktive Detektor AD umfasst ein aktives Element AE, z. B. einen Katalysator, der das Material des aktiven Detektors zumindest teilweise bedeckt und in direktem Kontakt mit der zu überwachenden Atmosphäre steht.
  • Der aktive Detektor AD und der Referenzdetektor RD sind zwischen einem Versorgungspotential Vcc und einem Erdpotential elektrisch in Reihe geschaltet. Insbesondere ist der aktive Detektor AD elektrisch zwischen das Referenzpotential Vcc und den zweiten Knoten N2 geschaltet. Der Referenzdetektor ist elektrisch zwischen den zweiten Knoten N2 und das Erdpotential geschaltet. Ferner ist der zweite Knoten N2 elektrisch zwischen dem aktiven Detektor AD und dem Referenzdetektor RD angeordnet.
  • Der zweite Knoten N2 ist mit dem Signalport SP verschaltet, an dem ein analoges Ausgangssignal des Gassensors GS bereitgestellt wird. Eine Auswerteschaltung EC (Evaluation Circuit), die z. B. einen Analog-Digital-Wandler A/D umfasst, kann in der Auswerteschaltung EC umfasst sein, um einer externen Schaltungsumgebung ein digitales Ausgangssignal bereitzustellen.
  • Die Heizung H der aktiven Sensoreinheit ist formal an den aktiven Detektor AD gekoppelt und elektrisch zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers OPAMP und das Erdpotential geschaltet. Die Heizung H des Referenzdetektors RD ist ebenfalls elektrisch zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers OPAMP und das Erdpotential geschaltet. Die zwei Heizungen sind in Bezug auf den Operationsverstärker und das Erdpotential elektrisch parallel geschaltet. Eine Rückkopplungssignalleitung verschaltet die Ausgangsseite an dem ersten Knoten N1 der Heizung H der aktiven Sensoreinheit ASU elektrisch mit dem nicht invertierten Eingang des Operationsverstärkers.
  • Der invertierte Eingang des Operationsverstärkers ist elektrisch mit einem Knoten zwischen dem ersten Widerstandselement R1 und dem zweiten Widerstandselement R2 verschaltet, wodurch eine Reihenschaltung zwischen dem Versorgungspotential Vcc und der Erdung hergestellt wird. Da die Heizung H der aktiven Sensoreinheit ASU einen temperaturabhängigen Widerstand haben kann, kann somit die Heizung H der aktiven Sensoreinheit auf einer konstanten und vorgegebenen Temperatur gehalten werden. Durch die thermische Kopplung zwischen der Heizung H der aktiven Sensoreinheit und dem aktiven Detektor kann der aktive Detektor auf der konstanten, vorgegebenen Temperatur gehalten werden, wodurch die Zuverlässigkeit des Ausgangssignals des Gassensors verbessert wird.
  • Ein drittes Widerstandselement R3 ist elektrisch zwischen den ersten Knoten N1 und das Erdpotential geschaltet. Ein viertes Widerstandselement R4 kann elektrisch zwischen die Heizung H der Referenzsensoreinheit RSU und das Erdpotential geschaltet werden. Das dritte und das vierte Widerstandselement kann verwendet werden, um das Verhältnis der elektrischen Ströme, die den zwei Heizungen bereitgestellt werden, zu bestimmen.
  • 2 veranschaulicht eine mögliche physikalische Anordnung der Heizung H und des aktiven Detektors AD der aktiven Sensoreinheit ASU des Gassensors. Die Heizung H und der aktive Detektor. AD können auf einer Membran M angeordnet sein. Die Heizung H und/oder der aktive Detektor AD der aktiven Sensoreinheit ASU können mit dem Material des Katalysators C bedeckt sein. Es kann ein Trägersubstrat CS bereitgestellt werden, um einen Isolator I zu tragen, auf dem die die Membran M tragende Basis B angeordnet ist. Eine an der Unterseite des Trägersubstrats CS bereitgestellte Aussparung R erlaubt zusammen mit Aussparungen oder Löchern des Isolators I und der Basis B, dass die Masse der thermisch aktiven Elemente so klein wie möglich gehalten wird, wodurch die thermische Trägheit und die für eine Änderung der Konzentration des zu überwachenden Gases erforderliche Reaktionszeit reduziert wird.
  • Es ist jedoch möglich, dass das Trägersubstrat CS, der Isolator I und die Basis B auch die Referenzsensoreinheit mit dem Referenzdetektor und der Heizung der Referenzsensoreinheit tragen, so dass eine kleine und kompakte Gassensorkomponente erhalten werden kann. Es ist jedoch vorzuziehen, dass der Katalysator nur eine der zwei Sensoreinheiten bedeckt, während die andere Sensoreinheit frei von dem Katalysator ist.
  • Der Gassensor und die Gassensorkomponente sind nicht auf die oben beschriebenen und in den Figuren beschriebenen spezifischen Details beschränkt. Der Gassensor kann weitere Schaltungselemente, z. B. zur Stabilisierung der Temperatursteuerung, umfassen. Die Gassensorkomponente kann weitere Elemente, wie etwa ein Gehäuse, externe Kontakte, Stromanschlüsse, Signalanschlüsse und dergleichen umfassen.
  • Bezugszeichenliste
  • A/D
    Analog-Digital-Wandler
    AD
    aktiver Detektor
    AE
    aktives Element
    ASU
    aktive Sensoreinheit
    B
    Basis
    C
    Katalysator
    CS
    Trägersubstrat
    EC
    Auswerteschaltung
    GS
    Gassensor
    H
    Heizung
    I
    Isolator
    M
    Membran
    N1
    erster Knoten
    N2
    zweiter Knoten
    OPAMP
    Operationsverstärker
    R
    Aussparung
    R1, R2
    erstes, zweites Widerstandselement
    R3, R4
    drittes, viertes Widerstandselement
    RD
    Referenzdetektor
    RSU
    Referenzsensoreinheit
    SP
    Signalport
    Vcc
    Versorgungspotential
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2762867 A1 [0004]
    • US 2008/0101434 A [0004]
    • US 2004/0065140 A1 [0004]
    • DE 112006000973 B4 [0004]

Claims (14)

  1. Gassensor mit verbesserter Empfindlichkeit, umfassend - eine aktive Sensoreinheit mit einem aktiven Detektor und einer Heizung, - eine Referenzsensoreinheit mit einem Referenzdetektor und einer Heizung, - eine Temperatursteuerschaltung, die dazu bereitgestellt und konfiguriert ist, einen Detektor - ausgewählt aus dem aktiven Detektor und dem Referenzdetektor - auf einer vorgegebenen Temperatur zu halten.
  2. Gassensor nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die aktive Sensoreinheit einen Katalysator umfasst.
  3. Gassensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Katalysator die Gasselektivität bestimmt.
  4. Gassensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der aktive Detektor und der Referenzdetektor elektrisch in Reihe geschaltet sind.
  5. Gassensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Heizung des aktiven Sensors und die Heizung des Referenzsensors elektrisch parallel geschaltet sind.
  6. Gassensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatursteuerschaltung den Heizungen der aktiven Sensoreinheit und der Referenzsensoreinheit elektrischen Strom bereitstellt.
  7. Gassensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei - der aktive Detektor thermisch an die Heizung der aktiven Sensoreinheit gekoppelt ist und - der Referenzdetektor thermisch an die Heizung der Referenzsensoreinheit gekoppelt ist.
  8. Gassensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatursteuerschaltung einen Operationsverstärker mit einem invertierten Eingang, einem nicht invertierten Eingang und einem Ausgang umfasst.
  9. Gassensor nach dem vorstehenden Anspruch, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers elektrisch an die Heizung der aktiven Sensoreinheit und an die Heizung der Referenzsensoreinheit gekoppelt ist.
  10. Gassensor nach einem der zwei vorstehenden Ansprüche, wobei - der invertierte Eingang an eine Versorgungsspannung gekoppelt ist und - der nicht invertierte Eingang an einen ersten Knoten auf der Ausgangsseite der Heizung der aktiven Sensoreinheit gekoppelt ist.
  11. Gassensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, der einen Signalport umfasst, welcher einen Anschluss aufweist, der an einen zweiten Knoten zwischen dem aktiven Detektor und dem Referenzdetektor gekoppelt ist.
  12. Gassensor nach dem vorstehenden Anspruch, der eine Auswerteschaltung umfasst, die mit dem Signalport verschaltet ist.
  13. Gassensor nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Auswerteschaltung eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, einen Mikrocontroller und/oder einen Analog-Digital-Wandler umfasst.
  14. Gassensorkomponente, die einen Gassensor nach einem der vorstehenden Ansprüche umfasst, wobei die aktive Sensoreinheit an einer Membran auf der Oberseite eines Basismaterials angeordnet ist, wobei das Basismaterial auf oder über einem eine Aussparung umfassenden Trägersubstrat angeordnet ist.
DE102019126025.6A 2019-09-26 2019-09-26 Gassensor mit verbesserter Empfindlichkeit und Gassensorkomponente Pending DE102019126025A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019126025.6A DE102019126025A1 (de) 2019-09-26 2019-09-26 Gassensor mit verbesserter Empfindlichkeit und Gassensorkomponente
US17/031,242 US11898979B2 (en) 2019-09-26 2020-09-24 Gas sensor with improved sensitivity and gas sensor component
US18/392,319 US20240118229A1 (en) 2019-09-26 2023-12-21 Gas sensor with improved sensitivity and gas sensor component

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019126025.6A DE102019126025A1 (de) 2019-09-26 2019-09-26 Gassensor mit verbesserter Empfindlichkeit und Gassensorkomponente

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019126025A1 true DE102019126025A1 (de) 2021-04-01

Family

ID=74872933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019126025.6A Pending DE102019126025A1 (de) 2019-09-26 2019-09-26 Gassensor mit verbesserter Empfindlichkeit und Gassensorkomponente

Country Status (2)

Country Link
US (2) US11898979B2 (de)
DE (1) DE102019126025A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024116268A1 (ja) * 2022-11-29 2024-06-06 Tdk株式会社 ガスセンサ

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4025875A1 (de) * 1990-08-16 1992-02-20 Draegerwerk Ag Elektronische schaltung zum messen der konzentration brennbarer komponenten eines gases
DE4221922C1 (de) * 1992-07-03 1994-01-13 Bosch Gmbh Robert Wärmetönungssensor
US20040065140A1 (en) * 2002-06-04 2004-04-08 Bristol L. Rodney Combustible-gas measuring instrument
US20080101434A1 (en) * 2001-07-16 2008-05-01 Horovitz Michael L Sensor device and method for qualitative and quantitative analysis of gas phase substances
EP2762867A1 (de) * 2013-01-31 2014-08-06 Sensirion Holding AG Gassensor mit Temperatursteuerung
DE112006000973B4 (de) * 2005-04-19 2015-04-23 City Technology Ltd. Gassensoranordnung mit katalytischem Element
US20160011134A1 (en) * 2014-07-14 2016-01-14 Sensirion Ag Heater structure for a sensor device

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6125695A (en) * 1997-10-13 2000-10-03 Teledyne Brown Engineering, Inc. Method and apparatus for measuring a fluid
US6606488B1 (en) * 2000-11-22 2003-08-12 Motorola, Inc. Communications receiver with intermodulation reduction, and method
US7418878B2 (en) * 2006-09-19 2008-09-02 Los Robles Advertising, Inc. Universal sensor controller for a thermal anemometer
JP6119701B2 (ja) * 2014-08-29 2017-04-26 Tdk株式会社 ガスセンサ
JP6679993B2 (ja) * 2016-03-04 2020-04-15 Tdk株式会社 ガス検出装置
JP2017166826A (ja) * 2016-03-14 2017-09-21 Tdk株式会社 ガスセンサ
JP6729197B2 (ja) * 2016-09-01 2020-07-22 Tdk株式会社 ガスセンサ
US11408843B2 (en) * 2017-01-19 2022-08-09 Tdk Corporation Gas sensor
JP6879060B2 (ja) * 2017-06-05 2021-06-02 Tdk株式会社 ガスセンサ
WO2019065127A1 (ja) * 2017-09-26 2019-04-04 Tdk株式会社 ガスセンサ
JP7070175B2 (ja) * 2017-09-26 2022-05-18 Tdk株式会社 ガスセンサ
WO2020129341A1 (ja) * 2018-12-17 2020-06-25 Tdk株式会社 ガスセンサ

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4025875A1 (de) * 1990-08-16 1992-02-20 Draegerwerk Ag Elektronische schaltung zum messen der konzentration brennbarer komponenten eines gases
DE4221922C1 (de) * 1992-07-03 1994-01-13 Bosch Gmbh Robert Wärmetönungssensor
US20080101434A1 (en) * 2001-07-16 2008-05-01 Horovitz Michael L Sensor device and method for qualitative and quantitative analysis of gas phase substances
US20040065140A1 (en) * 2002-06-04 2004-04-08 Bristol L. Rodney Combustible-gas measuring instrument
DE112006000973B4 (de) * 2005-04-19 2015-04-23 City Technology Ltd. Gassensoranordnung mit katalytischem Element
EP2762867A1 (de) * 2013-01-31 2014-08-06 Sensirion Holding AG Gassensor mit Temperatursteuerung
US20160011134A1 (en) * 2014-07-14 2016-01-14 Sensirion Ag Heater structure for a sensor device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Schmitt-Trigger-Schaltungen. In: Herz-Online, Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft. URL: https://www.eit.hs-karlsruhe.de/hertz/teil-b-gleichstromtechnik/operationsverstaerker/schmitt-trigger-schaltungen/invertierende-schmitt-trigger-schaltung.html [abgerufen am 22.06.2020]. *

Also Published As

Publication number Publication date
US20240118229A1 (en) 2024-04-11
US11898979B2 (en) 2024-02-13
US20210096095A1 (en) 2021-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69802340T2 (de) Gassensor
US7090755B2 (en) Gas detecting device with self-diagnosis for electrochemical gas sensor
KR101148742B1 (ko) 기체를 감지하고 분석하기 위한 시스템 및 방법
US5298146A (en) Device for the simultaneous detection of dissimilar gas components
DE19962654B4 (de) Luft-Kraftstoff-Verhältniserfassungsvorrichtung und -verfahren
US5573728A (en) Device for selective detection of gas
US4461166A (en) Dynamic current drive method for powering thermal conductivity detectors
EP0840112B1 (de) Zustandsüberwachung eines Gasdetektors
DE102019126025A1 (de) Gassensor mit verbesserter Empfindlichkeit und Gassensorkomponente
JP6234568B2 (ja) 窒素酸化物を検出するためのガスセンサ、および、かかるガスセンサの動作方法
US3528904A (en) Range scale circuit including temperature compensation element
JPS62116248A (ja) ガスモニタ−回路
JP2007198816A (ja) 接触燃焼式ガスセンサを用いた検出回路
EP1621882B1 (de) Verfahren zur Erfassung brennbarer Gase, insbesondere zur Erfassung von Wasserstoff
Conso et al. A very high dynamic range interface circuit for resistive gas sensor matrix read-out
DE112018003101T5 (de) Energiesparende erkennung feuergefährlicher gase
JP3393203B2 (ja) 電流検出回路の検査方法
US3355729A (en) Potential difference detecting arrangements
JP4754976B2 (ja) 接触燃焼式ガスセンサの断線故障検出装置
US11635336B2 (en) Sensing physical attributes
JPH07140100A (ja) ガスセンサ
JPH0743340B2 (ja) 酸素濃度検出装置
JPH05209860A (ja) 酸素濃度検知装置
Saito DIFFERENCE BETWEEN VOLTAGE AND CURRENT FOLLOWER MODES AS CURRENT MEASURING DEVICE IN ELECTROCHEMICAL OSCILLATORY SYSTEM
JP2001188055A (ja) ガス検知装置

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: TDK CORPORATION, JP

Free format text: FORMER OWNER: TDK ELECTRONICS AG, 81671 MUENCHEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHA, DE

R016 Response to examination communication