DE3519436A1 - Sensor fuer gasanalyse - Google Patents

Sensor fuer gasanalyse

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DE3519436A1 DE19853519436 DE3519436A DE3519436A1 DE 3519436 A1 DE3519436 A1 DE 3519436A1 DE 19853519436 DE19853519436 DE 19853519436 DE 3519436 A DE3519436 A DE 3519436A DE 3519436 A1 DE3519436 A1 DE 3519436A1
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    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
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Description

  • Sensor für Gasanalyse
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches l.
  • Aus der DE-OS 24 07 110 ist ein Gassensor mit einem zur Detektion verwendeten Halbleiterelement und mit einer Selektiveinrichtung bekannt. Das Halbleiterelement ist ein Feldeffekttransistor mit Source, Drain und einem zwischen Source und Drain sich erstreckendem, bis an die Oberfläche des Halbleiterkörpers des Elementes reichenden Kanalbereich. Auf der Oberfläche dieses Halbleiterkörpers befindet sich diesen Kanalbereich überdeckend als Selektiveinrichtung eine Schicht aus ß-Carotin. Bekanntermaßen ist dieses Carotin ein für Gase sensitiver Stoff und seine Verwendung führt bei dem Halbleiter-Feldeffekttransistor zu Ladungsinfluenzierung im Kanalbereich, zu unterschiedlichem Leitungsverhalten des Feldeffekttransistors und/oder zu geänderter Schwellenspannung.
  • Zur Detektion von Wasserstoff, der auch in wasserstoffhaltiger Verbindung vorliegen kann, sind in Appl. Phys. Letters, Bd. 26 (1975), S. 55 - 57 Gassensoren beschrieben, die im wesentlichen aus einem MOS-Transistor bestehen, dessen Gate-Elektrode aus Palladium besteht. Palladium ist wie z.B.
  • auch Rhodium ein Metall, das katalytische Wirkung für Wasserstoff hat und atomaren Wasserstoff aus molekularen Wasserstoffverbindungen abzuspalten vermag. Der atomare Wasserstoff diffundiert durch das Palladiummetall der Gate-Elektrode hindurch an die zwischen Elektrode und Halbleiteroberfläche befindliche Oxidschicht des Transistors. Der dort absorbierte Wasserstoff bewirkt das Entstehen einer Dipolschicht, durch deren Vorhandensein sich das Maß der Schwellenspannung des Transistors verändert.
  • Ein wie voranstehend beschriebener Gassensor läßt sich nicht für wasserstofffreie Gase verwenden. Für eine dementsprechende Gasdetektion ist vorzugsweise für CO-Nachweis in "ESSDERC", München, Sept. 1979, in "Int. Vac. Conf.", Cannes, Sept.
  • 1980 und in IEEE Trans. ED 26 (1979), S. 390 - 396, ein MOS-Transistor beschrieben, dessen Gate-Elektrode vorzugsweise wiederum aus Palladium besteht, jedoch diese Palladiumelektrode besitzt eine Vielzahl bis zur Metalloxid-Grenzschicht reichende Löcher.In dem Zusammenhang kommt auch die Verwendung eines NMOS-Transistors in Frage. Solche Transistoren mit perforiertem Palladiumgate haben eine gute Empfindlichkeit für Kohlenmonoxid und stark verminderte "Quer"-Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoff. Als Querempfindlichkeit wird hier eine zusätzlich zur eigentlichen gewünschten Empfindlichkeit des Sensors hinzukommende Empfindlichkeit in bezug auf ein anderes Gas bezeichnet. Für bekannte Anordnungen ist das Maß der Änderung der Schwellenspannung in Abhängigkeit von der Gaskonzentration bekannt, wobei eine weitgehend lineare Abhängigkeit zu beobachten ist. Als nachteilig angesehen wird, daß das Ansprechen eines derartigen Gassensors ein dynamischer Prozeß ist, der mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung auf die Einwirkung des betreffenden Gases, z.B. des Kohlenmonoxids, einsetzt.
  • Ergänzend sei erwähnt, daß eine gegebene Querempfindlichkeit eines jeweiligen Sensors durch Zusatzmaßnahmen vermindert werden kann. Zum Beispiel kann bei einem wie zuletzt beschriebenen CO-Sensor die Querempfindlichkeit hinsichtlich Wasserstoffs durch eine aufgebrachte spezielle Schutzschicht um mindestens mehr als eine Größenordnung reduziert werden.
  • Außerdem ist auch zu erwähnen, daß die quantitative Empfindlichkeit und auch die Verzögerungs-Zeitkonstante temperaturabhängig sind.
  • Bei voranstehend beschriebenen Gassensoren wurde Palladium verwendet. Als wasserstoffdurchlässig sind außerdem auch Rhodium, Platin und Nickel bekannt. Silber besitzt eine ausgeprägte selektive Durchlässigkeit für Sauerstoff.
  • Es ist auch ein Gassensor (der Firma Figaro) mit gesintertem Zinndioxid für brennbare und für einige toxische Gase bekannt, der auf der Basis einer Widerstandsänderung des leitend gemachten Zinndioxids beruht.
  • Unter dem Namen "Pellistor" sind Gassensoren bekannt, die nach dem Prinzip der Kalorimetrie arbeiten. Ein Pellistor besteht aus zwei Platinwiderstandsdrähten, auf die je eine poröse Keramikpille aufgesintert ist. Auf eine der beiden Keramikpillen ist ein Katalysator aufgebracht. Bei katalytischer Verbrennung des nachzuweisenden Gases ergibt sich für den Platinwiderstandsdraht mit der mit Katalysator beschichteten Keramikpille eine meßbare Widerstandserhöhung, nämlich gegenüber dem zweiten Platinwiderstandsdraht, wobei zur Messung diese beiden Platinwiderstandsdrähte in eine Brückenschaltung eingefügt sind.
  • Kalorimetrische Effekte im Zusammenhang mit Katalysatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es sind dies die Verbrennung von Wasserstoff an einem Platinkatalysator, die Erzeugung von NO aus NH3 mit Platin oder Platin-Rhodium als Katalysator bei 200 bis 2500 C und von N02 aus NO mit einem Katalysator aus A1203-SiO2-Gel bei 1000 C, und zwar jeweils unter Zugabe entsprechenden Sauerstoffs. S02 läßt sich mit Sauerstoff zu 503 oxidierten, und zwar bei erhöhter Temperatur mit Hilfe eines Platin-Katalysators, mit Hilfe eines Katalysators aus Fe203 und mit V205 als Katalysator.
  • CO läßt sich mit Hilfe von Palladium bei Temperaturen um oder höher als 1500 C zu C02 oxidieren. Mittels eines Silber-Katalysators läßt sich bei 200 bis 4000 C Methanol zu HCHO oxidieren.
  • Weitere katalytische Prozesse sind aus Gmelins Handbuch der organischen Chemie", aus Winnacker-Küchler, "Chemische Technologie", aus Ullmans, "Enzyklopädie der technischen Chemie" und aus Reich, "Thermodynamik", bekannt.
  • Weitere Druckschriften, die Halbleitersensoren betreffen sind: IEEE Trans. on Biomed. Eng., Vol. BME 19, (1972), S. 342-351, IEEE Trans. on Biomed. Eng., Vol. BME 19, (1972), S.70-71, Umschau, (1970), S. 651, Umschau, (1969), S. 348, DE-PS 1 090 002 US-PS 3 865 550.
  • Im Zusammenhang mit selektiver Wirkung für Gase sind Zeolithe bekannt, die auch als Molekularsieb bezeichnet werden. Solche Molekularsiebe haben die Eigenschaft Moleküle bestimmter Größenwerte und kleiner durchzulassen und größere Moleküle am Durchtritt zu hindern. Zahlreiche Beispiele verwendbarer Zeolithe sind bekannt aus: Grubner u.a. Molekularsiebe VEB Dt. Verl. d. Wissensch., Berlin (1968).
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen für Gasanalyse geeigneten Sensor anzugeben, mit dem sich ein (vorgebbar bestimmtes oder auch ein unbekanntes) Gas, gegebenenfalls als Gaskomponente in einem Gasgemisch enthalten, detektieren läßt. Insbesondere soll der Sensor geeignet sein, simultan selektiv mehrere einzelne, in einem Gasgemisch enthaltene Gaskomponenten zu detektieren.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Prinzip mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Aus den Unteransprüchen gehen weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung hervor.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich die bereits erwähnte, bisher jedoch als störend angesehene Querempfindlichkeit in positivem Sinne zur Gasdetektion nutzen läßt, und zwar zur Detektion bzw. Identifizierung eines bestimmten Gases und/oder für gleichzeitige selektive Detektion einzelner Gaskomponenten eines vorliegenden Gasgemisches. Zur Realisierung der Erfindung ist davon ausgegangen worden, daß einzelne unterschiedlich aufgebaute Einzeldetektoren nicht nur voneinander verschiedene Hauptempfindlichkeit, sondern auch von Detektor zu Detektor ein unterschiedliches Spektrum der Querempfindlichkeiten gegenüber einzelnen Gaskomponenten besitzen.
  • Für die vorliegende Erfindung ist vorgesehen, eine Anzahl Einzeldetektoren mit voneinander verschieden wirksamen Selektiveinrichtungen zu versehen, so daß diese Einzeldetektoren jeweilige spezifische Haupt- und Querempfindlichkeiten aufweisen. Eine Anzahl derartiger mit den Selektiveinrichtungen zueinander unterschiedlich gemachte Einzeldetektoren sind bei der Erfindung zu einem Array zusammengefaßt. Insbesondere ist für die Zusammenfassung Technologie integrierter Halbleiterschaltungen und deren Herstellung angewendet. Die Einzeldetektoren können an sich be- kannte gasempfindliche Elemente, wie z.B. die oben erwähnten bekannten Gassensoren (der Fa. Figaro) sein. Es können dies auch gasempfindliche Feldeffekt-Transistoren, z.B.
  • Silizium-FET's sein. "Selektiveinrichtungen" ist im Sinne der Erfindung weitgefaßt zu verstehen, wie dies oben und auch nachfolgend erörtert ist. Zum Beispiel kann durch speziell gewählte Betriebstemperatur eines Einzeldetektors eine Selektivität gegenüber anderen Einzeldetektoren bewirkt sein. Bevorzugt sind als jeweilige Selektiveinrichtungen Zeolith-Schichten bzw. Molekularsiebe zu verwenden, mit denen der jeweils entscheidende Empfindlichkeitsbereich des Detektorelements, z.B. das Gate des jeweiligen einzelnen Feldeffekt-Transistors, überdeckt ist. Die vorgesehenen Zeolithe sind an sich bekannter Art und können z.B. aus dem Stand der Technik jeweils ausgewählt werden.
  • Aufgrund des bei der Erfindung angewendeten, oben bereits erwähnten Prinzips der Mustererkennung genügt es für einen erfindungsgemäßen Gassensor, daß er eine Anzahl m im obengenannten Sinne voneinander verschiedener Einzeldetektoren umfaßt. Mit diesen ist man in der Lage, simultan eine Anzahl n Gase zu detektieren, wobei n auch größer als m sein kann. DieF beruht auf der bei der Erfindung vorteilhafterweise ausgenutzten, ansonsten unerwünschterweise auftretenden Querempfindlichkeiten der verschiedenen Einzeldetektoren.
  • Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zu Ausführungsbeispielen und Weiterbildungen der Erfindung hervor.
  • Figur 1 zeigt ein Schaubild zur Mustererkennung.
  • Figur 2 zeigt ein Diagramm mit Sensorempfindlichkeiten.
  • Figur 3 zeigt ein Schema eines Sensors.
  • Die als ein erläuterndes Beispiel dienende schematische Darstellung der Figur 1 zeigt das Prinzip eines Gassensors mit einem Detektorarray'mit den Einzeldetektoren D1, D2 bis Dm. Für die einzelnen Gase bzw. für die Gaskomponenten G1, G2, G3 ... Gj ... Gn eines Gasgemisches sind für die Einzeldetektoren D1, D2... die in der Matrix 4 in der jeweiligen zugehörigen Spalte der Matrix 4 angegebenen Empfindlichkeiten angenommen. Ein Pluszeichen bedeutet hohe Empfindlichkeit bzw. Hauptempfindlichkeit, ein Andreaskreuz bedeutet dagegen deutlich mindere Empfindlichkeit und ein Minuszeichen steht für Unempfindlichkeit des betreffenden Einzeldetektors gegenüber der betreffenden Gaskomponente G1, G2 .... Die Einzeldetektoren bilden die Zeile 2 und die Gaskomponenten die Spalte 3 zur Matrix 4. Es sei darauf hingewiesen, daß eine solche Matrix z.B. auch lediglich nur zwei Einzeldetektoren D1 und D2 besitzt.
  • Die untere Zeile enthält die einzelnen Signalausgänge der Einzeldetektoren D1, D2 ..., die jeweilige Signale S1, 52 bis Sm liefern. Das Signal S1 z.B. ist ein integrales Signal für die Empfindlichkeiten des Einzeldetektors D1 gegenüber den Gaskomponenten G1, G2 bis Gn. Es enthält auch die Information, daß der Einzeldetektor D1 gegenüber den Gaskomponenten Gj und Gn unempfindlich ist. Sinngemäß entsprechendes sagen die übrigen Signale S2 bis Sm aus.
  • Sofern z.B. die Gaskomponenten G2 und Gn nicht vorhanden sind, unterscheidet sich ein dann zu erhaltendes Signal S'1 vom Signal S1 darin, daß der ansonsten auf der Gaskomponente G2 beruhende Signalanteil, hier sogar eine Hauptempfindlichkeit des Einzeldetektors gegenüber der Gaskomponente G2, im Signal S'1 fehlt. Das Fehlen der Gaskomponente Gn liefert ersichtlich keinen Beitrag zum vorliegenden Unterschied von S'1 gegenüber S1. Das bei z.B. Fehlen der Gaskomponenten G2 und Gn auftretende Signal S'm unterscheidet sich vom Signal Sm darin, daß der Signalanteil der Hauptempfindlichkeit gegenüber der Gaskomponente Gn und die mindere Empfindlichkeit gegenüber der Gaskomponente G2 fehlen.
  • Mit 5 ist eine Mustererkennungs-Matrix bezeichnet, die nach Art einer Logik arbeitet. Dieser Matrix werden wie ersichtlich die Detektorsignale, d.h. im jeweiligen Einzelfall die für eine Gaskomponentenmischung x tatsächlich auftretenden Signale S1 bis Sm zugeführt. Diese Matrix 5 ist in der Lage, aus der Gesamtheit der zugeführten Signale S1 bis Sm, d.h. aus der Anzahl m Signale auf das Vorhandensein bzw.
  • Nichtvorhandensein einzelner Gaskomponenten aus einer in die Mustererkennungsmatrix einprogrammierten Anzahl n Gaskomponenten zu schließen. Dabei kann die Anzahl m sogar (um eine sprechende relative Zahl) kleiner als die Anzahl n sein. Es sei angemerkt, daß auch das Vorhandensein eines nicht-einprogrammierten Gases (aufgrund eines nicht zuzuordnenden Restsignals) wenigstens festzustellen ist.
  • Der Matrix 4 entspricht mathematisch ausgedrückt das Gleichungssystem
    j=n
    Si = Summe
    j=1
    (aij Gj) mit i von 1 bis m für die Signale S1 bis Sm.
  • Die aij mit j verschieden von i sind die oben erwähnten Querempfindlichkeiten.
  • Im Stand der Technik wurde und wird angestrebt, solche Detektoren zu entwickeln, die möglichst kleine Querempfindlichkeiten aufweisen, d.h. bei denen die Matrixelemente für i verschieden von j möglichst klein gegenüber den Matrixelementen aij mit i gleich j sind. Dies erfordert für jede Gaskomponente mindest einen eigenen Einzeldetektor, d.h. m muß gleich oder größer als n sein.
  • Bei der Erfindung dagegen werden die Querempfindlichkeiten a.; mit i verschieden von j in erfindungswesentlichem Maße genutzt und ausgewertet. Bei der Erfindung sind Querempfindlichkeiten gerade erwünscht, was dem bisherigen Entwicklungsstand sogar entgegengesetzt gerichtet ist. In der Ausnutzung der Querempfindlichkeiten ist begründet, daß bei der Erfindung die Anzahl m der Einzeldetektor ohne weiteres kleiner sein kann als die Anzahl n der zu detektierenden Gaskomponenten.
  • Wenn die aij konstante Werte der jeweiligen Empfindlichkeit des betreffenden Einzeldetektors Si sind, eingeschlossen der Wert Null, ergibt sich ein lineares Gleichungssystem, das mit Hilfe der Mustererkennungsmatrix 5 gelöst wird. Sofern die aij eine Funktion abhängig vom Vorhandensein der über die Gaskomponente Gj hinaus vorhandenen weiteren Gase G...
  • ist, wird mit Hilfe entsprechender Eichung die Mustererkennungsmatrix 5 in die Lage. versetzt, auch dieses Gleichungssystem zu lösen.
  • Es sind hierzu die entsprechenden Eichungen des aus den Einzeldetektoren bestehenden Detektorarrays unter Verwendung jeweils bekannter, unterschiedlicher Gasmischungen vorzunehmen. Entsprechendes gilt, wenn die Empfindlichkeiten eine Funktion der vorliegenden Konzentration des jeweiligen Gases Gj für j = i und/oder der weiteren vorhandenen Gase Gj für j X i ist. Die Mustererkennungsmatrix 5 wird dann derart ausgerüstet, daß sie Iterationen durchzuführen vermag, mit deren Hilfe auch in diesem Falle die eindeutige Zuordnung möglich ist, d.h. die Lösung auf an sich bekanntem mathe- matischem Wege mit Hilfe der Mustererkennungsmatrix 5 zu erhalten ist.
  • Das Verfahren der Eichung und Mustererkennung kann mathematisch auch als eine Art der Bildung von Korrelationskoeffizienten verstanden werden. Dazu folgendes Beispiel: Für jede zum Zwecke der Eichung vorgegebene Gaskomponente G.
  • * J werden in dem Eichverfahren die Signale S ij für j von 1 bis * lJ n vermittelt. Diese i . j Werte von S ij werden in einem Speicher der Mustererkennungsmatrix 5 abgespeichert. Bei der Messung des zu bestimmenden Gasgemisches werden die Korrelationskoeffizienten ß. gemäß folgender Vorschrift J bestimmt:
    i=m *
    ß. = Summe 5. S
    J i = 1 lj
    Der Korrelationskoeffizient ß. gibt dann den Anteil der zu J bestimmenden Gaskomponenten G. an.
  • J Die Mustererkennungs-Matrix 5 hat die in Spalte 7 angegebenen Ausgänge Al bis An für die Anzahl n Gaskomponenten G1 bis Gn. An diesen Ausgängen A lassen sich die Einzelwerte für die betreffenden Gaskomponenten abnehmen.
  • Das Schaubild der Figur 2 zeigt Meßergebnisse für die einzelnen Gase Ammoniak, Toluol, Wasserstoff, Benzol, Methanol, Wasser und Aceton, die mit drei Einzeldetektoren D1, D2 und D3 ermittelt worden sind. Auf der Ordinate ist in beliebigen Einheiten die Empfindlichkeit des jeweiligen Detektors D1, D2 oder D3 gegenüber dem jeweiligen einzelnen der angegebenen Gase aufgetragen. Die Einzeldetektoren D1 bis D3 unterscheiden sich voneinander darin, daß ihre als Selektiveinrichtung vorgesehene jeweilige Zeolithschicht verschieden ist, nämlich für den Einzeldetektor D1 eine Zeolithschicht mit Durchlässigkeit bis zu 0,3 nm verwendet ist. Für die Detektoren D2 bzw. D3 ist je eine Zeolith- schicht mit bis zu 0,4 nm bzw. 0,9 nm verwendet.
  • Für ein jeweiliges Gasgemisch, das mehr oder weniger viele der oben angegebenen Gase (oder Dämpfe) enthält, ergibt sich für den Detektor D1 ein entsprechender Summenwert S1 aus den Einzelempfindlichkeiten. Entsprechendes gilt für die Detektoren D2 und D3. Es ist nunmehr ersichtlich, daß sich mit der Erfindung aufgrund der unterschiedlichen Abhängigkeiten der Empfindlichkeiten der einzelnen Einzeldetektoren gegenüber dem einzelnen der jeweiligen Gase eine Gasdetektion nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung durchführen läßt.
  • Figur 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines Gassensors mit Einzeldetektor-Array.
  • Die Einzeldetektoren D1 bis D9 können im Handel bereits erhältliche einzelne Detektoren sein, die voneinander unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber voneinander verschiedenen Gasen bzw. Dämpfen haben.
  • Vorzugsweise sind Halbleiter-Einzeldetektoren D1 bis D9 vorgesehen und in integrierter Weise auf einem Substratkörper 21 angeordnet. Insbesondere besteht der Substratkörper aus einem Halbleitermaterial, vorzugsweise Silizium. Vorteilhafterweise ist wenigstens der wesentliche Teil der erforderlichen Elektronik mit auf den Substratkörper 21 integriert. Auch in Figur 3 ist die Mustererkennungs-Matrix der Figur 1 mit 5 bezeichnet. Die neun Ausgänge S1 bis S9 der Einzeldetektoren D1 bis D9 und die zwölf Ausgänge Al bis A12 der Matrix 5 sind entsprechend bezeichnet.
  • Ein solcher Aufbau nach dem Schema der Figur 3 ist mit Hilfe der erprobten Halbleitertechnologie mit relativ geringem Aufwand und dabei dennoch höchster technischer Präzision herzustellen. Dabei ist es kein Problem, auch eine relativ große Anzahl Einzeldetektoren D1, D2 ... , z.B. bis zu Einzeldetektoren, miteinander und mit der Matrix 5 für die Mustererkennung zu integrieren.
  • Es ist oben bereits darauf hingewiesen, daß die Einzeldetektoren D1, D2 ... voneinander unterschiedliche Eigenschaften haben, die auf einer jeweils verwendeten bzw. zugeordeten speziellen Selektiveinrichtung beruhen. Der jeweils zugehörige Grundaufbau eines Einzeldetektors D1, D2...
  • ist vorzugsweise identisch. Dieser Grundaufbau kann eine Diode (siehe Fig. 3) oder ein Feldeffekt-Transistor sein.
  • Insbesondere sind dies MOS-Halbleiterelemente, die sich zudem vorzüglich in integrierter Halbleitertechnik herstellen lassen. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß das Detektorarray (2 in Figur 1) auch gemischt Dioden und Feldeffekt-Transistoren als Einzeldetektoren sinnvoll enthalten kann. Z.B. gibt es Fälle, bei denen sich für ein und dieselbe Selektiveinrichtung für eine Diode ein solches Ausgangssignal ergibt, dessen Signal komponenten für die einzelnen Gase G1, G2 ... Unterschiede gegenüber denjenigen Signalkomponenten hat, die ein Feldeffekt-Transistor mit der gleichen Selektiveinrichtung lie'fert.
  • Einer, mehrere der bzw. alle Einzeldetektoren D1 bis D9 können auch solche Einzeldetektoren sein, die aus jeweils zwei Detektorelementen bestehen wobei diese zwei Detektorelemente eines Paares in Brückenschaltung geschaltet sind. Dabei hat immer das jeweils eine Detektorelement eines Paares eine Selektiveinrichtung u-nd das andere Detektorelement ist als Referenzelement wirksam.
  • Hinsichtlich der Selektiveinrichtungen ist bereits sowohl auf die Verwendung unterschiedlicher katalytisch wirkender Stoffe, insbesondere Metalle, als auf die Verwendung von integrierten Zeolithschichten bzw. Molekularsieben auf den Einzeldetektoren hingewiesen worden, nämlich um diesen voneinander unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber einzelnen Gasen bzw. Gaskomponenten eines Gasgemisches zu verleihen. Sinngemäß selektives Verhalten kann auch in unterschiedlichen Ansprech-Zeitkonstanten bestehen. Die Erfindung läßt sich auch mit entsprechend unterschiedlich empfindlichen Spektrometerdioden für ein Detektorarray realisieren.
  • Es kann vorgesehen sein, daß die Detektoren D1 bis D9 einzeln bei verschiedenen Temperaturen bzw. ein oder mehrere dieser Detektoren auf von den übrigen (bei "Zimmertemperatur" betriebenen) Detektoren abweichender Temperatur gebracht bzw. gehalten werden. Hierzu dienen die angedeuteten Stromzuführungen H1 bis Hm Der Heizstrom kann auch moduliert sein, was zu entsprechend charakteristischer Empfindlichkeit führt.
  • 7 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (7)

  1. Patentansprüche 1. Sensor für Gasanalyse mit Einzeldetektoren, die von einwirkendem Gas abhängige elektrische Signale abgeben, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, - daß zur selektiven Detektion wenigstens eines Gases bzw.
    einer Gaskomponente einer Anzahl n Gase bzw.
    Gaskomponenten (Gl bis Gn) wenigstens eine Anzahl m Einzeldetektoren (Dl bis Dm) vorgesehen ist, die zu einer Detektormatrix (4; Fig. 3) zusammengefaßt sind, - wobei die Einzeldetektoren (Di) voneinander unterschiedliches, für jeden Einzeldetektor individuell charakteristisches Empfindlichkeitsspektrum (aij; +, x, -) hinsichtlich der einzelnen Gase bzw. Gaskomponenten (Gj) aufweisen, - wobei ein jeweiliger Detektor (Di) mehrere, von Null verschiedene Empfindlichkeiten aij (= +, x) hat und jeder Einzeldetektor (Di) ein seinem charakteristischen Empfindlichkeitsspektrum entsprechendes resultierendes, von der jeweiligen Kombination der jeweils vorhandenen Gase bzw. Gaskomponenten (Gl bis Gn) abhängig charakteristisches Signal (Si) abgibt und - daß eine Mustererkennungsmatrix (5) vorgesehen ist, die aus der Gesamtheit der Einzelsignale (S1 bis Sn) den jeweiligen Einzelwert (Al bis An) des wenigstens einen Gases bzw. der wenigstens einen Gaskomponente als Detektorwert(-e) liefert.
  2. 2. Sensor nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c hn e t dadurch, daß die Einzeldetektoren (D1 ... Dm) Halbleiterdetektoren sind.
  3. 3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, g e k e n n z e i c hn e t dadurch, daß für unterschiedliche charakteristische Empfindlichkeitsspektren (aij; +, x, -) der jeweilige Einzeldetektor (Di) eine ihm individuell zugeordnete Zeolithschicht besitzt.
  4. 4. Sensor nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c hn e t dadurch, daß ein Einzeldetektor (Di) eine Zeolithschicht aus einem Zeolithmaterial hat, das sich vom Zeolithmaterial der Schichten anderer Einzeldetektoren (Dl ... Dm ohne Di) unterscheidet.
  5. 5. Sensor nach Anspruch 3 oder 4, g e k e n n z e i c hn e t dadurch, daß ein Einzeldetektor (Di) eine Zeolithschicht mit einer solchen Dicke besitzt, die sich von der Dicke der Zeolithschicht anderer Einzeldetektoren (Dl ... Dm ohne Di) unterscheidet (Fig. 2).
  6. 6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, g ek e n n z e i c h n e t dadurch, daß für unterschiedliche charakteristische Empfindlichkeitsspektren (aij; +, x, -) der jeweilige Einzeldetektor (Di) eine ihm individuell zuQuordnete katalytische Schicht besitzt.
  7. 7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, g ek e n n z e i c h n e t dadurch, daß für unterschiedliche charakteristische Empfindlichkeitsspektren (aij; +, x, -) der jeweilige Einzeldetektor (Di) eine Einrichtung (H1 ... Hg) besitzt, mit der dieser jeweilige Einzeldetektor (Di) auf einer, vergleichsweise zu den übrigen Einzeldetektoren unterschiedlichen, speziell ausgewählten Temperatur zu halten ist.
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