WO2020035583A1 - Device for determining a density and/or a viscosity and a moisture of a gas mixture - Google Patents

Device for determining a density and/or a viscosity and a moisture of a gas mixture Download PDF

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WO2020035583A1
WO2020035583A1 PCT/EP2019/071986 EP2019071986W WO2020035583A1 WO 2020035583 A1 WO2020035583 A1 WO 2020035583A1 EP 2019071986 W EP2019071986 W EP 2019071986W WO 2020035583 A1 WO2020035583 A1 WO 2020035583A1
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WO
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resonance frequency
gas mixture
density
evaluation
cantilever
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PCT/EP2019/071986
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Christof Huber
Patrick REITH
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Truedyne Sensors AG
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    • G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content
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    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
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    • G01N2009/004—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis comparing frequencies of two elements

Definitions

  • the invention relates to a device for determining a density and / or a viscosity and a humidity of a gas mixture.
  • Reliable moisture measurement for gases with low humidity can currently only be achieved with expensive and / or complex sensors, for example by means of a dew point mirror hygrometer, in which a temperature-controlled mirror is used to measure the dew point.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a reliable and inexpensive way of determining the moisture in the case of gases or a gas mixture with low moisture.
  • the device according to the invention for determining a density and / or a viscosity as well as a moisture or a concentration fraction of a trace gas of a gas mixture which is composed of at least two components, comprises: a first micromechanically manufactured cantilever beam, which is excited to oscillate at a first resonance frequency, and which is exposed to the gas mixture,
  • a second micromechanically manufactured cantilever beam which is at least partially coated with a hygroscopic layer for taking up water molecules or an adsorbent for taking up trace gas molecules and is excited to vibrate with a second resonance frequency
  • the second cantilever beam also being exposed to the gas mixture and the first and second Cantilever beams are calibrated to the gas mixture via the first resonance frequency or a variable based thereon and the second resonance frequency or a variable based thereon, in particular in the dry state
  • an evaluation and / or computing unit which is set up to determine the density of the gas mixture essentially on the basis of the first resonance frequency and / or the viscosity essentially on the basis of the variable based on the first resonance frequency, in particular an oscillation quality
  • the evaluation and / or computing unit is further configured to use the first resonance frequency or the density determined on the basis of the first resonance frequency and the second resonance frequency or a density determined on the basis of the second resonance frequency
  • two micromechanically manufactured cantilevers or cantilevers are used to determine the moisture of a gas mixture.
  • Cantilever beams or cantilevers for determining the density and / or viscosity are known per se. They usually have a projection or a projecting segment which is excited to oscillate at a resonance frequency. The excitation can take place, for example, by piezoelectric, electromagnetic or electrostatic excitation.
  • the cantilevers are micromechanically manufactured cantilevers, which are preferably designed on one and the same monolithic chip or substrate. The chip or the substrate is introduced into the fluidic measuring channel in such a way that the first and second cantilever beams are exposed to or surrounded by the gas mixture.
  • one of the two cantilever beams is provided with a hygroscopic layer or an adsorbent, so that moisture molecules (water molecules) or molecules of the trace gas are adsorbed.
  • the adsorption leads to a change in the oscillation property of the coated cantilever beam which is excited to oscillate at a second resonance frequency, whereas the oscillation property of the other cantilever beam which is excited to oscillate at a first resonance frequency remains essentially unchanged.
  • This property is used to determine the moisture of the gas mixture or the concentration fraction of the trace gas by the evaluation and / or computing unit in addition to the density and / or viscosity, which are essentially determined on the basis of the first resonance frequency or a variable based thereon. also the humidity of the gas mixture or the
  • the evaluation and / or computing unit uses both the first resonance frequency or the density determined on the basis of the first resonance frequency and the second resonance frequency or a density determined on the basis of the second resonance frequency.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the evaluation and / or arithmetic unit is further configured to the first
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the evaluation and / or arithmetic unit is further configured to use a relative time derivative of the second resonance frequency or the density determined using the second resonance frequency, based on a time derivative of the first resonance frequency or using the first resonance frequency determined density to determine the moisture or the concentration portion of the trace gas.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the evaluation and / or arithmetic unit is further configured to use a difference, into which the first resonance frequency or the first
  • the evaluation and / or computing unit can be the difference between the first resonance frequency and the second resonance frequency or the difference between that based on the first
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the hygroscopic layer has a hydrogel, a zeolite or silica gel.
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention further comprises a heater structure which is set up to heat the hygroscopic layer or the adsorbent in at least one heating process, so that the
  • the embodiment can provide that the evaluation and / or arithmetic unit is also set up according to
  • a further advantageous embodiment of the device according to the invention further comprises a housing with an inlet for introducing the gas mixture and an outlet for discharging the gas mixture, the inlet and the outlet being connected to one another via at least one fluidic measurement channel, and at least one, preferably both, the cantilever beams are arranged in the at least one fluidic measuring channel, preferably next to one another, one above the other, opposite or behind one another.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the first cantilever has no hygroscopic layer, in particular no coating.
  • the adsorbent has a molecular sieve, in particular a zeolite, a mesoporous silicate, a silica gel, an activated carbon and / or an organic polymer, in particular a hydrogel.
  • the trace gas has a molar fraction of less than 1000 ppm, preferably less than 500 ppm, very particularly preferably less than 100 ppm.
  • the trace gas is water, hydrogen sulfide, ammonia, sulfur dioxide, carbon dioxide, ozone or a volatile organic compound such as, for example
  • Chlorinated hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, pentane, hexanes or alcohols such as ethanol, methanol, isopropanol, toluene.
  • FIG. 1 a schematic representation of a device according to the invention which, in addition to the density and / or viscosity of a gas mixture, also determines the moisture or a moisture content by means of two cantilevers or cantilevers,
  • Fig. 2 an example of a diagram in which the from the first or second
  • Resonance frequency determined frequencies for the two cantilever bars are plotted against time, and a change in the moisture of the gas mixture is plotted as an example, and
  • FIG. 3 an exemplary process sequence for operating two cantilever beams to determine the density and / or viscosity and the moisture of a gas mixture guided over the two cantilever beams.
  • 1 shows a schematic representation of a device 1 according to the invention which, in addition to the density and / or viscosity of a gas mixture 2, also the moisture or a Moisture content determined by means of two cantilevers or cantilevers 3, 4.
  • the device 1 comprises a housing 9 with a fluidic measuring channel 12 as an integral part.
  • the gas channel 2 can be fed to the measuring channel 12 via an inlet 10 and is passed through the measuring channel 12 to an outlet 11.
  • Fig. 1 exemplarily indicated by an arrow.
  • the device 1 further comprised two cantilevers or so-called cantilevers 3 and 4, of which a first cantilever 3 for determining the density and / or viscosity of the gas mixture 2 and a second cantilever 4 in combination with the first cantilever 3 for determining the moisture or one Moisture content serves.
  • the two cantilever beams 3, 4 can, as shown in FIG. 1, be arranged one behind the other in the measuring channel 12. Alternatively, the cantilevers 3, 4 can also be placed side by side or one above the other, one in the upper area and the other in the lower area of the measuring channel 12.
  • the device 1 comprises an evaluation and / or computing unit 6, which is set up to operate the first cantilever 3 with a first resonance frequency fl and the second cantilever 4 with a second resonance frequency f2 as electromechanical resonators, so that both the first and the second the second cantilever beams 3, 4 each represent an oscillating circuit in the electrical sense.
  • the evaluation and / or computing unit 6 can, for example, have a microprocessor.
  • the second cantilever 4 has a hygroscopic layer 5 or coating which is capable of adsorbing water molecules, so that the mass of the hygroscopic layer 5 changes due to the water molecules attached.
  • the hygroscopic layer 5 can in particular have a hydrogel, a zeolite or a silica gel.
  • the second cantilever can also have a layer made of an adsorbent, which is able to adsorb molecules of a trace gas, so that the mass of the adsorbent changes due to the attached molecules.
  • This adsorbent is, for example, a molecular sieve, in particular a zeolite, a mesoporous silicate, a silica gel, an activated carbon and / or an organic polymer, in particular a hydrogel.
  • the first cantilever 3 again has no such hygroscopic layer 5 or coating, but is preferably uncoated.
  • the adsorption of the molecules changes the mass of the hygroscopic layer 5 or the adsorbent and thus also the second resonance frequency f2 of the second cantilever 4, the first resonance frequency fl of the first, uncoated cantilever essentially not changing.
  • the device 1 according to the invention thus combines the different effects which occur on the two cantilever beams 3, 4, all the more the density and / or viscosity of the Determine gas mixture 2 and also the humidity or
  • the evaluation and / or computing unit 6 is set up to evaluate the first resonance frequency f1 in such a way that the density of the gas mixture 2 is determined on the basis thereof. This can be done, for example, in such a way that the evaluation and / or computing unit 6 converts a temporal change in the resonance frequency fl due to a change in density of the gas mixture 2 into a corresponding density with the aid of a mathematical-physical model.
  • the evaluation and / or arithmetic unit 6 can also be set up to determine the viscosity on the basis of a variable based on the first resonance frequency fl, for example a quality of the electrical resonant circuit , This makes use of the fact that the higher the viscosity of the gas mixture 2, the higher the damping of the resonant circuit.
  • Determining the quality of the resonant circuit can be measured in different ways.
  • the evaluation and / or arithmetic unit 6 can be set up to determine the power supply that is required to make the oscillating circuit oscillate with a constant amplitude, in order to determine the quality.
  • the evaluation and / or arithmetic unit 6 is also set up in the measuring mode to use the first resonance frequency f1 or the density determined by the first resonance frequency fl in combination with the second resonance frequency f2 or a density determined by the second resonance frequency f2.
  • the resonance frequency f2 determined density is determined essentially the same as the density determined by the first resonance frequency fl, ie the same mathematical-physical model is used as a basis. This means that as long as the moisture of the gas mixture remains below a specific value, for example less than 5 ppm, the two determined densities have essentially the same value. If the moisture of the gas mixture 2 rises above the specific value, the two determined densities deviate from one another.
  • the evaluation and / or computing unit 6 can thus set the two resonance frequencies fl, f2 or the two determined densities in relation to one another in order to determine the moisture. The same applies to the evaluation of the concentration of the trace gas in the gas mixture. However, a specific value below which detection of the trace gas is no longer reliably possible cannot easily be stated. This hangs in particular on the adsorption behavior and / or the molar mass of the
  • the evaluation can be carried out in such a way that the evaluation and / or arithmetic unit 6 performs a subtraction, in which the evaluation and arithmetic unit 6 the first resonance frequency f1 from the second resonance frequency f2 or the density determined by the first resonance frequency f1 subtracted from the density determined by the second resonance frequency f2.
  • the difference can be the evaluation and / or
  • Arithmetic unit 6 in turn serve as a measure of the moisture of the gas mixture 2 or the concentration portion of the trace gas. Furthermore, the evaluation and / or arithmetic unit 6 can also be set up to determine the moisture or the concentration component of the trace gas on the basis of the relative time derivative of the first resonance frequency fl and the second resonance frequency f2.
  • the first and second cantilever beams 3 and 4 are calibrated in a calibration step S200.
  • the calibration step precedes the actual measuring operation and can be carried out, for example, in a laboratory environment.
  • a dry gas mixture which has a moisture content of less than 5 ppm, is passed over the first and second cantilever beams 3, 4 and any difference between the two resonance frequencies or the determined densities is eliminated, so that the two determined densities for the dry one Gas mixture are essentially the same.
  • a gas mixture is preferably used which has no or the lowest possible proportion (“1 ppm) of a trace gas.
  • the calibration step S200 is preferably carried out by the evaluation and / or computing unit.
  • K0 and K1 are constants that depend in particular on the specific design of the cantilever beams.
  • a time derivative of the first and second resonance frequencies fl, f2 can also be used to determine the moisture.
  • the evaluation and / or computing unit 6 is set up to set the time derivative of the second resonance frequency or the density determined on the basis of the second resonance frequency in relation to the time derivative of the first resonance frequency or the density determined on the basis of the first resonance frequency, and via the time course of the two time derivatives in relation to each other to determine the humidity.
  • the second cantilever 4 can furthermore have a heater structure 7, which is likewise manufactured micromechanically and which is preferably arranged on the second cantilever 4 between the hygroscopic layer 5 and a surface of the second cantilever 4.
  • the heater structure 7 is designed to heat the hygroscopic layer 5 so that water molecules that have been adsorbed are removed.
  • the evaluation and / or computing unit 6 controls the heater structure 7 in such a way that the hygroscopic layer 5 is activated by at least one
  • evaluation and / or arithmetic unit 6 can also be set up, if necessary after the at least one heating process S400. even after several
  • a sensor drift 3 can occur in particular if water or trace gas molecules are still adsorbed by the adsorbing layer 5 after the heating process.
  • a value determined in the calibration step and stored in the evaluation and / or arithmetic unit 6 or a historical value of the first reference frequency f1 stored in the measurement mode can serve as the reference value.
  • the evaluation and / or arithmetic unit 6 can also be set up to carry out a compensation or an adjustment of the second cantilever beam 4 in the event that a sensor drift 13 has been determined, all the more by the sensor drift 13
  • FIG. 3 shows an exemplary method sequence for operating a
  • Device with two cantilever beams for determining the density and / or viscosity as well as the moisture or the concentration fraction of the trace gas of a gas mixture guided over the two cantilever beams.
  • the process provides for the following process steps: Provision of a device with two micromechanically manufactured cantilevers S100, one cantilever 4 of which has a hygroscopic layer 5 for adsorbing water molecules from the gas mixture and the other cantilever 3 preferably has no hygroscopic layer.
  • the two cantilevers 3, 4 are, as previously explained, each excited with a resonance frequency fl, f2 to oscillate.
  • the calibration can be carried out as described above.
  • the two cantilever beams 3, 4 After the two cantilever beams 3, 4 have been calibrated to one another, they can be exposed to the gas mixture for determining the density and / or viscosity as well as the moisture or the concentration fraction of the trace gas in the actual measuring operation S300.
  • the uncoated cantilever 3 only reacts to a change in density of the gas mixture, whereas the cantilever 4 coated with the hygroscopic layer 5 or the absorption medium also reacts to a change in the moisture in the
  • Gas mixture is sensitive, i.e. reacted to it. Due to the different sensitivity of the two cantilevers, the corresponding ones also change
  • Resonance frequencies fl, f2 or the quantities based on them differ. As previously stated, this change can be made by the evaluation and / or
  • Computing unit 6 is evaluated and, for example, output accordingly via a corresponding output unit.
  • the evaluation and / or arithmetic unit 6 therefore outputs the density, the viscosity and the moisture or the concentration fraction of the trace gas of the gas mixture 2 in the measuring operation S300.
  • a heating step S400 can be connected downstream of the measuring operation S300 or can be carried out as part of the measuring operation S300.
  • the adsorbing layer 5 of the coated cantilever 4 is heated by means of a heater 7, so that the adsorbed molecules are removed.
  • the heating step S400 can optionally include an adjustment step S500 in that, after a sensor drift 13 has been determined, the resonance frequency f2 of the cantilever beam 4 coated with the hygroscopic layer 5 or the absorbent is adjusted to a reference value. This can be done, for example, by the evaluation and / or computing unit 6. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

A device for determining a density and/or a viscosity and a moisture of a gas mixture (2), comprising: -a first micromechanically manufactured cantilever arm (3), which is excited to vibrate by a first resonance frequency (f1), - a second micromechanically manufactured cantilever arm (4), which is coated with a hygroscopic layer (5) for absorption of water molecules and is excited to vibrate by a second resonance frequency (f2), wherein the first and second cantilever arms are exposed to the gas mixture and the first and second cantilever arms are calibrated via the first resonance frequency (f1) or a variable based thereon and the second resonance frequency (f2) or a variable based thereon, - an analysis and/or computing unit (6), which is designed to determine the density and/or the viscosity, and to determine the moisture on the basis of the first resonance frequency (f1) or the density determined on the basis of the first resonance frequency, and the second resonance frequency (f2) or a density determined on the basis of the second resonance frequency.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung einer Dichte und/oder einer Viskosität sowie einer Device for determining a density and / or a viscosity and a
Feuchte eines Gasgemisches Moisture of a gas mixture
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Dichte und/oder einer Viskosität sowie einer Feuchte eines Gasgemisches. The invention relates to a device for determining a density and / or a viscosity and a humidity of a gas mixture.
Ein zu hoher Feuchteanteil eines eigentlich trockenen Gasgemisches (< 5 ppm) kann zur Korrosion von Leitungen und Anlagen führen oder Prozesse, wie beispielsweise einen Schweißprozess, nachteilig beeinträchtigen. Weiterhin kann die Feuchte auch die Messgenauigkeit von Sensoren beeinflussen, welche die Gase hinsichtlich der An excessively high moisture content of an actually dry gas mixture (<5 ppm) can lead to corrosion of lines and systems or adversely affect processes such as a welding process. Furthermore, the humidity can also influence the measurement accuracy of sensors that measure the gases in terms of
Zusammensetzung überwachen sollen. Should monitor composition.
Eine zuverlässige Feuchtemessung bei Gasen mit niedriger Feuchte (< 200 ppm) ist gegenwärtig nur mit teurer und/oder aufwendiger Sensorik zu bewerkstelligen, beispielsweise mittels eines Taupunktspiegelhygrometers, bei dem zur Messung des Taupunktes ein temperierbarer Spiegel verwendet wird. Reliable moisture measurement for gases with low humidity (<200 ppm) can currently only be achieved with expensive and / or complex sensors, for example by means of a dew point mirror hygrometer, in which a temperature-controlled mirror is used to measure the dew point.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit vorzuschlagen, die Feuchte bei Gasen bzw. einem Gasgemisch mit niedriger Feuchte zu bestimmen. The invention is therefore based on the object of proposing a reliable and inexpensive way of determining the moisture in the case of gases or a gas mixture with low moisture.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1. The object is achieved according to the invention by the device according to patent claim 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung einer Dichte und/oder einer Viskosität sowie einer Feuchte oder eines Konzentrationsanteils eines Spurengases eines Gasgemisches, das sich aus mindesten zwei Komponenten zusammensetzt, umfasst: einen ersten mikromechanisch gefertigten Kragbalken, der mit einer ersten Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt wird und der dem Gasgemisch ausgesetzt ist, The device according to the invention for determining a density and / or a viscosity as well as a moisture or a concentration fraction of a trace gas of a gas mixture, which is composed of at least two components, comprises: a first micromechanically manufactured cantilever beam, which is excited to oscillate at a first resonance frequency, and which is exposed to the gas mixture,
einen zweiten mikromechanisch gefertigten Kragbalken, der zumindest teilweise mit einer hygroskopischen Schicht zur Aufnahme von Wassermolekülen oder einem Adsorptionsmittel zur Aufnahme von Spurengasmolekülen beschichtet ist und mit einer zweiten Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt wird, wobei der zweite Kragbalken ebenfalls dem Gasgemisch ausgesetzt ist und der erste und zweite Kragbalken über die erste Resonanzfrequenz oder einer darauf basierenden Größe und die zweite Resonanzfrequenz oder einer darauf basierenden Größe auf das Gasgemisch, insbesondere im trockenen Zustand, kalibriert sind, eine Auswerte- und/oder Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, die Dichte des Gasgemisches im Wesentlichen anhand der ersten Resonanzfrequenz und/oder die Viskosität im Wesentlichen anhand der auf der ersten Resonanzfrequenz basierenden Größe, insbesondere eine Schwingungsgüte, zu bestimmen, wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, anhand der ersten Resonanzfrequenz oder der anhand der ersten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte und der zweiten Resonanzfrequenz oder einer anhand der zweiten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte die Feuchte oder den a second micromechanically manufactured cantilever beam, which is at least partially coated with a hygroscopic layer for taking up water molecules or an adsorbent for taking up trace gas molecules and is excited to vibrate with a second resonance frequency, the second cantilever beam also being exposed to the gas mixture and the first and second Cantilever beams are calibrated to the gas mixture via the first resonance frequency or a variable based thereon and the second resonance frequency or a variable based thereon, in particular in the dry state, an evaluation and / or computing unit which is set up to determine the density of the gas mixture essentially on the basis of the first resonance frequency and / or the viscosity essentially on the basis of the variable based on the first resonance frequency, in particular an oscillation quality, the evaluation and / or computing unit is further configured to use the first resonance frequency or the density determined on the basis of the first resonance frequency and the second resonance frequency or a density determined on the basis of the second resonance frequency
Konzentrationsanteil des Spurengases zu bestimmen.  Determine the concentration of the trace gas.
Erfindungsgemäß werden zwei mikromechanisch gefertigte Kragbalken bzw. Cantilever dazu eingesetzt, die Feuchte eines Gasgemisches zu bestimmen. Kragbalken bzw. Cantilever zur Bestimmung der Dichte und/oder Viskosität sind an sich bekannt. Sie weisen für gewöhnlich einen Vorsprung bzw. ein hervorstehendes Segment auf, welches mit einer Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt wird. Die Anregung kann bspw. durch piezoelektrische, elektromagnetische oder elektrostatische Anregung erfolgen. Die Kragbalken sind mikromechanisch gefertigte Kragbalken, die bevorzugt auf ein und demselben monolithischen Chip bzw. Substrat ausgeführt sind. Der Chip bzw. das Substrat ist derartig in den fluidischen Messkanal eingebracht, dass der erste und zweite Kragbalken dem Gasgemisch ausgesetzt bzw. von diesem umgeben sind. According to the invention, two micromechanically manufactured cantilevers or cantilevers are used to determine the moisture of a gas mixture. Cantilever beams or cantilevers for determining the density and / or viscosity are known per se. They usually have a projection or a projecting segment which is excited to oscillate at a resonance frequency. The excitation can take place, for example, by piezoelectric, electromagnetic or electrostatic excitation. The cantilevers are micromechanically manufactured cantilevers, which are preferably designed on one and the same monolithic chip or substrate. The chip or the substrate is introduced into the fluidic measuring channel in such a way that the first and second cantilever beams are exposed to or surrounded by the gas mixture.
Erfindungsgemäß ist einer der beiden Kragbalken mit einer hygroskopischen Schicht oder einem Adsorptionsmittel versehen, sodass Feuchtemoleküle (Wassermoleküle) oder Moleküle des Spurengases adsorbiert werden. Die Adsorption führt zu einer Veränderung der Schwingungseigenschaft des mit einer zweiten Resonanzfrequenz zur Schwingung angeregten beschichteten Kragbalkens, wohingegen die Schwingungseigenschaft des mit einer ersten Resonanzfrequenz zur Schwingung angeregten anderen Kragbalkens im Wesentlichen unverändert bleibt. Diese Eigenschaft wird sich zur Ermittlung der Feuchte des Gasgemisches oder des Konzentrationsanteils des Spurengases zu Nutze gemacht, indem die Auswerte- und/oder Recheneinheit neben der Dichte und/oder Viskosität, die im Wesentlichen anhand der ersten Resonanzfrequenz oder einer darauf basierenden Größe bestimmt werden, auch die Feuchte des Gasgemisches oder den According to the invention, one of the two cantilever beams is provided with a hygroscopic layer or an adsorbent, so that moisture molecules (water molecules) or molecules of the trace gas are adsorbed. The adsorption leads to a change in the oscillation property of the coated cantilever beam which is excited to oscillate at a second resonance frequency, whereas the oscillation property of the other cantilever beam which is excited to oscillate at a first resonance frequency remains essentially unchanged. This property is used to determine the moisture of the gas mixture or the concentration fraction of the trace gas by the evaluation and / or computing unit in addition to the density and / or viscosity, which are essentially determined on the basis of the first resonance frequency or a variable based thereon. also the humidity of the gas mixture or the
Konzentrationsanteil des Spurengases bestimmt. Hierzu verwendet die Auswerte- und/oder Recheneinheit sowohl die erste Resonanzfrequenz oder die anhand der ersten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte und die zweite Resonanzfrequenz oder eine anhand der zweiten Resonanzfrequenz ermittelte Dichte. Concentration of the trace gas determined. For this purpose, the evaluation and / or computing unit uses both the first resonance frequency or the density determined on the basis of the first resonance frequency and the second resonance frequency or a density determined on the basis of the second resonance frequency.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, die erste  An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the evaluation and / or arithmetic unit is further configured to the first
Resonanzfrequenz oder die anhand der ersten Resonanzfrequenz ermittelte Dichte in Relation zu der zweiten Resonanzfrequenz oder die anhand der zweiten Resonanzfrequenz ermittelte Dichte zu setzen, um die Feuchte oder den Resonance frequency or the density determined on the basis of the first resonance frequency in relation to the second resonance frequency or that on the basis of the second To set the resonance frequency determined to the humidity or the
Konzentrationsanteil des Spurengases zu bestimmen. Determine the concentration of the trace gas.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, anhand einer relativen zeitlichen Ableitung der zweiten Resonanzfrequenz oder der anhand der zweiten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte bezogen auf eine zeitliche Ableitung der ersten Resonanzfrequenz oder der anhand der ersten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte die Feuchte oder den Konzentrationsanteil des Spurengases zu bestimmen. A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the evaluation and / or arithmetic unit is further configured to use a relative time derivative of the second resonance frequency or the density determined using the second resonance frequency, based on a time derivative of the first resonance frequency or using the first resonance frequency determined density to determine the moisture or the concentration portion of the trace gas.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, anhand einer Differenzbildung, in die die erste Resonanzfrequenz oder die anhand der ersten A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the evaluation and / or arithmetic unit is further configured to use a difference, into which the first resonance frequency or the first
Resonanzfrequenz ermittelte Dichte und die zweite Resonanzfrequenz oder die anhand der zweiten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte eingeht, die Feuchte oder den Resonance frequency determined density and the second resonance frequency or the density determined on the basis of the second resonance frequency, the humidity or the
Konzentrationsanteil des Spurengases zu bestimmen. Beispielsweise kann die Auswerte- und/oder Recheneinheit die Differenz zwischen der ersten Resonanzfrequenz und der zweiten Resonanzfrequenz oder die Differenz zwischen der anhand der ersten Determine the concentration of the trace gas. For example, the evaluation and / or computing unit can be the difference between the first resonance frequency and the second resonance frequency or the difference between that based on the first
Resonanzfrequenz ermittelten Dichte und der anhand der zweite Resonanzfrequenz ermittelten Dichte als Maß für die Feuchte oder den Konzentrationsanteil des Resonance frequency determined density and the density determined on the basis of the second resonance frequency as a measure of the moisture or the concentration fraction of the
Spurengases heranziehen. Use trace gas.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die hygroskopische Schicht ein Hydrogel, ein Zeolith oder Silikagel aufweist. A further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the hygroscopic layer has a hydrogel, a zeolite or silica gel.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ferner eine Heizerstruktur, die dazu eingerichtet ist, die hygroskopische Schicht oder das Adsorptionsmittel in mindestens einem Ausheizvorgang zu erhitzen, sodass die A further advantageous embodiment of the device according to the invention further comprises a heater structure which is set up to heat the hygroscopic layer or the adsorbent in at least one heating process, so that the
Wassermoleküle aus der hygroskopischen Schicht oder Moleküle des Spurengases aus dem Adsorptionsmittel entfernt werden. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, nach Water molecules from the hygroscopic layer or molecules of the trace gas are removed from the adsorbent. In particular, the embodiment can provide that the evaluation and / or arithmetic unit is also set up according to
Durchführung des mindestens einen Ausheizvorgangs einen Sensordrift des zweiten Kragbalkens festzustellen und/oder dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit ferner dazu eingerichtet ist, beim Feststellen des Sensordrifts eine Kompensation bzw. einen Abgleich des zweiten Kragbalkens durchzuführen. Carrying out the at least one heating process to determine a sensor drift of the second cantilever and / or that the evaluation and / or computing unit is also set up to carry out a compensation or an adjustment of the second cantilever when the sensor drift is detected.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ferner ein Gehäuse mit einem Einlass zum Einführen des Gasgemisches und einem Auslass zum Auslassen des Gasgemisches, wobei der Einlass und der Auslass über zumindest einen fluidischen Messkanal miteinander verbunden sind, und zumindest einer, vorzugsweise beide, der Kragbalken in dem zumindest einen fluidischen Messkanal, vorzugsweise nebeneinander, übereinander, gegenüber oder hintereinander angeordnet sind. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der erste Kragbalken keine hygroskopische Schicht, insbesondere keine Beschichtung, aufweist. A further advantageous embodiment of the device according to the invention further comprises a housing with an inlet for introducing the gas mixture and an outlet for discharging the gas mixture, the inlet and the outlet being connected to one another via at least one fluidic measurement channel, and at least one, preferably both, the cantilever beams are arranged in the at least one fluidic measuring channel, preferably next to one another, one above the other, opposite or behind one another. An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the first cantilever has no hygroscopic layer, in particular no coating.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Adsorptionsmittel ein Molekularsieb, insbesondere ein Zeolith, ein mesoporöses Silikat, ein Silikagel, eine Aktivkohle und/oder ein organisches Polymer, insbesondere ein Hydrogel aufweist. An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the adsorbent has a molecular sieve, in particular a zeolite, a mesoporous silicate, a silica gel, an activated carbon and / or an organic polymer, in particular a hydrogel.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Spurengas einen Molanteil von kleiner 1000 ppm, bevorzugt kleiner 500 ppm, ganz besonders bevorzugt kleiner 100 ppm aufweist. An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the trace gas has a molar fraction of less than 1000 ppm, preferably less than 500 ppm, very particularly preferably less than 100 ppm.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Spurengas Wasser, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Schwefeldioxyd, Kohlendioxyd, Ozon oder eine flüchtige organische Verbindung wie beispielsweise An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the trace gas is water, hydrogen sulfide, ammonia, sulfur dioxide, carbon dioxide, ozone or a volatile organic compound such as, for example
Chlorkohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan, Hexane oder Alkohole wie beispielsweise Ethanol, Methanol, Isopropanol, Toluol aufweist. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:  Chlorinated hydrocarbons, hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, pentane, hexanes or alcohols such as ethanol, methanol, isopropanol, toluene. The invention is illustrated by the following drawings. It shows:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die neben der Dichte und/oder Viskosität eines Gasgemisches auch die Feuchte bzw. einen Feuchteanteil mittels zweier Kragbalken bzw. Cantilever bestimmt, 1: a schematic representation of a device according to the invention which, in addition to the density and / or viscosity of a gas mixture, also determines the moisture or a moisture content by means of two cantilevers or cantilevers,
Fig. 2: beispielhaft ein Diagramm, in dem die aus der ersten bzw. zweiten Fig. 2: an example of a diagram in which the from the first or second
Resonanzfrequenz ermittelten Frequenzen für die beiden Kragbalken gegenüber der Zeit aufgetragen sind, und exemplarisch eine Änderung der Feuchte des Gasgemisches aufgetragen ist, und Resonance frequency determined frequencies for the two cantilever bars are plotted against time, and a change in the moisture of the gas mixture is plotted as an example, and
Fig. 3: einen exemplarischen Verfahrensablauf zum Betreiben zweier Kragbalken zur Bestimmung der Dichte und/oder Viskosität sowie der Feuchte eines über die beiden Kragbalken geführten Gasgemisches. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , die neben der Dichte und/oder Viskosität eines Gasgemisches 2 auch die Feuchte bzw. einen Feuchteanteil mittels zweier Kragbalken bzw. Cantilever 3, 4 bestimmt. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 9 mit einem fluidischen Messkanal 12 als integraler Bestandteil.3: an exemplary process sequence for operating two cantilever beams to determine the density and / or viscosity and the moisture of a gas mixture guided over the two cantilever beams. 1 shows a schematic representation of a device 1 according to the invention which, in addition to the density and / or viscosity of a gas mixture 2, also the moisture or a Moisture content determined by means of two cantilevers or cantilevers 3, 4. The device 1 comprises a housing 9 with a fluidic measuring channel 12 as an integral part.
Dem Messkanal 12 kann über einen Einlass 10 das Gasgemisch 2 zugeführt werden, welches durch den Messkanal 12 zu einem Auslass 1 1 geleitet wird. In Fig. 1 exemplarisch durch einen Pfeil angedeutet. Die Vorrichtung 1 umfasste ferner zwei Kragbalken oder auch sogenannte Cantilever 3 und 4, wovon ein erster Kragbalken 3 zur Bestimmung der Dichte und/oder Viskosität des Gasgemisches 2 und ein zweiter Kragbalken 4 in Kombination mit dem ersten Kragbalken 3 zur Bestimmung der Feuchte bzw. eines Feuchteanteils dient. Die beiden Kragbalken 3, 4 können, wie ein Fig. 1 dargestellt, hintereinander im Messkanal 12 angeordnet sein. Alternativ können die Kragbalken 3, 4 aber auch nebeneinander oder übereinander, d.h. einer im oberen Bereich und der andere im unteren Bereich des Messkanals 12, angeordnet sein. The gas channel 2 can be fed to the measuring channel 12 via an inlet 10 and is passed through the measuring channel 12 to an outlet 11. In Fig. 1 exemplarily indicated by an arrow. The device 1 further comprised two cantilevers or so-called cantilevers 3 and 4, of which a first cantilever 3 for determining the density and / or viscosity of the gas mixture 2 and a second cantilever 4 in combination with the first cantilever 3 for determining the moisture or one Moisture content serves. The two cantilever beams 3, 4 can, as shown in FIG. 1, be arranged one behind the other in the measuring channel 12. Alternatively, the cantilevers 3, 4 can also be placed side by side or one above the other, one in the upper area and the other in the lower area of the measuring channel 12.
Ferner umfasst die Vorrichtung 1 eine Auswerte- und/oder Recheneinheit 6, die dazu eingerichtet ist, den ersten Kragbalken 3 mit einer ersten Resonanzfrequenz fl und den zweiten Kragbalken 4 mit einer zweiten Resonanzfrequenz f2 als elektromechanische Resonatoren zu betreiben, sodass sowohl der erste als auch der zweite Kragbalken 3, 4 jeweils ein Schwingkreis im elektrischen Sinne darstellen. Die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 kann bspw. einen Mikroprozessor aufweisen. Furthermore, the device 1 comprises an evaluation and / or computing unit 6, which is set up to operate the first cantilever 3 with a first resonance frequency fl and the second cantilever 4 with a second resonance frequency f2 as electromechanical resonators, so that both the first and the second the second cantilever beams 3, 4 each represent an oscillating circuit in the electrical sense. The evaluation and / or computing unit 6 can, for example, have a microprocessor.
Erfindungsgemäß weist der zweite Kragbalken 4 eine hygroskopische Schicht 5 bzw. Beschichtung auf, die in der Lage ist, Wassermoleküle zu adsorbieren, sodass sich die Masse der hygroskopischen Schicht 5 aufgrund der angelagerten Wassermoleküle verändert. Die hygroskopische Schicht 5 kann insbesondere ein Hydrogel, ein Zeolith oder ein Silikagel aufweisen. Alternativ kann der zweite Kragbalken auch eine Schicht aus einem Adsorptionsmittel aufweisen, das in der Lage ist, Moleküle eines Spurengases zu adsorbieren, sodass sich die Masse des Adsorptionsmittel aufgrund der angelagerten Moleküle verändert. Dieses Adsorptionsmittel ist beispielsweise ein Molekularsieb, insbesondere ein Zeolith, ein mesoporöses Silikat, ein Silikagel, eine Aktivkohle und/oder ein organisches Polymer, insbesondere ein Hydrogel. According to the invention, the second cantilever 4 has a hygroscopic layer 5 or coating which is capable of adsorbing water molecules, so that the mass of the hygroscopic layer 5 changes due to the water molecules attached. The hygroscopic layer 5 can in particular have a hydrogel, a zeolite or a silica gel. Alternatively, the second cantilever can also have a layer made of an adsorbent, which is able to adsorb molecules of a trace gas, so that the mass of the adsorbent changes due to the attached molecules. This adsorbent is, for example, a molecular sieve, in particular a zeolite, a mesoporous silicate, a silica gel, an activated carbon and / or an organic polymer, in particular a hydrogel.
Demgegenüber weist der erste Kragbalken 3 wiederum keine derartige hygroskopische Schicht 5 bzw. Beschichtung auf, sondern ist vorzugsweise unbeschichtet. Durch die Adsorption der Moleküle verändert sich die Masse der hygroskopischen Schicht 5 bzw. des Adsorptionsmittels und somit auch die zweite Resonanzfrequenz f2 des zweiten Kragbalkens 4, wobei sich die erste Resonanzfrequenz fl des ersten, unbeschichteten Kragbalkens im Wesentlichen nicht ändert. In contrast, the first cantilever 3 again has no such hygroscopic layer 5 or coating, but is preferably uncoated. The adsorption of the molecules changes the mass of the hygroscopic layer 5 or the adsorbent and thus also the second resonance frequency f2 of the second cantilever 4, the first resonance frequency fl of the first, uncoated cantilever essentially not changing.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kombiniert also die unterschiedlichen Effekte, die an den beiden Kragbalken 3, 4 auftreten, umso einerseits die Dichte und/oder Viskosität des Gasgemisches 2 zu bestimmen und zusätzlich noch die Feuchte bzw. den The device 1 according to the invention thus combines the different effects which occur on the two cantilever beams 3, 4, all the more the density and / or viscosity of the Determine gas mixture 2 and also the humidity or
Konzentrationsanteil des Spurengases. Concentration of trace gas.
Zur Bestimmung der Dichte des Gasgemisches 2 in einem Messbetrieb S200 ist die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 dazu eingerichtet, die erste Resonanzfrequenz f1 dahingehend auszuwerten, dass anhand dieser die Dichte des Gasgemisches 2 bestimmt wird. Dies kann bspw. derart erfolgen, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 eine zeitliche Veränderung der Resonanzfrequenz fl aufgrund einer Dichteänderung des Gasgemisches 2 mit Hilfe eines mathematisch-physikalischen Modells in eine entsprechende Dichte umwandelt. To determine the density of the gas mixture 2 in a measuring operation S200, the evaluation and / or computing unit 6 is set up to evaluate the first resonance frequency f1 in such a way that the density of the gas mixture 2 is determined on the basis thereof. This can be done, for example, in such a way that the evaluation and / or computing unit 6 converts a temporal change in the resonance frequency fl due to a change in density of the gas mixture 2 into a corresponding density with the aid of a mathematical-physical model.
Ergänzend oder alternativ kann zur Bestimmung der Viskosität des Gasgemisches 2 in dem Messbetrieb S200 die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 ferner dazu eingerichtet sein, anhand einer auf der ersten Resonanzfrequenz fl basierenden Größe, bspw. einer Güte des elektrischen Schwingkreises, die Viskosität zu bestimmen. Hierbei wird sich zu Nutze gemacht, dass je höher die Viskosität des Gasgemisches 2 ist, desto höher auch die Bedämpfung des Schwingkreises ist. Die Bedämpfung des Resonators zur Additionally or alternatively, in order to determine the viscosity of the gas mixture 2 in the measuring operation S200, the evaluation and / or arithmetic unit 6 can also be set up to determine the viscosity on the basis of a variable based on the first resonance frequency fl, for example a quality of the electrical resonant circuit , This makes use of the fact that the higher the viscosity of the gas mixture 2, the higher the damping of the resonant circuit. The damping of the resonator
Bestimmung der Güte des Schwingkreises kann auf unterschiedliche Weise gemessen werden. So kann die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 bspw. dazu eingerichtet sein, die Leistungszufuhr, die benötigt wird, um den Schwingkreis mit einer konstanten Amplitude schwingen zu lassen, zu ermitteln, umso die Güte zu bestimmen. Determining the quality of the resonant circuit can be measured in different ways. For example, the evaluation and / or arithmetic unit 6 can be set up to determine the power supply that is required to make the oscillating circuit oscillate with a constant amplitude, in order to determine the quality.
Die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 ist ferner dazu eingerichtet in dem Messbetrieb, anhand der ersten Resonanzfrequenz f1 oder der durch die erste Resonanzfrequenz fl ermittelten Dichte in Kombination mit der zweiten Resonanzfrequenz f2 oder einer durch die zweite Resonanzfrequenz f2 ermittelten Dichte die Feuchte bzw. den The evaluation and / or arithmetic unit 6 is also set up in the measuring mode to use the first resonance frequency f1 or the density determined by the first resonance frequency fl in combination with the second resonance frequency f2 or a density determined by the second resonance frequency f2. the
Konzentrationsanteil des Spurengases zu bestimmen. Die durch die zweite Determine the concentration of the trace gas. The through the second
Resonanzfrequenz f2 ermittelte Dichte wird im Wesentlichen gleich ermittelt wie die durch die erste Resonanzfrequenz fl ermittelte Dichte, d.h. es wird dasselbe mathematischphysikalische Modell zu Grunde gelegt. Dies bedeutet, dass solange die Feuchte des Gasgemisches unterhalb eines spezifischen Wertes, bspw. kleiner 5 ppm, bleibt, die beiden ermittelten Dichten im Wesentlichen einen gleichen Wert aufweisen. Steigt die Feuchte des Gasgemisches 2 über den spezifischen Wert an, weichen die beiden ermittelten Dichten voneinander ab. Die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 kann somit die beiden Resonanzfrequenzen fl , f2 oder die beiden ermittelten Dichten in Relation zueinander setzen, um die Feuchte zu bestimmen. Entsprechendes gilt auch für die Auswertung des Konzentrationsanteils des Spurengases des Gasgemisches. Eine spezifischer Werte unterhalb dessen eine Detektion des Spurengases nicht mehr zuverlässig möglich ist, lässt sich jedoch nicht so ohne weiteres angeben. Diese hängt insbesondere von dem Adsorptionsverhalten und/oder der molaren Masse des The resonance frequency f2 determined density is determined essentially the same as the density determined by the first resonance frequency fl, ie the same mathematical-physical model is used as a basis. This means that as long as the moisture of the gas mixture remains below a specific value, for example less than 5 ppm, the two determined densities have essentially the same value. If the moisture of the gas mixture 2 rises above the specific value, the two determined densities deviate from one another. The evaluation and / or computing unit 6 can thus set the two resonance frequencies fl, f2 or the two determined densities in relation to one another in order to determine the moisture. The same applies to the evaluation of the concentration of the trace gas in the gas mixture. However, a specific value below which detection of the trace gas is no longer reliably possible cannot easily be stated. This hangs in particular on the adsorption behavior and / or the molar mass of the
Spurengases ab. Trace gas.
Im einfachsten Fall, kann die Auswertung derartig erfolgen, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 eine Subtraktion durchführt, bei der die Auswerte- und Recheneinheit 6 die erste Resonanzfrequenz f1 von der zweiten Resonanzfrequenz f2 oder die durch die erste Resonanzfrequenz f1 ermittelte Dichte von der durch die zweite Resonanzfrequenz f2 ermittelten Dichte subtrahiert. Die Differenz kann der Auswerte- und/oder In the simplest case, the evaluation can be carried out in such a way that the evaluation and / or arithmetic unit 6 performs a subtraction, in which the evaluation and arithmetic unit 6 the first resonance frequency f1 from the second resonance frequency f2 or the density determined by the first resonance frequency f1 subtracted from the density determined by the second resonance frequency f2. The difference can be the evaluation and / or
Recheneinheit 6 wiederum als ein Maß für die Feuchte des Gasgemisches 2 oder des Konzentrationsanteils des Spurengases dienen. Ferner kann die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 auch dazu eingerichtet sein, die Feuchte oder den Konzentrationsanteil des Spurengases anhand der relativen zeitlichen Ableitung der ersten Resonanzfrequenz fl und der zweiten Resonanzfrequenz f2 zu ermitteln. Arithmetic unit 6 in turn serve as a measure of the moisture of the gas mixture 2 or the concentration portion of the trace gas. Furthermore, the evaluation and / or arithmetic unit 6 can also be set up to determine the moisture or the concentration component of the trace gas on the basis of the relative time derivative of the first resonance frequency fl and the second resonance frequency f2.
Für den eigentlichen Messbetrieb S300 der Vorrichtung 1 sind der erste und zweite Kragbalken 3 und 4 in einem Kalibrierschritt S200 kalibriert. Der Kalibrierschritt ist dem eigentlichen Messbetrieb zeitlich vorangestellt und kann bspw. in einer Laborumgebung erfolgen. In dem Kalibrierschritt S200 wird ein trockenes Gasgemisch, welches eine Feuchte kleiner 5 ppm aufweist, über den ersten und zweiten Kragbalken 3, 4 geführt und eine etwaige Differenz der beiden Resonanzfrequenzen bzw. der ermittelten Dichten wird eliminiert, sodass die beiden ermittelten Dichten für das trockene Gasgemisch im Wesentlichen gleich sind. Bei der Kalibration auf ein Spurengas wird vorzugsweise ein Gasgemisch verwendet, welches kein oder einen möglichst geringen Anteil (« 1 ppm) eines Spurengas aufweist. Der Kalibrierschritt S200 wird vorzugsweise durch die Auswerte- und/oder Recheneinheit durchgeführt. For the actual measuring operation S300 of the device 1, the first and second cantilever beams 3 and 4 are calibrated in a calibration step S200. The calibration step precedes the actual measuring operation and can be carried out, for example, in a laboratory environment. In the calibration step S200, a dry gas mixture, which has a moisture content of less than 5 ppm, is passed over the first and second cantilever beams 3, 4 and any difference between the two resonance frequencies or the determined densities is eliminated, so that the two determined densities for the dry one Gas mixture are essentially the same. When calibrating for a trace gas, a gas mixture is preferably used which has no or the lowest possible proportion (“1 ppm) of a trace gas. The calibration step S200 is preferably carried out by the evaluation and / or computing unit.
In Fig. 2 sind beispielhaft die für den ersten und zweiten Kragbalken 3, 4 ermittelten Frequenzen dargestellt. Aus den Frequenzen fl und f2 lassen sich anhand des folgenden Zusammenhangs f = K1 + 1/(Dichte-K0) die Dichten bestimmen, die zur Bestimmung der Feuchte von der Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 voneinander subtrahiert werden.The frequencies determined for the first and second cantilever beams 3, 4 are shown by way of example in FIG. 2. From the frequencies fl and f2, the following relationship f = K1 + 1 / (density-K0) can be used to determine the densities which are subtracted from one another by the evaluation and / or arithmetic unit 6 for determining the moisture.
K0 und K1 sind hierbei Konstanten, die insbesondere von der konkreten Ausgestaltung der Kragbalken abhängig sind. K0 and K1 are constants that depend in particular on the specific design of the cantilever beams.
Aus Fig. 2 wird ersichtlich, dass solange es sich bei dem Gasgemisch 2 um ein trockenes Gasgemisch 2 handelt, d.h. dass das Gasgemisch eine Feuchte < 5 ppm aufweist, die für die beiden Kragbalken 3, 4 ermittelte Dichte im Wesentlich gleich ist, sofern diese zuvor auf das trockene Gasgemisch 2 kalibriert worden sind. In dem Moment wo die Feuchte des Gasgemisches einen Wert > 5 ppm annimmt (in Fig. 2 ca. ab dem Zeitpunkt t > 4), verändert sich die für den zweiten Kragbalken 4 ermittelte Dichte aufgrund der Adsorption von Wassermolekülen an der hygroskopischen Schicht 5, sodass die Differenz der beiden Dichten als Maß für die Feuchte von der Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 herangezogen werden kann. Neben der in Fig. 2 dargestellten Dichte kann auch eine zeitliche Ableitung der ersten und zweiten Resonanzfrequenz fl , f2 zur Ermittlung der Feuchte herangezogen werden. Hierbei ist die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 dazu eingerichtet, die zeitliche Ableitung der zweiten Resonanzfrequenz oder der anhand der zweiten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte in Relation zu der zeitlichen Ableitung der ersten Resonanzfrequenz oder der anhand der ersten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte zu setzen, und über den zeitlichen Verlauf der beiden zeitlichen Ableitungen in Relation zueinander die Feuchte zu bestimmen. From Fig. 2 it can be seen that as long as the gas mixture 2 is a dry gas mixture 2, that is to say that the gas mixture has a moisture <5 ppm, the density determined for the two cantilever beams 3, 4 is essentially the same, provided that this have previously been calibrated to the dry gas mixture 2. At the moment when the moisture of the gas mixture assumes a value> 5 ppm (in FIG. 2 approx. From time t> 4), the density determined for the second cantilever 4 changes due to the adsorption of water molecules on the hygroscopic layer 5, so the difference between the two Densities can be used as a measure of the moisture by the evaluation and / or computing unit 6. In addition to the density shown in FIG. 2, a time derivative of the first and second resonance frequencies fl, f2 can also be used to determine the moisture. Here, the evaluation and / or computing unit 6 is set up to set the time derivative of the second resonance frequency or the density determined on the basis of the second resonance frequency in relation to the time derivative of the first resonance frequency or the density determined on the basis of the first resonance frequency, and via the time course of the two time derivatives in relation to each other to determine the humidity.
Der zweite Kragbalken 4 kann ferner eine Heizerstruktur 7 aufweisen, die ebenfalls mikromechanisch gefertigt wird und die auf dem zweiten Kragbalken 4 vorzugsweise zwischen der hygroskopischen Schicht 5 und einer Oberfläche des zweiten Kragbalkens 4 angeordnet ist. Die Heizerstruktur 7 ist dazu ausgebildet, die hygroskopische Schicht 5 zu erhitzen, sodass Wassermoleküle, die adsorbiert wurden, entfernt werden. Hierfür kann vorgesehen sein, dass die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 die Heizerstruktur 7 derartig ansteuert, dass die hygroskopische Schicht 5 durch mindestens einen The second cantilever 4 can furthermore have a heater structure 7, which is likewise manufactured micromechanically and which is preferably arranged on the second cantilever 4 between the hygroscopic layer 5 and a surface of the second cantilever 4. The heater structure 7 is designed to heat the hygroscopic layer 5 so that water molecules that have been adsorbed are removed. For this purpose, it can be provided that the evaluation and / or computing unit 6 controls the heater structure 7 in such a way that the hygroscopic layer 5 is activated by at least one
Ausheizvorgang bzw. -schritt S400, wie er exemplarisch in Fig. 2 dargestellt ist, ausgeheizt wird. Bakeout process or step S400, as exemplarily shown in FIG. 2, is baked out.
Ergänzend kann die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 ferner dazu eingerichtet sein, nach dem mindestens einen Ausheizvorgang S400 ggfl. auch nach mehreren In addition, the evaluation and / or arithmetic unit 6 can also be set up, if necessary after the at least one heating process S400. even after several
Ausheizvorgängen einen Sensordrift 13 des zweiten Kragbalkens 4, bspw. in Form einer Veränderung der zweiten Resonanzfrequenz f2 in Bezug auf einen Referenzwert, festzustellen. Ein derartiger Sensordriftl 3 kann insbesondere dann auftreten, wenn nach dem Ausheizvorgang noch Wasser oder Spurengasmoleküle durch die adsorbierende Schicht 5 adsorbiert sind. Als Referenzwert kann bspw. ein in dem Kalibrierschritt ermittelter und in der Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 hinterlegter Wert oder ein aus dem Messbetrieb hinterlegter historischer Wert der ersten Referenzfrequenz f1 dienen. Die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 kann ferner dazu eingerichtet sein, in dem Fall, dass ein Sensordrift 13 festgestellt wurde, eine Kompensation bzw. einen Abgleich des zweiten Kragbalkens 4 durchzuführen, umso einen durch den Sensordrift 13 Bakeout operations to determine a sensor drift 13 of the second cantilever 4, for example in the form of a change in the second resonance frequency f2 with respect to a reference value. Such a sensor drift 3 can occur in particular if water or trace gas molecules are still adsorbed by the adsorbing layer 5 after the heating process. For example, a value determined in the calibration step and stored in the evaluation and / or arithmetic unit 6 or a historical value of the first reference frequency f1 stored in the measurement mode can serve as the reference value. The evaluation and / or arithmetic unit 6 can also be set up to carry out a compensation or an adjustment of the second cantilever beam 4 in the event that a sensor drift 13 has been determined, all the more by the sensor drift 13
entstandenen Offset 14 zu eliminieren. to eliminate the resulting offset 14.
Fig. 3 zeigt einen exemplarischen Verfahrensablauf zum Betreiben einer 3 shows an exemplary method sequence for operating a
erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Kragbalken zur Bestimmung der Dichte und/oder Viskosität sowie der Feuchte oder den Konzentrationsanteil des Spurengases eines über die beiden Kragbalken geführten Gasgemisches. Das Verfahren sieht dabei die folgenden Verfahrensschritte vor: Bereitstellen einer Vorrichtung mit zwei mikromechanisch gefertigten Kragbaken S100, wovon ein Kragbalken 4 eine hygroskopische Schicht 5 zur Adsorption von Wassermolekülen aus dem Gasgemisch und der andere Kragbalken 3 vorzugsweise keine hygroskopische Schicht aufweist. Die beiden Kragbalken 3, 4 werden, wie zuvor dargelegt, mit jeweils einer Resonanzfrequenz fl , f2 zum Schwingen angeregt. Device according to the invention with two cantilever beams for determining the density and / or viscosity as well as the moisture or the concentration fraction of the trace gas of a gas mixture guided over the two cantilever beams. The process provides for the following process steps: Provision of a device with two micromechanically manufactured cantilevers S100, one cantilever 4 of which has a hygroscopic layer 5 for adsorbing water molecules from the gas mixture and the other cantilever 3 preferably has no hygroscopic layer. The two cantilevers 3, 4 are, as previously explained, each excited with a resonance frequency fl, f2 to oscillate.
Kalibrierung der Vorrichtung in einem Kalibrierschritt S200, der einem eigentlichen Messbetrieb zeitlich vorangestellt ist, mittels eines trockenen Gasgemisches 2.Calibration of the device in a calibration step S200, which precedes an actual measuring operation, using a dry gas mixture 2.
Die Kalibrierung kann wie zuvor dargelegt durchgeführt werden. The calibration can be carried out as described above.
Nach dem die beiden Kragbalken 3, 4 aufeinander kalibriert wurden, können diese in dem eigentlichen Messbetrieb S300 dem Gasgemisch zur Bestimmung der Dichte und/oder Viskosität sowie der Feuchte bzw. des Konzentrationsanteils des Spurengases ausgesetzt werden. In dem Messbetrieb S300 reagiert der unbeschichtet Kragbalken 3 nur auf eine Dichteänderung des Gasgemisches, wohingegen der mit der hygroskopischen Schicht 5 bzw. dem Absorptionsmittel beschichtet Kragbalken 4 auch auf eine Änderung der Feuchte in dem After the two cantilever beams 3, 4 have been calibrated to one another, they can be exposed to the gas mixture for determining the density and / or viscosity as well as the moisture or the concentration fraction of the trace gas in the actual measuring operation S300. In measuring operation S300, the uncoated cantilever 3 only reacts to a change in density of the gas mixture, whereas the cantilever 4 coated with the hygroscopic layer 5 or the absorption medium also reacts to a change in the moisture in the
Gasgemisch sensitiv ist, d.h. darauf reagiert. Aufgrund der unterschiedlichen Sensitivität der beiden Kragbalken ändern sich auch die entsprechenden Gas mixture is sensitive, i.e. reacted to it. Due to the different sensitivity of the two cantilevers, the corresponding ones also change
Resonanzfrequenzen fl , f2 oder die darauf basierenden Größen unterschiedlich. Diese Änderung kann wie zuvor dargelegt durch die Auswerte- und/oder Resonance frequencies fl, f2 or the quantities based on them differ. As previously stated, this change can be made by the evaluation and / or
Recheneinheit 6 ausgewertet und bspw. über eine entsprechende Ausgabeeinheit entsprechend ausgegeben werden. Die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 gibt also im Messbetrieb S300 die Dichte, die Viskosität und die Feuchte bzw. den Konzentrationsanteil des Spurengases des Gasgemisches 2 aus. Computing unit 6 is evaluated and, for example, output accordingly via a corresponding output unit. The evaluation and / or arithmetic unit 6 therefore outputs the density, the viscosity and the moisture or the concentration fraction of the trace gas of the gas mixture 2 in the measuring operation S300.
Ferner kann ein Ausheizschritt S400 dem Messbetrieb S300 nachgeschaltet sein oder als Teil des Messbetriebs S300 durchgeführt werden. In dem Ausheizschritt S400 wird die adsorbierende Schicht 5 des beschichtete Kragbalken 4 mittels eines Heizers 7 erhitzt, sodass die adsorbierten Moleküle entfernt werden. Der Ausheizschritt S400 kann optional einen Abgleichschritt S500 umfassen, indem, nach dem ein Sensordrift 13 festgestellt wurde, die Resonanzfrequenz f2 des mit der hygroskopischen Schicht 5 oder dem Absorptionsmittel beschichteten Kragbalkens 4 auf einen Referenzwert angeglichen wird. Dies kann bspw. durch die Auswerte- und/oder Recheneinheit 6 erfolgen. Bezugszeichenliste Furthermore, a heating step S400 can be connected downstream of the measuring operation S300 or can be carried out as part of the measuring operation S300. In the heating step S400, the adsorbing layer 5 of the coated cantilever 4 is heated by means of a heater 7, so that the adsorbed molecules are removed. The heating step S400 can optionally include an adjustment step S500 in that, after a sensor drift 13 has been determined, the resonance frequency f2 of the cantilever beam 4 coated with the hygroscopic layer 5 or the absorbent is adjusted to a reference value. This can be done, for example, by the evaluation and / or computing unit 6. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Vorrichtung 1 device
2 Gasgemisch  2 gas mixture
3 Erster mikromechanisch gefertigter Kragbalken bzw. Cantilever 3 First micromechanically manufactured cantilever or cantilever
4 Zweiter mikromechanisch gefertigter Kragbalken bzw. Cantilever4 Second micromechanically manufactured cantilever or cantilever
5 hygroskopischen Schicht oder Adsorptionsmittel 5 hygroscopic layer or adsorbent
6 Auswerte- und/oder Recheneinheit  6 evaluation and / or computing unit
7 Heizerstruktur  7 heater structure
8 Ausheizvorgang  8 heating process
9 Gehäuse  9 housing
10 Einlass  10 admission
1 1 Auslass 1 1 outlet
12 fluidischer Messkanal 12 fluidic measuring channel
13 Sensordrift  13 sensor drift
14 Offset  14 offset
f1 Erste Resonanzfrequenz f1 First resonance frequency
f2 Zweite Resonanzfrequenz f2 second resonance frequency
S100 Bereitstellen der Kragbalken  S100 Provision of the cantilevers
S200 Kalibrierschritt  S200 calibration step
S300 Messbetrieb  S300 measurement mode
S400 Ausheiz- und ggfl. Abgleichschritt  S400 bakeout and if necessary Setup step
S500 Abgleichschritt  S500 adjustment step

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Bestimmung einer Dichte und/oder einer Viskosität sowie einer Feuchte oder eines Konzentrationsanteils eines Spurengases eines Gasgemisches (2), das sich aus mindesten zwei Komponenten zusammensetzt, aufweisend: 1. Device for determining a density and / or a viscosity as well as a moisture or a concentration fraction of a trace gas of a gas mixture (2), which is composed of at least two components, comprising:
einen ersten mikromechanisch gefertigten Kragbalken (3), der mit einer ersten Resonanzfrequenz (fl ) zum Schwingen angeregt wird und der dem Gasgemisch (2) ausgesetzt ist,  a first micromechanically manufactured cantilever beam (3) which is excited to oscillate at a first resonance frequency (fl) and which is exposed to the gas mixture (2),
einen zweiten mikromechanisch gefertigten Kragbalken (4), der zumindest teilweise mit einer hygroskopischen Schicht (5) zur Aufnahme von  a second micromechanically manufactured cantilever (4) which is at least partially provided with a hygroscopic layer (5) for receiving
Wassermolekülen oder einem Adsorptionsmittel zur Aufnahme von  Water molecules or an adsorbent to absorb
Spurengasmolekülen beschichtet ist und mit einer zweiten Resonanzfrequenz (f2) zum Schwingen angeregt wird, wobei der zweite Kragbalken (4) ebenfalls dem Gasgemisch (2) ausgesetzt ist und der erste und zweite Kragbalken (3, 4) über die erste Resonanzfrequenz (f1 ) oder einer darauf basierenden Größe und die zweite Resonanzfrequenz (f2) oder einer darauf basierenden Größe auf das Gasgemisch, insbesondere im trockenen Zustand, kalibriert sind,  Trace gas molecules is coated and is excited to oscillate at a second resonance frequency (f2), the second cantilever beam (4) also being exposed to the gas mixture (2) and the first and second cantilever beams (3, 4) via the first resonance frequency (f1) or a quantity based thereon and the second resonance frequency (f2) or a quantity based thereon are calibrated to the gas mixture, in particular in the dry state,
eine Auswerte- und/oder Recheneinheit (6), die dazu eingerichtet ist, die Dichte des Gasgemisches im Wesentlichen anhand der ersten Resonanzfrequenz (fl ) und/oder die Viskosität im Wesentlichen anhand der auf der ersten  an evaluation and / or arithmetic unit (6) which is set up to determine the density of the gas mixture essentially on the basis of the first resonance frequency (fl) and / or the viscosity essentially on the basis of that on the first
Resonanzfrequenz (fl ) basierenden Größe, insbesondere eine Schwingungsgüte, zu bestimmen, wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit (6) ferner dazu eingerichtet ist, anhand der ersten Resonanzfrequenz (f1 ) oder der anhand der ersten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte und der zweiten Resonanzfrequenz (f2) oder einer anhand der zweiten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte die Feuchte oder den Konzentrationsanteil des Spurengases zu bestimmen.  To determine the resonance frequency (fl) -based variable, in particular an oscillation quality, the evaluation and / or computing unit (6) being further configured to use the first resonance frequency (f1) or the density determined using the first resonance frequency and the second resonance frequency ( f2) or a density determined on the basis of the second resonance frequency to determine the moisture or the concentration fraction of the trace gas.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit (6) ferner dazu eingerichtet ist, die erste Resonanzfrequenz (f1 ) oder die anhand der ersten Resonanzfrequenz ermittelte Dichte in Relation zu der zweiten Resonanzfrequenz (f2) oder die anhand der zweiten Resonanzfrequenz ermittelte Dichte zu setzen, um die Feuchte oder den Konzentrationsanteil des Spurengases zu bestimmen. 2. Device according to claim 1, wherein the evaluation and / or computing unit (6) is further configured to determine the first resonance frequency (f1) or the density determined on the basis of the first resonance frequency in relation to the second resonance frequency (f2) or on the basis of the second resonance frequency to set density to determine the moisture or the concentration of the trace gas.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit (6) ferner dazu eingerichtet ist, anhand einer relativen zeitlichen Ableitung der zweiten Resonanzfrequenz (f2) oder der anhand der zweiten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte bezogen auf eine zeitliche Ableitung der ersten Resonanzfrequenz (fl) oder der anhand der ersten Resonanzfrequenz ermittelten Dichte die Feuchte oder den 3. Device according to claim 1 or 2, wherein the evaluation and / or arithmetic unit (6) is further configured to use a relative time derivative of the second resonance frequency (f2) or the density determined using the second resonance frequency based on a time derivative of the the first resonance frequency (fl) or the density determined on the basis of the first resonance frequency, the moisture or the
Konzentrationsanteil des Spurengases zu bestimmen. Determine the concentration of the trace gas.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit (6) ferner dazu eingerichtet ist, anhand einer Differenzbildung, in die die erste Resonanzfrequenz (fl ) oder die anhand der ersten Resonanzfrequenz (fl ) ermittelte Dichte und die zweite Resonanzfrequenz (f2) oder die anhand der zweiten Resonanzfrequenz (f2) ermittelte Dichte eingeht, die Feuchte oder den Konzentrationsanteil des Spurengases zu bestimmen. 4. The device according to one or more of the preceding claims, wherein the evaluation and / or arithmetic unit (6) is further configured, based on a difference, into which the first resonance frequency (fl) or the density determined on the basis of the first resonance frequency (fl) and the second resonance frequency (f2) or the density determined on the basis of the second resonance frequency (f2) is used to determine the moisture or the concentration fraction of the trace gas.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die hygroskopische Schicht (5) ein Hydrogel, ein Zeolith oder ein Silikagel aufweist. 5. The device according to one or more of the preceding claims, wherein the hygroscopic layer (5) comprises a hydrogel, a zeolite or a silica gel.
6. Vorrichtung nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Heizerstruktur (7), die dazu eingerichtet ist, die hygroskopische Schicht (5) oder das Adsorptionsmittel in mindestens einem Ausheizvorgang (8) zu erhitzen, sodass die Wassermoleküle aus der hygroskopischen Schicht (5) oder Moleküle des Spurengases aus dem Adsorptionsmittel entfernt werden. 6. The device according to one or more of the preceding claims, further comprising a heater structure (7) which is set up to heat the hygroscopic layer (5) or the adsorbent in at least one heating process (8), so that the water molecules from the hygroscopic layer (5) or molecules of the trace gas are removed from the adsorbent.
7. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit (6) ferner dazu eingerichtet ist, nach Durchführung des mindestens einen Ausheizvorgangs (8) einen Sensordrift (13) des zweiten Kragbalkens (4) festzustellen. 7. The device according to the preceding claim, wherein the evaluation and / or computing unit (6) is further configured to determine a sensor drift (13) of the second cantilever beam (4) after the at least one heating process (8).
8. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auswerte- und/oder Recheneinheit (6) ferner dazu eingerichtet ist, beim Feststellen des Sensordrifts (13) eine Kompensation bzw. einen Abgleich des zweiten Kragbalkens (4) durchzuführen. 8. The device according to the preceding claim, wherein the evaluation and / or computing unit (6) is further configured to carry out a compensation or an adjustment of the second cantilever (4) when the sensor drift (13) is detected.
9. Vorrichtung nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Gehäuse (9) mit einem Einlass (10) zum Einführen des Gasgemisches (2) und einem Auslass (1 1 ) zum Auslassen des Gasgemisches (2), wobei der Einlass (10) und der Auslass (1 1 ) über zumindest einen fluidischen Messkanal (12) miteinander verbunden sind, und zumindest einer, vorzugsweise beide, der Kragbalken in dem zumindest einen fluidischen Messkanal, vorzugsweise nebeneinander, angeordnet sind. 9. The device according to one or more of the preceding claims, further comprising a housing (9) with an inlet (10) for introducing the gas mixture (2) and an outlet (11) for discharging the gas mixture (2), the inlet ( 10) and the outlet (11) are connected to one another via at least one fluidic measuring channel (12), and at least one, preferably both, of the cantilever beams are arranged in the at least one fluidic measuring channel, preferably next to one another.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kragbalken (3) keine hygroskopische Schicht, insbesondere keine Beschichtung, aufweist. 10. The device according to one or more of the preceding claims, wherein the first cantilever (3) has no hygroscopic layer, in particular no coating.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Adsorptionsmittel ein Molekularsieb, insbesondere ein Zeolith, ein mesoporöses Silikat, ein Silikagel, eine Aktivkohle und/oder ein organisches Polymer, insbesondere ein Hydrogel aufweist. 11. The device according to one or more of the preceding claims, wherein the adsorbent comprises a molecular sieve, in particular a zeolite, a mesoporous silicate, a silica gel, an activated carbon and / or an organic polymer, in particular a hydrogel.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Spurengas einen Molanteil von kleiner 1000 ppm, bevorzugt kleiner 500 ppm, ganz besonders bevorzugt kleiner 100 ppm aufweist. 12. The device according to one or more of the preceding claims, wherein the trace gas has a molar fraction of less than 1000 ppm, preferably less than 500 ppm, very particularly preferably less than 100 ppm.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das13. The device according to one or more of the preceding claims, wherein the
Spurengas Wasser, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Schwefeldioxyd, Kohlendioxyd, Ozon oder eine flüchtige organische Verbindung wie beispielsweise Trace gas water, hydrogen sulfide, ammonia, sulfur dioxide, carbon dioxide, ozone or a volatile organic compound such as
Chlorkohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan, Hexane oder Alkohole wie beispielsweise Ethanol, Methanol, Isopropanol, Toluol aufweist. Chlorinated hydrocarbons, hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, pentane, hexanes or alcohols such as ethanol, methanol, isopropanol, toluene.
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Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4312788C2 (en) * 1993-04-20 2000-09-14 Univ Dresden Tech Humidity sensor
DE102010028475A1 (en) * 2010-05-03 2011-11-03 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method and device for determining the flow properties of a medium in a pipeline
US20130333467A1 (en) * 2012-06-19 2013-12-19 Waters Technologies Corporation Measuring Fluid Density
DE102015117468A1 (en) * 2015-10-14 2017-04-20 Endress+Hauser Flowtec Ag A method for determining properties of a hydrocarbon-containing gas mixture and apparatus therefor
DE102015121621B4 (en) * 2015-12-11 2018-03-01 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Device for the safe determination and / or monitoring of a process variable
DE102016124910A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-21 Endress+Hauser Flowtec Ag Gas analyzer and gas analyzer

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANASTASIOS BADARLIS ET AL: "Measurement and Evaluation of the Gas Density and Viscosity of Pure Gases and Mixtures Using a Micro-Cantilever Beam", SENSORS, vol. 15, no. 9, 22 September 2015 (2015-09-22), pages 24318 - 24342, XP055510006, DOI: 10.3390/s150924318 *
BOUDJIET M T ET AL: "Geometry optimization of uncoated silicon microcantilever-based gas density sensors", SENSORS AND ACTUATORS B: CHEMICAL, ELSEVIER BV, NL, vol. 208, 21 November 2014 (2014-11-21), pages 600 - 607, XP029109489, ISSN: 0925-4005, DOI: 10.1016/J.SNB.2014.11.067 *
FENG LU ET AL: "Investigation of the mechanical bending and frequency shift induced by adsorption and temperature using micro- and nanocantilever sensors", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, US, vol. 112, no. 1, 1 July 2012 (2012-07-01), pages 13501 - 13501, XP012166014, ISSN: 0021-8979, [retrieved on 20120702], DOI: 10.1063/1.4730917 *
NAELI KIANOUSH ET AL: "Cancellation of environmental effects in resonant mass sensors based on resonance mode and effective mass", REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, AIP, MELVILLE, NY, US, vol. 80, no. 6, 5 June 2009 (2009-06-05), pages 63903 - 63903, XP012128342, ISSN: 0034-6748, DOI: 10.1063/1.3143567 *
SANG-JIN KIM ET AL: "Mass Detection Using Capacitive Resonant Silicon Sensor", SENSORS, 2006. 5TH IEEE CONFERENCE ON, IEEE, PI, 22 October 2006 (2006-10-22), pages 1285 - 1288, XP032024940, ISBN: 978-1-4244-0375-2, DOI: 10.1109/ICSENS.2007.355864 *
THUNDAT T ET AL: "VAPOR DETECTION USING RESONATING MICROCANTILEVERS", ANALYTICAL CHEMISTRY, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, US, vol. 67, no. 3, 1 February 1995 (1995-02-01), pages 519 - 521, XP000497359, ISSN: 0003-2700, DOI: 10.1021/AC00099A006 *

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