Keramische Gassensoren: Grundlagen, Aufbau, Anwendung
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| Veröffentlicht: |
Berlin
Akad.-Verl.
1993
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HELMUT ULLMANN KERAMISCHE GASSENSOREN GRUNDLAGEN - AUFBAU - ANWENDUNG
AKADEMIE VERLAG INHALTSVERZEICHNIS SEITE 1 EINLEITUNG 11 1.1 CHEMISCHE
SENSOREN - PRINZIPIEN UND EINSATZGEBIETE 11 1.2 SENSORWERKSTOFFE 12 1.3
SENSOREN ALS BESTANDTEILE VON MESSSYSTEMEN 13 LITERATUR 16 2 GRUNDLAGEN
DER GAS-FESTKOERPER-WECHSELWIRKUNG 17 2.1 GAS-FESTKOERPERWECHSELWIRKUNG
UND SIGNALBILDUNG 17 2.1.1 PHAENOMENOLOGISCHE BETRACHTUNG 18 2.1.2
QUALITAETSPARAMETER DES SENSORSIGNALS 19 2.1.3 THERMODYNAMIK VON SENSOREN
19 2.2 GLEICHGEWICHTE UND KINETIK DER GAS-FESTKOERPER- 22 WECHSELWIRKUNG
2.2.1 REAKTION 22 2.2.2 DIFFUSION 24 2.2.3 SORPTION 26 2.3 DIE ROLLE VON
KATALYSATOREN BEI DER GAS-FESTKOERPERREAKTION 28 2.3.1 REDOX-REAKTIONEN
AN SENSOROBERFLAECHEN 28 2.3.2 WIRKMECHANISMEN DER KATALYSATOREN 29 2.4
LADUNGSTRANSPORT IN KERAMISCHEN SENSORMATERIALIEN 3 0 2.4.1
TEMPERATURABHAENGIGKEIT 31 2.4.2 PO 2 -ABHAENGIGKEIT DER LEITFAEHIGKEIT VON
OXIDEN 32 2.4.3 IONENLEITUNG 33 2.4.4 HALBLEITUNG 37 2.4.5 LEITFAEHIGKEIT
VON ADSORPTIONSSCHICHTEN 38 2.5 ELEKTRODENPROZESSE AN KERAMISCHEN
GASSENSOREN 38 2.5.1 ELEKTRODEN AUF FESTEN IONENLEITERN 4 0 2.5.2
METALLELEKTRODEN AUF OXIDHALBLEITERN 4 3 2.5.3 ELEKTRODEN AUF
ISOLATOROBERFLAECHEN 45 2.5.4 THERMOELEKTRISCHE EFFEKTE AN GASSENSOREN 45
2.6 MORPHOLOGISCHE, MECHANISCHE UND CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN DER
FUNKTIONSMATERIALIEN 46 2.6.1 MORPHOLOGIE UND SENSOREIGENSCHAFTEN 46
2.6.2 THERMISCH-MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 47 2.6.3 CHEMISCH-THERMISCHE
EIGENSCHAFTEN VON SENSORWERKSTOFFEN 49 LITERATUR 51 8 INHALTSVERZEICHNIS
3 MATERIALIEN FUER KERAMISCHE GASSENSOREN 54 3.1 FESTE IONENLEITER 55
3.1.1 OXIDIONENLEITER 55 3.1.2 PROTONENLEITER 67 3.1.3
HALOGENIDIONENLEITER 69 3.1.4 KATIONENLEITER 71 3.1.5 NITRIDE UND
SULFIDE ALS IONENLEITER 72 3.2 OXIDHALBLEITER 74 3.3 MATERIALIEN FUER
KATALYTISCHE GASSENSOREN 78 3.4 MATERIALIEN FUER FEUCHTESENSOREN 80 3.5
ELEKTRODENMATERIALIEN 81 3.5.1 METALLE 81 3.5.2
IONEN/ELEKTRONEN-MISCHLEITER 82 3.5.3 METALL/METALLOXIDGEMISCHE UND
CERMETS 84 LITERATUR 85 4 AUFBAU UND FUNKTION VON KERAMISCHEN
GASSENSOREN 93 4.1 FESTELEKTROLYTSENSOREN 93 4.1.1 ENTWICKLUNGSSTAND UND
TENDENZEN 93 4.1.2 MESSPRINZIPIEN 94 4.1.3 AUFBAU VON
FESTELEKTROLYTSENSOREN UND -MESSSYSTEMEN 98 4.2
METALLOXID-HALBLEITERSENSOREN 99 4.2.1 ENTWICKLUNGSSTAND UND TENDENZEN
99 4.2.2 FUNKTIONSPRINZIP VON OXIDHALBLEITERSENSOREN 100 4.2.3 AUFBAU
VON OXIDHALBLEITER-GASSENSOREN 101 4.3 FEUCHTESENSOREN 104 4.3.1
ENTWICKLUNGSSTAND UND TENDENZEN 104 4.3.2 PRINZIPIEN UND AUFBAU VON
FESTKOERPER-FEUCHTESENSOREN 104 4.4 WEITERE PRINZIPIEN VON KERAMISCHEN
GASSENSOREN 106 4.4.1 SAW-SENSOREN 107 4.4.2 FASEROPTISCHE SENSOREN 108
4.4.3 GASSENSOREN NACH DEM PRINZIP DER FELDEFFEKT-TRANSISTOREN 108 4.4.4
POLYMERSENSOREN 109 4.5 MULTI-SENSOREN, SENSOR-ARRAYS 110 4.6
TECHNOLOGIEN ZUM AUFBAU VON KERAMISCHEN GASSENSOREN 111 4.6.1
ALLGEMEINER ENTWICKLUNGSSTAND 111 4.6.2 SINTERTECHNIK 114 4.6.3
DICKFILMTECHNIKEN 115 4.6.4 DUENNFILMTECHNIKEN 117 4.6.5 VERFAHREN ZUR
STRUKTURIERUNG UND BEARBEITUNG VON KERAMIKOBERFLAECHEN 121 LITERATUR 123
INHALTSVERZEICHNIS S 5 ANWENDUNGEN KERAMISCHER GASSENSOREN 12 6 5.1
SAUERSTOFFMESSUNG IN GASEN 127 5.1.1 BRENNGAS/LUFT-VERHAELTNISMESSUNG 131
5.1.2 SAUERSTOFFMESSUNG IN REAKTIONSGASEN 132 5.1.3 LAMBDA-MESSUNG IN
KFZ-ABGASEN 133 5.2 AKTIVITAETSKONTROLLE NICHTMETALLISCHER
VERUNREINIGUNGEN IN SCHMELZEN 135 5.2.1 SAUERSTOFFAKTIVITAETSMESSUNG 135
5.2.2 AKTIVITAETSBESTIMMUNG WEITERER NICHTMETALLE 145 5.3 KONTROLLE VON
NICHTMETALLEN IN FESTEN MATERIALIEN 145 5.3.1
FESTELEKTROLYT-POTENTIOMETRIE AN FESTEN STOFFEN 146 5.3.2
FESTELEKTROLYT-COULOMETRIE AN FESTEN STOFFEN 150 5.4 NACHWEIS BRENNBARER
UND GIFTIGER GASE 155 5.4.1 EMISSIONEN - QUELLEN UND GRENZWERTE 155
5.4.2 IMMISSIONEN, GRENZWERTE UND SCHADSTOFFMESSUNGEN 158 5.4.3 MESSUNG
BRENNBARER GASE UND KONTROLLE EXPLOSIBLER GASGEMISCHE 160 5.4.4 MESSUNG
TOXISCHER GASE UND DAEMPFE 163 5.5 FEUCHTEMESSUNG 166 5.5.1
ANWENDUNGSBEREICHE 166 5.5.2 EINSATZ BESTIMMTER TYPEN VON
FEUCHTESENSOREN 167 LITERATUR 169 VERZEICHNIS DER VERWENDETEN SYMBOLE
175 SACHWORTVERZEICHNIS 177 ANHANG 1 - MAXIMALE
ARBEITSPLATZKONZENTRATIONEN (MAK) UND EMISSIONSGRENZWERTE DER TA LUFT
182 2 - EXPLOSIONSGRENZEN BRENNBARER GASE IN LUFT 183 3 -
DIFFUSIONSKOEFFIZIENTEN D Q IN GASEN BEI T Q = 273 K 184 |
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