AT528342A1

AT528342A1 - Sensoranordnung zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases und Verfahren hierzu

Info

Publication number: AT528342A1
Application number: ATA50482/2024A
Authority: AT
Original assignee: Mat Center Leoben Forschung Gmbh
Priority date: 2024-06-13
Filing date: 2024-06-13
Publication date: 2025-12-15
Also published as: WO2025255592A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (1) zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases, wobei die Sensoranordnung (1) einen Messsensor (2), aufweisend zur Gasdetektion ein Metalloxidmaterial, umfasst. Um eine hohe Einsatzfähigkeit zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Sensoranordnung (1) einen Referenzsensor (3), aufweisend zur Gasdetektion ein Metalloxidmaterial, welches eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung wie das Metalloxidmaterial des Messsensors (2) aufweist, umfasst, wobei das Metalloxidmaterial des Messsensors (2) mit Nanopartikeln (5) funktionalisiert ist, sodass der Messsensor (2) eine geänderte Sensitivität gegenüber dem Zielgas aufweist, um durch Differenzmessung des Messsensors (2) und des Referenzsensors (3) ein Driftverhalten des Messsensors (2) zumindest teilweise zu kompensieren. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases mit einer Sensoranordnung (1).

Description

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Beschreibung

SENSORANORDNUNG ZUR BESTIMMUNG EINER KONZENTRATION EINES ZIELGASES UND VERFAHREN HIERZU

[0001] Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases, wobei die Sensoranordnung einen Messsensor, aufweisend zur Gasdetektion ein Metalloxidmaterial, umfasst.

[0002] Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases mit einer Sensoranordnung.

[0003] Es ist bekannt zur Charakterisierung eines Gasgemisches einen Multigassensor, aufweisend mehrere einzelne Messsensoren, einzusetzen, wobei unterschiedliche der Messsensoren zur Detektion von unterschiedlichen Zielgasen des Gasgemisches ausgebildet sind. Zur Gasdetektion kann der jeweilige Messsensor ein Metalloxidmaterial aufweisen, wobei eine Zusammensetzung des jeweiligen Metalloxids üblicherweise derart gewählt ist, dass sich bei Beaufschlagung des Metalloxids mit dem jeweiligen Zielgas ein elektrischer Widerstand des Metalloxids ändert, um durch Messung des elektrischen Widerstands das Zielgas zu detektieren. Üblicherweise ist das jeweilige Metalloxidmaterial in Form einer porösen Metalloxidschicht umgesetzt, um eine große Interaktionsfläche zur Interaktion mit dem jeweiligen Zielgas zu generieren.

[0004] Die Messsensoren weisen in der Regel ein Driftverhalten, verursacht durch Änderungen einer Umgebungsatmosphäre, beispielsweise einer Luftfeuchtigkeit der Umgebungsatmosphäre, welche auf die Messsensoren wirkt, und strukturellen Änderungen der Metalloxidmaterialien, beispielsweise einer Änderung einer kristallinen Struktur der Metalloxidmaterialien, auf. Der jeweilige Messsensor weist dadurch üblicherweise ein sich mit der Zeit änderndes elektrisches Widerstandsverhalten auf, sodass eine Messverlässlichkeit und Messgenauigkeit, insbesondere bei wechselnden Umgebungsbedingungen und/oder über längere Zeiträume, beeinträchtigt wird. Dies gilt besonders für den Multigassensor, welcher mehrere solche Messsensoren kombiniert verwendet, sodass sich Messunsicherheiten der Messsensoren kumulieren und eine Messfähigkeit des Multigassensor beeinträchtigen.

[0005] Um das Driftverhalten zu mildern, werden üblicherweise Kalibrierkurven, welche unter definierten Laborbedingungen gemessen wurden, verwendet, um mit den Messsensoren ermittelten Messsignale mit den Kalibrierkurven mathematisch anzupassen, beispielsweise mit einer Mikroprozessoreinheit des Multigassensors. Der Multigassensor weist meist einen Luftfeuchtesensor auf, um die Kalibrierkurven mit den Messsignalen zu korrelieren. Dadurch kann das Driftverhalten meist zumindest in limitierten Anwendungsbereichen auf ein praktikables Maß reduziert werden. Multigassensoren weisen jedoch in der Regel eine große Messunsicherheit, insbesondere bei Langzeiteinsätzen auf.

[0006] Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art anzugeben, welche eine hohe Einsatzfähigkeit, insbesondere bei wechselnden Umgebungsbedingungen, aufweist.

[0007] Weiter ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine hohe Einsatzfähigkeit, insbesondere bei wechselnden Umgebungsbedingungen, aufweist.

[0008] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Sensoranordnung der eingangs genannten Art die Sensoranordnung einen Referenzsensor, aufweisend zur Gasdetektion ein Metalloxidmaterial, welches eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung wie das Metalloxidmaterial des Messsensors aufweist, umfasst, wobei das Metalloxidmaterial des Messsensors mit Nanopartikeln funktionalisiert ist, sodass der Messsensor eine geänderte Sensitivität gegenüber dem Zielgas aufweist, um durch Differenzmessung des Messsensors und des Referenzsensors ein Driftverhalten des Messsensors zumindest teilweise zu kompensieren.

[0009] Hintergrund der Erfindung ist die Erkenntnis, dass im besonderen Fall einer Umsetzung eines Sensors zur Gasdetektion mit Metalloxidmaterial, welches mit Nanopartikeln funktionalisiert

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ist, wobei üblicherweise die Nanopartikel auf eine Oberfläche des Metalloxidmaterials aufgebracht sind, das Metalloxidmaterial und die Nanopartikel in Bezug auf ein Driftverhalten des Sensors als separate Beitragsfaktoren betrachtet werden können, wobei in der Regel aufgrund von im Vergleich zum Metalloxidmaterial sehr geringen Massen der Nanopartikel der Beitragsfaktor der Nanopartikel vernachlässigt werden kann. Basierend auf dieser Erkenntnis entstand die Idee, einen Messaufbau derart konstruktiv zu gestalten, dass eine durch die Nanopartikel bewirkte Sensitivität gegenüber einem Zielgas vom Driftverhalten, welches im Wesentlichen durch das Metalloxidmaterial bestimmt wird, abgesondert wird. Dies kann erreicht werden, indem zwei mit Metalloxidmaterial gebildete Sensoren zur Gasdetektion miteinander kombiniert werden, wobei die Metalloxidmaterialien der beiden Sensoren eine gleiche Zusammensetzung aufweisen und bei einem der Sensoren das Metalloxid mit Nanopartikeln funktionalisiert ist, um eine Sensitivität gegenüber einem Zielgas im Vergleich zum anderen Sensor zu ändern. Wenn weiter die beiden Messsensoren in Form einer Differenzmessung bzw. eines Differenzmesssystems gekoppelt sind, also eine Subtraktion von Messsignalen der Sensoren erfolgt, ist erreichbar, dass ein Differenzsignal der Messsignale von durch die Metalloxidmaterialien verursachten Beitragsfaktoren zum Driftverhalten, welche bei beiden Sensoren aufgrund der gleichen Zusammensetzung der Metalloxidmaterialien gleich sind, bereinigt ist. Auf diese Weise kann das Driftverhalten in hohem Maße, insbesondere im Wesentlichen gänzlich, kompensiert werden. Zweckmäßig kann der Sensor, dessen Metalloxid mit Nanopartikeln funktionalisiert ist, sodass dieser eine geänderte Sensitivität gegenüber dem Zielgas im Vergleich zum anderen Sensor aufweist, als Messsensor und der andere Sensor als Referenzsensor bezeichnet werden.

[0010] Indem das Metalloxidmaterial des Messsensors und das Metalloxidmaterial des Referenzsensors eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung aufweisen, weisen der Messsensor und der Referenzsensor in der Regel ein gleiches durch das Metalloxidmaterial verursachtes Driftverhalten auf, insbesondere bei gleichen auf den Messsensor und Referenzsensor wirkenden Umgebungsbedingungen. Mit der Differenzmessung des Messsensors und des Referenzsensors kann das Driftverhalten zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen gänzlich, kompensiert werden. Die Differenzmessung ist üblicherweise mit einer Differenzbildung eines Messsignals des Messsensors und eines Messsignals des Referenzsensors umgesetzt. Der Messsensor und der Referenzsensor können zur Durchführung der Differenzmessung miteinander gekoppelt sein. Der Messsensor und der Referenzsensor können Teile eines Differenzmesssystems der Sensoranordnung sein, um mit dem Differenzmesssystem die Differenzmessung durchzuführen. Das Messsignal des Messsensors und das Messsignal des Referenzsensors korrespondieren üblicherweise zu zeitgleichen Messungen des Messsensors und des Referenzsensors. Zur Messung, insbesondere Bestimmung einer Konzentration des Zielgases, werden der Messsensor und der Referenzsensor üblicherweise mit dem gleichen Gas, insbesondere Gasgemisch, beaufschlagt. Das Zielgas kann das Gas oder ein Teil des Gasgemisches sein. Der Messsensor kann ein Detektionselement, welches mit dem Metalloxidmaterial und den Nanopartikeln des Messsensors gebildet ist, aufweisen. Der Referenzsensor kann ein Detektionselement, welches mit dem Metalloxidmaterial des Referenzsensors gebildet ist, aufweisen. Durch die Funktionalisierung des Messsensors mit den Nanopartikeln weist üblicherweise der Messsensor, insbesondere dessen Detektionselement, eine geänderte Sensitivität gegenüber dem Zielgas im Vergleich zum Referenzsensor, insbesondere dessen Detektionselement, auf. Die Sensitivität kann dabei erhöht oder erniedrigt sein. Das Messsignal des Messsensors repräsentiert üblicherweise einen elektrischen Widerstand des Messsensors, insbesondere dessen Detektionselements. Das Messsignal des Referenzsensors repräsentiert üblicherweise einen elektrischen Widerstand des Referenzsensors, insbesondere dessen Detektionselements. Das Driftverhalten des Messsensors ist üblicherweise ein Driftverhalten des Messsignals, insbesondere des elektrischen Widerstands, des Messsensors. Dies gilt üblicherweise analog für den Referenzsensor. Das Driftverhalten kann sich auf eine Abhängigkeit des Messsignals des Messsensors von Umgebungsbedingungen, insbesondere einer Luftfeuchtigkeit, und einer Einsatzzeit des Messsensors, bei üblicherweise gleicher Gaszusammensetzung, insbesondere gleicher Konzentration des Zielgases, beziehen.

[0011] Von Vorteil ist es, wenn das Metalloxidmaterial des Messsensors und/oder das Metalloxidmaterial des Referenzsensors jeweils eine Metalloxidschicht ist und/oder mit Nanofasern gebildet

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ist. Die Metalloxidschicht ist üblicherweise eine Dünnschicht. Das Metalloxidmaterial kann eine geschlossene Metalloxidschicht sein, wobei üblicherweise eine Oberfläche der Metalloxidschicht geschlossen ist. Das Metalloxidmaterial kann eine im Wesentlichen nicht-poröse Struktur bilden. Günstig ist es, wenn das Metalloxidmaterial des Messsensors und das Metalloxidmaterial des Referenzsensors eine im Wesentlichen gleiche Größe und/oder im Wesentlichen gleiche Gestalt aufweisen. Auf diese Weise kann eine hohe Effizienz der Kompensation des Driftverhaltens erreicht werden. Eine durchschnittliche Dicke der Metalloxidschicht kann kleiner als 10 um, insbesondere kleiner als 5 um, vorzugsweise kleiner als 1 um, insbesondere bevorzugt kleiner als 0,5 um, sein.

[0012] Günstig ist es, wenn die Nanopartikel in einem Oberflächenbereich, insbesondere auf einer Oberfläche, des Metalloxidmaterials, insbesondere der Metalloxidschicht, des Messsensors angeordnet sind, um das Metalloxidmaterial des Messsensors zu funktionalisieren, insbesondere zu sensibilisieren. Damit kann eine große Genauigkeit der Konzentrationsbestimmung bei gleichzeitiger effizienter Driftkompensationsmöglichkeit erreicht werden. Durch die Funktionalisierung, insbesondere Sensibilisierung, des Metalloxidmaterials mit den Nanopartikeln kann eine Sensitivität des Metalloxidmaterials gegenüber dem Zielgas geändert, insbesondere erhöht oder verringert, sein. Insbesondere kann die Sensitivität in Bezug auf die bzw. relativ zur Sensitivität des Referenzsensors, insbesondere dessen Detektionselement und/oder dessen Metalloxidmaterial, geändert, insbesondere erhöht oder verringert, sein. Der Oberflächenbereich des Metalloxidmaterials ist üblicherweise in Abgrenzung zu einem Bulkbereich des Metalloxids zu verstehen, wobei üblicherweise der Bulkbereich mehr als 90 %, insbesondere mehr als 95 %, einer Masse des Metalloxids umfasst. Der Bulkbereich wird üblicherweise vom Oberflächenbereich umhüllt. In der Regel ist die überwiegende Massenmehrheit, insbesondere mehr als 75 m%, bevorzugt mehr als 90 m%, insbesondere bevorzugt mehr als 99 m%, der Nanopartikel des Messsensors im Oberflächenbereich, insbesondere auf der Oberfläche, des Metalloxids angeordnet. Dies bezieht sich insbesondere auf jene Nanopartikel, welche die Funktionalisierung bzw. die Änderung der Sensitivität gegenüber dem Zielgas bewirken. Vorgenannte Anteile der Nanopartikel beziehen sich insbesondere auf Massenprozent (m%) der Nanopartikel. Die Nanopartikel können mit einem Beschichtungsverfahren, insbesondere mit chemischer Gasabscheidung, und/oder einem Druckverfahren durch Aufdrucken der Nanopartikel auf das Metalloxidmaterial des Messsensors aufgebracht sein.

[0013] Für eine hohe Effizienz der Gasdetektion ist es günstig, wenn das Metalloxidmaterial des Messsensors und/oder das Metalloxidmaterial des Referenzsensors zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, vorzugsweise im Wesentlichen, aus Zinnoxid, insbesondere SnO-,, oder Kupferoxid, insbesondere CuO, oder Zinkoxid, insbesondere ZnO, gebildet ist. Das Metalloxidmaterial kann zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, vorzugsweise im Wesentlichen, aus dem Zinnoxid und dem Zinkoxid und im Besonderen dem Kupferoxid gebildet sein. Das Metalloxidmaterial kann dotiert sein. Beispielsweise kann das Zinnoxid und/oder Zinkoxid n-dotiert sein. Beispielsweise kann das Zinkoxid p- dotiert sein. Das jeweilige Detektionselement, insbesondere jeweilige Metalloxidmaterial, des Messsensors und des Referenzsensors sind üblicherweise gassensitiv, sodass sich ein elektrischer Widerstand des Detektionselementes, insbesondere Metalloxidmaterials, abhängig von einer Gaszusammensetzung und/oder Gaskonzentration eines auf das Detektionselement, insbesondere Metalloxid, wirkenden Gases, insbesondere Gasgemisches, ändert.

[0014] Um das Driftverhalten effizient zu kompensieren, ist es günstig, wenn der Messsensor und der Referenzsensor derart angeordnet sind, dass diese im Einsatz möglichst gleichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Der Messsensor und der Referenzsensor können, üblicherweise beabstandet voneinander, nebeneinander angeordnet sein. Günstig ist es, wenn ein durchschnittlicher Abstand zwischen dem Messsensor und dem Referenzsensor kleiner als ein 5-Faches, insbesondere kleiner als ein 3-Faches, eines durchschnittlichen Längsdurchmessers des Messsensors, insbesondere dessen Metalloxidmaterials, ist. Vorzugsweise ist der durchschnittliche Abstand kleiner als der durchschnittliche Längsdurchmesser des Messsensors, insbesondere dessen Metalloxidmaterials. Der Abstand kann sich auf einen Zwischenbereich der Senso-

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ranordnung zwischen dem Messsensor und dem Referenzsensor beziehen, insbesondere durch den Zwischenbereich gebildet sein. Insbesondere gilt die beabstandete Anordnung für das Metalloxidmaterial des Messsensors und das Metalloxidmaterial des Referenzsensors. Der Messsensor und der Referenzsensor können einander kontaktierend nebeneinander angeordnet sein, wobei die Detektionselemente des Messsensors und des Referenzsensors üblicherweise voneinander elektrisch isoliert sind, beispielsweise mit einem Isolationselement der Sensoranordnung. Der Messsensor und der Referenzsensor können als Teil eines integrierten Schaltkreises der Sensoranordnung, insbesondere auf einer gemeinsamen Basis des integrierten Schaltkreises, angeordnet sein.

[0015] Günstig ist es, wenn die Sensoranordnung eine Temperierungseinrichtung, insbesondere Mikro-Temperierungsplatte, aufweist, um den Messsensor und den Referenzsensor mit der Temperierungseinrichtung gesteuert zu temperieren, insbesondere zu heizen und/oder zu kühlen. Dies ermöglicht es, eine Umgebungstemperatur für den Messsensor und den Referenzsensor kontrolliert einzustellen, um die Driftkompensation mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Die Temperierungseinrichtung kann mit einer Heizeinrichtung zum Heizen und/oder mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Messsensors und Referenzsensors umgesetzt sein. Die Temperierungseinrichtung kann ausgebildet sein, den Messsensor und den Referenzsensor auf eine vorgegebene Temperatur zu bringen und/oder zeitgleich mit einem gleichen, insbesondere vorgegebenen, Temperierungsprogramm zu temperieren, insbesondere zu heizen und/oder zu kühlen. Günstig ist es, wenn der Messsensor und der Referenzsensor auf einer Mikro-Temperierungsplatte, insbesondere einer Mikro-Heizplatte, der Sensoranordnung angeordnet sind, um den Messsensor und den Referenzsensor mit der Mikro-Temperierungsplatte zu temperieren, insbesondere zu heizen und/oder zu kühlen. Die Temperierungseinrichtung kann die Mikro-Temperierungsplatte aufweisen, insbesondere sein. Bevorzugt ist es, wenn der Messsensor und der Referenzsensor auf einer gemeinsamen bzw. derselben Mikro-Temperierungsplatte, insbesondere einer gemeinsamen Mikro-Heizplatte, der Sensoranordnung angeordnet sind. Der Messsensor und der Referenzsensor können, insbesondere entlang der Mikro-Temperierungsplatte, nebeneinander auf der Mikro-Temperierungsplatte angeordnet sein. Der Messsensor und der Referenzsensor sind üblicherweise in einem Zentrumsbereich der Mikro-Temperierungsplatte angeordnet. Von Vorteil ist es, wenn in Draufsicht auf die Mikro-Temperierungsplatte eine Fläche der MikroTemperierungsplatte zumindest ein 2-Faches, insbesondere 3-Faches, einer Summe der Flächen der Metalloxidmaterialien des Messsensors und Referenzsensors ist. Draufsicht bezeichnet üblicherweise eine Sicht orthogonal auf die Mikro-Temperierungsplatte, insbesondere deren Längsrichtung und Breitenrichtung. Üblicherweise sind eine Länge und eine Breite der Mikro-Temperierungsplatte jeweils größer als eine Höhe der Mikro-Temperierungsplatte. Die Mikro-Temperierungsplatte kann eine Widerstandsheizung und/oder Peltier-Heizung aufweisen, um die MikroTemperierungsplatte zu heizen. Die Mikro-Temperierungsplatte kann eine Peltier-Kühlung aufweisen, um die Mikro-Temperierungsplatte zu kühlen. Die Anordnung und/oder Temperierung des Messsensors und des Referenzsensors gilt im Besonderen für deren jeweiliges Metalloxidmaterial.

[0016] Für eine praktikable Umsetzung weist in der Regel die Sensoranordnung eine Widerstandsmesseinrichtung zur Messung eines elektrischen Widerstands des Messsensors, insbesondere dessen Detektionselements, und eines elektrischen Widerstands des Referenzsensors, insbesondere dessen Detektionselements, auf, um mit den gemessenen elektrischen Widerständen die Messsignale des Messsensors und des Referenzsensors zu bilden. Die Widerstandsmesseinrichtung kann mit einer ersten Widerstandsdetektionseinrichtung zur Messung des elektrischen Widerstands des Messsensors und einer zweiten Widerstandsdetektionseinrichtung zur Messung des elektrischen Widerstands des Referenzsensors umgesetzt sein. Die erste Widerstandsdetektionseinrichtung kann Teil des Messsensors sein. Die zweite Widerstandsdetektionseinrichtung kann Teil des Referenzsensors sein. Die Widerstandsmesseinrichtung kann Teil des Differenzmesssystems sein.

[0017] Um eine effiziente Driftkompensation durchzuführen, ist es günstig, wenn die Sensoranordnung zur Differenzmessung eine Differenzerzeugungseinrichtung aufweist, um eine Differenz

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der Messsignale des Messsensors und der Messsignale des Referenzsensors zu bilden. Die Differenz ist üblicherweise ein Differenzsignal. Das Differenzsignal korrespondiert üblicherweise zu einer mit der Sensoranordnung gemessenen Konzentration des Zielgases. Die Differenzerzeugungseinrichtung kann eine elektrische Differenzschaltung und/oder ein Mikroprozessor sein, um mit der elektrischen Schaltung und/oder computerimplementiert mit dem Mikroprozessor die Differenz zu bilden. Die Differenzerzeugungseinrichtung kann Teil des Differenzmesssystems sein.

[0018] Der Messsensor und der Referenzsensor weisen üblicherweise jeweils elektrische Ansteuerleitungen auf, um den Messsensor und den Referenzsensor jeweils über die Ansteuerleitungen zu steuern, insbesondere einen jeweiligen elektrischen Widerstand zu messen bzw. ein jeweiliges Messsignal über die Ansteuerleitungen zu übertragen, insbesondere auszulesen. Die Sensoranordnung kann eine, insbesondere elektronische, Steuereinrichtung aufweisen, um die Sensoranordnung, insbesondere deren Betrieb, zu steuern. Die Steuereinrichtung kann signalleitend, insbesondere über die Ansteuerleitungen, mit dem Messsensor und dem Referenzsensor verbunden sein, um diese zu steuern, insbesondere Messsignale vom Messsensor und Referenzsensor über die Ansteuerleitungen an die Steuereinrichtung zu übertragen. Die Steuereinrichtung kann einen Mikroprozessor zur Durchführung der Steuerung aufweisen. Die Steuereinrichtung kann die Differenzerzeugungseinrichtung und/oder Widerstandsmesseinrichtung aufweisen. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, die Temperierungseinrichtungen, die Widerstandsmesseinrichtungen und/oder die Differenzerzeugungseinrichtungen der Sensoranordnungen zu steuern, insbesondere zu regeln. Hierzu kann die Steuereinrichtung mit diesen signalleitend, insbesondere über elektrische Steuerleitungen, verbunden sein. Die Widerstandsmesseinrichtung und/oder die Differenzerzeugungseinrichtung kann Teil der Steuereinrichtung sein. Der Messensor und der Referenzsensor sind üblicherweise jeweils ein Metalloxid-Halbleitergassensor. Die Steuereinrichtung kann Teil des Differenzmesssystems sein.

[0019] Für eine hohe Genauigkeit der Konzentrationsbestimmung hat sich bewährt, wenn die Nanopartikel mit, insbesondere überwiegend aus, vorzugsweise im Wesentlichen aus, Platin oder Nickel-Platin oder Palladium oder Gold oder Silber oder Kupfer gebildet sind.

[0020] Von Vorteil ist es, wenn ein Multigassensor, insbesondere eine elektronische Nase, umgesetzt ist, wobei der Multigassensor mehrere Sensoranordnungen zur Bestimmung von Konzentrationen unterschiedlicher Zielgase eines Gasgemisches aufweist, wobei die Sensoranordnungen jeweils wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet sind. Die jeweilige Sensoranordnung ist üblicherweise ausgebildet, eine Konzentration eines unterschiedlichen der Zielgase zu bestimmen, insbesondere zu messen. Üblicherweise werden mit verschiedenen der Sensoranordnungen Konzentrationen von verschiedenen bzw. unterschiedlichen der Zielgase bestimmt, insbesondere gemessen. Vorzugsweise ist die jeweilige Sensoranordnung eineindeutig, im Besonderen bijektiv, dem jeweiligen Zielgas zugeordnet. Die Messsensoren von verschiedenen der Sensoranordnungen können voneinander verschiedene Metalloxidmaterialien aufweisen und/oder mit voneinander verschiedenen Nanopartikeln funktionalisierte Metalloxidmaterialien aufweisen. Auf diese Weise können die Messsensoren im Vergleich zueinander zur Messung von Konzentrationen unterschiedlicher der Zielgase ausgebildet sein. Üblicherweise ist die jeweilige Sensoranordnung mit jeweils einem eigenen Messsensor und einem eigenen zum Messsensor korrespondierenden Referenzsensor ausgebildet. Damit kann das Driftverhalten, insbesondere eine Umgebungsparameterabhängigkeit, insbesondere Luftfeuchtigkeitsabhängigkeit, und/oder Zeitabhängigkeit, der Messsignale der Messsensoren bzw. ein Driftverhalten bei der Bestimmung der Konzentrationen der Zielgase zumindest teilweise, insbesondere im Wesentlichen, kompensiert werden. Dies ermöglicht eine hohe Einsatzfähigkeit des Multigassensors, insbesondere bei wechselnden Umgebungsbedingungen und/oder einem Langzeiteinsatz des Multigassensors. Die Sensoranordnungen können eine oder mehrere Reihen von Sensoranordnungen bildend angeordnet sein. Günstig für eine effiziente Steuerung ist es, wenn die Sensoranordnungen in regelmäßigen Abständen voneinander beabstandet sind.

[0021] Vorteilhaft ist es, wenn dem jeweiligen Messsensor jeweils ein eigener Referenzsensor zur Bildung der jeweiligen Sensoranordnung zugeordnet ist. Auf diese Weise kann das Driftverhalten jeweils abgestimmt auf die einzelne Sensoranordnung durchgeführt werden, wodurch als

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Folge einer effizienten Driftkompensation eine hohe Genauigkeit bei einer Charakterisierung des Gasgemisches erreichbar ist. Üblicherweise ist ein durchschnittlicher Abstand zwischen dem Messsensor und dem Referenzsensor der jeweiligen Sensoranordnung kleiner als ein durchschnittlicher Abstand zwischen den Messsensoren der Sensoranordnungen untereinander. Im Besonderen ist der durchschnittliche Abstand zwischen dem Messsensor und dem Referenzsensor der jeweiligen Sensoranordnung kleiner als ein durchschnittlicher Abstand zwischen dem Messsensor und dem nächstgelegenen Messsensor der anderen Sensoranordnungen. Der Abstand kann sich insbesondere auf einen Zwischenbereich zwischen jeweils zwei der Sensoren, insbesondere der Messsensoren und Referenzsensoren, beziehen. Vorgenanntes gilt im Besonderen für die Metalloxidmaterialien der Sensoren, insbesondere der Messsensoren und Referenzsensoren.

[0022] Günstig ist es, wenn die jeweilige Sensoranordnung eine eigene Temperierungseinrichtung, insbesondere eine eigene Mikro-Temperierungsplatte, aufweist, um den Messsensor und den Referenzsensor der Sensoranordnung zu temperieren. Auf diese Weise kann eine Umgebungstemperatur jeweils abgestimmt auf die einzelne Sensoranordnung kontrolliert vorgegeben werden, um eine hohe Genauigkeit der Driftkompensationen zu erreichen. Besonders günstig ist es, wenn der Messsensor und der Referenzsensor der jeweiligen Sensoranordnung auf einer eigenen Mikro-Temperierungsplatte der Sensoranordnung angeordnet ist. Die Temperierungseinrichtung, insbesondere Mikro-Temperierungsplatte, und/oder Anordnung des Messsensors und Referenzsensors der jeweiligen Sensoranordnung auf der Mikro-Temperierungsplatte kann wie, insbesondere vorstehend, in diesem Dokument beschrieben umgesetzt sein. Die Mikro-Temperierungsplatten der Sensoranordnungen sind üblicherweise voneinander beabstandet. Dadurch kann eine gegenseitige Beeinflussung minimiert werden. Günstig ist es, wenn die Temperierungseinrichtungen, insbesondere Mikro-Temperierungsplatten, der Sensoranordnungen separat voneinander steuerbar, sind, um die Messsensoren und Referenzsensoren von unterschiedlichen der Sensoranordnungen mit voneinander verschiedenen, insbesondere vorgegebenen, Temperaturprogrammen zu temperieren. Dies kann mit einer Steuereinrichtung der jeweiligen Sensoranordnung erfolgen. Die Steuereinrichtungen können mit einer gemeinsamen Steuereinrichtung umgesetzt sein.

[0023] Der Multigassensor kann eine, insbesondere elektronische, Steuervorrichtung aufweisen, um die Sensoranordnungen, insbesondere einen Betrieb der Sensoranordnungen, zu steuern. Die Steuervorrichtung kann einen Mikroprozessor zur Durchführung der Steuerung aufweisen. Die Steuervorrichtung kann die Steuereinrichtung der jeweiligen Sensoranordnung bilden. Die Steuervorrichtung kann ausgebildet sein, die Temperierungseinrichtungen, die Widerstandsmesseinrichtungen und/oder die Differenzerzeugungseinrichtungen der Sensoranordnungen zu steuern, insbesondere zu regeln. Die Sensoranordnungen können eine gemeinsame Widerstandsmesseinrichtung und/oder eine gemeinsame Differenzerzeugungseinrichtung aufweisen. Die Mderstandsmesseinrichtung und/oder die Differenzerzeugungseinrichtung kann Teil der Steuervorrichtung sein.

[0024] Für eine hohe Einsatzfähigkeit ist es günstig, wenn der Multigassensor eine elektronische Datenverarbeitungseinheit, welche zur Computerimplementierung einer Machine-Learning-Prozedur eingerichtet ist, aufweist, um an die Datenverarbeitungseinheit übermittelte Messdaten der Sensoranordnungen als Eingangsdaten der Machine-Learning-Prozedur zuzuführen, um mit der Machine- Learning-Prozedur eine Charakterisierung des Gasgemisches umzusetzen. Üblicherweise sind die Messdaten mit den Differenzsignalen der Sensoranordnungen gebildet oder sind die Differenzsignale. Die Datenverarbeitungseinheit kann ausgebildet sein, die Machine- Learning-Prozedur computerimplementiert durchzuführen. Die Machine-Learning-Prozedur kann ein neuronales Netz, insbesondere ein feed-forward neuronales Netz oder ein rekurrentes neuronales Netz, sein.

[0025] Die Sensoranordnung und/oder der Multigassensor können in Form einer Sensormikrostruktur, insbesondere eines Sensormikrochips, und/oder eines Halbleiterbauelementes, insbesondere eines CMOS-Halbleiterbauelementes umgesetzt sein.

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[0026] Das Ziel der Erfindung wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases mit einer Sensoranordnung erreicht, wenn die Sensoranordnung wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist, wobei der Messsensor und der Referenzsensor mit dem Zielgas, insbesondere einem das Zielgas aufweisenden Gasgemisch, beaufschlagt werden, wonach eine Differenz eines Messsignals des Messsensors und eines Messsignals des Referenzsensors, insbesondere in Form eines Differenzsignals der Sensoranordnung, gebildet wird, um ein Driftverhalten des Messsensors zumindest teilweise zu kompensieren.

[0027] Das Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases mit einer Sensoranordnung kann entsprechend den Merkmalen und Wirkungen, welche im Rahmen einer Sensoranordnung, insbesondere vorstehend, in diesem Dokument beschrieben sind, ausgebildet sein. Analoges gilt auch für die Sensoranordnung im Hinblick auf das Verfahren. Damit kann das Driftverhalten, insbesondere eine Umgebungsparameterabhängigkeit, insbesondere Luftfeuchtigkeitsabhängigkeit, und/oder Zeitabhängigkeit, des Messsignals des Messsensors zumindest teilweise, insbesondere im Wesentlichen gänzlich, kompensiert werden. Dies ermöglicht eine hohe Einsatzfähigkeit der Sensoranordnung bzw. des Verfahrens insbesondere bei wechselnden Umgebungsbedingungen und/oder einem Langzeiteinsatz der Sensoranordnung bzw. des Verfahrens. Das Zielgas ist üblicherweise ein Gas oder Teil eines Gasgemisches, mit welchem Gas bzw. Gasgemisch die Sensoranordnung, insbesondere der Messsensor und der Referenzsensor, im Einsatz beaufschlagt sind. Der Messsensor und/oder der Referenzsensor weisen üblicherweise das jeweilige Metalloxidmaterial zur Gasdetektion auf. In der Regel wird zur Gasdetektion das jeweilige Metalloxidmaterial mit dem Zielgas beaufschlagt und ein elektrischer Widerstand des Messsensors und/oder des Referenzsensors gemessen.

[0028] Vorteilhaft kann ein Verfahren zur Bestimmung von Konzentrationen von unterschiedlichen Zielgasen eines Gasgemisches mit einem Multigassensor umgesetzt sein, wobei der Multigassensor wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist, wobei die Sensoranordnungen des Multigassensors mit dem Gasgemisch beaufschlagt werden, wobei mit den Sensoranordnungen jeweils eine Konzentration eines unterschiedlichen der Zielgase gemäß dem Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases mit einer Sensoranordnung bestimmt wird. Im Besonderen wird eine Differenz des Messsignals des Messsensors und des Messsignals des Referenzsensors der jeweiligen Sensoranordnung gebildet, um ein Driftverhalten des Messsensors der jeweiligen Sensoranordnung zumindest teilweise zu kompensieren. Auf diese Weise kann das Driftverhalten, insbesondere eine Umgebungsparameterabhängigkeit, insbesondere Luftfeuchtigkeitsabhängigkeit, und/oder Zeitabhängigkeit, der Messsignale der Messsensoren bzw. ein Driftverhalten bei der Bestimmung der Konzentrationen der Zielgase zumindest teilweise, insbesondere im Wesentlichen gänzlich, kompensiert werden. Dies ermöglicht eine hohe Einsatzfähigkeit des Multigassensors bzw. des Verfahrens insbesondere bei wechselnden Umgebungsbedingungen und/oder einem Langzeiteinsatz des Multigassensors bzw. des Verfahrens.

[0029] Das Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases mit einem Multigassensor kann entsprechend den Merkmalen und Wirkungen, welche im Rahmen einer Sensoranordnung und/oder eines Multigassensors, insbesondere vorstehend, in diesem Dokument beschrieben sind, ausgebildet sein. Analoges gilt auch für die Sensoranordnung bzw. den Multigassensor im Hinblick auf das Verfahren.

[0030] Von Vorteil ist es, wenn eine Verwendung einer Sensoranordnung oder eines Multigassensors oder eines Verfahrens zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases mit einer Sensoranordnung oder eines Verfahrens zur Bestimmung von Konzentrationen von unterschiedlichen Zielgasen eines Gasgemisches mit einem Multigassensor zur Bestimmung einer Konzentration von, insbesondere jeweils gasförmigem, CO, CO», Aceton, Formaldehyd oder Toluol umgesetzt wird, welche jeweils das Zielgas sein können. Auf diese Weise kann die jeweilige Konzentration mit hoher Genauigkeit, insbesondere bei wechselnden Umgebungsbedingungen und/oder einem Langzeiteinsatz, bestimmt werden. Dadurch ist eine hohe Einsatzfähigkeit erreichbar. Es können dabei, insbesondere alternativ, andere dem Fachmann bekannte Umsetzun-

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gen des Zielgases verwendet sein. Die angegebenen Umsetzungen des Zielgases sind jedoch bevorzugt. Die Sensoranordnung, der Multigassensor, das Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases mit einer Sensoranordnung und das Verfahren zur Bestimmung von Konzentrationen von unterschiedlichen Zielgasen eines Gasgemisches mit einem Multigassensor kann jeweils wie in diesem Dokument beschrieben umgesetzt sein.

[0031] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Darstellung eines Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:

[0032] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Sensoranordnung, aufweisend einen Messsensor und einen Referenzsensor, welche auf einer MikroHeizplatte angeordnet sind;

[0033] Fig. 2 eine mikroskopische Aufnahme einer Sensoranordnung, aufweisend einen Messsensor und einen Referenzsensor, welche auf einer Mikro-Heizplatte angeordnet sind;

[0034] Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Multigassensors, aufweisend mehrere Sensoranordnungen;

[0035] Fig. 4 eine mikroskopische Aufnahme eines Multigassensors, aufweisend mehrere Sensoranordnungen;

[0036] Fig. 5 Graphen, welche exemplarisch ein Messsignal eines Messsensors, ein Messsignal eines Referenzsensors und ein Differenzsignal der Messsignale bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchtigkeit zeigen.

[0037] In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Sensoranordnung 1 zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases gezeigt. Die Sensoranordnung 1 weist einen Messsensor 2 und einen Referenzsensor 3 auf. Der Messsensor 2 und der Referenzsensor 3 weisen jeweils eine Metalloxidschicht 4 zur Gasdetektion auf, wobei die Metalloxidschichten 4 des Messsensors 2 und des Referenzsensors 3 eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung aufweisen. Die Metalloxidschicht 4 des Messsensors 2 ist mit Nanopartikeln 5 funktionalisiert, sodass der Messsensor 2 eine geänderte Sensitivität gegenüber dem Zielgas, insbesondere im Vergleich zum Referenzsensor 3 aufweist. Die Nanopartikel 5 sind auf eine Oberfläche der Metalloxidschicht 4 des Messsensors 2 aufgebracht. Der Messsensor 2 und der Referenzsensor 3 sind auf einer Mikro-Heizplatte 6 als Temperierungseinrichtung, vorzugsweise in einem Zentrumsbereich der Mikro-Heizplatte 6, üblicherweise entlang einer Heizfläche der Mikro-Heizplatte 6 nebeneinander, angeordnet, um den Messsensor 2 und den Referenzsensor 3 zu temperieren. Dadurch ist erreichbar, dass der Messsensor 2 und der Referenzsensor 3 mit im Wesentlichen gleichen Umgebungsbedingungen belastet werden. Auf diese Weise weisen der Messsensor 2 und der Referenzsensor 3 üblicherweise ein im Wesentliches gleiches Driftverhalten auf. Durch Differenzmessung des Messsensors 2 und des Referenzsensors 3, wobei üblicherweise ein Messsignal des Messsensors 2 und ein Messsignal des Referenzsensors 3 voneinander subtrahiert werden, kann das Driftverhalten des Messsensors 2, insbesondere des Messsignals des Messsensors 2, zumindest teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen gänzlich, kompensiert werden. Hierzu sind der Messensor 2 und der Referenzsensor 3 üblicherweise in Form eines Differenzmesssystems miteinander gekoppelt. Als Ergebnis der Subtraktion wird üblicherweise ein Differenzsignal gebildet, welches mit der Konzentration des Zielgases korrespondiert.

[0038] Der Messsensor 2 und der Referenzsensor 3 sind üblicherweise über elektrische Ansteuerleitungen 7 der Sensoranordnung 1 mit einer, insbesondere elektronischen, Steuereinrichtung verbunden, um den Messsensor 2 und den Referenzsensor 3 zur Konzentrationsbestimmung des Zielgases zu steuern, insbesondere zu regeln. Die Steuereinrichtung kann Teil der Sensoranordnung 1 sein. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, einen elektrischen Widerstand des Messsensors 2 zur Bildung des Messsignals des Messsensors 2 und einen elektrischen Widerstand des Referenzsensors 3 zur Bildung des Messsignals des Referenzsensors 3 zu messen. Dies kann mit einer Widerstandsmesseinrichtung der Steuereinrichtung erfolgen. Die Steuerein-

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richtung kann ausgebildet sein, die Differenzmessung durchzuführen, insbesondere mit einer Differenzerzeugungseinrichtung der Steuereinrichtung.

[0039] Exemplarisch kann die Metalloxidschicht 4 des Messsensors 2 und die Metalloxidschicht 4 des Referenzsensors 3 mit, insbesondere aus, SnO2 gebildet sein. Die Metalloxidschicht 4 des Messsensors 2 kann mit Platin-Nanopartikeln 5 funktionalisiert sein. In Fig. 2 ist eine mikroskopische Aufnahme einer Sensoranordnung 1, aufweisend einen Messsensor 2 und einen Referenzsensor 3, welche auf einer Mikro-Heizplatte 6 angeordnet sind, dargestellt. Die Sensoranordnung 1 kann wie zu Fig. 1 beschrieben ausgebildet sein.

[0040] In Fig. 5 sind sechs Graphen dargestellt, welche exemplarisch für eine vorgenannte Sensoranordnung 1 ein Messsignal MS des Messsensors 2, ein Messsignal RS des Referenzsensors 3 und ein Differenzsignal DS, welches eine Differenz des Messsignal MS des Messsensors 2 und des Messsignal RS des Referenzsensors 3 ist, bei drei unterschiedlichen relativen Luftfeuchtigkeiten rH einer Umgebung der Sensoranordnung 1 zeigen. Die Sensoranordnung kann wie zu Fig. 1 und/oder Fig. 2 beschrieben umgesetzt sein. Die oberen beiden Graphen zeigen die Messsignale MS, RS, DS bei einer relativen Luftfeuchtigkeit rH von 25 %, die mittleren beiden Graphen zeigen die Messignale MS, RS, DS bei einer relativen Luftfeuchtigkeit rH von 50 % und die unteren beiden Graphen zeigen die Messignale MS, RS, DS bei einer relativen Luftfeuchtigkeit rH von 75 %. Die Messsignale MS, RS, DS sind als elektrische Widerstände R über einer Messzeit t dargestellt. Das Differenzsignal DS korrespondiert zu einer Konzentration c eines Zielgases, welches als CO umgesetzt ist. Im jeweiligen Graph sind die Messsignale gegen drei verschiedene CO-Konzentrationen, 5 ppm, 10 ppm und 20 ppm, welche als vertikale Rechteckbalken in den Graphen eingezeichnet sind, dargestellt. Der Messsensor 2 und der Referenzsensor 3 weisen dabei jeweils eine aus SnO-; gebildete Metalloxidschicht 4 auf, wobei die Metalloxidschicht 4 des Messsensors 2 durch Platin-Nanopartikel 5 funktionalisiert ist. Das Messignal MS des Messsensors 2 bzw. das Messsignal RS des Referenzsensors 3 zeigen ein von der relativen Luftfeuchtigkeit rH abhängies Driftverhalten. Das Differenzsignal DS, welches mit der Differenzbildung des Messsignals MS des Messensors 2 und des Messsignal RS des Referenzsensors 3 mittels der Differenzmessung gebildet ist, weist ein im Wesentlichen eliminiertes Driftverhalten auf. Das Differenzsignal DS korrespondiert damit im Wesentlichen unabhängig von der relativen Luftfeuchtigkeit rH zur Konzentration c des Zielgases.

[0041] In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Multigassensors 8, aufweisend mehrere, insbesondere exemplarisch acht, Sensoranordnungen 1 gezeigt. Der Multigassensor 8 weist mehrere Sensoranordnungen 1 zur Bestimmung von Konzentrationen unterschiedlicher Zielgase eines Gasgemisches auf. Die jeweilige Sensoranordnung 1 kann wie zu Fig. 1 und/oder Fig. 2 beschrieben umgesetzt sein. Die jeweilige Sensoranordnung 1 ist ausgebildet, eine Konzentration eines, insbesondere im Vergleich zu den anderen Sensoranordnungen 1, unterschiedlichen der Zielgase zu messen. Die Messsensoren 2 von verschiedenen der Sensoranordnungen 1 weisen voneinander verschiedene Zusammensetzungen derer Metalloxidmaterialien und/oder Nanopartikel 5 auf. Die Sensoranordnungen 1 sind beabstandet voneinander, insbesondere eine oder mehrere Reihen von Sensoranordnungen 1 bildend, angeordnet. Die jeweilige Sensoranordnung 1 weist eine Mikro-Heizplatte 6 auf, wobei der Messsensor 2 und der Referenzsensor 3 der jeweiligen Sensoranordnung 1 auf der Mikro-Heizplatte 6 angeordnet sind. Der Multigassensor 8 kann eine Steuervorrichtung 9 zur Steuerung der Sensoranordnungen 1, insbesondere des jeweiligen Messsensors 2 und Referenzsensors 3, aufweisen. Die Mikro-Heizplatten 6 können vorzugsweise separat voneinander mit der Steuervorrichtung 9 gesteuert werden. Die Steuervorrichtung 9 kann die Steuereinrichtungen der Sensoranordnungen 1 bilden.

[0042] Der Multigassensor 8 kann mehr als 5 Sensoranordnungen 1, beispielsweise 8 Sensoranordnungen 1, insbesondere mehr als 10, vorzugsweise mehr als 50, Sensoranordnungen 1, aufweisen. Auf diese Weise kann mit dem Multigassensor 8 ein Gasgemisch mit entsprechend vielen unterschiedlichen Zielgasen charakterisiert werden. In Fig. 4 ist eine mikroskopische Aufnahme eines Multigassensors 8, aufweisend 8 Sensoranordnungen 1 gezeigt. Der Multigassensor 8 kann wie zu Fig. 3 beschrieben bzw. in Fig. 3 gezeigt ausgebildet sein.

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[0043] Exemplarisch können die Sensoranordnungen 1 des Multigassensors 8 beispielsweise eine erste Sensoranordnung 1 (SA 1), eine zweite Sensoranordnung 1 (SA 2), eine dritte Sensoranordnung 1 (SA 3) und eine vierte Sensoranordnung 1 (SA 4) aufweisen. Der jeweilige Messsensor 2 und der jeweilige Referenzsensor 3 kann eine Metalloxidschicht 4, welche gegebenenfalls mit Nanopartikel 5 funktionalisiert ist, wie in nachfolgender Tabelle angegeben aufweisen

Messsensor Referenzsensor Metalloxidschicht Nanopartikel Metalloxidschicht Nanopartikel SA 1 SnOz Pt SnOz2 SA2 ZnO Ag ZnO SA 3 SnOz Pt SnO2 Au SA4 CuQO Au CuQO -

Ein insbesondere vorstehend beschriebener Multigassensor 8 kann in Bezug auf eine Anzahl der Sensoranordnungen 1 frei skalierbar eingesetzt werden. Der Multigassensor 8 kann eine sogenannte elektronische Nase darstellen. Mit einem solchen Multigassensor 8 wird ermöglicht, vielkomponentige Gasgemische mit hoher Genauigkeit zu charakterisieren, wobei eine durch ein Driftverhalten jedes der Sensoranordnungen 1 verursachte sich kumulierende Messunsicherheit aufgrund der Driftkompensation in hohem Maße reduziert, insbesondere vernachlässigbar, ist. Dies ermöglicht eine hohe Einsatzfähigkeit im Besonderen bei wechselnden Umgebungsbedingungen und/oder im Langzeiteinsatz des Multigassensors 8.

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Patentansprüche

1. Sensoranordnung (1) zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases, wobei die Sensoranordnung (1) einen Messsensor (2), aufweisend zur Gasdetektion ein Metalloxidmaterial, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) einen Referenzsensor (3), aufweisend zur Gasdetektion ein Metalloxidmaterial, welches eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung wie das Metalloxidmaterial des Messsensors (2) aufweist, umfasst, wobei das Metalloxidmaterial des Messsensors (2) mit Nanopartikeln (5) funktionalisiert ist, sodass der Messsensor (2) eine geänderte Sensitivität gegenüber dem Zielgas aufweist, um durch Differenzmessung des Messsensors (2) und des Referenzsensors (3) ein Driftverhalten des Messsensors (2) zumindest teilweise zu kompensieren.

2. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxidmaterial des Messsensors (2) und/oder das Metalloxidmaterial des Referenzsensors (3) jeweils eine, insbesondere geschlossene, Metalloxidschicht (4) ist und/oder mit Nanofasern gebildet ist.

3. Sensoranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel (5) in einem Oberflächenbereich, insbesondere auf einer Oberfläche, des Metalloxidmaterials des Messsensors (2) angeordnet sind, um das Metalloxidmaterial des Messsensors (2) zu funktionalisieren.

4. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxidmaterial des Messsensors (2) und/oder das Metalloxidmaterial des Referenzsensors (3) zumindest teilweise, insbesondere im Wesentlichen, aus Zinnoxid, insbesondere SnO-,, oder Kupferoxid oder Zinkoxid gebildet ist.

5. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) eine Temperierungseinrichtung, insbesondere eine Mikro-Temperierungsplatte, aufweist, um den Messsensor (2) und den Referenzsensor (3) mit der Temperierungseinrichtung gesteuert zu temperieren, insbesondere zu heizen und/oder zu kühlen.

6. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) eine Widerstandsmesseinrichtung zur Messung eines elektrischen Widerstandes des Messsensors (2) und eines elektrischen Widerstands des Referenzsensors (3) aufweist.

7. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) zur Differenzmessung eine Differenzerzeugungseinrichtung aufweist, um eine Differenz von Messsignalen des Messsensors (2) und Messsignalen des Referenzsensors (3) zu bilden.

8. Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel (5) mit Platin oder Nickel-Platin oder Palladium oder Gold oder Silber oder Kupfer gebildet sind.

9. Multigassensor (8), insbesondere elektronische Nase, aufweisend mehrere Sensoranordnungen (1) zur Bestimmung von Konzentrationen unterschiedlicher Zielgase eines Gasgemisches, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnungen (1) jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet sind, wobei die Messsensoren (2) von verschiedenen der Sensoranordnungen (1) voneinander verschiedene Metalloxidmaterialien aufweisen und/oder mit voneinander verschiedenen Nanopartikeln (5) funktionalisierte Metalloxidmaterialien aufweisen.

10. Multigassensor (8) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem jeweiligen Messsensor (2) jeweils ein eigener Referenzsensor (3) zur Bildung der jeweiligen Sensoranordnung (1) zugeordnet ist, wobei vorzugsweise ein durchschnittlicher Abstand zwischen dem Messsensor (2) und dem Referenzsensor (3) der jeweiligen Sensoranordnung (1) kleiner als ein durchschnittlicher Abstand zwischen den Messsensoren (2) der Sensoranordnungen (1)

untereinander ist.

11. Multigassensor (8) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Sensoranordnung (1) eine eigene Temperierungseinrichtung, insbesondere Mikro-Temperierungsplatte, aufweist, um den Messsensor (2) und den Referenzsensor (3) der Sensoranordnung (1) zu temperieren.

12. Multigassensor (8) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Multigassensor (8) eine elektronische Datenverarbeitungseinheit, welche zur Computerimplementierung einer Machine-Learning-Prozedur eingerichtet ist, aufweist, um an die Datenverarbeitungseinheit übermittelte Messdaten der Sensoranordnungen (1) als Eingangsdaten der Machine-Learning-Prozedur zuzuführen, um mit der Machine-Learning-Prozedur eine Charakterisierung des Gasgemisches umzusetzen.

13. Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases mit einer Sensoranordnung (1), wobei die Sensoranordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, wobei der Messsensor (2) und der Referenzsensor (3) mit dem Zielgas, insbesondere einem das Zielgas aufweisenden Gasgemisch, beaufschlagt werden, wonach eine Differenz eines Messsignals des Messsensors (2) und eines Messsignals des Referenzsensors (3) gebildet wird, um ein Driftverhalten des Messsensors (2) zumindest teilweise zu kompensieren.

14. Verfahren zur Bestimmung von Konzentrationen von unterschiedlichen Zielgasen eines Gasgemisches mit einem Multigassensor (8), wobei der Multigassensor (8) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12 ausgebildet ist, wobei die Sensoranordnungen (1) des Multigassensors (8) mit dem Gasgemisch beaufschlagt werden, wobei mit den Sensoranordnungen (1) jeweils eine Konzentration eines unterschiedlichen der Zielgase gemäß einem Verfahren nach Anspruch 13 bestimmt wird.

15. Verwendung einer Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines Multigassensors (8) nach einem der Ansprüche 9 bis 12 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 oder 14 zur Bestimmung einer Konzentration von CO, CO», Aceton, Formaldehyd oder Toluol.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

x bes AT 528 342 A1 2025-12-15 Ss N Neue Patentansprüche

ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

11.

12.

13.

14.

15.

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untereinander ist.

Multigassensor (8) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Sensoranordnung (1) eine eigene Temperierungseinrichtung, insbesondere Mikro-Temperierungsplatte, aufweist, um den Messsensor (2) und den Referenzsensor (3) der Sensoranordnung (1) zu temperieren.

Multigassensor (8) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Multigassensor (8) eine elektronische Datenverarbeitungseinheit, welche zur Computerimplementierung einer Machine-Learning-Prozedur eingerichtet ist, aufweist, um an die Datenverarbeitungseinheit übermittelte Messdaten der Sensoranordnungen (1) als Eingangsdaten der Machine-Learning-Prozedur zuzuführen, um mit der Machine-Learning-Prozedur eine Charakterisierung des Gasgemisches umzusetzen, wobei die Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist, die Machine-Learning-Prozedur computerimplementiert durchzuführen.

Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Zielgases mit einer Sensoranordnung (1), wobei die Sensoranordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, wobei der Messsensor (2) und der Referenzsensor (3) mit dem Zielgas, insbesondere einem das Zielgas aufweisenden Gasgemisch, beaufschlagt werden, wonach eine Differenz eines Messsignals des Messsensors (2) und eines Messsignals des Referenzsensors (3) gebildet wird, um ein Driftverhalten des Messsensors (2) zumindest teilweise zu kompensieren.

Verfahren zur Bestimmung von Konzentrationen von unterschiedlichen Zielgasen eines Gasgemisches mit einem Multigassensor (8), wobei der Multigassensor (8) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12 ausgebildet ist, wobei die Sensoranordnungen (1) des Multigassensors (8) mit dem Gasgemisch beaufschlagt werden, wobei mit den Sensoranordnungen (1) jeweils eine Konzentration eines unterschiedlichen der Zielgase gemäß einem Verfahren nach Anspruch 13 bestimmt wird.

Verwendung einer Sensoranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines Multigassensors (8) nach einem der Ansprüche 9 bis 12 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 oder 14 zur Bestimmung einer Konzentration von CO, CO», Aceton, Formaldehyd oder Toluol.

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ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE