Modul: Labor und Statistik SENSORTECHNIK M.SC.KRUBAJINI KRISHNAPILLAI; PROF.DR.ROBBY ANDERSSON. Kohlenmonoxid-Sensor

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1 Modul: Labor und Statistik SENSORTECHNIK M.SC.KRUBAJINI KRISHNAPILLAI; PROF.DR.ROBBY ANDERSSON Kohlenmonoxid-Sensor

2 2 Sensortechnik Inhaltsverzeichnis Einleitung Kohlenstoffmonoxid Chemie Kohlenstoffmonoxid Physik Sensortechnik Technologieanwendung in der Nutztierhaltung Entwicklung eines CO-Sensors für den Stall Kosten-Nutzenanalyse Literatur-, Quellenverzeichnis

3 3 Sensortechnik Einleitung Gase können für Organismen betäubend, schädigend, bzw. tödlich sein Nutzung z.b. im Rahmen von Desinfektion, Schlachtung. Bekannte Gefahren aus der Gülle: Schwefelwasserstoff Kohlenstoffdioxid Ammoniak Bei unvollständiger Verbrennung entsteht Kohlenstoffmonoxid U.a. im Stall bei Gasstrahlern, deren Sauerstoffversorgung eingeschränkt ist Kohlenstoffmonoxid: CO In geringen Konzentrationen giftig und somit tödlich unsichtbares, geruchloses Gas Suche nach Alarmgebern aktuell: nicht nur Warnung per Sensor, dass sich CO-Gas in einem Raum befindet, sondern zusätzlich Ermittlung der Konzentration des Gases vgl. Herdegen, T. (2014)

4 Einleitung Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 4

5 Kohlenstoffmonoxid Chemie Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 5

6 6 Sensortechnik Kohlenstoffmonoxid Chemie Summenformel Kohlenstoffmonoxid: CO Strukturformel:

7 7 Sensortechnik Kohlenstoffmonoxid Chemie Atommodell: Kohlenstoff Sauerstoff 6 Elektronen 6 Protonen 6 Neutronen 8 Elektronen 8 Protonen 8 Neutronen Atomkern (K) Atomhülle (L-Schale) Elektronen (negative Ladung) Protonen (positive Ladung) Neutronen (neutrale Ladung)

8 8 Sensortechnik Kohlenstoffmonoxid Chemie Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt

9 9 Sensortechnik Kohlenstoffmonoxid Physik Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt

10 10 Sensortechnik Kohlenstoffmonoxid Physik Gasgesetz nach Boyle-Mariotte Abhängigkeit von Druck und Volumen p 1 p 2 = V 2 V 1 p = Druck V = Volumen T = Temperatur N = Teilchenzahl p V = const., wenn T = const. N = const. nach Wiegleb, G. (2016)

11 11 Sensortechnik Kohlenstoffmonoxid Physik Beispiel: In der Prüfgasflasche befindet sich Kohlenstoff, der Druck beträgt p FI = 120 bar Fassungsvermögen der Prüfgasflasche beträgt V FI = 30 Liter Welche Gasmenge kann unter einer atmosphärischen Umgebungsbedingungen (p U = 800 hpa) und gleichbleibender Temperatur aus der Prüfgasflasche entnommen werden? (ohne Beachtung der Restluft in der Flasche) V U = p FI V FI p U = p FI p U = V U V FI 120bar 30 l 0,8 bar = 4500 l p FI = Druck in der Flasche p U = Druck unter Umgebungsbedingungen V U = Volumen unter Umgebungsbedingungen V FI = Volumen aus der Flasche 1000 hpa = 1 bar : Luftdruck auf Meereshöhe nach Wiegleb, G. (2016)

12 12 Sensortechnik Kohlenstoffmonoxid Physik Beispiel: 30 Liter Prüfgasflasche: Volumen In der Prüfgasflasche befindet sich Kohlenmonoxid, der Druck beträgt p FI = 120 bar Umgebungstemperatur: 20 C (293,15 K) Bestimmung der Gasmenge in der Prüfgasflasche: p M V = V 0 ρ R Z T = 120 bar 28,01 g 0,03m3 mol = 4,43m 3 ρ = Dichte R= Gaskonstante Z= Realgasfaktor T= Temperatur p = Druck M = molare Masse V 0 = Volumen der Prüfgasflasche V= Volumen des Gases 1,14 kg m 3 0,083 bar mol K 0,082 bar 293,15 K mol K nach Wiegleb, G. (2016)

13 Kohlenstoffmonoxid Physik Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 13

14 14 Sensortechnik Kohlenstoffmonoxid Physik Kalibrierung des CO-Sensor Benennung Inhalt und deren Konzentration der Prüfgasflasche Entnahmearmatur für Prüfgasflasche zur Entnahme des Prüfgases Kalibrierschlauch für Prüfgasflasche zur Entnahme des Prüfgases Bild: Materialien zur Kalibrierung des CO-Sensors

15 15 Sensortechnik Kohlenstoffmonoxid Physik Maßeinheit in der Gasmesstechnik 100 ppm CO in Luft Zahlenwert Einheit Stoffbezeichnung Matrix 0,01 Vol.-%=100ppm

16 Kohlenstoffmonoxid Physik Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 16

17 17 Sensortechnik Sensortechnik Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt

18 Sensortechnik Gas-Sensor: chemischer Sensor Wechselwirkung mit der Umgebung Aufbau eines Gas-Sensors Sensorschicht Verarbeitung der Information Kapazität Elektr. Widerstand Optische Aufnahme Piezoeffekt Kohlenstoffmonoxid 18

19 Sensortechnik Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 19

20 Sensortechnik Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 20

21 Technologieanwendung in der Nutztierhaltung Bei unvollständige Verbrennung entsteht im Heizlüfter Kohlenmonoxid-Gas Wirkmechanismus: erhöhte Konzentration an Kohlenmonoxid Aufnahme von Sauerstoff im Blut blockiert Kohlenmonoxid-Molekül haftet an Hämoglobin und verdrängt Sauerstoff in kürzester Zeit tritt der Tod ein Ab ppm CO: Tod nach 30 Minuten Ab ppm CO: Tod nach wenigen Minuten (vgl. Hildebrandt et al. 1998) 21

22 Technologieanwendung in der Nutztierhaltung Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 22

23 23 Sensortechnik Technologieanwendung in der Nutztierhaltung Gasmessung Technischer Prozess Erfassung des Stoffs Gassensor Regelungs-und Steuerungstechnik Steuerelektronik und Datenauswertung Energieversorgung Kompensationssensor Anzeige der Messwerte Schutzgehäuse Bild: Blockschaltbild eines Gasanalysators

24 Technologieanwendung in der Nutztierhaltung Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 24

25 Entwicklung eines CO-Sensors für den Stall Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 25

26 Entwicklung eines CO-Sensors für den Stall Netzverbindung USB-Anschluss Bild: Arduino UNO Board 26

27 Entwicklung eines CO-Sensors für den Stall Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 27

28 Entwicklung eines CO-Sensors für den Stall Bild: Entwicklung eines CO-Sensors Bild: Sensitivitätskurve des CO-Sensors, nach Angel (2016) 28

29 Entwicklung eines CO-Sensors für den Stall Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 29

30 Entwicklung eines CO-Sensors für den Stall Kalibrierung des CO-Sensors Bild: Entwicklung des Kalibriergegenstücks für den CO-Sensor Bild: Durchführung einer Kalibrierung, CO-Sensor 30

31 Entwicklung eines CO-Sensors für den Stall Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 31

32 Kosten-Nutzenanalyse Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 32

33 Kosten-Nutzenanalyse 33

34 Kosten-Nutzenanalyse Dies ist eine Leseprobe. Nicht alle Seiten werden angezeigt 34

35 Literatur- / Quellenverzeichnis Angel (2016): MQ-7 Gas-Sensor, Technische Datenblatt der CO-Sensor, Henan HANWEI Electronics Co., LTD, China, Stand: , 13Uhr Herdegen, T. (2014): Kurzlehrbuch Pharmakologie und Toxikologie, 3.Auflage. Stuttgart New York: Georg Thieme-Verlag, S.651/652 Wiegleb, G. (2016): Gasmesstechnik in Theorie und Praxis, Wiesbaden: Springer Vieweg- Verlag, S. 60 ff. 35

36 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Sensortechnik Kohlenmonoxid-Sensor M.Sc.Krubajini Krishnapillai; Prof.Dr.Robby Andersson