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 Sensortechnik Kohlenmonoxid-Sensor

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

4 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

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6 Kohlenstoffmonoxid Chemie Summenformel Kohlenstoffmonoxid: CO Strukturformel:

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

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

10 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.

11 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

12 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

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14 Kohlenmonoxid-Sensor M.Sc.Krubajini Krishnapillai; Prof.Dr.Robby Andersson 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 Kohlenstoffmonoxid Physik Maßeinheit in der Gasmesstechnik 100 ppm CO in Luft Zahlenwert Einheit Stoffbezeichnung Matrix 0,01 Vol.-%=100ppm

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17 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

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20 Anwendung in der Nutztierhaltung Bei unvollständige Verbrennung entsteht im Heizlüfter Kohlenmonoxid-Gas (Vgl.[2]) Wirkmechanismus: erhöhte Konzentration an Kohlenmonoxid Aufnahme von Sauerstoff im Blut blockiert Kohlenmonoxid-Molekül haftet an Hämoglobin und verdrängt Sauerstoff (Vgl.[2]) in kürzester Zeit tritt der Tod ein (Vgl.[2][3]) Ab ppm CO: Tod nach 30 Minuten Ab ppm CO: Tod nach wenigen Minuten (Hildebrandt et al. 1998)

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

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

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

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27 Entwicklung eines CO-Sensors für den Stall Bild: Entwicklung eines CO-Sensors Bild: Sensitivitätskurve des CO-Sensors

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

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

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

32 Kosten-Nutzenanalyse

33 Kohlenmonoxid-Sensor M.Sc.Krubajini Krishnapillai; Prof.Dr.Robby Andersson Literatur- / Quellenverzeichnis [2] Bertolini, Ivo; Kohlenmonoxid Vergiftung, Information und Testberichte, SEmarketing e.u. Bregenz- Österreich, Stand: , [3] Angel; MQ-7 Gas-Sensor, Technische Datenblatt der CO-Sensor, Henan HANWEI Electronics Co., LTD, China, Stand: ,

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