Paramagnetischer Sauerstoffsensor in Mikrosystemtechnik

微系统技术中的顺磁氧传感器

• 批准号: 213734975
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Jörg Müller
• 金额: --
• 依托单位: M&C TechGroup Germany GmbH
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants (Transfer Project)
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2011-12-31 至 2013-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/213734975?language=en
• 关键词: Paramagnetischer; Sauerstoffsensor; Mikrosystemtechnik

Ziel des Vorhabens ist der Aufbau eines Sauerstoffsensors in Mikrosystemtechnik zur Gasanalyse in medizinischen Geräten, z.B. Beatmungsgeräten, sowie zur Prozessüberwachung und Regelung in der chemischen Verfahrenstechnik oberhalb von ca. 1% Sauerstoffgehalt. Dem im abgeschlossenen DFG-Vorhaben entwickelten Sauerstoffsensor liegt das neuartige Prinzip zugrunde, durch lokale hohe Magnetfeldgradienten aufgrund der paramagnetischen Eigenschaften des Sauerstoffs Flussunterschiede in symmetrisch aufgebauten parallelen Kanalstrukturen mit einem zentralen Haupt- sowie einem Mess- und einem Referenzkanal zu erzeugen. Diese von der Sauerstoffkonzentration im Messgas abhängigen Flussunterschiede in den beiden Nebenkanälen werden über empfindliche Anemometerstrukturen in einer Brückenschaltung ausgewertet. Vorteil eines solchen paramagnetischen Sauerstoffsensors gegenüber alternativen Verfahren zur Messung des Sauerstoffgehalts mittels Mikrosystemen, wie zum Beispiel Sensoren basierend auf Metalloxiden bzw. chemischen Sensoren (Lambda-Sonde), ist die aufgrund des rein physikalischen Messprinzips mögliche Langzeitstabilität und der geringe Energiebedarf. Gegenüber den physikalischen Hantel-Messverfahren zeichnet sich das neue Prinzip neben geringer Größe und geringem Aufwand in der Peripherie durch mechanische Robustheit und Unempfindlichkeit gegenüber Erschütterungen aus. Damit kann es auch in mobilen bzw. mechanisch instabilen Anwendungen eingesetzt werden.Im Verlauf des Forschungsvorhabens wurde mit diesem Prinzip eine Messempfindlichkeit bis in den unteren Prozentbereich erreicht. Da das Messprinzip auf der thermischen Leitfähigkeit der Gase beruht, ist diese Messung Gasart- und Druck-abhängig und daher das System nur beschränkt anwendungsreif. Darüber hinaus ist von einer verbesserten elektronischen Auswertung in Hard- und Software eine deutlich höhere Messempfindlichkeit zu erwarten.Ziel des Transferprojektes ist die Weiterentwicklung des neuartigen Sensorprinzips zusammen mit dem industriellen Partner M&C TechGroup. Wegen der Abhängigkeit von Thermoanemometern von der Gasart, hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeleitkoeffizienten sowie von Fluss und Druckschwankungen sollen in das System ein Wärmeleitdetektor zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit des Gases sowie Flusssensoren zur absoluten Bestimmung des Gasflusses integriert werden. Es ist eine Elektronik zur empfindlichen, rauscharmen Aufnahme der Signale und deren Weiterverarbeitung über Mittelungsalgorithmen zu entwickeln. Weiterhin sind für eine industrielle Anwendung eine Gaszu- und -abfuhr für das System zu realisieren, die die Verwendung von miniaturisierten Pumpsystemen erlauben mit einem bei minimalen Totvolumina und Totzeiten kontinuierlichen Fluss. Am Abschluss des Vorhabens steht der Aufbau eines Prototyps und dessen Charakterisierung in einer anwendungsnahen Applikation. Diese Zusatzsysteme sind grundlegend zu charakterisieren und zu evaluieren, wie durch eine intelligente Integration des Systeme ins Mikrosystem und der Daten in die Elektronik ein Gasart- und druckunabhängiges Messprinzip erreicht werden kann.

Ziel des Vorhabens is der Aufbau eines Sauerstoff sensors in Mikrosystemtechnik zur Gasanalysis in medizinischen Geräten，z.B.首先，我们可以在化学测试技术中进行工艺流程和调节。百分之一的沙乌地酸在DFG-Vorhaben结构中，由于磁梯度的增加，磁感应器的顺磁性本征值在对称的平行Kanalstrukturen结构中增加，并带有一个中间奥普特-这种由Sauerstoffkonzentration im Messgas abhängigen Flussunterschede in den beiden Nebenkanälen韦尔登über empfindliche Anemometerstrukturen in einer Brückenschaltung ausgewertet.一种顺磁性的不锈钢传感器可以替代用于测量微系统中不锈钢的传感器，如基于金属氧化物的不锈钢传感器。化学传感器（λ-探测器），是一种物理学上更稳定的探测器，也是一种能量更大的探测器。Hantel-Messverfahren的物理原理是通过机械的Robustheit和Unempfindlichkeit产生的Erschütterungen，使新原理在外围设备中产生Größe和Aufwand。Damit kann es auch in mobilen bzw.机械不稳定性是一个韦尔登。在研究的过程中，原则上是一个信息发现的错误。在气体的热辐射上的测量，是测量气体和压力的方法，系统只需要一个稳定的温度。Darüber hinaus is von einer verbesserten elektronischen Auswertung in Hard- und Software eine deutlich höhere Messempfindlichkeit zu erwarten.Ziel des Transferprojektes ist die Weiterentwicklung des neuartigen Sensorprinzips zusammen mit dem industriellen Partner M&C TechGroup.气体流速仪的测量方法，通过对气体流量和压力的非线性测量，可以确定系统中气体流量的绝对测量值。这是一个电子设备，用于信号的增强，以及用于中小企业的外部工作。Weiterhin sind für eine industrielle Anwendung eine Gaszu- und -abfuhr für das System zu realisieren，die Verwendung von Schoichen Pumpsystemen erlauben mit einem bei minimalen Totvolumina und Totzeiten kontinuierlichen Fluss.在一个新的设计阶段，我们将建造一个原型和设计特点。这种Zusatzsystem是一种基础的特性和评估，就像通过一种智能集成的系统在微系统和数据在电子一个气体和druckunabhängiges Messprinzip韦尔登。