Kabelbrände sind der Alptraum jeder Fertigungsanlage. Mit Glück kann man Schlimmeres verhindern, wenn Geruch oder Verfärbungen der Kabelummantelungen auffallen. Wissenschafter des KIT, des Institutes für Technologie an der Hochschule Karlsruhe sind maßgeblich an der Entwicklung von Hybridsensoren beteiligt, die schneller reagieren, als menschliche Augen und Nasen es können. Sie haben dies nun in Sensors & Transducers jounarl 10/2015 vorgestellt.
Die Sensoren spüren Gase auf, die sich durch die Erwärmung aus der Kunststoffummantelung lösen und können zuverlässig Gasgemisch und dessen Konzentration bestimmen. Störgase wie Propen und Kohlenmonoxid können erkannt werden und damit Fehlalarmen vorgebeugt.
Möglich macht dies die Zusammensetzung des Sensors. Neben einem Gas detektierenden Sensorchip verfügen Hybridsensoren auch über Rechenleistung und Algorithmen für die Auswertung.
„Die Kombination des intelligenten Auswertungsverfahrens mit der physikalischen Messung ist Kern der Entwicklung“, erläutert Dr. Hubert Keller, Projektleiter Simulation und Messtechnik am Institut für Angewandte Informatik des KIT. „Hybrid-Sensoren lassen sich universell als einzelnes Sensorsystem oder als Netzwerk und auch kombiniert mit klassischen Sicherheitsansätzen wie Infrarotkameras einsetzen.“
Die sehr empfindlichen und dadurch höchst zuverlässigen Hybrid-Sensoren könnten also die Sicherheit in Kabelschächten erhöhen. Aber die Fähigkeit, Gasgemische aufzuspüren und Einzelgas-Konzentrationen zu bestimmen, ließe sich auch in der Lebensmittelüberwachung nutzen, um giftige Schimmelpilzgase nachzuweisen, um in Düngemittelsilos vor dem Auftreten explosiver Gase zu warnen oder um Leckagen an Erdgasleitungen zu entdecken.
„Für die Entwicklung des Sensors nutzen wir den Effekt, dass vielerlei Gase in Abhängigkeit der Temperatur ganz unterschiedlich mit gassensitiven Metalloxiden reagieren“, sagt Professor Dr. Heinz Kohler vom Institut für Sensorik und Informationssysteme (ISIS) an der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft. „Auf diesen Effekt haben wir einen eigenbeheizten, temperaturgeregelten Sensorchip mit vier Einzelsensoren – Sensorarray – aufgebaut.“ Das Sensorarray wird zyklisch erhitzt und wieder abgekühlt und liefert bei simultaner Messung des elektrischen Wiederstands oder des Leitwertes vier verschiedene, spezifische Leitwert-Signaturen, deren Auswertung Aufschluss über die Zusammensetzung und Konzentration des Gases gibt.