1 Ãberblick über die Sensorik
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Seite 216<br />
430 8.2 Pellistoren 8.2 Pellistoren 431<br />
dend gefördert werden kann, liegt es nahe, <strong>die</strong> Temperatur der Katalysatoren (oder von<br />
Substraten mit Katalysatorzusätzen) selbst zu messen. Dieses ist das Funktionsprinzip<br />
der katalytischen Sensoren oder Pellistoren.<br />
Als Sensorkörper <strong>die</strong>nen bei den Pellistoren häufig porös gesinterte Körper aus einer<br />
chemisch inaktiven Oxidkeramik, in welcher katalytisch aktive Metallatome enthalten<br />
sind (Bild 8.2-1). Die Porösität des Sensors sorgt für eine große Oberfläche des Katalysators,<br />
wodurch <strong>die</strong> Reaktionsrate gesteigert wird.<br />
Die Wirkung vieler Katalysatoren wird erst bei hohen Temperaturen signifikant, so daß<br />
eine Aufheizung des Pellistors während der Messung erforderlich ist. Dieses läßt sich<br />
zweckmäßig mit einer Platin-Heizwendel durchführen, deren Widerstand nach Abschnitt<br />
3.3.2 gleichzeitig zur Temperaturmessung herangezogen werden kann.<br />
(Wärmetönung) ergeben. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Selektivität ergibt<br />
sich, wenn nebeneinander mehrere Pellistoren bei unterschiedlichen Reaktionstemperaturen<br />
betrieben werden, da <strong>die</strong> Reaktionsrate häufig bei bestimmten Katalysatoren eine<br />
gasspezifische Temperaturabhängigkeit besitzt (Bild 8.2-2).<br />
Bild 8.2-2<br />
Temperaturabhängigkeit der Reaktionsrate von Katalysatoren (nach [8.22]): Im<br />
Bereich I wird <strong>die</strong> Reaktionsrate durch <strong>die</strong> Geschwindigkeit der chemischen Reaktion<br />
bestimmt, dort nimmt sie in vielen Fällen exponentiell mit der Temperatur zu. Im<br />
Bereich III ist der bestimmende Prozeß <strong>die</strong> Heranführung des reagierenden Gases an<br />
den Katalysator durch Diffusion.<br />
Bild 8.2-1 Aufbau eines Pellistors aus einer porösen Sinterkeramik (inertes Oxid wie ThO 2 ,<br />
Al 2 O 3 , SnO 2 oder andere mit katalytisch aktiven Metallzusätzen, nach [1.1]): Eingesintert<br />
wird eine Wendel aus einem Platin- oder Iridiumdraht, über <strong>die</strong> der Pellistor auf<br />
<strong>die</strong> Reaktionstemperatur des Katalysators (z.B. 500°C) aufgeheizt werden kann. Der<br />
Widerstand des Drahtes <strong>die</strong>nt gleichzeitig zur Temperaturmessung.<br />
Durch den Katalysator kann z.B. <strong>die</strong> Reaktion 2CO+O 2 –> 2CO 2 eingeleitet werden,<br />
d.h. der Sensor kann zum Nachweis von CO verwendet werden.<br />
Weiter entwickelte Ausführungsformen von Pellistoren verwenden anstelle des Heizdrahtes<br />
Kaltleiter-Keramiksubstrate, <strong>die</strong> durch Eigenerwärmung bei Stromfluß auf eine<br />
vorgegebene Katalysatortemperatur gebracht werden (Abschnitt 3.3.4 und Bild 8.2-3).<br />
Bei der Auswertung des Widerstandes zur Bestimmung der Gaskonzentration werden<br />
<strong>die</strong> in den Bildern 3.3.4-17 und 18 beschriebenen Kaltleitereigenschaften<br />
berücksichtigt.<br />
Pellistoren werden vielfach zum Nachweis reduzierender Gase wie Kohlenmonoxid<br />
(CO) oder Methan (CH 4 ) eingesetzt, d.h. sie finden Anwendungen in Feuerwarnanlagen<br />
und beim Explosionsschutz. Zur Vergrößerung der Meßgenauigkeit werden als Referenz<br />
häufig oberflächenpassivierte chemisch inaktivierte Blindpellistoren eingesetzt.<br />
Nachteilig bei Pellistoren ist <strong>die</strong> geringe Empfindlichkeit und mangelnde Selektivität,<br />
da häufig verschiedene chemische Reaktionen einen Beitrag zur Wärmeentwicklung<br />
Bild 8.2-3<br />
Pellistor mit einem beheizbaren Substrat aus einem Kaltleiterwerkstoff (Bariumtitanat)<br />
mit aufgedampfter Katalysatorschicht (nach [8.22 und 30])