1 Überblick über die Sensorik

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