Abstract
In this work, we present a low cost multi gas detection system for simultaneous measurement of up to three gases. The main conclusions are based on the investigation of the concentrations of CO2 gas as well as of CH4 gas and of H2O vapor. It was found that the continuous heating of the IR source and the absolute values of thermopile voltages are not suitable parameters for the gas detection because of their high sensitivity to the influence of temperature and/or gas flow parameters. A sine like signal is preferential for our measurement system. The amplitude of the sine is very stable and is proportional only to the concentration of particular gas (according to the optical filter) and is not dependent on the concentration of other gases or on temperature. In this way, the CO2 gas concentration can be measured from 50 ppm to 400000 ppm with the same measurement setup. The lowest detectable concentration of CH4 was about 500 ppm.
Zusammenfassung
In diesem Beitrag wird ein kostengünstiges Multigaswarnsystem beschrieben, das für die gleichzeitige Messung von bis zu drei verschiedenen Gasen eingesetzt werden kann. Die wichtigsten Ergebnisse des Beitrages basieren im Wesentlichen auf der Untersuchung von CO2-Konzentrationen, die durch Untersuchungen von CH4- und H2O-Dampf-Konzentrationen ergänzt wird. Die Untersuchungen zeigen, dass der kontinuierliche Betrieb der IR-Quelle und die Absolutwerte der gemessenen Thermospannungen ungeeignete Paramente für die Gasdetektion sind, weil hier eine hohe Empfindlichkeit bezüglich des Einflusses von Temperatur und/oder den Strömungseigenschaften der Gase besteht. Demzufolge wurde für das Messsystem ein sinusförmiges IR-Signal gewählt. Die Amplitude der sinusförmigen Thermospannungen (nach dem optischen Filter) zeigt dabei ein sehr stabiles Verhalten und ist nur proportional zur Konzentration des zu messenden Gases, welches wiederum unabhängig von der Konzentration anderer Gase und der Umgebungstemperatur ist. Mit dieser Messmethode können CO2-Gaskonzentrationen in einem Bereich von 50 ppm bis zu 400000 ppm mit der gleichen Messanordnung gemessen werden. Für CH4 lag die geringste nachzuweisende Konzentration bei 500 ppm.
About the authors
Institute of Micro and Sensor Systems at the Otto von Guericke University Magdeburg, Special Fields: Sensors of Semiconductor and Technology of Sensor Systems
Otto von Guericke University Magdeburg, Faculty of Electrical Engineering and Information Technology, Institute of Micro and Sensor Systems (IMOS), Universitätsplatz 2, 39106 Magdeburg, Germany, Tel.: +49 391 67 58024,Fax: +49 391 67 12103
Institute of Micro and Sensor Systems at the Otto von Guericke University Magdeburg, Special Fields: Sensors of Semiconductor and IR Sensors
Otto von Guericke University Magdeburg, Faculty of Electrical Engineering and Information Technology, Institute of Micro and Sensor Systems (IMOS), Universitätsplatz 2, 39106 Magdeburg, Germany
J. Dittrich Elektronic GmbH & Co. KG, Special Fields: Measuring Systems for Gases
J. Dittrich Elektronic GmbH & Co. KG, Bahnhofstraße 67, 76532 Baden-Baden, Germany, Tel.: +49 7221 97062 0,Fax: +49 7221 97062 99
J. Dittrich Elektronic GmbH & Co. KG, Special Fields: Development Measuring Systems for Gases
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Institute of Micro and Sensor Systems at the Otto von Guericke University Magdeburg, Special Fields: Technology of Semiconductors
Otto von Guericke University Magdeburg, Faculty of Electrical Engineering and Information Technology, Institute of Micro and Sensor Systems (IMOS), Universitätsplatz 2, 39106 Magdeburg, Germany, Tel.: +49 391 67 58398,Fax: +49 391 67 12103
Acknowledgement
This work was supported by German Federal Ministry of Education and Research (Nr. 16SV5283K and Nr. 16SV5284).
©2016 Walter de Gruyter Berlin/Boston
