Kabelbrände „riechen", bevor es schmort

  • 26. November 2015

Hybrid-Sensoren kombinieren Mess­prozes­se und IT-Aus­wertung.

Dass ein Kabel schmort, lässt sich mit Glück bemerken, bevor es brennt: Die Kunststoffummantelung verfärbt sich und es riecht brenzlig. Hybrid-Sensoren könnten die Gefahr von Kabelbränden allerdings noch früher erkennen, schon bevor Auge und Nase sie wahrnehmen: Sie spüren Gase auf, die sich durch die Erwärmung aus der Kunststoff-Ummantelung lösen und bieten eine zuverlässige Identifikation und Analyse, um welches Gasgemisch es sich handelt und wie hoch die Konzentration des Gasgemisches ist.

Abb.: Der Sensor besteht aus vier Feldern mit unterschiedlichen Metalloxiden die ihren temperaturabhängigen elektrischen Widerstand bei Kontakt mit Gasen ändern. (Bild: KIT/HsKA)

Abb.: Der Sensor besteht aus vier Feldern mit unterschiedlichen Metalloxiden die ihren temperaturabhängigen elektrischen Widerstand bei Kontakt mit Gasen ändern. (Bild: KIT/HsKA)

Darüber hinaus können sie auch Störgase wie zum Beispiel Propen oder Kohlen­monoxid erkennen und somit Fehlalarme ausschließen. Möglich wird dies, weil die Hybrid-Sensoren nicht nur über einen Gas detektierenden Sensorchip, sondern auch über Rechen­leistung und Algorithmen für die Auswertung der Messdaten verfügen. „Die Kombination des intelligenten Auswertungs­verfahrens mit der physikalischen Messung ist Kern der Entwicklung“, erläutert Hubert Keller, Projekt­leiter Simulation und Messtechnik am Institut für Angewandte Informatik des KIT.

Die sehr empfindlichen Hybrid-Sensoren könnten die Sicherheit in Kabel­schächten erhöhen. Ihre Fähigkeit, Gasgemische aufzuspüren und Einzelgas-Konzen­trationen zu bestimmen, ließe sich aber auch nutzen, um in der Lebens­mittel­überwachung giftige Schimmel­pilz­gase nachzuweisen, um in Dünge­mittel­silos vor dem Auftreten explosiver Gase zu warnen oder um Leckagen an Erdgas­leitungen zu entdecken. „Hybrid-Sensoren lassen sich universell als einzelnes Sensor­system oder als Netzwerk und auch kombiniert mit klassischen Sicherheits­ansätzen wie Infrarotkameras einsetzen“, sagt Keller.

„Für die Entwicklung des Sensors nutzen wir den Effekt, dass vielerlei Gase in Abhängigkeit der Temperatur ganz unter­schiedlich mit gas­sensitiven Metall­oxiden reagieren“, sagt Heinz Kohler vom Institut für Sensorik und Informations­systeme (ISIS) an der Hochschule Karlsruhe für Technik und Wirtschaft. „Auf diesem Effekt haben wir einen eigen­beheizten, temperatur­geregelten Sensorchip mit vier Einzelsensoren aufgebaut.“ Dieses Sensorarray wird zyklisch erhitzt und wieder abgekühlt und liefert bei simultaner Messung des elektrischen Widerstands oder des Leitwertes vier verschiedene, spezifische Leitwert-Signaturen, deren Auswertung Aufschluss über die Zusammen­setzung und Konzentration des Gases gibt.

Die Verschmelzung von Sensor­technologie und Analyse­methode haben die Forscher im Zuge des Projekts Hybrid-Sensor-Plattform entwickelt. Das Verfahren wurde bereits zweimal auf interna­tionalen Konferenzen mit einem Best Paper Award für heraus­ragende Forschungs­beiträge ausgezeichnet.

KIT / PH

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