Entwicklung neuartiger Technologien zur Erkennung von Umweltverschmutzung durch präzise Massendurchflusskontrolle

Das Wachstum des IoT (Internet der Dinge) treibt den Bedarf an kleineren und allgegenwärtigen Sensoren voran. Normalerweise denkt man in diesem Zusammenhang an optische oder elektrische Sensoren. Diese Art der Messung war bisher in der Regel der Automobil- und Prozesssteuerungsindustrie vorbehalten und ist auf Verbraucherebene weitgehend nicht verfügbar.

Das Internet der Dinge (IoT) schafft derzeit einen Bedarf an stromsparenden, kostengünstigen Gassensoren, die für Anwendungen auf Verbraucherebene genutzt werden können. Es gibt potenzielle Anwendungen in den Bereichen:

• Überwachung der Luftqualität in Haushalten
• Personalisierte Gesundheitsversorgung
• Analyse des Atems
• Eine Vielzahl von anderen Anwendungen

Bestehende Sensoren, die für diese Anwendungen verwendet werden könnten, sind jedoch aufgrund ihrer Größe, ihres hohen Energiebedarfs und ihrer hohen Kosten im Allgemeinen nicht geeignet.

Es gibt eine Reihe von konkurrierenden Technologien, die sich auf die Bereitstellung von Sensoren für diesen Markt konzentrieren; einer der vielversprechendsten Sensortypen ist der Feldeffekttransistor (FET). In einer kürzlich veröffentlichten Arbeit beschreiben Fahad et. al. einen neuartigen FET, der viele der Anforderungen zu erfüllen verspricht, bei denen bestehende Sensoren versagen. Viele der in dem Aufsatz beschriebenen Experimente erfordern einen hochgenauen Massenstrom der gemessenen Gase.¹

Herausforderung: Nachweis von Schwefel-/Stickstoffdioxid-Luftschadstoffen

Fahad et. al. demonstrieren einen neuartigen chemisch empfindlichen FET, der Schwefeldioxid (H₂S) bis zu 10 ppb. Dieses unsichtbare Gas bildet leicht giftige Verbindungen wie Schwefelsäure und Sulfatpartikel, was insbesondere für Asthmatiker sehr gefährlich ist. Die USA haben große Fortschritte bei der Reduzierung von Schwefelemissionen aus Kraftwerken gemacht. Dennoch wurden im Jahr 2011 immer noch mehr als 500 Millionen Tonnen aus Kraftwerken und anderen Quellen ausgestoßen. ²

Die gleiche Versuchsreihe ergab den Nachweis von Stickstoffdioxid (NO₂) bis hinunter zu 1 ppm. Dieses Gas ist ein weiterer weit verbreiteter Luftschadstoff, der die Gesundheit beeinträchtigen kann. NO₂ reagiert mit anderen in der Luft befindlichen Stoffen und bildet Feinstaub und Ozon, die beide erhebliche negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Atemwege haben.

Das US-EPA hat kürzlich die Normen für NO₂. Diese neueren Normen erfordern eine verstärkte Überwachung der Luftschadstoffwerte, um ihre Einhaltung zu gewährleisten. Die Umsetzung dieser neuen Normen erfordert wiederum eine verstärkte Schulung und eine ordnungsgemäße Kalibrierung der verwendeten Geräte, um die erforderliche Genauigkeit zu gewährleisten. Alicat bietet eine Reihe von Produkten an, die speziell entwickelt wurden, um staatliche und kommunale Umweltanalytiker und Techniker dabei zu unterstützen, die erforderliche Genauigkeit zu gewährleisten.³

Die Lösung: Genaue Kontrolle des Massendurchflusses

Diese Experimente zeigen die Wirksamkeit des neuartigen Low-Power-FET-Sensors. Die Experimente wurden mit bekannten Gasen von kommerziellen Anbietern durchgeführt. Die Kontrolle der Gaszufuhr war entscheidend für eine genaue Bewertung der FET-Funktion. Alicat Massendurchflussregler wurden verwendet, um die Genauigkeit dieser Messungen zu gewährleisten, indem der Eingangsstrom des Gasgemischs von 1-100 SCCM genau geregelt wurde.

Da Wissenschaftler und Ingenieure weiterhin neuartige Sensoren entwickeln, um IoT-Technologien zu ermöglichen, wird ein präziser, zuverlässiger Massenfluss weiterhin erforderlich sein. Bei Alicat ist es unsere größte Leidenschaft, das Tempo der wissenschaftlichen Innovation zu erhöhen. Alle unsere Instrumente werden speziell für die Bedürfnisse Ihrer Wissenschaft entwickelt.