1.3 - Kalibriergasgenerator mit coulometrischer Überwachung
- Event
- 16. Dresdner Sensor-Symposium 2022
2022-12-05 - 2022-12-07
Dresden - Band
- Vorträge
- Chapter
- 1. Hochtemperatursensorik
- Author(s)
- J. Zosel, A. Müller - Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V., Waldheim/D, M. Novak, G. Hommes - SKAN AG, Allschwil/CHE, M. Mertig - Technische Universität Dresden, Dresden/D
- Pages
- -
- DOI
- 10.5162/16dss2022/1.3
- Price
- free
Abstract
Substanzen, die in Gasgemische in nur sehr geringen Konzentrationen (0 ... 1000 ppmv) eingebracht werden sol-len, und sich aus Flüssigkeiten verdampfen lassen, werden immer dann prozessnah in einen Trägergasstrom einge-bracht, wenn Kondensation, Sorptionsprozesse oder deren eingeschränkte Stabilität einer prozessfernen Präparation und anschließenden Lagerung in Druckgasbehältern ent-gegenstehen. Bei solchen Substanzen handelt es sich zum Beispiel um Wasser, Wasserstoffperoxid (WP), verschie-dene Kohlenwasserstoffe wie Ethanol und Aceton oder auch Precursoren für die Atomlagenabscheidung bzw. an-dere Abscheideprozesse. Die Einstellung präziser Kon-zentrationen dieser mittels Verdunstung oder Verdampfung eingebrachten Substanzen im unteren ppmv-Bereich ist meist nur mit eingeschränkter Genauigkeit möglich und wird deshalb häufig mit Gassensoren kontrolliert oder gere-gelt. Für die Einbringung von Dämpfen in Gasgemische wer-den bislang verschiedene Verfahren in Form spezieller Vor-richtungen technisch genutzt, die fast immer für eine be-stimmte Substanz optimiert worden sind. Diese beruhen auf der Injektion der Flüssigkeit in das Trägergas oder um-gekehrt der Injektion des Trägergases in die zu verduns-tende Flüssigkeit. Deutlich seltener werden Verfahren genutzt, bei denen der Dampf durch Verdunstung, bei-spielsweise über eine fließende Grenzfläche oder durch eine mikroporöse Membran bereitgestellt wird. Die ge-nannten Verfahren weisen verschiedene Einschränkungen im Hinblick auf den einstellbaren Gasvolumenstrom, die Dampfkonzentration bzw. deren Genauigkeit und Überprüf-barkeit auf. Insbesondere für die Einstellung definierter Konzentrationen an gasförmigem WP im ppmv-Bereich ist wegen dessen Neigung zum Zerfall in der Gasphase noch kein Verfahren verfügbar, das die heute bestehenden An-forderungen an Genauigkeit und Langzeitstabilität erfüllt. Der im folgenden beschriebene Kalibriergasgenerator mit coulometrischer Überwachung ist für diese Applikation vor-gesehen und ermöglicht die langzeitstabile und rückführbar überprüfbare Einstellung geringer Dampfkonzentrationen im ppbv/ppmv-Bereich in Trägergasen bei Volumenströ-men bis 2 Liter pro Minute (bei Normbedingungen, slm). Bei diesem System wird die entsprechende Flüssigkeit durch mehrere membranfreie unbewegte Grenzflächen, die kon-sekutiv vom Trägergas überströmt werden, verdunstet. Diese Verdunstung erfolgt bei hochpräzise eingestellter Grenzflächentemperatur bis zur vollständigen Ausbildung des thermodynamischen Gleichgewichtes.