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Optimierung des Strömungseinflusses auf Hochtemperatur-Gassensoren mithilfe von Schutzkappen

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Kern, Thomas:
Optimierung des Strömungseinflusses auf Hochtemperatur-Gassensoren mithilfe von Schutzkappen.
Bayreuth , 2019
( Bachelor thesis, 2019 , Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Funktionsmaterialien)

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Das Signal von Hochtemperatur-Gassensoren kann deutlich von Strömungsverhältnissen beeinflusst werden. Beispielsweise führen eine ungleichmäßige Anströmung und Verwirbelungen zu einer inhomogenen Temperaturverteilung auf dem Sensor, was zu Messabweichungen und starkem Signalrauschen führen kann. Ziel dieser Arbeit war es, den Strömungseinfluss auf Gassensoren mithilfe von Schutzkappen zu verringern, um Konzentrationsmessungen bei höheren Volumenströmen zu ermöglichen. Dafür wurden Messungen mit einem am Lehrstuhl für Funktionsmaterialien entwickelten thermoelektrischen Kohlenwasserstoffsensor durchgeführt. Das Signal dieses Sensors ist prinzipbedingt besonders strömungsabhängig. Es wurden zunächst reine Strömungsmessungen bei Volumenströmen von bis zu 50 l/min mit Schutzkappen verschiedener kommerzieller Hersteller durchgeführt. Unter den getesteten Modellen waren auch Schutzkappen, die für Lambdasonden verwendet werden. Der Sensor ist bei den durchgeführten Messungen um mehrere Winkel in der Kappe verdreht worden, da bereits kleine Ungenauigkeiten in der Positionierung Auswirkungen auf die Anströmung und somit auf das Signal des Sensors haben können. Zum Schluss erfolgten Gasmessungen mit Propen mit ausgewählten Schutzkappen, um ihren Einfluss auf die Empfindlichkeit des Sensors zu ermitteln. Im gewählten Messaufbau wird der ungehäuste Sensor massiv vom Volumenstrom beeinflusst und es tritt eine enorme Streuung des Signals auf. Zudem führt schon eine minimale Verdrehung des Sensors zu großen Messabweichungen. Die Gasmessungen bestätigten, dass ein um 20 l/min erhöhter Volumenstrom zu einer größeren Änderung des Signals führt als eine Propenkonzentration von 2500 ppm. Das Aufbringen einer Schutzkappe verringert den Einfluss von Volumenstrom und Verdrehwinkel deutlich, die Abweichung und das Rauschen des Signals werden stark reduziert. Bei vielen getesteten Modellen sinken diese strömungsbedingten Abweichungen um mehr als 95% im Vergleich zu den Ausgangswerten ohne Kappe. Bei den durchgeführten Gasmessungen zeigte sich jedoch, dass sich durch die Schutzkappen die Sensorempfindlichkeit ebenfalls reduziert. Zusätzlich scheint die Empfindlichkeit bei Verwendung einiger Kappen mit zunehmendem Volumenstrom anzusteigen. Trotz dieser Einschränkungen wird das Sensorverhalten aber in dem Maße verbessert, dass verlässliche Konzentrationsmessungen bei hohen und zudem schwankenden Volumenströmen möglich sind. Der Unterschiede verschiedener Schutzkappentypen wurden hinsichtlich ihrer Eignung im Abgas verglichen und bewertet.

Further data

Item Type: Bachelor thesis
Institutions of the University: Faculties > Faculty of Engineering Science
Faculties > Faculty of Engineering Science > Chair Functional Materials > Chair Functional Materials - Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos
Profile Fields > Advanced Fields > Advanced Materials
Research Institutions > Research Centres > Bayreuth Center for Material Science and Engineering - BayMAT
Result of work at the UBT: Yes
DDC Subjects: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering
Date Deposited: 16 Sep 2019 08:33
Last Modified: 16 Sep 2019 08:33
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/52152