Florian Dietachmayr, Andreas Winkler, Bernhard Zagar,
"Modellbasierte Analyse von nichtdispersiven Infrarot-Gassensoren mit thermischen Strahlquellen und Thermopiledetektoren"
, in TM - Technisches Messen, Vol. 85, Nummer 4, Walter de Gruyter GmbH, Seite(n) 221 - 232, 4-2018, ISSN: 2196-7113
Original Titel:
Modellbasierte Analyse von nichtdispersiven Infrarot-Gassensoren mit thermischen Strahlquellen und Thermopiledetektoren
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Nichtdispersive Infrarotsensoren werden in vielen industriellen und wissenschaftlichen Bereichen zur Messung von Gaskonzentrationen und -bestandteilen eingesetzt. Die Entwicklung neuer Sensoren ist mangels eines umfassenden mathematischen Simulationsmodells aufwändig, da zumeist Prototypen angefertigt werden müssen, um die Auswirkungen verschiedener Änderungen auf das Sensorverhalten festzustellen. Im Rahmen dieses Beitrags werden zunächst mathematische Modelle für in kommerziellen Sensoren häufig eingebaute Komponenten von nichtdispersiven Infrarotsensoren (thermische Infrarotquellen und Thermopiledetektoren) hergeleitet und verifiziert. Es zeigt sich, dass das Sensorverhalten auf Basis von grundlegenden physikalischen Zusammenhängen ausreichend genau modelliert werden kann, wodurch die gefundenen Modelle einfach an verschiedene Varianten von thermischen Quellen und thermoelektrischen Detektoren adaptierbar sind. Abschließend werden auf Basis von Simulationen verschiedene Gehäusegeometrien auf deren Einfluss auf die Sensorempfindlichkeit hin untersucht.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englischer Titel:
Model based analysis of non-dispersive infrared gas sensors with thermal emitters and thermopile detectors
Englische Kurzfassung:
Non-dispersive infrared sensors are widely used in industrial and scientific processes. Currently, there is no complete mathematical model of non-dispersive infrared sensors available which makes the development process of new sensor alterations a tedious task. The lack of a rigorous mathematical model requires the production of prototypes to quantify the impact of different sensor alterations on the sensor?s performance. This paper presents mathematical models for in commercially available nondispersive infrared sensors commonly used components: thermal infrared sources and thermopile detectors. The models are based on fundamental physical relations and are therefore easily adaptable to different thermal emitter and thermoelectric detector types. Furthermore, different measurement chamber geometries are simulated and their impact on sensor performance are analyzed.