Optimierung, luftgestützte Anwendungen von kostengünstigen Sensoren
Das Ziel ist es, zusammen mit dem Institut für Energie- und Klimaforschung- Troposphäre (IEK-8) kostengünstige Sensoren zu optimieren, um diese auf mobilen und luftgestützten Plattformen einzusetzen, zur Erfassung von Schadstoffkonzentrationen in der Atmosphäre- insbesondere zur Messung von Verkehrsemissionen. Hier werden zur Untersuchung der Luftverschmutzung und Luftqualität bis in 2 km Höhe zu den bisher verwendeten traditionellen Messgeräten elektrochemische Sensoren eingesetzt. Die Vorteile dieser elektrochemischen Sensoren gegenüber traditionellen Messgeräten sind das geringe Gewicht, geringe Kosten und die kleinen Abmessungen. Dank dieser Eigenschaften können diese Sensoren sehr gut auf kleinen Fluggeräten eingesetzt werden.
Climatized Atmospheric Calibration flow Tube System
Im sog. CACTUS Projekt werden diese Sensoren mit dem neu entwickelten System erweitert. Hier werden innerhalb von Sekunden die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und der Druck in einem SilcoNert-beschichteten Edelstahlrohr kontrollieren und verändern, um mögliche Sensorstörungen zu erkennen und zu korrigieren. Für den Einsatz dieser Sensoren ist es dringend erforderlich, sie in definierter Atmosphäre zu charakterisieren und regelmäßig zu kalibrieren. Hierfür wurde die Anlage Cactus entwickelt, eine Kalibrierplattform für elektrochemische Sensoren.
Technische Herausforderungen
Die Herausforderung bei der Konzeptfindung, Planung und Umsetzung bestand in der Vielfältigkeit und dem Umfang der Prozesstechnik. Eine Vielzahl an Gasen und Partikeln muss dosiert, gemischt, temperiert, befeuchtet und druckgeregelt werden unter gleichzeitiger Berücksichtigung der jeweiligen Risiken, welche zum Beispiel von den Gasen selbst oder der Druckbeaufschlagung aller Bauteile ausgehen. Darüber hinaus stellt die Atmosphärenkammer ein hochkomplexes Bauteil dar, welches unter den Rahmenbedingungen der Druckgeräterichtlinie in doppelwandiger Ausführung, aus speziellem hoch korrosionsbeständigem Stahl hergestellt und bei über 400 °C mit einer aufgedampften inerten Beschichtung versehen wurde.
In dem Herzstück der Anlage, der Atmosphärenkammer, werden die Sensoren den gewünschten Bedingungen ausgesetzt und kalibriert. Die Umgebungsbedingungen lassen sich wie folgt variieren:
Temperaturbereich für das erzeugte Gasgemisch und alle gasberührenden Bauteile: -20°C bis +45°C
Temperatur-Änderungsgeschwindigkeit: 2 °C/min
Erzeugen eines Gasgemisches aus den folgenden Bestandteilen: Synthetische Luft, CO2, CO, NO, NO2, O3, Volatile Organic Compounds (VOC’s) und Aerosole
Luftfeuchte: 0 bis 95 % r.F. ohne Bildung von Kondensation durch temperierte Oberflächen
Luftdruck: 750 bis 1.020 mbar Absolutdruck
Alle gasberührenden Bauteile der Atmosphärenkammer sind präzise temperiert. Dazu wurden eine doppelwandige Ausführung und eine Temperierung mittels flüssigem Kältemittel vorgesehen. Zusätzlich wurden alle gasberührenden Bauteile mit einer inerten Beschichtung (Silconert 2000) versehen. Racks dienen der Gaserzeugung und der Konditionierung des Versuchsgases. Hier werden die verschiedenen Gase, Partikel und VOCs hinzugegeben, das Gas vortemperiert, befeuchtet und anschließend zu einer Mischkammer geführt. Von dort gelangt das Prozessgas in einen weiteren Wärmetauscher zur Nachtemperierung und wird anschließend in die Atmosphärenkammer geleitet. Zur Umsetzung von schnellen Temperaturänderungen des Versuchsgases, als auch aller gasberührenden Bauteile (z.B. der Atmosphärenkammer selbst, Wärmetauscher usw.) wird ein leistungsfähiges Kälteaggregat mit einer Temperierleistung von 10 KW und einem Volumenstrom an flüssigem Kältemittel von 180 Liter/min. eingesetzt.
Weitere Informationen: Projektseite IEK-8