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#30419 / #2

WS 2017/18 - SoSe 2023

English

Science and Technology of Gas Sensors
Grundlagen der Wissenschaft und Technologie der Gassensoren

6

Gurlo, Aleksander

Benotet

Mündliche Prüfung

English

Zugehörigkeit


Fakultät III

Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien

33341300 FG Keramische Werkstoffe

MSc Werkstoffwissenschaften

Kontakt


BA 3

Amtsfeld, Anne-Claude

gurlo@ceramics.tu-berlin.de

Lernergebnisse

At the end of this course the students will be able to: 1. Describe the basic principles of chemical and physical gas detection 2. Explain the fundamental concepts of sensor technology 3. Understand the technical specifications of commercial sensors 4. Select sensors for a specific application 5. Present results of your selection in a form of a concept map and in a seminar talk and will also improve your soft-skills, such as presentation techniques, interaction in an e-leaning environment and in teams, and the methods of organizing and representing knowledge

Lehrinhalte

1) Basics and definitions Sensors in nature and technology. “Artificial sensors”: why, what for, application areas. Sensor manufactures. Definitions: sensor, physical sensor, chemical sensor, biosensor, gas sensor. Principle of construction: receptor and transducer. Performance characteristics (response, signal, sensitivity, calibration curve, drift, reproducibility, cross-sensitivity). Gas concentrations (µg/m3, ppt, ppb, ppm, vol. %, % r.h). Regulations and norms for pollutants in the EU, Germany, USA and other countries (OELs, TRKs, MAKs, AGW, TLV, PELs). 2) Principles of gas detection and classification of sensors Fundamental properties of gases (molecules) and gas mixtures: molecular structure, thermal conductivity, diffusitivity, acid-base properties, redox ability, and the types of interaction with solid-state materials. Classification of sensors on the basis of: (i) target gases, (ii) materials, and (iii) transduction principles. 3) Calorimetric, thermal conductivity and thermochemical sensors. Pellistors, Principle of operation. Construction. Receptor and transducer materials. Detection of flammable gases. LEL and UEL. Hydrogen detection. Methane detection. Examples of commercial sensors. Applications examples: coalmines, sewers, fuel cells. Limitations. 4) Optical (non-dispersive IR) sensors Principle of operation. Construction. Receptor and transducer materials. Detectable gases. Detection of CO2 and hydrocarbons. Examples of commercial sensors. Applications examples. HVAC applications. Limitations. 5) Electrical sensors Principle of operation. Construction. Receptor and transducer materials: semiconducting oxides (SnO2) and nitrides (GaN), metals (Pd), conducting polymers, phthalocyanines, carbon nanotubes, graphene, nanowires and nanocomposites. Detectable gases. Detection of toxic gases. Oxygen detection with high-temperature conductors (SrTiO3). Examples of commercial sensors. Taguchi (TGS) sensors. Microplatforms. Applications examples: climate controls in cars, fire detection, gas alarms. Limitations. 6) Electrochemical sensors Principle of operation. Potentiometric and amperometric (limiting current sensors). Mixed potential sensors. Construction. Receptor and transducer materials. Ionic and mixed conductors. Detectable gases. Detection of oxygen, NOx, CO2 and toxic gases. Examples of commercial sensors. Applications examples: lambda-sonde. Limitations. 7) Mass-sensitive sensors Principle of operation. Construction. Receptor and transducer materials. QMBs, SAWs and BAWs. Piezoelectric transducers. Thickness shear mode resonators. Quartz crystal microbalance (QMB, QCM). Surface and bulk acoustic wave sensors. Detection of VOCs. 8) Sensor selection Sensor calibration. Measurement set-up. In situ and in operando characterization of sensor performance. Sensor development. Industrial perspective. Selection of sensors for applications in the fields of energy conversion and environmental protection.

Modulbestandteile

Compulsory area

Die folgenden Veranstaltungen sind für das Modul obligatorisch:

LehrveranstaltungenArtNummerTurnusSpracheSWS ISIS VVZ
Science and Technology of Gas SensorsIV0334 L 174WiSeKeine Angabe4

Arbeitsaufwand und Leistungspunkte

Science and Technology of Gas Sensors (IV):

AufwandbeschreibungMultiplikatorStundenGesamt
ELearning15.02.0h30.0h
Präsenzzeit15.02.0h30.0h
Presentation1.030.0h30.0h
Projekt1.030.0h30.0h
Vor-/Nachbereitung15.04.0h60.0h
180.0h(~6 LP)
Der Aufwand des Moduls summiert sich zu 180.0 Stunden. Damit umfasst das Modul 6 Leistungspunkte.

Beschreibung der Lehr- und Lernformen

Lectures, practical work, project work, presentation and Elearning

Voraussetzungen für die Teilnahme / Prüfung

Wünschenswerte Voraussetzungen für die Teilnahme an den Lehrveranstaltungen:

keine

Verpflichtende Voraussetzungen für die Modulprüfungsanmeldung:

Dieses Modul hat keine Prüfungsvoraussetzungen.

Abschluss des Moduls

Benotung

Benotet

Prüfungsform

Oral exam

Sprache(n)

English

Dauer/Umfang

Keine Angabe

Prüfungsbeschreibung (Abschluss des Moduls)

Notenschlüssel 2 der Fakultät 3

Dauer des Moduls

Für Belegung und Abschluss des Moduls ist folgende Semesteranzahl veranschlagt:
1 Semester.

Dieses Modul kann in folgenden Semestern begonnen werden:
Wintersemester.

Maximale teilnehmende Personen

Dieses Modul ist nicht auf eine Anzahl Studierender begrenzt.

Anmeldeformalitäten

Die Anmeldung der Prüfungsäquivalenten Studienleistungen erfolgt im Prüfungsamt. Die Anmeldung muss bis einen Werktag vor Erbringen der ersten Teilleistung erfolgen.

Literaturhinweise, Skripte

Skript in Papierform

Verfügbarkeit:  nicht verfügbar

 

Skript in elektronischer Form

Verfügbarkeit:  verfügbar
Zusätzliche Informationen:

 

Literatur

Empfohlene Literatur
Keine empfohlene Literatur angegeben

Zugeordnete Studiengänge


Diese Modulversion wird in folgenden Studiengängen verwendet:

Studiengang / StuPOStuPOsVerwendungenErste VerwendungLetzte Verwendung
Dieses Modul findet in keinem Studiengang Verwendung.

Studierende anderer Studiengänge können dieses Modul ohne Kapazitätsprüfung belegen.

Wahlpflicht Masterstudiengang "Werkstoffwissenschaften" Geeignet für die Profilbildungen A1, A2, B3, B4, B5, B 6/3

Sonstiges

Wahlpflicht Masterstudiengang "Werkstoffwissenschaften" Geeignet für die Profilbildungen A1, A2, B3, B4, B5, B 6/3