Hochtemperatur-Wärmeleitfähigkeitssensor für die Wasserstoffüberwachung in rauen Umgebungen

Die Bestimmung der Wasserstoffkonzentration spielt in vielen Bereichen eine wichtige Rolle, da sie als Indikator neben der Erfassung von möglichen Leckagen bei der Erzeugung oder Speicherung auch zur Überwachung von potentiell unvollständiger Verbrennung des Gases dienen kann. Stand der Technik ist es, die Wärmeleitfähigkeit als Sensorgröße zu verwenden, da diese in reinem Wasserstoff (H2) um den Faktor 7 höher ist als in Luft. Üblicherweise wird die Wärmeleitfähigkeit mit Sensoren in Silizium-MEMS-Bauweise detektiert, wobei der Vorteil in der geringen Baugröße und der niedrigen Energieaufnahme der Sensoren liegt. Allerdings können MEMS-Sensoren nicht unter rauen Umgebungsbedingungen wie z. B. Abgasen eingesetzt werden, da sich die Halbleitereigenschaften oberhalb einer Temperatur von 100 °C zunehmend verschlechtern. In der vorliegenden Arbeit werden keramische Wärmeleitfähigkeitssensoren zum Nachweis von H2 beschrieben und evaluiert. Der Vorteile dieser Technologie sind die hohen Betriebstemperaturen von > 500 °C und eine Auflösung von < 100 ppm H2.