Untersuchung des Elektrolyseprinzips zur Bestimmung von geringen Feuchtegehalten und der Einsatz von ionischen Flüssigkeiten als neuartige Sensorbeschichtung

Detjens, Marc GND

Feuchte, sei es Material- oder Gasfeuchte, ist eine wichtige Messgröße bei der Qualitätsbeurteilung von Kunststoffen, landwirtschaftlichen Erzeugnissen, Energieträgern, Arzneimitteln, industriell und medizinisch verwendeten Gasen. Deswegen gibt es ein Interesse Feuchtemesserfahren hinsichtlich Präzision, Wiederholbarkeit, Rückführbarkeit und Stabilität kontinuierlich zu verbessern. Ein bewährtes Messprinzip für diese Aufgabe wurde bereits 1959 von Keidel entwickelt und basiert auf der Absorption und Elektrolyse von Wasserdampf. Der einfache Aufbau dieses Prinzips besteht aus einem Sensorelement, einer Gleichspannungsquelle, einem Digitalmultimeter und einen geregelten Gasstrom über den Sensor. Nach dem Faraday’schen Gesetz der Elektrolyse korreliert bei dem Messprinzip die Ladungsmenge mit der elektrolysierten Wassermasse. Jedoch bedarf es in der heutigen Zeit einer Validierung der Sensoren, weil durch gezielte Miniaturisierung weniger aktive Fläche vorhanden ist und somit das Faraday’sche Gesetz nicht vollständig anwendbar ist. In dieser Arbeit wurden coulometrische Sensoren mit einer planaren Elektrodenstruktur hinsichtlich der Einflüsse von unterschiedlichen Gasen, der Gastemperatur und dem -druck untersucht. Zusätzlich wurde eine neuartige Sensorbeschichtung basierend auf einer ionischen Flüssigkeit getestet. Des Weiteren wurde ein Messgerät für die abgestufte Bestimmung der Materialfeuchte und Wasseraktivität entwickelt und dessen messtechnischer Einsatz untersucht.

Moisture and humidity are important parameters to evaluate the quality of polymers, agricultural products, energy sources, pharmaceutical products, industrial and technical used gases. Therefore, there is a need to improve the existing measurement principles to achieve better precision, reproducibility, traceability, and stability. A proven and tested measurement principle was developed by Keidel in 1959 and it is based on the absorption and electrolysis of water vapour. Keidel’s principle correlates electric charge and electrolysed water mass under consideration of Faraday’s law of electrolysis. However, Faraday’s law of electrolysis cannot be applied to current sensors because of their small active surface area. Thus, the sensors need to be validated. The simple measurement setup consists of a sensor element, a direct current voltage supply, a digital multimeter and a controlled gas flow. In this work, coulometric sensors with a planar electronic structure were investigated with respect to the influences of various gases, gas temperature and pressure. In addition, a new kind of sensor coating was tested that is based on an ionic liquid. Furthermore, a device was developed, built up and tested for staged determination of moisture content and water activity.

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Detjens, Marc: Untersuchung des Elektrolyseprinzips zur Bestimmung von geringen Feuchtegehalten und der Einsatz von ionischen Flüssigkeiten als neuartige Sensorbeschichtung. Ilmenau 2019.

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