TY - THES A1 - Detjens, Marc T1 - Untersuchung des Elektrolyseprinzips zur Bestimmung von geringen Feuchtegehalten und der Einsatz von ionischen Flüssigkeiten als neuartige Sensorbeschichtung N2 - 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. KW - Coulometrie KW - Feuchtigkeitsmessung KW - Ionische Flüssigkeit KW - Mikrosensor PY - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:ilm1-2019000209 SP - 1 EP - 118 CY - Technische Universität Ilmenau AN - OPUS4-52177 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hübert, Thomas A1 - Tiebe, Carlo A1 - Detjens, Marc A1 - Majewski, J. T1 - On-site calibration system for trace humidity sensors N2 - A portable device for calibration of trace humidity sensors and an adopted calibration procedure have been developed. The calibration device is based on humidity generation by permeating water through polymeric membrane tubes. Water vapour transmission rates for various polymers were experimentally determined in order to select the most suitable polymeric material. The developed trace humidity generator consists of a gas-flow polymeric hose immersed in a water reservoir thermostated by a sensorcontrolled heater. Mole fractions of water vapour between 1 µmol/ molˉ¹ and 350 µmol/molˉ¹ (equivalent to frost-point temperatures from -76 °C to -31 °C) were generated by varying either the operating temperature or gas flow. The operating temperature can be varied from 20 °C to 60 °C and kept stable within 0.1 K. Uncertainty analysis indicated that the trace humidity generator produces gas flows of constant humidity amounts with a relative expanded uncertainty less than 3.4% (k = 2) of the generated value. KW - Polymeric tubes KW - Measurements KW - Trace Humidity KW - Sensor calibration KW - Water vapour permeation PY - 2016 U6 - https://doi.org/10.1016/j.measurement.2016.05.013 SN - 0263-2241 VL - 91 IS - 9 SP - 251 EP - 257 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-36762 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc A1 - Tiebe, Carlo A1 - Banach, Ulrich A1 - Majewski, J. A1 - Hübert, Thomas T1 - Coulometric trace humidity measurement in industrial gases N2 - Coulometric sensors are applied for trace humidity measurements in various technical gases. The use of this sensor type is demanded in some standards by the European Pharmacopoeia for medical gases. Coulometric sensors allow the measurement of water vapour in gases such as e.g. air, Cl2, H2, N2, N2O, CH4 between the concentration ranging from 0.1 to 2,500 µmol∙mol-1 which corresponds to frost point temperature -90 °C to -10 °C, respectively. The sensing principle is based on Faraday’s law of electrolysis whereby water is decomposed to hydrogen and oxygen. The sensor signal is the measured electrical current which is proportional to the mass of water that is absorbed on the hygroscopic phosphorous pentoxide layer. The signal is dependent on the gas flow at a given voltage, gas pressure and temperature. The sensors need to be calibrated to measure the accurate signal for humidity in air. However, the signal is dependent on the type of gas matrix. This dependency has not been quantified so far. Therefore, the impact of reactive gases such as hydrogen and nitrous oxide on the calibration curve was investigated. Furthermore, a possible rationale in relation to the interaction of water with the gas matrix and its impact on the electrode reactions is suggested. The experimental setup consists of a gas supply, dryer, humidifier, test chamber and reference hygrometer. The test gas is generated by mixing the dry and the wet gas flow. First the carrier gas is dried by an activated carbon filter and then split into two flows. One flow is dried again with a molecular sieve. The other flow is humidified by passing it through a bubbler filled with pure water. After this, the rate of both flows is controlled by mass flow controllers and then mixed with the test gas. A calibrated precision chilled mirror dew-point hygrometer is used as a reference instrument. The coulometric sensors were exposed to different humidified gases and the sensor signal was recorded till a constant value was obtained. Calibration curves were calculated for the frost point temperature in the range of about -70 °C to -10 °C according to the equation, tf = A + B∙ln(I), (I is the electrolysis current and A, B are constants) followed with a linear regression fit. Comparison of the results of air and nitrogen showed no significant differences. In contrast, there are remarkable differences for humidified hydrogen and nitrous oxide, respectively. The difference might be due to increased recombination of hydrogen with the produced oxygen to form new water molecules in humidified hydrogen. In conclusion, coulometric trace humidity sensor is a robust hygrometer for various technical applications. However it needs to be calibrated for the specific gas matrix. T2 - Tempmeko 2016 CY - Zakopane, Poland DA - 27.06.2016 KW - Trace humidity KW - Coulometric sensor KW - Industrial gases PY - 2016 AN - OPUS4-36793 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Tiebe, Carlo A1 - Detjens, Marc A1 - Banach, Ulrich T1 - Messunsicherheiten von Feuchtesensoren N2 - Inhalt dieses Seminarbeitrags sind Hygrometer und Kenngrößen der Hygrometrie, Anforderungen an ein Prüflabor sowie die Bestimmung der Messunsicherheit bei der Prüfung von Feuchtesensoren wie auch Prüfung auf signifikante Abweichungen. T2 - 308. PTB-Seminar Berechnung der Messunsicherheit – Empfehlungen für die Praxis CY - Berlin, Germany DA - 15.03.2018 KW - Messunsicherheit KW - Feuchtesensor KW - Prüflabor PY - 2018 UR - https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_8/8.4_mathematische_modellierung/308._PTB_Seminar/Vortraege/4PraxisII/Messunsicherheiten_von_Feuchtesensoren.pdf AN - OPUS4-44546 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc A1 - Tiebe, Carlo A1 - Banach, Ulrich A1 - Ritter, U. T1 - Ionic Liquid Based Coulometric Trace Humidity Sensors N2 - This work presents a first attempt to use ionic liquids as a new coating for planar coulometric sensors. These sensors are used for the measurement of trace humidity in various gases. Usually, the coating of the sensors is tetraphosphorus decaoxide and its hydrolysis products. Instead, a hygroscopic ionic liquid was used as sensor coating in this work. Generated frost point temperatures tf in the gas ranged from -80 °C to -30 °C, which is equivalent to vapour mole fractions xv from 0.5 μmol·mol-1 to 376 μmol·mol-1. In addition to the coulometric sensors, the generated humidity is determined by a precision dew point hygrometer as reference. First results show that it is possible to measure humidity withionic liquid based coulometric sensors. T2 - ALLSENSOR 2018 CY - Rom, Italy DA - 25.03.2018 KW - Ionic liquids KW - Coulometric sensors KW - Sensor coating KW - Trace humidity measurement PY - 2018 AN - OPUS4-44601 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc A1 - Tiebe, Carlo A1 - Banach, Ulrich A1 - Ritter, U. T1 - Ionische Flüssigkeiten als neuartige Sensorbeschichtung für coulometrische Spurenfeuchtesensoren N2 - Die Arbeit präsentiert erste Messungen mit coulometrischen Sensoren, die mit einer ionischen Flüssigkeit beschichtet sind. Diese Sensoren werden in der Industrie verwendet, um die Spurenfeuchte in unterschiedlichen Gasen zu messen. Normalerweise erfolgt eine Beschichtung der Sensoren mit Phosphorpentoxid und dessen Hydrolyseprodukte. In dieser Arbeit wurde stattdessen eine hygroskopische ionische Flüssigkeit benutzt. Die generierte Gasfeuchte für die Untersuchungen betrug bezogen auf die Frostpunkttemperatur -80 °C bis -30 °C, was gleichbedeutend mit einem Wasserdampf-Stoffmengenanteil von 0,5 μmol·mol-1 bis 376 μmol·mol-1 ist. Zusätzlich zu der Messung mit coulometrischen Sensoren erfolgte eine Referenzmessung der Gasfeuchte mittels eines Taupunkthygrometers. Erste Ergebnisse haben gezeigt, dass es möglich ist mit dieser Art der Beschichtung unterschiedliche Gasfeuchten zu messen. Aber es ergaben sich trotz gleicher Feuchte unterschiedliche Signalintensitäten bei den benutzen Sensoren und es zeigte sich eine Drift des Sensorsignales. T2 - Sensoren und Messsysteme CY - Nuremberg, Germany DA - 26.06.2018 KW - Spurenfeuchtemessung KW - Elektrolyseverfahren KW - Ionische Flüssigkeiten KW - Sensorbeschichtung PY - 2018 AN - OPUS4-45318 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc A1 - Tiebe, Carlo A1 - Banach, Ulrich A1 - Ritter, U. T1 - Ionische Flüssigkeiten als neuartige Sensorbeschichtung für coulometrische Spurenfeuchtesensoren N2 - Die Arbeit präsentiert erste Messungen mit coulometrischen Sensoren, die mit einer ionischen Flüssigkeit beschichtet sind. Diese Sensoren werden in der Industrie verwendet, um die Spurenfeuchte in unterschiedlichen Gasen zu messen. Normalerweise erfolgt eine Beschichtung der Sensoren mit Phosphorpentoxid und dessen Hydrolyseprodukte. In dieser Arbeit wurde stattdessen eine hygroskopische ionische Flüssigkeit benutzt. Die generierte Gasfeuchte für die Untersuchungen betrug bezogen auf die Frostpunkttemperatur -80 °C bis -30 °C, was gleichbedeutend mit einem Wasserdampf-Stoffmengenanteil von 0,5 μmol·mol-1 bis 376 μmol·mol-1 ist. Zusätzlich zu der Messung mit coulometrischen Sensoren erfolgte eine Referenzmessung der Gasfeuchte mittels eines Taupunkthygrometers. Erste Ergebnisse haben gezeigt, dass es möglich ist mit dieser Art der Beschichtung unterschiedliche Gasfeuchten zu messen. Aber es ergaben sich trotz gleicher Feuchte unterschiedliche Signalintensitäten bei den benutzen Sensoren und es zeigte sich eine Drift des Sensorsignales. T2 - Sensoren und Messsysteme CY - Nuremberg, Germany DA - 26.06.2018 KW - Spurenfeuchtemessung KW - Sensorbeschichtung KW - Elektrolyseverfahren KW - Ionische Flüssigkeiten PY - 2018 SN - 978-3-8007-4683-5 SN - 0932-6022 SP - 520 EP - 523 PB - VDE VERLAG GMBH CY - Berlin, Offenbach AN - OPUS4-45319 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc A1 - Tiebe, Carlo A1 - Banach, Ulrich A1 - Ritter, U. T1 - Ionic Liquid Based Coulometric Trace Humidity Sensors N2 - This work presents a first attempt to use ionic liquids as a new coating for planar coulometric sensors. These sensors are used for the measurement of trace humidity in various gases. Usually, the coating of the sensors is tetraphosphorus decaoxide and its hydrolysis products. Instead, a hygroscopic ionic liquid was used as sensor coating in this work. Generated frost point temperatures tf in the gas ranged from -80 °C to -30 °C, which is equivalent to vapour mole fractions xv from 0.5 μmol·mol-1 to 376 μmol·mol-1. In addition to the coulometric sensors, the generated humidity is determined by a precision dew point hygrometer as reference. First results show that it is possible to measure humidity with ionic liquid based coulometric sensors. T2 - ALLSENSOR 2018 CY - Rom, Italy DA - 25.03.2018 KW - Ionic liquids. KW - Coulometric sensors KW - Sensor coating KW - Trace humidity measurement PY - 2018 SN - 978-1-61208-621-7 SP - 13 EP - 14 PB - IARIA AN - OPUS4-44609 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc A1 - Tiebe, Carlo A1 - Banach, Ulrich T1 - Influence of Gas Pressure on Coulometric Trace Humidity Measurement N2 - Planar coulometric sensors were investigated in humidified synthetic air at various absolute gas pressures, i. e. 2 bar, 5, bar, 10 bar, and 15 bar. Humidified gas flow at adjusted gas pressure was split into two flows, one passed a coulometric sensor and the other one passed a reference hygrometer after decompression. Both signals were recorded and then compared after calculation of resulting frost point temperature. Calculation is based on a calibration function obtained at ambient pressure. Comparison showed that an increasing pressure resulted in a higher derivation between sensor signal (calculated frost point temperature) and reference frost point temperature. At an absolute pressure of 2 bar the differences were minor in consideration of the uncertainty, however at 15 bar the differences were 6.77 K. Nevertheless, it was possible to measure the gas humidity at higher pressure with coulometric trace humidity sensors. T2 - 17th International Meeting of Chemical Sensors, IMCS 2018 CY - Vienna, Austria DA - 15.07.2018 KW - Gas pressure influence KW - Coulometric sensors KW - Trace humidity measurement PY - 2018 AN - OPUS4-45535 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc A1 - Tiebe, Carlo A1 - Banach, Ulrich T1 - Influence of Gas Pressure on Coulometric Trace Humidity Measurement N2 - Planar coulometric sensors were investigated in humidified synthetic air at various absolute gas pressures, i. e. 2 bar, 5, bar, 10 bar, and 15 bar. Humidified gas flow at adjusted gas pressure was split into two flows, one passed a coulometric sensor and the other one passed a reference hygrometer after decompression. Both signals were recorded and then compared after calculation of resulting frost point temperature. Calculation is based on a calibration function obtained at ambient pressure. Comparison showed that an increasing pressure resulted in a higher derivation between sensor signal (calculated frost point temperature) and reference frost point temperature. At an absolute pressure of 2 bar the differences were minor in consideration of the uncertainty, however at 15 bar the differences were 6.77 K. Nevertheless, it was possible to measure the gas humidity at higher pressure with coulometric trace humidity sensors. T2 - 17th International Meeting of Chemical Sensors, IMCS 2018 CY - Vienna, Austria DA - 15.07.2018 KW - Gas pressure influence KW - Coulometric sensors KW - Trace humidity measurement PY - 2018 SN - 978-3-9816876-9-9 U6 - https://doi.org/10.5162/IMCS2018/P2EC.7 SP - 715 EP - 716 PB - AMA Service GmbH CY - Wunstorf / Germany AN - OPUS4-45539 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc T1 - Elektrolyseverfahren zur Bestimmung der Spurenfeuchte N2 - Die Spurenfeuchte ist eine wichtige Messgröße bei der Qualitätsbeurteilung von technischen und medizinischen Gasen und muss daher zuverlässig gemessen werden. Der Spurenbereich ist definiert durch einen Wasserdampf-Stoffmengenanteil kleiner als 2600 µmol/mol bzw. einer Frostpunkttemperatur kleiner -10 °C. Eine geeignete Methode für die kontinuierliche Spurenfeuchtemessung stellt das Elektrolyseverfahren bzw. coulometrische Messprinzip dar. Bei diesem Prinzip strömt ein feuchtes Gas über eine hygroskopische Phosphorpentoxid-Schicht, welche kontinuierlich Wasserdampf absorbiert. Durch das Anlegen einer Zersetzungsspannung wird das absorbierte Wasser elektrolysiert und der resultierende Elektrolysestrom korreliert zum Feuchtegehalt im Gas. Neben dem Einfluss von unterschiedlichen Gasen auf das Messverfahren, wurde der Einfluss der Druckfeuchte im Druckbereich von 2 bis 15 bar untersucht. Des Weiteren wurde eine neuartige Sensorbeschichtung basierend auf einer ionischen Flüssigkeit getestet und es wurde ein Prototyp für die abgestufte Bestimmung der Wasseraktivität und der Materialfeuchte aufgebaut. T2 - Seminar am Institut für Chemie und Biotechnik CY - Technische Universität Ilmenau, Ilmenau, Germany DA - 06.06.2018 KW - Elektrolyseverfahren KW - Spurenfeuchte in Gasen KW - Druckfeuchte KW - Materialfeuchte KW - Ionische Flüssigkeit PY - 2018 AN - OPUS4-45122 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Tiebe, Carlo A1 - Detjens, Marc A1 - Hübert, Thomas T1 - Messunsicherheit coulometrischer Spurenfeuchtesensoren N2 - Die Spurenfeuchte von technischen Gasen kann zuverlässig mit coulometrischen Feuchtesensoren bestimmt werden. Das Prinzip dieser Sensoren basiert auf der Absorption von Wasser in einer hygroskopischen Schicht und anschließenderelektrolytischer Zersetzung. Die Kalibrierung der Sensoren erfolgte mit einem Spurenfeuchtegenerator bei Frostpunkttemperaturen kleiner als -30 °C bzw. einem Volumenanteil kleiner als 376 µL·L-1. Die generierte Feuchte wurde zusätzlich zu den coulometrischen Sensoren mit einem Taupunktspiegelhygrometer, welches als Referenz diente, gemessen. Zwischen dem coulometrischen Sensorsignal und der gemessenen Referenzfeuchte wurde eine empirische nichtlinare Funktion gefunden. Die resultierende Kalibrierungsfunktion, die aus zwei Parametern besteht, wurde hinsichtlich ihrer Messunsicherheit bewertet. Zusätzlich erfolgt die Überprüfung der Kalibrierparameter mittels einfaktorieller Varianzanalyse (ANOVA). Die ANOVA zeigte, dass eine gemittelte Funktion für die Feuchtigkeitbestimmung in Stickstoff, Helium und synthetischer Luft für mehrere Sensoren angewendet werden kann. Mit coulmetrischen Sensoren ist es möglich, die Spurenfeuchte in technischen Gasen mit einer erweitereten Unsicherheit hinsichtlich der Frostpunkttemperatur kleiner als 2,1 K zu ermitteln. T2 - 8. VDI-Fachtagung Messunsicherheit CY - Erfurt, Germany DA - 15.11.2017 KW - Spurenfeuchte KW - Messunsicherheit KW - Gasfeuchte PY - 2017 AN - OPUS4-43238 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc A1 - Hübert, Thomas A1 - Tiebe, Carlo A1 - Banach, Ulrich T1 - Temperature influence on coulometric trace humidity measurement N2 - Planar coulometric sensors were tested in humidified synthetic air at various gas temperatures. Generated frost point temperature in the gas ranged from -30 °C to -60 °C and were measured by coulometric sensors and in addition by a calibrated dew point hygrometer. The gas temperatures, which were measured by a calibrated Pt100 sensor, were set to -20 °C, 0 °C, 23 °C, 40 °C, 50 °C, and 60 °C during the experiments. Empiric nonlinear functions were calculated between the generated humidity and the sensor signals. In comparison to the measured signals at 23 °C, the sensor signals were lower at the other gas temperatures. The measurements at 60 °C showed indistinct results due to a great signal noise. The response behavior of the sensors was similar at 23 °C, 40 °C and 50 °C. In contrast to that, the sensors reacted slowly at a gas temperature of -20 °C and 0 °C. In summary, with coulometric sensors it was possible to measure continuously trace humidity with an expanded uncertainty below 2 K. T2 - IEEE Sensors 2017 CY - Glasgow, Scotland, UK DA - 30.10.2017 KW - Response behavior KW - Coulometric sensors KW - Trace humidity measurement KW - Temperature influence KW - Chemical reaction PY - 2017 SN - 978-1-5386-4056-2 SP - 1308 EP - 1310 PB - IEEE CY - Piscataway, NJ, USA AN - OPUS4-43241 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc A1 - Hübert, Thomas A1 - Banach, Ulrich T1 - Spurenfeuchtemessung in technischen Gasen mit coulometrischen Sensoren N2 - Die Messung der Gasfeuchte im Spurenbereich in unterschiedlichen technisch und medizinisch relevanten Gasen erfolgte mit Sensoren, die auf dem coulometrischen Messprinzip basieren. Die verwendeten planaren coulometrischen Sensoren wurden im Frostpunkttemperaturbereich von -70 °C bis -30 °C in synthetischer Luft, Wasserstoff, Stickstoff und Distickstoffmonoxid (Lachgas) untersucht. Als Referenz für die Messungen wurde ein Präzisionstaupunktspiegel-Hygrometer verwendet. Die Gasfeuchte kann mit Hilfe der Sensoren in allen untersuchten Gasen, aber mit geänderten Kalibrierfunktionen, mit einer erweiterten Unsicherheit von kleiner als 2,1 K bestimmt werden. Für die Messungen in unterschiedlichen Gasen muss also der Einfluss der Gasmatrix auf das Sensorsignal berücksichtigt werden. So ist zum Beispiel bei Messungen in befeuchtetem Wasserstoff, aufgrund von Rekombinationseffekten, ein signifikant geändertes Sensorsignal zu beobachten. T2 - Temperatur 2017 CY - Berlin, Germany DA - 17.05.2017 KW - Spurenfeuchte KW - Coulometrische Sensoren KW - Technische Gase PY - 2017 AN - OPUS4-40292 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc A1 - Hübert, Thomas A1 - Banach, Ulrich T1 - Spurenfeuchtemessung in unterschiedlichen Gasen mit coulometrischen Sensoren N2 - Die Messung der Gasfeuchte im Spurenbereich in unterschiedlichen technisch und medizinisch relevanten Gasen erfolgte mit Sensoren, die auf dem coulometrischen Messprinzip basieren. Die verwendeten planaren coulometrischen Sensoren wurden im Frostpunkttemperaturbereich von -70 °C bis -30 °C in synthetischer Luft, Wasserstoff, Stickstoff und Distickstoffmonoxid (Lachgas) untersucht. Als Referenz für die Messungen wurde ein Präzisionstaupunktspiegel-Hygrometer verwendet. Die Gasfeuchte kann mit Hilfe der Sensoren in allen untersuchten Gasen, aber mit geänderten Kalibrierfunktionen, mit einer erweiterten Unsicherheit von kleiner als 2,1 K bestimmt werden. Für die Messungen in unterschiedlichen Gasen muss also der Einfluss der Gasmatrix auf das Sensorsignal berücksichtigt werden. So ist zum Beispiel bei Messungen in befeuchtetem Wasserstoff, aufgrund von Rekombinationseffekten, ein signifikant geändertes Sensorsignal zu beobachten. T2 - Temperatur 2017 CY - Berlin, Germany DA - 17.05.2017 KW - Spurenfeuchte KW - Coulometrische Sensoren KW - Technische Gase PY - 2017 SN - 978-3-944659-04-6 SP - 247 EP - 252 AN - OPUS4-40293 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Detjens, Marc A1 - Hübert, Thomas A1 - Tiebe, Carlo A1 - Banach, Ulrich T1 - Temperature influence on coulometric trace humidity measurement N2 - Coulometric sensors were tested in humidified synthetic air at various gas temperatures. Generated frost point temperature in the gas ranged from -30 °C to -60 °C and were measured by coulometric sensors and in addition by a calibrated dew point hygrometer. The gas temperatures, which were measured by a calibrated Pt100 sensor, were set to -20 °C, 0 °C, 23 °C, 40 °C, 50 °C, and 60 °C during the experiments. Empiric nonlinear functions were calculated between the humidity and the sensor signal. In comparison to the measured signals at 23 °C, the sensor signals were lower at the other gas temperatures. Measurements at 60 °C showed indistinct results due to a great signal noise. The response behavior of the sensors was similar at 23 °C, 40 °C and 50 °C. In contrast to that, the sensors reacted slowly at a gas temperature of -20 °C and 0 °C. In summary, with coulometric sensors it was possible to measure continuously trace humidity with an expanded uncertainty below 2 K. T2 - IEEE Sensors 2017 CY - Glasgow, Scotland, UK DA - 30.10.2017 KW - Coulometric sensors KW - Trace humidity measurement KW - Temperature influence KW - Chemical reaction KW - Response behavior PY - 2017 AN - OPUS4-42756 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Detjens, Marc A1 - Hübert, Thomas A1 - Tiebe, Carlo A1 - Banach, Ulrich T1 - Coulometric trace humidity measurement in technical gases N2 - Trace humidity was measured by using miniaturized planar coulometric sensors in technical gases such as hydrogen, nitrogen, helium, nitrous oxide, and synthetic air. Frost point temperatures tf in the gases ranged from −60 °C to −30 °C, which is equivalent to a vapour mole fraction xv from 10 μmol mol−1 to 376 μmol mol−1. In addition, the generated humidity was determined by using a precision dew point hygrometer as reference. Nonlinear calibration functions were calculated that correlated electric current (sensor signal) and reference humidity. Parameters of functions were tested with one-way analysis of variances (ANOVA) to prove if all used sensors had a similar behavior in the same gas during experiments. Results of ANOVA confirmed that averaged functions can be applied for trace humidity measurement in nitrogen, helium, nitrous oxide, and synthetic air. The calculated functions were negligibly different for nitrogen, helium, and synthetic air. In humidified nitrous oxide, a minor change of parameters was observed due to lower electrical currents. In total contrast to that, the measured sensor signals were significantly higher in humidified hydrogen and each sensor required its own calibration function. The reason was a recombination effect that favoured multiple measurements of water molecules. Nevertheless, it was possible to measure continuously trace humidity in all tested gases by using coulometric sensors with an expanded uncertainty below 2 K (k = 2). KW - ANOVA KW - Trace humdity measurement KW - Coulometric sensors KW - Chemical sensors KW - Measurement uncertainty PY - 2018 U6 - https://doi.org/10.1063/1.5008463 SN - 0034-6748 SN - 1089-7623 VL - 89 IS - 8 SP - 085004, 1 EP - 8 PB - American Institute of Physics (AIP) CY - Maryland (USA) AN - OPUS4-45956 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Tiebe, Carlo A1 - Detjens, Marc A1 - Banach, Ulrich A1 - Hübert, Thomas T1 - Measurement uncertainty of coulometric trace humidity sensors N2 - Especially trace amounts of water vapour in gases can be reliably determined by coulometric trace humidity sensors. The principle of these sensors is based on water vapour absorption in a hygroscopic layer and its subsequent electrolytic decomposition. The calibration of sensors was performed in the humidity range, expressed as frost point temperature, from −30°C to −80°C . This range is equivalent to volume fractions smaller than 376 µL·L−1. Generated humidity was measured with coulometric sensors and a chilled dew point hygrometer that was used as reference. An empirical non-linear function was found between sensor signal and measured reference humidity. This function consists of two parameters with a measurement uncertainty. Both calibration parameters were checked by means of one-way analysis of variance. It showed that gas specific function can be used for humidity measurement in nitrogen, hydrogen, dinitrogen monoxide, compressed and synthetic air. It is possible to determine trace humidity in all tested gases with an expanded uncertainty less than 2.1 K (coverage factor k=2 ) regarding frost point temperature. KW - Trace humidity KW - Coulometric sensor KW - Measurement uncertainty KW - ANOVA PY - 2018 U6 - https://doi.org/10.1515/teme-2018-0031 SN - 0171-8096 VL - 85 IS - 12 SP - 746 EP - 753 PB - De Gruyter CY - Oldenbourg AN - OPUS4-45959 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Tiebe, Carlo A1 - Detjens, Marc A1 - Fechner, A. A1 - Sielemann, S. A1 - Lorek, A. A1 - Wernecke, R. A1 - Stoltenberg, H. T1 - Development of a device for staged determination of water activity and moisture content N2 - Moisture content and water activity are important parameters for quality characterization of products like bulk materials, powders, granules. Thus, an exact determination is necessarily required in a wide range of industrial applications. Moisture of materials is the content of non-chemically bound water in a solid or liquid. Water activity (aW) is a characteristic/parameter of the non-chemically bound ("free") water in materials and is measured as humidity over a solid/liquid surface at constant temperature (equilibrium moisture content). It is an important parameter to characterize the quality of e. g. pharmaceutical and food products. In our contribution, we present the developed MOISHUM device for staged determination of water activity and moisture content of liquid and solid materials. T2 - Eurosensors 2018 CY - Graz, Austria DA - 09.09.2018 KW - Water activity KW - Moisture KW - Coulometric humidity sensor KW - MOISHUM PY - 2018 SN - 2504-3900 SP - 7253, 1 EP - 4 PB - MDPI AN - OPUS4-46210 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübert, Thomas A1 - Majewski, J. A1 - Banach, Ulrich A1 - Detjens, Marc A1 - Tiebe, Carlo T1 - Response Time Measurement of Hydrogen Sensors N2 - The efficiency of gas sensor application for facilitating the safe use of hydrogen depends considerably on the sensor response to a change in hydrogen concentration. Therefore, the response time has been measured for five different-type commercially available hydrogen sensors. Experiments showed that all these sensors surpass the ISO 26142 standard; for the response times t90 values of 2 s to 16 s were estimated. Results can be fitted with an exponential or sigmoidal function. It can be demonstrated that the results on transient behaviour depend on both the operating parameters of sensors and Investigation methods, as well as on the experimental conditions: gas change rate and concentration jump. T2 - 7th International Conference on Hydrogen Safety (ICHS 2017) CY - Hamburg, Germany DA - 11.09.2017 KW - Response time KW - Hydrogen sensor KW - Test facility KW - t90 value PY - 2017 SN - 978-88-902391 SP - 1251 EP - 1261 AN - OPUS4-47592 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -