Gassensorik Sauerstoffsensor mit Festkörperelektrolyt auf einem Chip

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Faradaic Sensors GmbH

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

GLYN GmbH & Co. KG

ISH Ingenieursozietät GmbH

Der Faraday-Ox ist ein mikroelektrochemischer Sauerstoffsensor, der präzise, langzeitstabil und energiesparend ist. Dank der integrierten MECS-Technologie ist eine Festkörpersensorik im Chipformat möglich. Dies ist für eingebettete Systeme, IoT-Anwendungen oder Verpackungen interessant.

Mit dem Faraday-Ox bringt FaradaIC Sensors das nach eigenen Angaben erste vollständig digitalisierte Sauerstoffmessmodul auf Basis der firmeneigenen MECS-Technologie auf den Markt – ein mikroelektrochemischer Festkörpersensor, gefertigt im Stil von MEMS-Prozessen. Wie die MECS-Technologie funktioniert und wie sich damit präzise und kostengünstig Gase messen lassen, lesen Sie im Interview. Mit seiner Entwicklung adressiert das Unternehmen gleich mehrere Schwachstellen klassischer elektrochemischer Sensoren: begrenzte Lebensdauer, Elektrolytverdampfung und hohe Ansprechzeiten gehören der Vergangenheit an.

Festkörpersensorik statt Flüssigelektrolyt

Im Gegensatz zu klassischen elektrochemischen Sauerstoffsensoren, die auf flüssigem Elektrolyt basieren und dadurch alterungs- und temperaturanfällig sind, nutzt das Faraday-Ox-Modul einen festen ionenleitenden Elektrolyten auf einem mikrostrukturierten Trägersubstrat. Die elektrochemischen Reaktionen finden in einer vollständig versiegelten, robusten Zellstruktur statt, was die Langzeitstabilität signifikant erhöht – auch bei Temperaturen bis 85 °C und Luftfeuchten von 0 bis 95 % r.F. (nicht kondensierend).

Ein entscheidender Vorteil ist die Resistenz gegen Austrocknung, was die Anwendung auch in trockenen oder temperaturkritischen Umgebungen ermöglicht – etwa bei MAP/CAP-Verpackungen, in Lagerhallen, Rechenzentren oder medizinischen Geräten.

Kalibriert, energiesparend und sofort einsetzbar

Das Modul verfügt über eine digitale UART-Schnittstelle (115.200 bps), werkseitige Kalibrierung und eine integrierte Kompensation für Alterungseffekte, die ohne manuelle Nachkalibrierung auskommt. Optional ist auch I²C verfügbar. Für IoT-Anwendungen wurde das System auf minimalen Stromverbrauch optimiert:

• < 5 µA Durchschnittsverbrauch,

• < 25 mA kurzzeitiger Peak im gepulsten Betrieb,

• Ansprechzeit < 1 s,

• Betriebsspannung 3,2 bis 5,5 V.

Messbereiche und Genauigkeit

Das Sensorportfolio deckt verschiedene Messbereiche für Sauerstoff ab:

Die Sensoren sind unempfindlich gegenüber CO₂ (keine Querempfindlichkeit bei 5 %) und liefern je nach Variante eine Wiederholbarkeit von ±0,02 bis 0,03 % O₂.

Von der Lebensmittelindustrie bis Industrie 4.0

Neben der Verwendung in der Lebensmittelverpackung (MAP, CAP) ist das Faraday-Ox-Modul prädestiniert für:

• Qualitätsmonitoring in der Lebensmittel- und Pharmalogistik,

• Umwelt- und Raumluftüberwachung,

• Embedded-Systeme für Smart Farming,

• Atmungsüberwachung in Wearables,

• Sauerstoffmanagement in Industrieprozessen,

• Geräte zur Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) sowie

• Integration in RTLS-Systeme (wie BLE und Cloud-Anbindung).

Dank standardisierter Schnittstellen und sofort nutzbarer Entwicklungskits (inkl. GUI und USB-C-Schnittstelle) lässt sich das Modul nahtlos in bestehende Systeme integrieren. Auch die Integration in Bluetooth-basierte Low-Power-Tracker wurde realisiert.

„Mit der Einführung des Faraday-Ox-Moduls definieren wir die Möglichkeiten der Sauerstoffmessung neu“, sagt Dr. Ryan Guterman. „Unsere patentierte MECS-Technologie, kombiniert mit proprietären Algorithmen und einer MEMS-ähnlichen Fertigung in hohen Stückzahlen, ermöglicht es uns, einen Sensor anzubieten, der nicht nur kompakter und langlebiger, sondern auch kostengünstiger und skalierbar für eine Vielzahl von Branchen ist.“ (heh)

Interview FaradaIC

Elektrochemische Gassensoren direkt auf dem Mikrochip

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