Zur Ermittlung der Umrechnungsformeln vom Sensor-Widerstand Rs zu ppm (Parts per Million) müssen einige Datenpunkte aus den jeweiligen Diagramm des Sensors aus dem technischen Datenplatt extrahiert und zum Beispiel in Excel übertragen werden. Nachdem es sich (meist) um logarithmische Skalierungen auf x und y-Achse handelt, müssen diese Werte mit =log(Rs/R0) bzw. =log(ppm) umgerechnet werden.

Das Ergebnis dieser neuen log-Spalten wird dann in einem x/y-Diagramm dargestellt und eine lineare Trendlinie über die das Eigenschaften-Menü der Datenreihe eingefügt. Um die Formel der Trendlinie zu erhalten, muss diese unter den Eigenschaften der Trendlinie eingeblendet werden. Die Formel der Trendlinie dient dann zur Umrechnung von Rs/R0 in einen ppm-Wert.

Gas-Sensor TGS2600
für Wasserstoff, Ethanol, Iso-Butan, Methan

• Sensor: TGS2600 (TO-5)
• Wasserstoff, Ethanol, Iso-Butan, Methan: 1-100 ppm
• R0: 10 – 90 kOhm (Frischluft)

Rs/R0	ppm	log(Rs/Ro)	log(ppm)
0.70	10.0	0.15	–
0.50	2.5	0.30	0.40
0.30	10.0	0.52	1.00
0.18	50.0	0.74	1.70
0.15	100.0	0.82	2.00

 

var R0 = 50000; // R0 bei Frischluft (geschätzt)
var ppm = Math.pow(10, -2.995 * (Math.log(Rs/R0) / Math.LN10) - 0.4839);

Die Messwerte des Gas-Sensors TGS 2600 sind auch von der aktuellen Temperatur und der Feuchtigkeit abhängig und müssen entsprechend korrigiert werden. Das Datenblatt liefert dazu folgendes Diagramm:

der Datenreihe

Korrektur Berechnung von TGS 2600 noch ausständig…

Gas-Sensor MiCS-2710 (MiCS-4514)
für Stickstoffdioxid (NO₂)

• Sensor: MiCS-2710 (OX)
• Stickstoffdioxid (NO₂): 0.05 – 10ppm
• R0: 0.8 – 20 kOhm (Frischluft)

Rs/R0	ppm	log(Rs/R0)	log(ppm)
0.05	0.01	-1.30	-2.00
0.20	0.03	-0.70	-1.52
0.75	0.10	-0.12	-1.00
7.50	1.00	0.88	–
20.00	3.00	1.30	0.48
30.00	4.50	1.48	0.65
40.00	6.00	1.60	0.78
90.00	10.00	1.95	1.00
100.00	15.00	2.00	1.18

 

var R0 = 1022000; // R0 bei Frischluft (geschätzt)
var ppm = Math.pow(10, 0.9682 * (Math.log(Rs/R0) / Math.LN10) - 0.8108);

Gas-Sensor MiCS-5525 (MiCS-4514)
für Kohlenstoffmonoxid (CO)

• Sensor: MiCS-5525 (RED)
• Kohlenstoffmonoxid (CO): 1 – 1000ppm
• R0: 100 – 1500 kOhm (Frischluft)

Rs/R0	ppm	log(Rs/R0)	log(ppm)
4.00	0.8	0.60	-0.10
1.00	4	–	0.60
0.50	10	-0.30	1.00
0.10	70	-1.00	1.85
0.05	130	-1.30	2.11
0.01	1000	-2	3.00

var R0 = 1000000; // R0 bei Frischluft (geschätzt)
var ppm = Math.pow(10, -1.1859 * (Math.log(Rs/R0) / Math.LN10) + 0.6201);

Umrechnung von ppm in mg/m³

Die meisten Messgeräte und Sensoren liefern die Werte in ppm (parts per million), die Literatur oder Daten von Wetterdiensten geben hingegen meist die Werte in mg/m³ an.

ßimg/m3 = (Mig/mol * PRef mbar / 10 * RJ/K.mol * TRef K) * Xippm

• ßi ist die Massenkonzentration des Gases in mg/m³
• Mi ist die molare Masse der Komponente in g/mol
  • Methan: 16,04 g/mol
  • Alkohol: 46,06844 g/mol
  • Kohlenstoffmonoxid (CO): 28,01 g/mol
  • Stickstoffdioxid (NO₂): 46,0055 g/mol
  • Quellen: http://de.wikipedia.org, http://www.chemie.de/tools/
• P_Ref ist der Bezugsdruck bzw. Normdruck von 1013 mbar
• 10 Einheiten-Umrechnungsfaktor
• R ist die Universelle Gaskonstante = 8,314472 J/K·mol
• T_Ref Bezugstemperatur in K.  (Normtemperatur von 20 °C + 273,15 K = 293,15 K)
• Xi ist der Messwert in ppm

B = (Mi * 1013 / 10 * 8.314472 * 293.15 K) * Xi

Quellen

• Online Umrechner der Firma Ansyco, http://www.ansyco.de/CMS/frontend/index.php?idcatside=153#
• Markus Held, Umrechnung ppm in mg/m3, http://www.abc-gefahren.de/blog/2010/03/22/umrechnung-ppm-in-mgm3/
• Wikipedia: parts per million (ppm), http://de.wikipedia.org/wiki/Parts_per_million
• Alyssa Dayan and Tom Hartley: AirPi Sensors – Interpreting Your Readings, http://airpi.es/sensors.php

Anmerkungen

Nachdem die Sensoren geeicht werden müssten, und der Widerstand R0 bei sauberer Frischluft nur geschätzt werden kann, handelt es sich hierbei lediglich um eine Näherung!

Nachdem die Sensoren erst einige Tage lang „eingebrannt“ werden müssen, können sich die Werte zu Beginn ohne Grund ändern.