Modul 1 - Funktionsweise eines Halbleiter-Gassensors

Worum geht es?

Das erste Modul bietet einen Einstieg in die Grundlagen der Halbleiter - Gasmesstechnik. Mit Hilfe eines Sensors, der sich auf einer einfachen Platine befindet, können verschiedene Stoffe (Wasser, Apfelsaft, Alkoholfreies Bier, ...) untersucht werden. Als Messsignal wird der elektrische Widerstand des Sensors bei Anwesenheit eines Gases gemessen. Über Potentiometer kann die Temperatur des Sensors eingestellt werden und untersucht werden, welche Einflüsse unterschiedliche Temperaturen auf das Messergebnis hat.

Abb. 1: Platine zur Messung von Sensorreaktionen

Was lernen Schüler hier?

In diesem Versuch lernen die Schülerinnen und Schüler die grundlegenden Prinzipien zur Funktionsweise eines Halbleiter-Gassensors kennen. Messen des Rohsignals und Steuern des Sensors ist über eine einfache Platine

realisiert. Dies soll dazu dienen, den Schülerinnen und Schülern keine "Blackbox" zu geben, die ein Signal liefert, ohne zu wissen woher dieses überhaupt kommt.

Neben der Funktionsweise des Sensors lernen die Schüler den Umgang mit Messgeräten (Multimeter) kennen.

Sie führen eigene Messreihen durch, und lernen das Konzept der Heizspannung kennen.

Aber auch Grundlagen von Halbleitern und Hystereseverhalten  sind Bestandteil dieses Moduls.

Abb. 2: Messkurven unterschiedlicher Stoffe (Wasser, alkoholfreies Bier und Apfelsaft). Anhand der unterschiedlichen Verläufe des Sensorwiderstands sind Stoffe voneinander leicht zu unterscheiden.

Didaktisches Konzept

Die Module von "SUSmobil" erfolgen durch sogenannte Selbstlernkurse am PC. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten normalerweise in 2er-Gruppen und absolvieren den Kurs in ihrem eigenen Tempo. Bei Fragen stehen immer 1-2 Betreuer zur Seite.

In diesem Versuch wird induktiv vorgegangen. Das heißt, die Schülerinnen und Schüler sollen die Experimente zunächst ohne theoretischen Hintergrund durchführen, Beobachtungen anstellen und eigene Vermutungen äußern.

Anschließend wird schrittweise ein schülergerechtes Modell zur Erklärung der Beobachtungen eingeführt.

Abb. 3: Schülergerechtes Modell zur Erklärung der Verläufe des Sensorwiderstands bei unterschiedlichen Sensortemperaturen.

 Wie viel Zeit ist für das Modul eingeplant?

Modul 1 ist auf ca. 3 Stunden ausgelegt. Je nach Klassenstufe kann diese Zeit jedoch nach oben oder unten abweichen.

Nachhaltiger Lernerfolg

Im Laufe des Versuchs sollen die Schülerinnen und Schüler ihre Messergebnisse und Vermutungen in einem dazu entwickelten Programm schriftlich festhalten. Am Ende werden alle Daten in einer PDF-Datei abgespeichert. So ist gesichert, dass die Schülerinnen und Schüler auch etwas aus dem Versuch mitnehmen.