NZGS 2 — Datenblatt

Die Kennwerte des NANOZ NZGS 2 auf einer Seite — entnommen dem Datenblatt in Revision 3.3.0 vom 29. September 2023. Wer den Sensor in eine Schaltung bringen will, findet hier Spannungen, Widerstände, Pinbelegung und Gehäusemasse; wer erst prüft, ob er passt, findet die garantierten Nachweisgrenzen und die Betriebsgrenzen.

Was der NZGS 2 ist

Ein analoges Bauteil: vier Metalloxid-Sensorelemente und zwei Heizelemente, in MEMS-Technik auf einem Siliziumsubstrat gefertigt und in einem QFN-8-Gehäuse untergebracht. Der Chip misst 1,15 × 1,15 mm, das Gehäuse 2,8 × 2,8 mm bei maximal 1,6 mm Höhe. Ein hydrophober Filter mit 0,1 µm Wirksamkeit schützt die sensitive Schicht bereits im Gehäuse.

Gemessen wird die Änderung von Sensorstrom beziehungsweise -widerstand in Gegenwart von Gas. Weil jeder Heizer und jeder Sensor eigenständig vorgespannt werden kann, liefert das Bauteil mehrere voneinander unabhängige Signale zum selben Gasereignis — die Grundlage der Selektivität, die auf der Technologieseite im Einzelnen erklärt ist.

Garantierte Nachweisgrenzen

Für diese fünf Gase nennt das Datenblatt Nachweisgrenzen. Sie wurden nach 24 Stunden Stabilisierung bei 25 °C und 45 % relativer Feuchte bestimmt.

Nachgewiesen werden darüber hinaus Wasserstoff, Ammoniak, Methan, Schwefelwasserstoff, Stickstoffdioxid, Ozon, Lachgas, BTEX und die Elektrolytdämpfe EMC, DMC und DEC. Für diese enthält das Datenblatt keine garantierten Werte; Messdaten und Prüfbedingungen stellen wir projektbezogen bereit.

Elektrische Kennwerte

Die Heizerspannung wird im Betrieb nicht konstant gehalten, sondern dreieckförmig zwischen den Grenzwerten geführt. Aus dieser Modulation entstehen die vier unterschiedlichen Antwortmuster, aus denen die Klassifikation das Gas bestimmt.

Pinbelegung

Acht Anschlüsse im QFN-Gehäuse, Rastermass 0,65 mm:

Gehäusemasse

Alle Angaben in Millimetern. BSC bezeichnet ein Grundmass ohne Toleranz, REF einen Referenzwert.

Verarbeitung und Handhabung

• Lieferform: Tape and Reel, geeignet für die automatische Bestückung.
• Löten: Reflow nach dem im Datenblatt hinterlegten Profil.
• ESD: Der NZGS 2 ist ESD-empfindlich. NANOZ empfiehlt beim Handhaben ESD-Schutzausrüstung.
• Silikon: Silikonverbindungen vergiften die sensitive Schicht dauerhaft. Dichtstoffe, Klebstoffe, Schmier- und Trennmittel in der Fertigung müssen silikonfrei sein.

Betriebs- und Lagerbedingungen

Betrieb: −10 bis +85 °C bei 15 bis 90 % relativer Feuchte.
Lagerung: −40 bis +125 °C bei 10 bis 95 % relativer Feuchte, nicht kondensierend.

Erstinbetriebnahme: Vor dem ersten Einsatz muss das Bauteil 24 Stunden lang vorgeheizt werden — mit 2,3 V an den Heizern und 0,8 V an den Sensoren, also mit einer höheren Heizerspannung als im späteren Betrieb. Danach folgt die Basislinienaufnahme in sauberer Referenzluft.

Das Datenblatt enthält ausserdem Kalibrierkurven für die Gasempfindlichkeit sowie für die Abhängigkeit von Temperatur und Feuchte, jeweils bezogen auf den Referenzpunkt 25 °C und 45 % rF.

Was die Auswertelektronik leisten muss

Der NZGS 2 liefert kein Bussignal. Was das Bauteil abgibt, sind vier Sensorströme beziehungsweise -widerstände, und die müssen erfasst werden, während die Heizerspannung durchfährt. Drei Punkte bestimmen den Schaltungsentwurf:

• Heizertreiber. Zwei Heizer mit 111 und 118 Ω bei 1,8 bis 2,2 V ziehen zusammen rund 70 mW. Die Spannung muss dreieckförmig geführt werden — ein PWM-Ausgang mit Tiefpassfilter genügt, sofern Amplitude und Periodendauer stabil bleiben.
• Signalerfassung. Vier Kanäle mit Sensorwiderständen zwischen etwa 155 und 550 kΩ. Die Beschaltung muss über diesen Bereich linear bleiben; die Abtastung muss die ganze Periode erfassen, nicht nur den Spitzenwert.
• Begleitgrössen. Temperatur und Feuchte gehören mitgemessen, weil beide das Signal verschieben und die Kompensation sonst keine Datenbasis hat.

Die Klassifikation selbst läuft anschliessend im Mikrocontroller. Das Modell ist auf den Anwendungsfall zugeschnitten, das Bauteil darunter bleibt dasselbe.

Wie eine Erprobung abläuft

Vor der Integration steht die Frage, ob sich die Zielgase in der eigenen Umgebung sauber trennen lassen. Das lässt sich nicht aus Kennwerten ableiten, sondern nur messen. Dafür gibt es das Evaluation Kit mit Auswerteelektronik und Software: Es nimmt die vier Signalverläufe auf, extrahiert die Merkmale und zeigt, ob die Zielgase im Merkmalsraum auseinanderfallen.

Aufgenommen werden dabei Referenzluft für die Basislinie, die Zielgase in bekannten Konzentrationen und die Störgrössen, die am Einbauort realistisch vorkommen — der letzte Punkt entscheidet über die spätere Fehlalarmrate. Dazu die Randbedingungen Temperatur und Feuchte über den erwarteten Bereich sowie mehrere Sensorexemplare, weil die Kennwerte streuen.

Lieferform und Muster

Der NZGS 2 wird auf Tape and Reel geliefert und ist damit für die automatische Bestückung vorbereitet. Für Musterbestellungen, Stückzahlen und Lieferzeiten schreiben Sie uns bitte kurz, welche Anwendung dahintersteht — davon hängt ab, ob ein reines Bauteilmuster genügt oder das Evaluation Kit der sinnvollere Einstieg ist.

Was das Datenblatt nicht zusichert

NANOZ hält im Datenblatt ausdrücklich fest: Die dort genannten Werte sind typische Kennwerte. Sie schwanken von Chip zu Chip und hängen stark von der konkreten Anwendung ab. Zugesichert sind ausschliesslich die im Datenblatt beschriebenen Eigenschaften.

Für die Praxis heisst das: Eine Alarmschwelle oder eine Messgenauigkeit lässt sich nicht aus diesen Zahlen ableiten, sondern nur aus einer Messung in der eigenen Gasmatrix. Vor dem Einsatz in einer Anwendung empfiehlt NANOZ die Abstimmung mit dem technischen Team.

Weiterführend: wie die Selektivität entsteht · Anwendungsfelder · häufige Fragen