Insbesondere im Bereich der Materialwissenschaften, der Chemie und der Pharmazie ist es von erheblicher Bedeutung, hinsichtlich des jeweiligen Anwendungsfalls optimierte Stoffe und Materialien aufzufinden bzw. zu entwickeln. Ein spezielles Anwendungsgebiet stellt hierbei die Sensorik dar, die eine wichtige Schlüsseltechnologie mit einer ste- tig wachsenden Zahl von Anwendungen sowohl im industriellen als auch im privaten Bereich ist. So werden Sensoren bei- spielsweise bei technischen Prozessüberwachungen, im Be- reich des Umweltschutzes, im Bereich der Medizin oder auch im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt. Ein beträchtliches Maß an Entwicklungsarbeit wird derzeit insbesondere in die Ent- wicklung schneller und hochsensitiver Sensoren mit einer geringen Querempfindlichkeit gesteckt.

Die Entwicklungen beschränkten sich bisher in der Regel auf eine Optimierung bzw. Modifizierung bekannter Materialien.

Es besteht jedoch das Problem, dass für bestimmte Anwen- dungsbereiche der Sensorik ein hoher Bedarf an neuen Mate- rialien besteht, der mit konventionellen Methoden, die sich durch eine Herstellung von Einzelsensoren und eine an- schließende sequentielle Charakterisierung auszeichnen, nicht hinreichend gedeckt werden kann.

Insbesondere bei der Entwicklung neuartiger, sensitiver Ma- terialien bzw. Materialkombinationen kann es zweckmäßig sein, Verfahren aus dem Bereich der kombinatorischen Chemie bzw. sogenannte High-Throughput-Methoden einzusetzen. Bei diesen Verfahren handelt es sich um parallelisierte Synthe- se-und Screeningverfahren, durch welche sich neue Materia- lien bzw. Materialkombinationen erschließen lassen können bzw. bereits bekannte Syntheseverfahren für existierende Materialien in einem breiten Parameterfeld optimiert werden können.

Aus der US 5,985, 356 ist eine allgemeine Darstellung von High-Throughput-Verfahren bekannt, wobei in dieser Schrift insbesondere die Anwendung der im Wesentlichen aus dem Be- reich der Pharmazie bekannten kombinatorischen Chemie auf chemische und materialwissenschaftliche Anwendungsgebiete vorgeschlagen wird.

Eine Vorrichtung der einleitend genannten Art zur Analyse einer Probenplatte ist beispielsweise aus der DE 101 31 581 Al bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine Probenplatte, auf der 64 Materialproben matrixartig aufge- bracht sind, welche jeweils mit zwei Elektroden verbunden sind, die wiederum mit Kontaktstellen versehen sind, an welchen ein Mittel zur reversiblen und adressierbaren Kon- taktierung zur Anlage gebracht werden kann.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Analyse einer Proben- platte mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentan- spruches 1 und mit einem in einen Gehäuseträger einsetzba- ren Messkopf, der zur elektrischen Verbindung mit den Kon- taktiermitteln je Materialprobe zwei Messdrähte umfasst, die mit Vorspannung an Kontaktflächen der Probenplatte an- liegen und mit einer Mess-und Auswerteeinheit verbunden sind, hat den Vorteil einer einfachen Handhabung, da bei Verwendung einer genormten Probenplatte der Kontakt zwi- schen den Materialproben und der Mess-und Auswerteeinheit durch einfaches Einsetzen des Messkopfes in den Gehäuseträ- ger herstellbar ist.

Die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich insbesondere zur Entwicklung und Auffindung von Materialien bzw. Materi- alkombinationen, die als Sensormaterialien einsetzbar sind und über ihre elektrischen Eigenschaften charakterisierbar sind. Beispielsweise kann die Vorrichtung nach der Erfin- dung zur Entwicklung eines optimierten Sensormaterials ei- nes Gassensors eingesetzt werden.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung ist es möglich, eine hohe Anzahl an potentiellen Sensormaterialien, die auf der Probenplatte angeordnet sind, unter verschiedenen Prüfgasen bei unterschiedlichen Temperaturen, die beispielsweise bis zu 800 °C betragen können, nahezu simultan zu untersuchen.

Die Untersuchung kann potentiometrisch, resistiv, kapazitiv oder auch über die komplexe Impedanzspektroskopie erfolgen.

Der Begriff Spektroskopie ist im vorliegenden Fall so zu verstehen, dass es sich um frequenzabhängige Messungen han- delt, d. h. dass die Impedanz einer Probe bei unterschied- lichen Messfrequenzen untersucht wird. Beispielsweise wer- den die einzelnen Materialproben jeweils in einem Frequenz- bereich zwischen 10 Hz und 107 Hz mit einer Messdatendichte von 15 Messpunkte pro Dekade untersucht. Dies bedeutet, dass pro Materialprobe bei einer derartigen Messdatendichte 180 Messdaten ermittelt werden. Eine weitreichende Datenre- duktion kann beispielsweise durch eine Anpassung eines ge- eigneten Schaltkreisäquivalents an die Messdaten erreicht werden.

Um die Messdrähte, die insbesondere über Schmelzkugeln an den Kontaktflächen der Probenplatte anliegen, unter der Vorspannung zu halten, können die Messdrähte jeweils mit einem insbesondere vergoldeten Federkontakt verbunden sein, der einen konstanten Anpressdruck des jeweiligen Messdrahts auf der jeweiligen Kontaktfläche gewährleistet.

Um zur Entwicklung eines Gassensors die Materialproben mit einem bestimmten Prüfgas beaufschlagen zu können, kann der Messkopf mit einer Gasversorgungseinheit verbunden sein.

Um die Materialproben unterschiedlichen Prüfgas-bzw. Refe- renzgasatmosphären aussetzen zu können, umfasst die Gasver- sorgungseinheit, die zweckmäßigerweise mit einer Datenver- arbeitungseinheit der Mess-und Auswerteeinheit verbunden ist, eine Gasmischeinrichtung. Ferner kann die Gasversor- gungseinheit zur Anfeuchtung der Prüfgas-bzw. Referenzgas- atmosphäre ein Wasserreservoir umfassen.

Der Messkopf kann des Weiteren so ausgelegt sein, dass er als integrierten Bestandteil einen Gasraum umfasst, der über den Materialproben der Probenplatte angeordnet ist und vorzugsweise von einer im Wesentlichen glockenförmigen Ver- teilereinrichtung gebildet ist. Der Gasraum ist mit der Gasversorgungseinheit verbunden.

Um eine homogene Verteilung des Prüf-bzw. Referenzgases in dem Gasraum zu erreichen, ist bei einer vorteilhaften Aus- führungsform der Vorrichtung nach der Erfindung in dem Gas- raum ein Diffusor angeordnet.

Um bei einer Vielzahl von Materialproben auf der Proben- platte die einzelnen Materialproben auf einfache Art und Weise vermessen zu können, umfasst die Mess-und Auswerte- einheit vorteilhafterweise zwei Relaisschaltfelder, die mit den Messdrähten verbunden sind und beispielsweise bei 64 Materialproben auf der Probenplatte vorzugsweise jeweils eine 3x64-Matrix aus hochfrequenztauglichen Relais aufwei- sen. In diesem Fall sind die 64 Materialproben auf der Pro- benplatte in einem Messzyklus vermessbar, wobei mindestens drei Messgrößen zugänglich sind, und zwar beispielsweise über einen Impedanz-Analysator die Impedanz und über ent- sprechende weitere Messgeräte die Gleichstromwiderstände der Materialproben und deren Strom/Spannungs-Kennlinien.

Die Mess-und Auswerteeinheit ist zweckmäßigerweise mit ei- ner Mess-und Steuersoftware ausgestattet, die einerseits den Messablauf steuert und andererseits gewonnene Messdaten an eine entsprechende Datei oder auch an eine relationale Datenbank übergibt, die von einer Auswertesoftware eingele- sen werden kann.

Die Auswertesoftware arbeitet vorzugsweise derart, dass sie eine Fitfunktionalität zur Berechnung theoretischer Impe- danzspektren für die einzelnen Proben umfasst, wobei die Berechnung vorzugsweise unter Zugrundelegung eines Schalt- kreisäquivalents erfolgt, das mindestens ein virtuelles o- der reales elektronisches Bauelement umfasst. Ein virtuel- les Bauelement ist beispielsweise ein Constant Phase Ele- ment (CPE). Die Fitfunktionalität berechnet also auf Grund- lage der Messdaten für ein beispielsweise aus einem seriel- len RC-Glied bestehendes Schaltkreisäquivalent ein an ein gemessenes Impedanzspektrum bestmöglich angenähertes, theo- retisches Impedanzspektrum, wobei zur Anpassung des theore- tischen an das gemessene Spektrum eine Variation der Kapa- zität und/oder des Widerstands der Bauelemente des RC- Glieds durchgeführt wird. Dem bestmöglich angepassten, the- oretisch Impedanzspektrum sind also in diesem Fall ein Wi- derstandswert und ein Kapazitätswert für das RC-Glied zuge- ordnet. Aus dem Widerstandswert kann beispielsweise durch Vergleich mit einem Referenzwert auf die Sensitivität der jeweiligen Materialprobe geschlossen werden.

Um bei einer Vielzahl von Materialproben, die unter ver- schiedenen Messbedingungen vermessen werden, die für die einzelnen Materialproben gewonnenen, beispielsweise die Sensitivitäten darstellenden Ausgabewerte einer einfachen Auswertung zugänglich zu machen, umfasst die Auswertesoft- ware vorteilhafterweise eine Datamining-Funktionalität. Die Datamining-Funktionalität ermittelt beispielsweise unter Anwendung vorzugsweise mehrdimensionaler Zielfunktionen die für den jeweiligen Anwendungsfall optimale Materialprobe auf numerischem Wege.

Alternativ oder zusätzlich kann die Datamining-Funktionali- tät auch eine Visualisierungsfunktionalität umfassen. In diesem Fall kann ein Benutzer bildschirmgestützt die für den jeweiligen Anwendungsfall optimale Materialprobe ermit-- teln. Beispielsweise arbeitet die Visualisierungsfunktiona- lität mit einem Farbspektrum, wobei einer bestimmten Farbe eine hohe Sensitivität der Materialprobe und einer anderen Farbe eine geringe Sensitivität zugeordnet ist.

Um auch Sensormaterialien auffinden zu können, die für An- wendungsfälle geeignet sind, bei denen-wie beispielsweise bei einem Abgas-hohe Temperaturen herrschen, weist die Vorrichtung nach der Erfindung vorzugsweise eine Heizein- richtung auf, in welche die Probenplatte vorzugsweise ein- tauchbar ist. In diesem Fall weist die Vorrichtung insbe- sondere einen Hochtemperaturreaktor auf, der von der Heiz- einrichtung begrenzt ist und in dem die die Materialprobe umfassende Probenplatte mit unterschiedlichen Prüf-bzw.

Referenzgasen beaufschlagt werden kann.

Die Erfindung hat auch ein Verfahren zur Analyse einer Pro- benplatte mit den Merkmalen gemäß Anspruch 19 zum Gegen- stand. Durch Anwendung dieses Verfahrens ist es möglich, eine Probenplatte, auf der eine große Anzahl an Material- proben, beispielsweise 64 Materialproben angeordnet sind, unter unterschiedlichen Bedingungen elektrisch zu vermessen und in vollautomatischer Weise eine für den betreffenden Anwendungsfall am besten geeignete Materialprobe auszuwäh- len. Dies erfolgt durch automatische Auswahl von Startwer- ten für die Bauelemente des jeweiligen Schaltkreisäquiva- lents und die anschließende Fehlerminimierungsrechnung. Die Startwerte werden bei der Fehlerminimierungsrechnung einge- setzt, wobei ausgehend von den Startwerten ein an das je- weils gemessene Impedanzspektrum angepasstes, theoretisches Impedanzspektrum für die betreffende Materialprobe unter den jeweiligen Messbedingungen berechnet wird. Durch dieses Vorgehen ist eine weitgehende Datenreduktion möglich, da ausgehend von den Impedanzspektren, die eine Vielzahl an Messpunkten haben, wenige abgeleitete Größen darstellende Fitwerte ermittelt werden, die die einzelnen Bauelemente des Schaltkreisäquivalents beschreiben. Die Fitwerte stel- len also Dimensionierungen der Bauelemente des Schaltkrei- sesäquivalents dar, mit denen das gemessene Impedanzspekt- rum bestmöglich simuliert werden kann.

Bei der Bestimmung des Schaltkreisäquivalents kann bei- spielsweise eine serielle Schaltung von vier RC-Gliedern ausgewählt werden, wobei die höheren RC-Glieder gegebenen- falls auf einen Startwert gesetzt werden, der keinen Ein- fluss auf die Berechnung des theoretischen Impedanzspekt- rums hat.

Die für die Fehlerminimierungsrechnung erforderlichen Startwerte eines RC-Glieds werden vorzugsweise aus der ma- ximal gemessenen, imaginären Impedanz Z"MAX und der kor- respondieren Messfrequenz f-Z"MAX gemäß folgenden Formeln berechnet : R1_START = -2#Z"_MAX C1 START= 2##f_Z"_MAX#R_START Wenn das Schaltkreisäquivalent mehrere RC-Glieder umfasst, werden die für die höheren RC-Glieder erforderlichen Start- werte für die Fehlerminimierungsrechnung vorzugsweise aus den Differenzspektren zwischen den gemessenen Daten und Da- ten ermittelt, die auf Grundlage der für das erste RC-Glied berechneten Startwerte berechnet bzw. simuliert werden.

Insbesondere die Auswahl sogenannter"guter"Startwerte, die nahe an den tatsächlichen Größen der Bauelemente des Schaltkreisäquivalents liegen, verkürzen die Dauer der nachfolgenden Fehlerminimierungsrechnung entscheidend.

"Schlechte"Startwerte können hingegen dazu führen, dass die auf Grundlage der Startwerte durchgeführte Fehlermini- mierungsrechnung sinnlose Werte liefert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung besteht das Schaltkreisäquivalent zur Simula- tion von Impedanzspektren auf Basis von bei einer Fehlermi- nimierungsrechnung gewonnenen Fitwerten aus einer seriellen Spaltung von vier RC-Gliedern. Durch Ermittlung von Start- werten für die einzelnen Bauelemente wird dann anhand eines Schwellenwertes bestimmt, wie viele RC-Glieder bei den Si- mulationsrechnungen berücksichtigt werden. Der Schwellen- wert ist vorzugsweise ein von einem Benutzer voreinstellba- rer Wert. Überprüft wird das prozentuale Verhältnis des Wi- derstands des ersten RC-Glieds zum Widerstand des aktuellen RC-Glieds n gemäß der Formel RCnSTART > Wert []-RC1START.

Die Größe."Wert"ist die von dem Benutzer veränderbare Grö- ße, die beispielsweise auf 10 % voreingestellt ist. Wenn das Argument nicht erfüllt ist, werden die Startwerte für die Bauteile des betreffenden RC-Glieds auf Werte gesetzt, die keinen Einfluss auf eine Simulation der Impedanzspekt- ren haben. Diese Werte werden bei der Fehlerminimierungs- rechnung konstant gehalten.

Ferner wird bei dem Verfahren die Validierungsgröße be- stimmt, die die Übereinstimmung zwischen dem errechneten, theoretischen Impedanzspektrum und dem jeweils zugeordne- ten, gemessenen Impedanzspektrum bewertet.

Die Auswertegröße stellt den für die jeweilige Analyse re- levanten Ausgabewert dar, der beispielsweise bei der Er- mittlung eines Sensormaterials für einen Gassensor eine Sensitivität der jeweiligen Materialprobe wiedergibt. Die Sensitivität ist ein Maß für die Güte eines Sensors.

Die Sensitivität eines resistiven Gassensors kann auf ver- schiedene Art und Weise definiert sein. Berücksichtigt man beispielsweise die Richtung der Änderung der Widerstände bei einer Gasbeaufschlagung, kann eine Sensitivität S als Quotient des Widerstands R-TEST unter einer Prüfgasatmo- sphäre und des Widerstands R 0 unter Referenzbedingungen wie folgt ausgedrückt werden R TEST S= - ; für oxidierende Gase R_0 S=+- ; für reduzierende Gase R TEST Das Vorzeichen der Sensitivität S liefert eine Information hinsichtlich der Widerstandsänderung.

Alternativ kann die Sensitivität als Änderung der Wider- stände beschrieben werden, und zwar gemäß den Formeln <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> R TEST-R_0<BR> S # =- ; für oxidierende Gase<BR> R_TEST R_0-R_TEST S_#=+ ; für reduzierende Gase.

R_0 Bei diesen Formeln ergeben sich Sensitivitäten S_# zwischen -1 und 1, d. h. normierte Sensitivitäten.

Es ist auch möglich, die Sensitivitäten beider Definitionen ineinander zu überführen. Die über den Wert S ausgedrückte Sensitivität ist besonders aussagekräftig bei einer großen Änderung des Widerstands einer Materialprobe infolge einer Beaufschlagung mit einem Prüfgas. Die über S A ausgedrückte Sensitivität ist besonders aussagekräftig, wenn sich der Widerstand einer Materialprobe infolge einer Prüfgasbeauf- schlagung nur gering ändert. Die durch S A ausgedrückte Sensitivität hat jedoch den Vorteil einer großen Toleranz gegenüber Messungenauigkeiten, einer präzisen Beleuchtung eines Bereichs kleiner Widerstandsänderungen und damit ei- ner besseren Bewertung von Querempfindlichkeiten sowie der Möglichkeit einer automatisierten Visualisierung und Daten- verarbeitung.

Bei einer besonders einfachen Ausführungsform des Verfah- rens nach der Erfindung besteht das Schaltkreisäquivalent aus einer virtuellen Anordnung realer elektronischer Bau- teile wie Kondensatoren und Widerständen. In seiner ein- fachsten Ausführung besteht das Schaltkreisäquivalent aus einem Widerstand.

Durch die Fehlerminimierungsrechnung, bei der eine Anglei- chung der Größen der Bauelemente an die Messdaten erfolgt, wird ein simuliertes Impedanzspektrum für das Schaltkreis- äquivalent für die jeweilige Materialprobe ermittelt. Aus den angepassten Größen der Bauelemente kann auf die elekt- rischen Eigenschaften der durch das Schaltkreisäquivalent beschriebenen Prozesse in der Materialprobe geschlossen werden. Wenn das elektrische Verhalten der Materialprobe durch mehrere Prozesse unterschiedlicher Relaxationszeiten bestimmt wird, ist es erforderlich, kompliziertere Schalt- kreisäquivalente heranzuziehen, die beispielsweise aus meh- reren in Reihe geschalteten RC-Gliedern bestehen. Wenn die Prozesse unterschiedlich auf eine Variation der Messbedin- gungen reagieren, kann eine Zuordnung einzelner Prozesse zu Bauelementen bzw. Bauelementgruppen vorgenommen werden, um so die einzelnen Prozesse separiert analysieren zu können.

Durch die Fehlerminimierungsrechnung reduziert sich das Da- tenvolumen zur Beschreibung der Impedanzmessung auf die An- ordnung und die Größen der Bauelemente. Bei einer Probenplatte mit beispielsweise 64 Materialproben und einer Messung unter elf verschiedenen Gasatmosphären bei jeweils vier verschiedenen Temperaturen liegt das Mess- datenaufkommen bei 2816 Impedanzspektren. Die einzelnen Im- pedanzspektren werden gemäß dem Verfahren nach der Erfin- dung simuliert und jeweils auf die abgeleiteten Messgrößen, die durch die Größen der Bauelemente des Schaltkreisäquiva- lents wiedergegeben werden, reduziert.

Die Berechnung eines theoretischen Impedanzspektrums eines Schaltkreisäquivalents erfolgt bei einer bevorzugten Aus- führungsform des Verfahrens nach der Erfindung derart, dass eine komplexe Admittanz Y* und eine Phasenverschiebung der einzelnen Bauelemente der RC-Glieder bei einer gegebe- nen Winkelfrequenz M (2H Messfrequenz) gemäß folgenden For- meln bestimmt wird : =arctan (RC) Y'= cos o Y"=sinf Durch eine Transformation können die jeweiligen Impedanzen ermittelt werden : wobei Z'der Realteil der Impedanz und Z"der Imaginärteil der Impedanz ist.

Bei einer seriellen Schaltung der RC-Glieder können die Im- pedanzen der einzelnen RC-Glieder direkt summiert werden.

Eine Berechnung der Impedanzen für Frequenzen, die den Messfrequenzen entsprechen, ergibt einen mit den Messdaten korrespondierenden Datensatz, so dass eine Fehlerabschät- zung zwischen dem gemessenen Datensatz und dem theoretisch ermittelten Datensatz möglich ist.

Die bei dem Verfahren nach der Erfindung durchgeführte Feh- lerminimierungsrechnung wird bei einer vorteilhaften Aus- führung durch Variation der Größen der einzelnen Bauelemen- te um 1 % durchgeführt. Durch Analyse der Differenzen des theoretisch errechneten und des gemessenen Spektrums kann ein Fehler bestimmt werden. Wenn sich der Fehler nach einer Variation verkleinert, wird eine erneute Variation für das gleiche Bauelement des Schaltkreisäquivalents durchgeführt und auf Grundlage dieser Variation ein theoretisches Impe- danzspektrum berechnet, mit dem eine neue Fehlerrechnung durchgeführt wird. Wenn sich der Fehler nicht verkleinert, wird die erfolgte Variation rückgängig gemacht und die Va- riation der Bauelemente mit umgekehrten Vorzeichen variiert oder ein anderes Bauelement variiert.

Die Fehlerrechnung wird vorzugsweise so durchgeführt, dass die Funktion zur Bestimmung des Fehlers den Startwert des Widerstands des ersten RC-Glieds berücksichtigt. Wenn der Wert größer als ein nomineller Messwiderstand des bei der Messung eingesetzten Impedanz-Analysators, beispielsweise größer als 3-107Q ist, wird der Fehler nur aus dem Imagi- närteil der berechneten Impedanz bestimmt. Um den hochfre- quenten Bereich des ermittelten Spektrums wichten zu kön- nen, werden die ermittelten Abweichungen vorzugsweise mit dem Logarithmus der Messfrequenz multipliziert. Diese Wich- tung ermöglicht es, physikalisch sinnlose oder auch fehler- hafte Messdaten im niederfrequenten Bereich zu unterdrü- cken.

Zur Berechnung der Validierungsgröße, d. h. zur Validierung der Güte des für die jeweilige Materialprobe theoretisch berechneten Impedanzspektrums wird vorzugsweise ein Korri- dor um das theoretische Impedanzspektrum ermittelt, der beispielsweise 90 % der gemessenen Daten beinhaltet. Zur Minimierung der zur Berechnung der Validierungsgröße erfor- derlichen Zeit kann hierzu ein sukzessiver Approximations- Algorithmus genutzt werden, wobei die Grenzwerte des Algo- rithmus 0 Q und der zweifache Werte des Realteils der sum- mierten Impedanz bei der kleinsten Messfrequenz sein kön- nen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zur Analy- se von Materialproben unter verschiedenen Prüfgasatmosphä- ren und insbesondere bei verschiedenen Temperaturen einge- setzt. In diesem Fall werden für alle auf der Probenplatte angeordnete Materialproben Impedanzspektren unter den ver- schiedenen Messbedingungen gemessen.

Die jeweils gemessenen Spektren werden dann bei dem Verfah- ren nach der Erfindung jeweils durch eine Fehlerminimie- rungsrechnung unter Zugrundelegung eines Schaltkreisäquiva- lents auf theoretischem Wege simuliert. Dies resultiert in einer großen Menge an Auswertegrößen, die die Zielgrößen bei dem Verfahren darstellen.

Die Zielgrößen bzw. Auswertegrößen werden bei dem Verfahren nach der Erfindung vorzugsweise in eine Datenbank geschrie- ben und mittels einer Datamining-Funktionalität ausgewer- tet.

Bei der Datenbank, die zur Aufnahme und Bereitstellung von Datensätzen dient, handelt es sich zweckmäßigerweise um ei- ne relationale Datenbank, in der Informationen nach Themen- kreisen geordnet in Form von Tabellen abgelegt sind. Bezie- hungen zwischen den einzelnen Datensätzen in den Tabellen werden durch sogenannte Identifikationsschlüssel herge- stellt.

Die Datenbank kann beispielsweise weitere Eigenschaften der Materialproben, wie deren Synthesebedingungen der Edukte, deren Probengeschichte und dergleichen enthalten. Diese Ei- genschaften sind über Tabellenbeziehungen miteinander ver- knüpft.

Das Datamining kann mittels einer gegebenenfalls mehrdimen- sionalen Zielfunktion und/oder mittels einer visuellen Da- tamining-Funktionalität durchgeführt werden. Das mittels einer Zielfunktion durchgeführte Datamining ist ein numeri- sches Verfahren, das auf den einzelnen Auswertegrößen ba- siert, die in der Datenbank beispielsweise aufgeschlüsselt nach Messtemperatur und Prüfgas abgelegt sind. Dabei wird zunächst definiert, welche Eigenschaften von dem gesuchten Material verlangt werden. Beispielsweise kann bei der Suche nach einem Sensormaterial für einen Gassensor angegeben werden, hinsichtlich welchen Gases das Sensormaterial sen- sitiv sein soll und welche Querempfindlichkeiten stören könnten. Daraus ergibt sich also ein Anforderungsprofil an einen Fingerabdruck der Sensitivitäten.

Die visuelle Datamining-Funktionalität arbeitet vorteilhaft derart, dass die Auswertegrößen der Materialproben der Pro- benplatte aufgeschlüsselt beispielsweise nach Prüfgasen und Temperaturen dargestellt sind.

Bei Einsatz der Vorrichtung nach der Erfindung und des Ver- fahrens nach der Erfindung liegt ein vorzugsweise vollauto- matisches High-Throughput-Impedanzsystem vor, mit dem neue Materialien mit einem hohen Probendurchsatz und einem ge- ringen Zeit-und Kostenaufwand entwickelt werden können. So können beispielsweise durch Einsatz des Systems an zwei Ta- gen 64 unterschiedliche Materialproben bei vier verschiede- nen Temperaturen und unter elf verschiedenen Prüfgasatmo- sphären hinsichtlich ihrer sensorischen Eigenschaften un- tersucht und auch ausgewertet werden.

Insbesondere kann das System zur allgemeinen Materialent- wicklung und speziell für die Entwicklung von Sensoren im Kraftfahrzeugbereich und im Sicherheitstechnikbereich ein- gesetzt werden.

Die Erfindung hat auch eine Datenverarbeitungsanlage mit einem Datenverarbeitungsprogramm zur Durchführung des er- findungsgemäßen Verfahrens zum Gegenstand.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Ge- genstandes nach der Erfindung ergeben sich aus der Be- schreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit einem Verfahren nach der Erfindung detailliert erläu- tert. Es zeigen Figur 1 einen Messaufbau einer Vorrichtung nach der Erfin- dung ; Figur 2 eine Messeinrichtung der Vorrichtung nach Figur 1 ; Figur 3 einen Messkopf der Messeinrichtung nach Figur 2 ; Figur 4 eine Gasverteilungseinrichtung des Messkopfes nach Figur 3 ; Figur 5 einen Messablauf anhand eines Flussdiagramms ; Figur 6 ein Diagramm, das einen zeitlichen Messablauf für Materialproben bei verschiedenen Temperaturen und unter verschiedenen Gasatmosphären darstellt ; Figur 7 ein Diagramm, in dem ein Einlaufverhalten von vier unterschiedlich oberflächendotierten Materialproben darge- stellt ist ; Figur 8 ein Diagramm, in dem ein Ansprechzeitverhalten von drei verschiedenen Materialproben während eines Prüfgaspul- ses dargestellt ist ; Figur 9 ein Schaltkreisäquivalent ; Figur 10 ein Flussdiagramm einer Fehlerminimierungsrech- nung ; Figur 11 einen beispielhaften Verlauf einer Sensitivität einer Materialprobe ; Figur 12 einen exemplarischen Fingerabdruck von Sensitivi- täten einer Materialprobe hinsichtlich verschiedener Gasat- mosphären ; und Figur 13 eine stark schematisierte Darstellung einer visu- ellen Datamining-Funktionalität.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In den Figuren 1 bis 4 ist ein Messaufbau einer Vorrichtung 10 zur Analyse einer Probenplatte 12 dargestellt, auf der 64 Materialproben 13 angeordnet sind. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Hochtemperaturreaktor 14, eine Gasversor- gungseinheit 16 und eine Mess-und Auswerteeinheit 18.

Der Hochtemperaturreaktor 14, der insbesondere in den Figu- ren 2 bis 4 näher dargestellt ist, umfasst ein Gestell bzw.

Gehäuse 20, in welchem ein höhenverstellbarer Heizblock 22 angeordnet ist, der an einer Führungsstange 23 und an einer Gewindestange 24 gelagert ist, welche mit einer Kurbel 25 versehen ist.

Der Heizblock 22, der beispielsweise aus vier einen Heiz- raum begrenzenden Heizplatten mit einer Heizleistung von jeweils 1100 W besteht, ist so höhenverstellbar, dass der Plattenträger 28 und damit die Probenplatte 12 in den Heiz- raum eintauchbar ist.

Des Weiteren umfasst der Hochtemperaturreaktor 14 einen Messkopf 26, der in einen mit dem Gestell 20 verbundenen Messkopfträger 27 eingesetzt ist und zur Kontaktierung der 64 auf der Probenplatte 12 angeordneten Materialproben 13 mit der Mess-und Auswerteeinheit 18 dient. Die Probenplat- te 12 ist auf einem mit dem Messkopfträger 27 verbundenen Plattenträger 28 angeordnet.

Der Messkopf 26, der insbesondere in Figur 3 dargestellt ist, umfasst eine Grundplatte 29, die beispielsweise aus einer bearbeitbaren Glaskeramik gebildet ist und zur Halte- rung von 128 Messdrähten 30A, 30B dient, welche jeweils aus Platin bestehen und von einem Aluminiumoxidrohr ummantelt sind. An ihren unteren Enden haben die Messdrähte 30A, 30B jeweils eine Schmelzkugel 31A, 31B, die zur Kontaktierung des jeweiligen Messdrahts an einer Kontaktfläche der Pro- benplatte 12 dient. Die Probenplatte 12 hat pro Material- probe zwei Kontaktflächen, d. h. im vorliegendsten Fall insgesamt 128 Kontaktflächen, die jeweils mit einem der Messdrähte 30A, 30B zusammenwirken. Die Messdrähte 30A, 30B sind an ihren oberen Enden im Bereich der Grundplatte 29 jeweils mit einem vergoldeten Federkontakt 32A, 32B verse- hen, der bei fixiertem Messkopf 26 einen konstanten An- pressdruck der Messdrähte 30A, 30B bzw. der Schmelzkugel 31A, 31B auf den jeweils zugeordneten Kontaktflächen der Probenplatte 12 gewährleistet. Die Ummantellungen der aus Platin gefertigten Messdrähte 30A, 30B sind des Weiteren an Halteplatten 33 und 34 fixiert, die an einem Gestänge 35 befestigt und parallel zu der Grundplatte 29 ausgerichtet sind.

Die Federkontakte 32A, 32B sind über Leitungen 36A, 36B mit in dem Messkopf 26 integrierten SMB-Buchsen 37A, 37B ver- bunden, die wiederum über abgeschirmte SMB-Leitungen 38A bzw. 38B mit der Mess-und Auswerteeinheit 18 der Vorrich- tung 10 verbunden sind. Insgesamt 128 SMB-Buchsen 37A, 37B hat der Messkopf 26, von denen jede mit einem Messdraht 30A, 30B verbunden ist und an die jeweils eine zu der Mess- und Auswerteeinheit 18 führende SMB-Leitung 38A, 38B ange- schlossen ist. Der Übersichtlichkeit halber sind in den Fi- guren 1 bis 3 aber jeweils nur zwei SMB-Buchsen 37A, 37B und zwei SMB-Leitungen 38A, 38B sowie die jeweils zugeord- neten Messdrähte 30A, 30B dargestellt.

Der Messkopf 26 hat des Weiteren eine beispielsweise aus Quarzglas gefertigte, im Wesentlichen glockenförmige Gas- verteilungseinrichtung 39, die in Figur 4 detailliert dar- gestellt ist und die über eine Gasversorgungsleitung 40 aus Edelstahl mit der Gasversorgungseinheit 18 verbunden ist.

Die glockenförmige Gasverteilungseinrichtung 39 begrenzt einen Gasraum, der oberhalb der auf der Probenplatte 12 an- geordneten 64 Materialproben 13 angeordnet ist.

Die Materialproben 13 sind beispielsweise aus Zinnoxid Sn02 gebildet und weisen unterschiedliche Dotierungen auf, die beispielsweise aus Lanthaniden gebildet sind. Die Material- proben 13 sind matrixartig in acht Reihen und achte Spalten auf der Probenplatte 12 verteilt.

Die in Figur 4 detailliert dargestellte Gasverteilungsein- richtung 39 hat in ihrem Gasraum 41 des Weiteren einen Dif- fusoreinsatz 42, der aus einer Quarzkugel gebildet ist und eine Vielzahl von Bohrungen 43 aufweist, die einen Durch- messer von jeweils etwa 1 mm haben.

Um einen gleichmäßigen Gasaustritt aus dem Gasraum 41 zu gewährleisten, hat die glockenförmige Gasverteilungsein- richtung 39 an ihren Rändern Distanzhalter 43, die einen Spalt von 0,8 mm Breite zwischen der Gasverteilungseinrich- tung 39 und der Probenplatte 12 festlegen.

Zur Beaufschlagung des Gasraums 41 und damit der Material- proben 13 mit unterschiedlichen Prüfgasatmosphären weist die Gasversorgungseinheit 16 zwei hier nicht näher darge- stellte Gasflaschenschränke mit je vier Gasflaschen auf, die jeweils mit einem Gasdurchflussregler 44A, 44B, 44C, 44D, 44E, 44F, 44G bzw. 44H verbunden sind, wobei in einer Gasflasche feuchte synthetische Luft, in der zweiten Gas- flasche Wasserstoff, in der dritten Gasfalsche Methan, in der vierten Gasflache synthetische Luft, in der fünften Gasflache Stickstoffdioxid, in der sechsten Gasflasche Stickstoffmonoxid, in der siebten Gasflache Propen und in der achten Gasflaschen Kohlenstoffmonoxid enthalten ist.

Die Kapazitäten der Durchflussregler 44A, 44B, 44C, 44D, 44E und 44F liegen jeweils zwischen 0 sccm und 100 sccm.

Die Kapazitäten der Durchflussregler 44G und 44H liegen je- weils zwischen 0 sccm und 10 sccm. Über entsprechende Steu- erung des Volumenstroms der verschiedenen Gase können mit- tels der Batterie aus den acht Gasdurchflussreglern 44A, 44B, 44C, 44D, 44E, 44F, 44G und 44H Prüfgase unterschied- licher Zusammensetzungen in eine Sammelleitung 45 einge- speist werden, die mit der Gaszufuhrleitung 40 verbunden ist.

Um eine relative Feuchtigkeit des jeweiligen Prüfgases ein- zustellen, kann dem Prüfgas ein feuchtes Trägergas, das beispielsweise aus synthetischer Luft besteht, zugemischt werden. Die Feuchte des Trägergas wird dadurch eingestellt, dass es durch ein Wasserreservoir 46 geleitet wird. Eine Messung des angefeuchteten Trägergases mittels eines hier nicht näher dargestellten Feuchtesensors ergibt beispiels- weise eine relative Feuchte von etwa 90 % bei Raumtempera- tur.

Die Mess-und Auswerteeinheit 18 umfasst zwei Relaisschalt- felder 50 und 51, an die jeweils 64 Leitungen 38A bzw. 38B angeschlossen sind, die zu dem Messkopf 26 des Hochtempera- turreaktors 14 führen. Die Relaisschaltfelder 50 und 51 bilden jeweils eine 3x64-Matrix aus hochfrequenztauglichen Relais.

Die Relaisschaltfelder 50 und 51 sind über eine digitale Steuerleitung 52 mit einem Mess-und Auswerterechner 53 verbunden. Des Weiteren sind die Relaisschaltfelder 50 und 51 über Messleitungen 54 mit einem Impedanzanalysator 64 und einem sogenannten Source-Meter 55 verbunden. Diese bei- den Messgeräte sind ebenfalls über die digitale Steuerlei- tung 52 mit dem Mess-und Auswerterechner 53 verbunden. Die Adressierung des Impedanzanalysators 54 und des Source- Meters 55 erfolgt über die beiden Relais-Schaltfelder 50 und 51.

Der Mess-und Auswerterechner 53 ist ferner über eine wei- tere digitale Steuerleitung 56 mit einem D/A-A/D-Wandler 57 verbunden, der über eine analoge Steuerleitung 58 zum einen mit der Heizeinrichtung 22 des Hochtemperaturreaktors 14 und zum anderen mit den Gasdurchflussreglern 44A, 44B, 44C, 44D, 44E, 44F, 44G und 44H der Gasversorgungseinheit bzw.

Gasmischbatterie 16 verbunden ist.

Auf dem Mess-und Auswerterechner 53 ist eine modulare Mess-und Steuersoftware abgelegt, die über eine Skript- steuerung eine vollständige Automatisierung von mittels der Vorrichtung 10 durchgeführter Messungen ermöglicht. Durch den modularen Aufbau der Mess-und Steuersoftware ist eine problemlose Erweiterung des Messsystems möglich.

Mittels des Source-Meters 55 können Gleichstromwiderstände, U/I-Kennlinien oder Spannungen der einzelnen Materialproben 13 gemessen werden. Diese Werte sowie die mittels des Impe- danz-Analysators 54 ermittelten Messwerte können über die digitale Steuerleitung 52 an den Mess-und Auswerterechner 53 übergeben werden, welcher eine Datenbank für die Messda- ten umfasst.

Zur Vermessung der auf der Probenplatte 12 angeordneten Ma- terialproben 13 in einem Hochdurchsatz-Modus bzw. nach ei- nem High-Throughput-Verfahren wird eine Skriptsprache ein- gesetzt, wobei über eine Skriptdatei eine Liste von Aufga- ben, die aus Schlüsselwörtern und Parametern bestehen, an die Software übergeben wird, mittels welcher die Skriptda- tei abgearbeitet wird und welche sämtliche Funktionen des Systems steuert. Die Skriptdateien gewährleisten eine kon- tinuierliche Überprüfung von Regelparametern, so dass Mes- sungen unter falschen Messbedingungen dadurch ausgeschlos- sen werden, dass eine weitere Verarbeitung der Skriptdatei ausgesetzt wird. Die Skriptdatei ist hinsichtlich ihrer Länge nicht begrenzt.

Ein mittels der Vorrichtung nach Figur 1 durchführbarer Messablauf ist in Figur 5 anhand eines Flussdiagramms dar- gestellt. Zur Analyse von resistivgassensorischen Eigen- schaften werden die Materialproben 13 der Probenplatte 12 zum einen unter einer Referenzgasatmosphäre, die beispiels- weise aus synthetischer Luft einer relativen Feuchtigkeit von beispielsweise 45 % gebildet ist, und unter verschiede- nen Prüfgasatmosphären elektrisch charakterisiert. Durch eine Modulation der Messtemperatur können Informationen über den Einfluss der jeweiligen Operationstemperatur auf die als Sensormaterial geeigneten Materialproben sowie über die Aktivierungsenergie von Leitfähigkeitsprozessen gewon- nen werden.

Um eine Vergleichbarkeit von Messdaten mehrerer Probenplat- ten zu gewährleisten, ist die eingesetzte Skriptdatei als Standardskript aufgebaut, welches das komplette Hochdurch- satz-Screening steuert, dessen chronologischer Ablauf in dem in Figur 5 dargestellten Flussdiagramm beschrieben ist.

Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt M1 eine Messtemperatur TMESS der Probenplatte 12 eingestellt. Mes- sungen können beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 400 °C und 250 °C in Schritten von 50° durchge- führt werden. Während der Abkühlphasen wird die Probenplat- te 12 mit einem Referenzgas aus synthetischer Luft einer relativen Feuchtigkeit von 45 % beaufschlagt.

Bei einer Änderung der Probentemperatur stellt sich ein stabiler Grundwiderstand der Materialproben erst nach einer bestimmten Zeit ein, so dass eine Konditionierung der Mate- rialproben in einem Schritt M2 erforderlich ist. Tempera- turänderungen der Materialproben führen zu einem metastabi- len Zustand intrinsischer Defekte, die Sauerstoffleerstel- len darstellen können und deren thermodynamische Gleichge- wichtseinstellung endliche Zeit benötigt. In Figur 7 ist beispielhaft das Konditionierungs-bzw. Einlaufverhalten für vier unterschiedlich oberflächendotierte In203-Proben bei Erreichen einer Zieltemperatur von 300 °C dargestellt.

Die Widerstände R der Proben nähern sich mit der Zeit asymptotisch einem Grenzwert, der den sogenannten Grund- bzw. Referenzwiderstand darstellt. Dieser Grenzwert wird extrapoliert nach etwa 90 Minuten erreicht. Zur Gewährleis- tung eines konstanten Referenzwiderstands ist es vorteil- haft, eine Konditionierungszeit von 120 Minuten zu wählen.

Anschließend wird das zur Messung erforderliche Prüfgas in einem Verfahrensschritt M3 zusammengestellt und in den über der Probenplatte 12 angeordneten Gasraum 41 eingeleitet.

Das erste Prüfgas umfasst beispielsweise Wasserstoff mit einer Konzentration von 25 ppm. Als Trägergas dient synthe- tische Luft. Der Gasstrom wird mit feuchter synthetischer Luft auf 100 sccm eingestellt.

Um zu gewährleisten, dass die einzelnen Materialproben un- abhängig von ihrer relativen Position auf der Probenplatte ihren Grundwiderstand erreicht haben, erfolgt anschließend in einem Schritt M4 eine Vorlaufphase für das Prüfgas, die zuvor untersucht wurde. In Figur 8 ist der Widerstandsver- lauf von drei auf einer Diagonalen der Probenplatte liegen- den Materialproben während eines 40 Minuten andauernden Prüfgaspulses dargestellt, wobei das Pulsgas Propen einer Konzentration von 50 ppm umfasst. Das Basismaterial der Ma- terialproben ist bei dem in Figur 8 dargestellten Beispiel wegen seiner hohen Sensitivität auf Kohlenwasserstoffe Zinnoxid SnO2. Unabhängig von der relativen Position auf der Probenplatte sinkt der Widerstand der Materialproben aufgrund des Prüfgaspulses innerhalb von etwa 6 Minuten auf einen konstanten Wert. Die Ansprechzeit beträgt also je- weils 6 Minuten, wobei das Ansprechverhalten im Wesentli- chen unabhängig von der Position der jeweiligen Material- probe auf der Probenplatte ist. Nach Beendigung des Prüf- gaspulses nähern sich die Widerstände innerhalb von etwa 10 Minuten asymptotisch den Grundwiderständen an. Das An- sprechverhalten ist demnach im Wesentlichen unabhängig von der Position der Materialprobe auf der Probenplatte. Die für die Skriptdatei gewählte Vorlaufzeit jedes Prüf-oder auch Referenzgases beträgt vor einer entsprechenden Messung etwa 15 Minuten.

In einem anschließenden Verfahrensschritt M5 erfolgt die Messung von Impedanzspektren für die 64 auf der Probenplat- te angeordneten Materialproben. Dabei werden in der Skript- datei für die Messungen der Impedanzspektren als Parameter festgelegt : Amplitude der Messspannung [V] 0,1 Startfrequenz [Hz] 10 Endfrequenz [Hz] 107 Messpunkte pro Frequenzdekade 15 Bias [V] 0 Modus [HS : Highspeed ; NO : Normal ; AV : Average] HS Die gewonnenen Messdaten werden mittels des Impedanzanaly- sators 64 ermittelt und an den Mess-und Auswerterechner 53 bzw. die darauf abgelegte Datenbank übergeben.

Im Anschluss daran kann die Messung unter einer anderen Prüfgasatmosphäre durchgeführt werden, wobei hierbei wie- derum auch die Schritte M3, M4 und M5 durchlaufen werden.

Beispielsweise können als weitere Prüfgase Kohlenstoffmono- xid einer Konzentration von 50 ppm, Stickstoffmonoxid einer Konzentration von 5 ppm, Stickstoffdioxid einer Konzentra- tion von 5 ppm oder auch Propen einer Konzentration von 25 ppm eingesetzt werden.

Das gesamte Screening kann dann durch Zurückspringen zu dem Schritt M1 bei einer anderen Messtemperatur durchgeführt werden.

In Figur 6 ist ein durch ein Standard-Skript bestimmter Messablauf visualisiert, wobei in diesem Diagramm Messungen unter Referenzbedingungen und während Konditionierungspha- sen der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.

Messungen unter Referenzbedingungen, d. h. unter einer Re- ferenzgasatmosphäre, werden stets vor Einleiten eines neuen Prüfgases H2, CO, NO, NO2 oder Propen bei der betreffenden Temperatur T durchgeführt. Es liegt stets jeweils eine so- genannte Prüfgas-Vorlaufphase X sowie eine Messphase Y vor.

Ferner sind in Figur 6 die jeweiligen Konzentrationen C der Prüfgase dargestellt.

Die Mess-und Auswertesoftware kann eine Funktionalität ha- ben, bei der das jeweils gemessene Impedanzspektrum gra- phisch an einem Monitor dargestellt wird. Die Messdaten, die vorzugsweise im ASCII-Format in der Datenbank oder in den den Probenplatten zugeordneten Verzeichnissen auf dem Mess-und Auswerterechner gespeichert werden, sind somit direkt einer visuellen Kontrolle zugänglich.

Des Weiteren kann die Mess-und Auswertesoftware mit einer Funktionalität ausgestattet sein, die Impedanzspektren der Probenmaterialien einer Probenplatte positionsabhängig in einer Bildmatrix darstellt. Dabei können sowohl Rohdaten oder auch abgeleitete Daten dargestellt werden. Die Funkti- onalität kann auch ein Auswertefenster umfassen, in das Da- ten einer bestimmten Materialprobe übertragen werden kön- nen. Auch kann die Funktionalität mit weiteren bildgebenden Mess-oder Auswertesystemen kombiniert werden. Bilddaten von diesen Systemen können dann ebenfalls positionsabhängig in die Bildmatrix eingelesen werden, um so weitere Informa- tionen über die Proben zu erhalten.

Nach Messung der Impedanzspektren für die einzelnen Materi- alproben wird für jede Materialprobe ein theoretisches Im- pedanzspektrum auf Basis eines Schaltkreisäquivalents be- rechnet. Das Schaltkreisäquivalent besteht im vorliegenden Fall aus einer seriellen Schaltung von vier RC-Gliedern der in Figur 9 dargestellten Art. Die theoretisch berechneten Impedanzspektren werden dabei jeweils bestmöglich an das korrespondierend gemessene Impedanzspektrum angepasst, und zwar dadurch, dass die Größen bzw. Dimensionierungen der einzelnen Bauelemente des Schaltkreisäquivalents variiert werden.

Die durchgeführte Fehlerminimierungsrechnung wird nachfol- gend anhand des in Figur 10 dargestellten Flussdiagramms erläutert.

Zur Durchführung der Fehlerminimierungsrechnung ist es er- forderlich, für die einzelnen Bauelemente des Schaltkreis- äquivalents Startwerte zu bestimmen. Gleichzeitig ist es erforderlich, die Anzahl der bei der Fehlerminimierungs- rechnung zu berücksichtigenden RC-Glieder zu bestimmen. Zu diesen Zwecken wird in einem Schritt S1 die maximale imagi- näre Impedanz Z"MAX aus den Messdaten für die betreffende Materialprobe ermittelt. Bei der Auswahl wird auch beur- teilt, ob es sich bei der maximal gemessenen imaginären Im- pedanz um eine Fehlmessung handelt, was durch eine Untersu- chung der bei benachbarten Messpunkten gemessenen imaginä- ren Impedanzen, d. h. durch eine Untersuchung des lokalen Maximums, erfolgt.

Anschließend werden in einem Schritt S2 Startwerte RESTART für den Widerstand und Cl START für die Kapazität des ers- ten RC-Glieds auf der Basis von Z"MAX und der korrespon- dierenden Messfrequenz gemäß den Formeln ! 7r=-2-Z"M4 R 1 START =-2-Z"MA. Y C1 START= -2r f _ Z"_ AdAvY R _ STHRT berechnet, wobei fZ"MAX die Messfrequenz bei der maximal gemessenen, imaginären Impedanz ist.

Anschließend werden in einer Schleife S3 Startwerte für die Widerstände und Kapazitäten der weiteren drei RC-Glieder des Schaltkreisäquivalents ermittelt.

Hierzu wird zunächst in einem Schritt S4 auf Basis der Startwerte R1START und C1 START ein theoretisches Impe- danzspektrum berechnet und in einem Schritt S5 ein Diffe- renzspektrum zwischen dem theoretischen Impedanzspektrum und dem gemessenen Impedanzspektrum berechnet und aus die- sem Differenzspektrum wiederum das Maximum der imaginären Impedanz Z"MAX ermittelt. Ausgehend von diesem Maximum werden dann in einem Schritt S6 die Startwerte RnSTART und CON STAR (n = 2 bis 4) für das jeweils betrachtete RC-Glied gemäß den im Zusammenhang mit Schritt S2 erläuterten For- meln berechnet.

Anschließend wird in einem Schritt S7 eine Schwellenwertbe- trachtung für den berechneten Widerstandsstartwert RnSTART durchgeführt, mittels dem bestimmt wird, ob das jeweilige RC-Glied bei den anschließenden Simulationsrechnungen be- rücksichtigt werden soll. Der Schwellenwert ist ein von dem Benutzer veränderbarer Wert. Überprüft wird bei dem Ver- gleich das prozentuale Verhältnis des Widerstands des ers- ten RC-Glieds zum Widerstand des aktuellen Bauteils.

Wenn der berechnete Startwert RnSTART größer ist als der Schwellenwert, wird das RC-Glied berücksichtigt, zu Schritt S3 zurückgesprungen und eine Berechnung der Startwerte RnSTART und CON STAR für das nächste RC-Glied vorgenommen.

Wenn das Argument nicht erfüllt ist, werden die Größen der Bauteile der höheren RC-Glieder auf Werte festgelegt, die keinen Einfluss auf die Simulationsrechnung für ein Impe- danzspektrum haben. Diese Werte bleiben bei nachfolgenden Anpassungsschritten konstant und betragen beispielsweise RnSTART=l und Cn_START=10 15. Diese Festlegung erfolgt in einem Schritt S8.

Die Schwellenwertabfrage bestimmt also die Anzahl der RC- Glieder, die in den folgenden Schritten berücksichtigt wer- den. Wenn der Schwellenwert unterschritten wird, wird di- rekt zur Fehlerminimierungsrechnung auf der Basis der An- zahl der bestimmten RC-Glieder, beispielsweise auf der Ba- sis eines RC-Glieds übergegangen, wobei hierbei eine Schleife S9 über alle m berücksichtigten RC-Glieder durch- geführt wird.

Innerhalb der Schleife S9 wird eine weitere Schleife S10 Lauf = 1 to 3 durchgeführt, wobei es sich hierbei um eine empirische Zahl von Durchläufen handelt, die zur Erhöhung der Genauigkeit der Fehlerminimierungsrechnung durchgeführt werden.

Innerhalb der Schleife S10 wird zunächst in einem Schritt S11 als Variable VAR der Widerstandsstartwert R1START des ersten RC-Glieds herangezogen. Die Variation der einzelnen Bauelemente bei der Fehlerminimierungsrechnung beträgt 1 %, was in einem Wert FAK = 0,01 in Schritt S11 zum Ausdruck kommt. Der Fehler wird auf 1099 voreingestellt. Die Varia- tion des jeweiligen Bauelements erfolgt in einem Schritt S12 gemäß der Formel VAR = V-FAK. Eine Berechnung eines theoretischen Impedanzspektrums erfolgt dann auf Grundlage des variierten Werts in einem Schritt S13.

Anschließend wird ein Fehler berechnet, der auf einem Ver- gleich zwischen dem für die betreffend angepassten Bauele- mentgrößen berechneten Impedanzspektrum und dem gemessenen Impedanzspektrum beruht. Eine Funktion zur Bestimmung des Fehlers ist abhängig von dem Startwert des Widerstands des ersten RC-Glieds. Zur Berechnung des Fehlers wird in einem Schritt S14 überprüft, ob der jeweilige Startwert größer als der nominelle Messwiderstand des eingesetzten Impedanz- analysators, beispielsweise größer als 3 x 107 Q ist. Ist dies der Fall, wird der Fehler in einem Schritt S15 nur durch Betrachtung der Imaginärteile der Impedanzen gemäß der Formel Fehler = ! Z''fit-Z''mess !'logf bestimmt, wobei zur Wichtung des Hochfrequenzbereichs des Spektrums eine Multiplikation mit dem Logarithmus der Mess- frequenz erfolgt, wodurch physikalisch sinnlose bzw. feh- lerhafte Messdaten im Niederfrequenzenbereich unterdrückt werden. Anderenfalls erfolgt in einem Schritt S16 eine Fehlerbetrachtung auf Grundlage sowohl der Realteile als auch der Imaginärteile der Impedanzen gemäß der Formel Fehler = Z"fit-Z"messl+Z'fit-Z'messl.

In einem Schritt S17 wird überprüft, ob der Fehler durch die Variation des Bauelements in Schritt S12 kleiner gewor- den ist. Wenn dies der Fall ist, wird das betreffende Bau- teil, beispielsweise der Widerstand des betreffenden RC- Glieds durch Zurückspringen zu dem Schritt S12 erneut vari- iert. Wenn der Fehler nicht gesunken ist, wird die im Schritt S12 erfolgte Variation in einem Schritt S18 rück- gängig gemacht und in einem Schritt S19 festgelegt, ob das Vorzeichen der Variation in einem Schritt S20 geändert oder ob in einem Schritt S21 und einem nachfolgenden Schritt S22 das nächste Bauelement, in diesem Falle die Kapazität C, als variables Bauelement gewählt wird. In diesem Fall er- folgt dann abermals ein Rücksprung zu dem Schritt S12, wo- bei die Größe des Bauteils dann wiederum so lange variiert wird, wie der Fehler sinkt.

Die Variation des Widerstands und die Variation der Kapazi- tät wird durch Rücksprung zu dem Schritt S10 für jedes RC- Glied zweimal wiederholt. Danach erfolgt in Abhängigkeit von der Anzahl der zu berücksichtigenden RC-Glieder ein n-maliger Rücksprung zu dem Schritt S9.

Wenn keine weitere Minimierung des Fehlers durch Variation des Widerstands und der Kapazität des RC-Glieds möglich ist, werden die den kleinsten Fehler ergebenden Werte für den Widerstand und die Kapazität als Auswertegrößen der Fehlerminimierungsrechnung ausgegeben.

Nach Abschluss der in den Schritten S9 bis S22 erfolgenden Fehlerminimierungsrechnungen wird für das theoretisch er- mittelte Impedanzspektrum in einem Schritt S23 ein Validie- rungsfunktion ermittelt, durch die die Güte des theoretisch berechneten Spektrums abgeschätzt werden kann. Bei der Be- stimmung der Validierungsfunktion wird zur Abschätzung ei- ner Güte der Fehlerminimierungsrechnung ein Korridor um das errechnete Impedanzspektrum ermittelt, der 90 % der Messda- ten beinhaltet. Der so ermittelte Fehler liegt zwischen 0 und 1, wobei ein Fehler von 0 eine ideale Übereinstimmung zwischen der Messung und der Simulationsrechnung und ein Fehler von 1 keine Übereinstimmung zwischen der Messung und der Simulationsrechnung zum Ausdruck bringt.

Bei Einsatz des Verfahrens zur Festlegung eines Sensormate- rials eines Gassensors werden auf Grundlage der bei der Fehlerminimierungsrechnung gewonnenen Widerstände der Schaltkreisäquivalente Sensitivitäten S A berechnet. Die so gewonnenen Sensitivitäten SA sind normiert und liegen zwi- schen-1 und +1, wie dem Diagramm in Figur 11 zu entnehmen ist. In Figur 11 sind Sensitivitäten für einen angenommenen Referenzwiderstand von 100 Q bei variierendem Testwider- stand Rtest dargestellt. Die Sensitivitäten S A werden in der Datenbank abgelegt.

Anschließend wird auf Grundlage der ermittelten Sensitivi- täten SA ein numerisches Datamining durchgeführt, um für einen speziellen Anwendungsfall einen optimalen Gassensor auszuwählen. Das Datamining wird insbesondere auf numeri- schem Wege durchgeführt, wobei auf die einzelnen Sensitivi- täten S A zugegriffen wird, die in der Datenbank aufge- schlüsselt nach Messtemperatur und Prüfgas abgelegt sind.

Zunächst wird definiert, welche Eigenschaften von dem ge- wünschten Sensormaterial verlangt werden. Im einfachsten Fall wird angegeben, für welches Prüfgas der Sensor einge- setzt werden soll und welche Querempfindlichkeiten stören.

Daraus ergibt sich ein Anforderungsprofil an den Fingerab- druck der Sensitivitäten, wie in Figur 12 dargestellt ist.

Das Anforderungsprofil wird umgesetzt in sogenannte bzw."<"-Anforderungen, wodurch Datensätze mit den ge- wünschten Eigenschaften charakterisiert werden. Weitere Be- dingungen, wie die Art des Basismaterials des Sensormateri- als oder dessen Oberflächendotierung können in die Ziel- funktion aufgenommen werden. Bei dem Beispiel in Figur 12 gestaltet sich das Anforderungsprofil derart, dass alle Prüfgase A, B, C, E außer dem Prüfgas D eine Sensitivität kleiner 0,2 und größer-0,2 haben und das Prüfgas D eine Sensitivität größer 0,9 hat. Mit X ist jeweils die Referenz angegeben. Das Anforderungsprofil wird mittels einer Aus- wertefunktionalität als SQL-Filterabfrage umgesetzt und di- rekt an die Datenbank übergeben. Die Ergebnisse der SQL- Anweisung können dann in tabellarischer Form auf einem Bildschirm dargestellt werden.

Alternativ oder zusätzlich können die für die verschiedenen Materialproben bei den verschiedenen Messbedingungen ermit- telten Sensitivitäten mittels einer visuellen Datamining- Funktionalität ausgewertet werden. Bei dieser Funktionali- tät, die in Figur 13 dargestellt ist, werden Sensitivitäten sogenannter Bibliotheksplatten aufgeschlüsselt nach Prüfga- sen und Temperaturen auf einem Bildschirm dargestellt. In der beispielhaften Darstellung nach Figur 13 sind Biblio- theksplatten 101 bis 112 für vier Temperaturen A, B, C und D und für drei verschiedene Prüfgase I, II und III darge- stellt. Jede Bibliotheksplatte 101 bis 112 ist einer Tempe- ratur A, B, C bzw. D und einem Prüfgas I, II bzw. III zuge- ordnet. Die Sensitivitäten SA der einzelnen Materialien der Bibliotheksplatten 101 bis 112 sind jeweils entspre- chend ihrer Position auf der Probenplatte als Kreise 120 und in Fehlfarben dargestellt. In Figur 13 sind der Über- sichtlichkeit halber für jede Bibliotheksplatte 101 bis 112 nur vier von 64 Materialproben dargestellt. Positive Sensi- tivitäten SA werden beispielsweise in Farben dargestellt, die von Schwarz über Rottöne bis Gelb gehen, wohingegen ne- gative Sensitivitäten beispielsweise in Farben dargestellt werden, die von Schwarz über Blautöne bis Türkis gehen. Der Durchmesser der einzelnen Kreise 120 wird bestimmt durch die Validierung der Fehlerminimierungsrechnung, wobei bei einem großen Fehler ein kleiner Kreis und bei einem kleinen Fehler ein vergleichsweise großer Kreis dargestellt wird.

Damit ist für einen Benutzer eine intuitive Beurteilung großer Datenmengen möglich.

Die zu der anhand Figur 13 dargestellten Funktionalität er- forderlichen Datensätze werden direkt aus der Datenbank extrahiert, so dass über Filterfunktionen die darzustellen- den Messungen ausgewählt werden können. Die Anzahl der an- gezeigten Datensätze ist nur durch den Arbeitsspeicher des eingesetzten Auswerterechners beschränkt.

Des Weiteren ist es bei der visuellen Datamining-Funktiona- lität möglich, dass zusätzliche Informationen zu den ein- zelnen Materialproben durch bildschirmgestützte Auswahl ei- nes bestimmten Kreises angezeigt werden.