Übersicht Messprinzipe der Gaswarntechnik

Hier eine Kurz-Übersicht der gängigsten Messprinzipe inklusive tabellarischer Gegenüberstellung. Nähere Details zu jedem einzelnen Messprinzip können Sie den entsprechenden Unterseiten entnehmen.

 

Wärmetöner/Pellistor

Gas wird an der Oberfläche eines heißen, temperaturabhängigen Widerstandsdrahtes verbrannt und die dabei entstehende Wärmemenge über die elektrische Leitfähigkeitsänderung des Drahtes bestimmt. Je mehr Gas vorhanden ist, desto mehr Wärme entsteht – bei ausreichender Sauerstoffkonzentration!

Die Wärmeentwicklung ist nicht nur konzentrationsabhängig, sondern auch abhängig von der Art des Gases. Deshalb kann über die Wärmeentwicklung nur dann auf die tatsächliche Gaskonzentration geschlossen werden, wenn das vorhandene Gas bekannt ist und sichergestellt ist, dass sich keine anderen brennbaren Gase in der Atmosphäre befinden.

 

Elektrochemische Sensoren

Maßgeblich für die Funktion von elektrochemischen Sensoren sind sog. RedOx-Vorgänge. Bei der chemischen Reaktion zweier Stoffe werden meist Elektronen zwischen den Stoffen übertragen. Ein Reaktionspartner wird oxidiert, d.h. gibt Elektronen ab, der andere reduziert, d.h. nimmt Elektronen auf.

Je höher die Gaskonzentration, desto mehr Elektronen wandern von einem Reaktionspartner zum anderen. Die Anzahl kann mittels entsprechender elektronischer Schaltungen elektrisch gemessen und als Gaskonzentration angezeigt werden.

 

Halbleiter

Wird ein Metall-Oxid-Halbleiter, meist aus Zinndioxid, SnO2 und Zinkoxid ZnO erwärmt, bei SnO2 z. B. auf 300 °C, strömen freie Elektronen aus dem Halbleiter durch die Grenzflächen zwischen den SnO2 Molekülen an der Halbleiteroberfläche.

Sauerstoffatome der Umgebungsluft werden aufgrund ihrer Elektronenaffinität an der Halbleiteroberfläche adsorbiert und binden diese freien Elektronen. Die Grenzfläche lädt sich negativ auf und die elektrische Leitfähigkeit des Halbleiters verringert sich abhängig vom aufgenommenen Sauerstoff.

Befindet sich in der Umgebungsluft ein oxidierbares (reduzierend im Bezug auf den Halbleiter) Gas, z. B. CO, wird es an der Halbleiteroberfläche oxidiert und bindet ein adsorbiertes Sauerstoffatom. Durch die dabei im Halbleiter freigesetzten Elektronen sinkt der elektrische Widerstand.

Gelangt ein reduzierbares Gas an den Sensor (oxidierend im Bezug auf den Halbleiter), lagern sich weitere Sauerstoffatome an der Oberfläche an und binden weitere freie Elektronen. Damit erhöht sich der Widerstand des Halbleiters.

 

Infrarot

Bei zweiatomigen Gasmolekülen können die Atome längs der Verbindungsgeraden ihrer Kerne Schwingungen ausführen. Bei drei‑ und mehratomigen Molekülen sind auch noch andere Schwingungsrichtungen möglich.

Die Schwingungen nehmen Energieniveaus ein, die von der Umgebungstemperatur bestimmt sind. Die Moleküle selbst besitzen außerdem eine Rotationsenergie, die aber für die Gasmessung bisher nicht relevant ist.

Besitzt ein Molekül infolge seines asymmetrischen Aufbaus ein elektrisches Dipolmoment, das heißt, es besteht aus Atomen mit unterschiedlicher elektrischer Ladung, kann eine durch das Molekül laufende elektromagnetische Welle den Schwingungs‑ und Rotationszustand ändern. Das ist dann der Fall, wenn die Energie der Strahlung genau den Betrag und die Wellenlänge liefert, die notwendig sind, um das Energieniveau des Moleküls um eine Stufe zu heben. Die elektromagnetische Strahlung wird dabei abgeschwächt. Diese Schwächung wird zur Bildung des Messsignals ausgewertet.

 

 
Kurzübersicht der Messprinzipe im Vergleich

Messprinzip

Beispielgase (es gibt mehr!)

Messbereich

Besonderheiten

Vergiftung

Alterung

Wärmetönung

Alle brennbaren Gase und Dämpfe

Bis 100% UEG

Benötigt Sauerstoff, je größer die Moleküle, desto weniger empfindlich

Siloxane, H2S, halo­genisierte KW, Blei

Ablagerungen von Silikonen und Verbrennungsrück­ständen auf dem Katalyten. Alterung der Wendeldrähte erkennbar durch hohen Sensorstrom am Nullpunkt

Wärmeleitung

CO2, H2, abhängig vom Vergleichsgas

CO2 0-100% H2 ab ca. 0,5%

Außer H2 brennbare Gase nur oberhalb der UEG. Andere Gase mit vom Ver­gleichsgas unterschiedlicher Wärmeleit­fähigkeit beeinflussen die Anzeige

Keine bekannt

Alterung der Wendeldrähte erkennbar durch hohen Sensorstrom am Nullpunkt

Elektrochemisch

O2, H2S, H2, CO, NH3

ppm bis mehrere % abhängig vom Zielgas

Können durch sehr hohe Konzentrationen geschädigt werden

Selten, aber abhängig vom Elektrolyten nicht auszuschließen

Austrocknen oder Auslaufen des Elektrolyten, Anreicherung von Reaktionsprodukten im Elektrolyten

 Halbleiter

CO, H2, brennbare Gase 

ppm bis % UEG 

i.A. hoher Einfluss der Luftfeuchte 

 Siloxane, SO2 halogenisierte KW

Nicht bekannt 

 Infrarot

 Brennbare Gase, CO, CO2, HMDS

 ppm bis 100% abhängig vom Zielgas

 Erkennt Wasserstoff nicht !

Keine bekannt 

 Spiegelverschmutzung und Energieverlust der Leuchtquelle, Alterung der optischen Detektoren. Kann je nach Bauart vom Gerät erkannt werden

Photoionisation 

 Kohlenwasserstoffe, z.B. Benzol, alle Stoffe die mit der Lampe ionisiert werden können

ppb bis ppm, abhängig vom Zielgas 

 Hohe Konzentrationen nicht ionisierbarer Gase oder hohe Feuchtigkeit mindern erheblich die Anzeige. Schmutz und Feuchtigkeit verursachen Nullpunktfehler

 Keine bekannt

Verschmutzung des Elektronenfanggitters, Isolationsverlust zwischen beiden Elektroden 

Prüfröhrchen 

Sehr viele Stoffe, die mit oben genannten Verfahren nicht oder nur sehr aufwändig in Betrieb zu bestimmen sind 

 (ppb) ppm (%) (abhängig vom Zielgas)

Röhrchen müssen Umgebungstemperatur haben, damit sich kein Kondensat bildet. Einflüsse von anderen Gasen je nach Typ sehr unterschiedlich. Unbedingt Gebrauchsanleitung beachten. 

   

 

Quelle

Der Text und die Tabelle wurden uns freundlicherweise von Herrn Hans Peter Maurischat zur Verfügung gestellt. Weitere Informationen finden Sie unter www.maurischat.eu.   

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Stand 2014