Was ist ein Gasmessgerät?
Gasmessgeräte sind Geräte, die Gase mit bestimmten Eigenschaften in der Luft messen.
Beispiele für Gase mit spezifischen Eigenschaften sind brennbare Gase, giftige Gase, inerte Gase und Nebengase. Gase, die für den Menschen direkt gefährlich oder potenziell brennbar sind, werden häufig mit Gasmessgeräten gemessen.
Je nach den Eigenschaften der zu messenden Gase gibt es verschiedene Messverfahren. Im Einzelnen gibt es Gasmessgeräte, die optische Eigenschaften nutzen, sowie Geräte, die anhand physikalischer Eigenschaften messen.
Anwendungen von Gasmessgeräten
Gasmessgeräte können zum Nachweis von Gasen verwendet werden. Sie können prüfen, ob brennbare oder giftige Gase in die Atmosphäre entweichen, und sie können die Konzentration von Gasen messen. Gase sind oft farblos und für den Menschen nur schwer wahrnehmbar, was für den Menschen gefährlich sein kann. Typische Gasmessgeräte sind Methangasmessgeräte, Kohlenmonoxidmessgeräte und Kohlendioxidmessgeräte.
Es gibt verschiedene Arten von Gasmessgeräten, die Konzentrationen sowohl kontinuierlich als auch über kurze Zeiträume oder integrierte Konzentrationen über einen längeren Zeitraum messen. Das zu messende Gas ist in der Regel dem Gas beigemischt und liegt nur selten allein vor. Daher muss ein Verfahren gewählt werden, das die Konzentration des interessierenden Gases unbeeinflusst von anderen Gasen erfasst.
Arten von Gasmessgeräten
Die Funktionsweisen der Gasmessgeräte lassen sich grob in Festkörpersensoren, elektrochemische Sensoren und optische Sensoren einteilen.
1. Festkörpersensoren
Festkörpersensoren werden zur Messung von Gasen verwendet und umfassen Kontaktverbrennungs-, neue Keramik-, Halbleiter-, Hitzedraht-Halbleiter- und thermoelektrische Verfahren.
2. Elektrochemische Sensoren
Beispiele für elektrochemische Sensoren sind das Verfahren mit konstantem elektrischem Feld, das Verfahren mit Diaphragma und getrenntem konstantem elektrischem Feld, das Diaphragma-Elektroden-Verfahren und das Diaphragma-Galvanikzellen-Verfahren.
3. Optische Sensoren
Zu den Methoden, bei denen optische Sensoren zum Einsatz kommen, gehören die Infrarot- und die Detektionsbandmethode sowie die thermische Partikelmethode.
Aufbau von Gasmessgeräten
Berührende Verbrennungssensoren nutzen den Brennwert von brennbaren Gasen bei deren Verbrennung und sind übliche Gasmessgeräte für brennbare Gase. Das brennbare Gas verbrennt an der Oberfläche des Sensorelements der beheizten Platindrahtspule, wodurch die Temperatur des Elements ansteigt. Der Widerstand der Platindrahtspule, aus der das Element besteht, ändert sich als Folge dieser Temperaturänderung. Die Änderung des Widerstands ist nahezu proportional zur Konzentration des Gases, so dass die Konzentration des Gases gemessen werden kann.
Funktionsweise der Gasmessgeräte
1. Neuer keramischer Typ
Die neuen keramischen Sensoren nutzen den Heizwert eines brennbaren Gases, das an einem ultrafein zerstäubten Oxidationskatalysator verbrennt.
2. Halbleiter-Typ
Halbleitersensoren nutzen die Widerstandsänderung, die entsteht, wenn ein Metalloxid-Halbleiter mit einem Gas in Kontakt kommt.
3. Hitzedraht-Halbleiter-Typ
Thermoelement-Halbleitersensoren können Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit aufgrund der Adsorption oder Oxidationsreaktion von brennbaren Gasen auf der Oberfläche des Oxid-Halbleiters erkennen.
4. Wärmeleitungstyp
Wärmeleitungssensoren nutzen die gasspezifische Wärmeleitfähigkeitsdifferenz, wenn das Gas in Kontakt mit dem beheizten Element kommt.
5. Elektrolytische Sensoren mit konstantem Potential
Ein Sensor des Typs Konstantpotential-Elektrolyse prüft den Strom, der durch die Elektrolyse des Gases an einer Elektrode bei konstantem Potential erzeugt wird.
6. Diaphragma-Galvanikzelle
Der Diaphragma-Galvanikzellensensor kann den durch die Elektrolyse von Sauerstoff an einer Elektrode erzeugten Strom als Sauerstoffkonzentration erfassen.
7. Infrarotsensoren
Infrarotsensoren nutzen die Menge an Infrarotstrahlung, die von einer Lichtquelle im Inneren des Sensors abgegeben und vom Gas absorbiert wird.
Auswahl eines Gasmessgeräts
Der Typ mit Kontaktverbrennung bietet ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten, Reaktionsgeschwindigkeit, Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Sie sind weitgehend unabhängig von der Betriebsumgebung, wie Temperatur und Feuchtigkeit.
1. Neuer Keramiktyp
Der neue Keramiktyp kann mit einem einzigen Sensor einen großen Temperaturbereich erfassen, ist sehr widerstandsfähig gegen Toxizität und hat eine geringe Empfindlichkeitsverschlechterung und kann über einen langen Zeitraum hinweg stabil eingesetzt werden.
2. Halbleitertyp
Der Halbleitertyp kann alle Gase außer entflammbaren Gasen erkennen und ist resistent gegen raue Umgebungsbedingungen.
3. Hitzedraht-Halbleitermodell
Der Hitzedraht-Halbleitertyp eignet sich zur Erkennung niedriger Konzentrationen brennbarer Gase und kann schnell und mit hoher Empfindlichkeit aktiviert werden, auch bei geringem Stromverbrauch.
4. Wärmeleitungstyp
Bei der Wärmeleitung findet keine chemische Reaktion statt, so dass keine Gefahr einer Vergiftung oder Verschlechterung des Katalysators besteht und das System langfristig stabil ist.
5. Konstantpotential-Elektrolyse-Typ
Der elektrolytische Typ mit konstantem Potential detektiert giftige Gase mit hoher Empfindlichkeit durch Auswahl des eingestellten Potentials.
6. Galvanische Membranbatterie
Der galvanische Membranbatterietyp ist leicht und kompakt und benötigt keine externe Stromversorgung für den Betrieb des Sensors.
7. Infrarotsensoren
Infrarotsensoren sind weniger anfällig für eine Verschlechterung der Empfindlichkeit, liefern langfristige Messergebnisse, werden weniger durch Wasserdampf und koexistierende Gase beeinträchtigt und haben eine ausgezeichnete Gasselektivität.