ABGS GmbH

7. Februar 2013 | ABGS GmbH | Kategorie Wissen

Infrarot-Sensor

Für optische Geräte sind die Bereiche:

• UV – Ultravioletter Bereich, Wellenlänge λ: 0,2…0,4 μm
• VIS – Sichtbarer Bereich, Wellenlänge λ: 0,4…0,8 μm
• IR – Infraroter Bereich – Wellenlänge λ: 0,8…300 μm

von Interesse.

Zur Konzentrationsmessung von Gasen und Gasgemischen ist der Infrarotbereich geeignet:

• nahes Infrarot (NIR), Wellenlänge λ: 0,8…5,0 μm
• mittleres Infrarot, Wellenlänge λ: 5,0…25 μm
• fernes und fernstes Infrarot, Wellenlänge λ: 25…300 μm

Man kennt die Struktur der zu detektierenden Moleküle und weiß daher, dass sie in gewissen Infrarotbereichen zu Schwingungen und Rotationen angeregt werden. Da hierbei die Infrarotstrahlung messbar absorbiert wird, lässt sich dieser Effekt zur Konzentrationsmessung hervorragend nutzen.

Infrarot-Konzentrationsmessgeräte

Der Strahler muss im interessierenden Wellenlängenbereich eine ausreichend hohe Strahlungsleistung haben.

Die Küvette soll offen, ihr Volumen möglichst klein und ihre Oberfläche möglichst groß sein, um einen schnellen Gasaustausch durch Diffusion/Konvektion und damit schnelle Ansprechzeiten zu ermöglichen. Andererseits muss die Küvettenlänge d aber mindestens so groß sein, dass bei 100% UEG des Zielgases eine messtechnisch verwertbare Absorption entsteht. Staub darf nicht eindringen, es muss ein Partikel-Filter verwendet werden.

Der Strahlteiler lenkt den IR-Strahl mit Hilfe eines halbdurchlässigen Spiegels auf zwei IR-Detektoren mit zugehörigem Interferenzfilter, das der spektralen Einengung des Wellenlängenbereiches dient.

Der Messdetektor ist im Absorptionsbereich des Zielgases empfindlich. Der Referenzdetektor dient der Kompensation. Änderungen der Durchlässigkeit (Staub) und der Strahlerintensität wirken nun auf beide Detektoren gleichzeitig und fallen bei der Quotientenbildung beider Detektorsignale heraus.

Hat man für einen solchen Messaufbau mit Luft und verschiedenen Zielgaskonzentrationen eine Kalibrierkurve ermittelt, so lässt sich unter gleichen Bedingungen auch der Wert einer unbekannten Zielgaskonzentration bestimmen.

Für die Kategoriegase Methan, Ethen und Propan sind im Bereich 0…100% UEG die Kennlinien messtechnisch ermittelt und im Messgerät gespeichert.

Im Bereich eines Kategoriegases (z. Bsp.: Propan) können vergleichbare Gase oder Dämpfe detektiert werden. Kalibriert wird mit Propan unter Verwendung des Ersatzkalibrierwertes des Zielgases. Solche Ersatzkalibrierwerte werden vom Hersteller des Gerätes für zahlreiche Gase und Dämpfe angegeben.

Der Explosionsschutz solcher Geräte wird meist durch die Kombination mehrerer Zündschutzarten erreicht. Beim Polytron IR Ex (Fabrikat: Dräger) zum Beispiel, sind das vier Zündschutzarten:

• Anschlusskasten und Kabelverschraubung: erhöhte Sicherheit „e“
• Leistungselektronik und spannungs- und strombegrenzende Elemente der Eigensicherheit: Vergusskapselung „m“
• Sensorelektronik, Display und Bedienelemente: Eigensicherheit „ib“
• Infrarotstrahler: druckfest gekapselt „d“

Die Kennzeichnung ist: EEx em (ib) d IIB + H2 T4. Der Einsatz in Zone 1 ist möglich.

Literatur: Jessel, Wolfgang: Gase-Dämpfe-Gasmesstechnik

Gastautor: Dipl.-Ing. Dieter Seyfert

Dieser Artikel erscheint in unserer monatlichen Fachartikel-Reihe über ausgewählte Themen der Gaswarntechnik, Gasmesstechnik, Gebäudetechnik und Sicherheitstechnik. Sie können diese Artikel über den RSS-Button abonnieren. Eine Einbindung in fremde Webseiten ist nur ungekürzt und mit Quellenangabe und Link zu diesem Artikel gestattet.

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