Wie messen Sie explosive, brennbare Gase im Bereich der UEG, untere Explosionsgrenze?

Bei der Überwachung brennbarer Gase spielt die Konzentration des Gases keine Rolle. Was man wissen möchte ist ob die umgebende Atmosphäre explosive werden kann oder nicht. Deshalb definiert man eine andere Messgröße: die UEG (Untere - Explosions - Grenze).

Bei 100 % UEG beginnt die Atmosphäre gerade explosionsfähig zu werden. Messgeräte für brennbare Gase werden also auf 0 – 100 % UEG kalibriert. Die UEG ist leider stoffspezifisch. In aller Regel liegt sie bei einigen wenigen Volumenprozent.

Wichtig bei der Auslegung einer Gaswarnanlage ist, zu wissen welches explosive Gas zu erwarten ist. Zwar sind sogenannte Ex  - Sensoren bei weitem nicht so spezifisch wie elektrochemische Sensoren, zeigen aber die verschiedenen Gase mit unterschiedlicher Empfindlichkeit an. Will man also wissen, ob Explosionsgefahr besteht, muss das Messgerät auf das richtige Gas kalibriert sein. Diese Aussage trifft sowohl auf Wärmetönungssensoren als auch auf Infrarotsensoren zu.

Katalytische Sensoren, umgangssprachlich auch „Wärmetöner“ genannt, bestehen aus einem Paar keramischer Perlen, so genannter Pellistoren, die als Zweige eine Wheatstone`schen Brücke geschaltet sind. Beide Perlen sind auf ca. 400°C beheizt. Eine der Perlen ist mit einem Katalysator beschichtet, die zweite nicht. Kommt nun ein brennbares Gas des Wegs, wird es an der katalytischen Perle oxidiert, d. h. verbrannt. An der anderen Perle passiert nichts. Der Verbrennungsprozess liefert Energie und erwärmt die katalytisch aktive Perle weiter. Diese Erwärmung erhöht ihren inneren Widerstand. Widerstand ist eine elektrische Größe, die sich mit einer Wheatstone`schen Brücke sehr genau messen lässt.

Viele Gase absorbieren Licht bei einer ganz bestimmten Wellenlänge. Dies kann man sich zu Nutze machen um Gase zu detektieren. Infrarotsensoren bestehen aus einer Küvette in der sich eine Lichtquelle und zwei Lichtsensoren befinden. Das fokussierte Licht wird in zwei Strahlen geteilt, einen Messstrahl und eine Referenzstrahl. Der Messstrahl hat eine Wellenlänge von 3,4 mm. Bei dieser Wellenlänge absorbiert die C – H Binding von Kohlenwasserstoffen. Der Referenzstrahl absorbiert nicht. Damit liefern die Lichtsensoren unterschiedlich starke elektrische Signale. Der Unterschied ist umso größer je stärker die Absorption, d. h. je mehr Gas vorhanden ist.

Beide Methoden haben Vor – und Nachteile. Katalytische Sensoren zeigen alles an, was brennt, und sind recht preisgünstig herzustellen. Dafür funktionieren sie nicht ohne Sauerstoff, und dürfen nicht in einer Umgebung eingesetzt werden die Katalysatorgifte enthält.

Infrarotsensoren sind resistent gegen Vergiftung und benötigen keinen Wasserstoff. Dafür können sie aber nur Kohlenwasserstoffe messen. Andere brennbare Gase wie Wasserstoff – H2, Ammoniak – NH3 oder Kohlenmonoxid – CO können sie nicht detektieren.

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