Gassensoren Multigasmessung mit NDIR-Sensoren

Redakteur: Dr. Jörg Kempf

NDIR-Sensoren bieten viele Vorteile für die Emissionsmessung, die Prozessmesstechnik und die Überwachung von Gaskonzentrationen. Sie decken eine große Bandbreite messbarer Gase ab. Mit der Silarex-Plattform bietet Smartgas jetzt standardisierte Mehrkanal-Lösungen auf NDIR-Basis an.

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Jeder Messkanal des Silarex-Sensors wird mit einem vollen Satz der variablen Messparameter kalibriert, was die Voraussetzung für die Kompensation der Querempfindlichkeiten ist.
Jeder Messkanal des Silarex-Sensors wird mit einem vollen Satz der variablen Messparameter kalibriert, was die Voraussetzung für die Kompensation der Querempfindlichkeiten ist.
(Bild: Smartgas)

Prinzipbedingt zeichnen sich NDIR (nichtdispersive Infrarotabsorption)-Gassensoren durch ihre hohe Selektivität, Messgenauigkeit, Langzeitstabilität, niedrige Detektionsgrenzen, einen breiten Temperaturbereich, kurze Ansprechzeiten und eine sehr geringe Drift aus. Ein integrierter, optischer Referenzkanal dient dazu, fortwährend den optischen Gesamtzustand des Sensors zu bestimmen, um Messfehler, z. B. durch den Eintrag von Ablagerungen in die Optik oder Alterungserscheinungen des IR-Strahlers zu verhindern.

Allerdings verfügen viele Gassensoren konstruktionsbedingt auch nur über einen gasaktiven Messkanal. Anwendungen wie die Emissionsmessung erfordern jedoch die Analyse mehrerer Gase wie CO2, CO und SO2 zeitgleich. Daher muss der Anwender nach klassischer Bauart auch drei separate NDIR-Sensoren einsetzen und eventuelle Querempfindlichkeiten anschließend selbst in einer nachgelagerten Elektronik und Software mathematisch herausrechnen. Diese Querempfindlichkeiten entstehen, da sich die Absorptionsspektren einiger Gase überlappen, so dass es zu Messfehlern kommen kann.

Die NDIR basierten Silarex-Sensoren von Smartgas vereinen vier optische Kanäle in einem einzigen Sensor: Drei davon sind Messkanäle für die Erfassung von Gaskonzentrationen, während der 4. Kanal immer die optische Referenz ist. Auf diese Weise können drei Gase parallel äußerst genau erfasst werden. Die Querempfindlichkeiten der parallelen Messwertbestimmungen werden direkt im Sensor herausgerechnet, so dass der Anwender bereits fertig aufbereitete und korrigierte Messwerte per Modbus ASCII / RTU zur weiteren Verarbeitung erhält.

Die Kalibrierung der Multigassensoren erfolgt dabei werksseitig indem jeder der drei Messkanäle mit seinem vorgesehenen Zielgas einzeln kalibriert wird. Berücksichtigt werden dabei als Variablen auch Druck und Temperatur des Messsystems. Auf diese Weise wird jeder Messkanal mit einem vollen Satz der variablen Messparameter kalibriert, was die Voraussetzung für die Kompensation der Querempfindlichkeiten ist. Diese erfolgt im zweiten Teil der Sensorkalibrierung durch Messung unterschiedlicher Gasgemischkonzentrationen, die aus den Zielgasen bestehen. Die Signale der drei Kanäle werden währenddessen durch die Sensorsoftware abgeglichen. Der Einfluss jedes Gases auf einen anderen Kanal wird somit kompensiert.

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