Fakten zum Anfassen: Gasdetektion

1. April 2017 | Von Scott Jenkins

Die Erkennung von Gasen ist in vielen Anlagen der chemischen Prozessindustrie (CPI) eine wichtige Aufgabe, um Gefahren für Personal und Umwelt zu vermeiden. Gase können Explosions-, Entflammbarkeits-, Toxizitäts-, Umweltverschmutzungs- und Atemluftverdrängungsrisiken bergen. Diese einseitige Referenz bietet Informationen zu gängigen Klassen von Gasdetektoren und zu häufig überwachten Gasen in der Industrie.

Gasdetektionstechnologien können nach den Eigenschaften der von ihnen detektierten Gase klassifiziert werden: entweder giftige Gase oder brennbare Gase, und die meisten Gasdetektionstechnologien fallen aufgrund ihrer Funktionsweise in eine von vier großen Kategorien: elektrochemische Sensoren und Metalloxidsensoren Halbleitersensoren werden im Allgemeinen zur Erkennung giftiger Gase verwendet. und Infrarot- und katalytische Sensoren werden zur Erkennung brennbarer und explosiver Gase verwendet.

Elektrochemisch. Elektrochemische Sensoren basieren auf einer elektrochemischen Zelle, deren Strom zunimmt, wenn das interessierende Molekül mit der Messelektrode in Kontakt kommt. Das Zielgas kann an der Arbeitselektrode oxidiert oder reduziert werden, und durch die dortige Reaktion entsteht ein kleiner, aber nachweisbarer Elektronenfluss. An die Zelle sind außerdem eine Messelektrode und eine Gegenelektrode angeschlossen.

Metalloxid-Halbleiter (MOS). Metalloxid-Halbleiter basieren auf dem Prinzip, dass die Adsorption und Desorption von Gas an der Oberfläche eines Metalloxids die Leitfähigkeit des Materials verändert. Wenn Zielmoleküle mit einem dünnen Film aus Sensormaterial mit großer Oberfläche in Kontakt kommen, ändert sich die Konzentration der Ladungsträger (Elektronen oder Löcher) und die Leitfähigkeit oder der spezifische Widerstand wird messbar verändert.

Katalytisch. Die meisten Sensoren dieser Art arbeiten durch katalytische Oxidation, bei der das interessierende brennbare Gas mit einer katalytischen Oberfläche (häufig mit Platin behandelte Drahtspule) in Kontakt kommt und oxidiert wird. Dabei wird Reaktionswärme freigesetzt und der Leitungswiderstand verändert sich durch den Temperaturanstieg. Typischerweise wird eine Brückenschaltung verwendet, um die Widerstandsänderung anzuzeigen. Der erhöhte Widerstand – im Vergleich zum Widerstand in sauberer Luft – wird zur Anzeige der Gaskonzentration verwendet.

Infrarot. Infrarotsensoren funktionieren über ein System aus Lichtsendern und -empfängern. Wenn brennbare Gase in das Sichtfeld des Empfängers gelangen, wird ein Teil der Strahlung absorbiert, wodurch sich die Leistung des Lichts zwischen Sender und Empfänger ändert.

Die Tabelle [1] enthält Informationen zu möglichen Gasdetektionszielen.

1. National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH), NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards, CDC, www.cdc.gov/niosh/npg/default, abgerufen im März 2017.

2. Fine, GF und andere, Sensors, 10, S. 5.469–5.502, 2010.

3. Figaro Engineering Inc., Gassensortechnologie, abgerufen im März 2017, www.figaro.co.jp