NDIR-Gasanalyse
Viele Gase absorbieren Infrarotstrahlung in einem charakteristischen Absorptionsspektrum, das durch den spezifischen Molekülaufbau des jeweiligen Gases bestimmt ist. Mit der nichtdispersiven Infrarot-Gasanalyse (NDIR-Gasanalyse) steht ein vergleichsweise preiswertes Verfahren zur exakten Bestimmung der Konzentration einzelner Gase zur Verfügung, das einzelne stofftypische Absortionsbanden der nachzuweisenden Gase ausnutzt.
Prinzip der Gaskonzentrationsmessung mittels NDIR-Gasanalyse
Dabei befindet sich das zu untersuchende Gasgemisch in einem definierten Volumen zwischen einem breitbandig emittierenden IR-Strahler und einem Infrarot-Sensor. Der breitbandig absorbierende IR-Sensor wird mit einem Schmalbandfilter ausgestattet, dessen Peak-Transmission exakt bei einer typischen Absorptionsbande des zu untersuchenden Gases liegt. Verwendet man statt eines Einelementsensors einen Sensor mit mehreren spektralen Kanälen, können gleichzeitig mehrere diskrete Gase detektiert werden. Das Emissionsspektrum des Emitters muss dabei mindestens den Spektralbereich der genutzten Absorptionsbanden umfassen.
Befindet sich kein nachzuweisendes Gas zwischen Emitter und Sensor, trifft die emittierte Strahlung nahezu ungehindert auf den Sensor und generiert dort das maximal mögliche Signal. Mit zunehmender Konzentration eines zu messenden Gases erhöht sich die Absorption auf seinem typischen Absorptionsspektrum und der Sensor mit dem darauf abgestimmten Schmalbandfilter gibt ein geringeres Signal ab. Die eventuell vorhandenen anderen Kanäle reagieren entsprechend nur auf andere Gase. Beispiele für Schmalbandfilter enthält die folgende Tabelle.
| Gas | Absorptionsbande |
|---|---|
| CH4 | 3,33 µm |
| HC | 3,40 µm |
| Referenz | 3,91 µm |
| CO2 | 4,26 µm & 4,43 µm |
| CO | 4,64 µm |
| NO | 5,30 µm |
| NO2 | 6,22 µm |
| SO2 | 7,30 µm |
| Freon R134a | 10,27 µm |
| Freon R12 | 11,30 µm |
Für Standardmessaufgaben sind die Sensoren der Typenreihen PYROSENS LTA und LTM hervorragend geeignet. Mit den Typenreihen PYROSENS LTMI und LTSI bietet die DIAS Infrared GmbH hochentwickelte pyroelektrische IR-Sensoren an, mit denen NDIR-Gasanalyse auch für geringste Gaskonzentrationen im einstelligen ppm-Bereich möglich wird. Die jeweilige Nachweisgrenze ist dabei sowohl von der Konstruktion der Messzelle als auch vom zu detektierenden Gas abhängig. Der typische Spektralbereich liegt dabei zwischen ca. 1 µm und 20 µm, unsere Sensoren sind aber selbst bei Wellenlängen weit über 100 µm einsetzbar.
PYROSENS Sensoren werden für die Lecksuche bzw. den Dichtheitstest von Kühlschränken und Klimaanlagen ebenso eingesetzt wie für hochgenaue und temperaturstabile Konzentrationsmessungen von Gasen wie CO, CO2 und CH4 mit sehr geringer Quer-Empfindlichkeit zwischen CO und CO2, die insbesondere in der Human- und Veterinärmedizin Anwendung finden.
In der Halbleiterindustrie werden sie u. a. zum Gasmonitoring in der Endpunktüberwachung von Vakuum-Kammer-Reinigungsprozessen eingesetzt.
Mehr Informationen
… gibt es in unserem Anwenderbericht NDIR-Gasanalyse mit pyroelektrischen Sensoren PYROSENS.
