Gasmesstechnik: Infrarottechnik für moderne Gasdetektion. Wenn Luft und brennbare Stoffe zusammenkommen, kann es gefährlich werden. In fast jeder Anlage sind brennbare Substanzen vorhanden. Wenn sie in die Atmosphäre gelangen, besteht das Risiko der Bildung explosiver Gas-Luft-Gemische.

Eine kritische Situation ist, wenn nicht ausgeschlossen werden kann, dass Katalysatorgifte auftreten können, wie z.B. an einem Chemiestandort mit vielen unterschiedlichen autarken Betrieben. Der einzelne Betrieb kennt seine Einsatzstoffe, Neben- und Endprodukte, nicht aber was möglicherweise vom Nachbarbetrieb kommt.

Verarbeitet er selbst Kohlenwasserstoffe, bietet sich eine Messung nach dem Prinzip der Infrarotabsorption an. Infrarotsensoren haben den Nachteil, nur bestimmte Stoffgruppen detektieren zu können. Im Falle einer Ex-Messung handelt es sich dabei fast immer um Substanzen mit einer C-H Bindung, die Licht von 3,4 μm bzw. 3,3 μm bei ungesättigten KW absorbiert.

Wenn sicher ist, dass Explosionsgefahr nur durch Kohlenwasserstoffe entstehen kann, und nicht etwa durch andere brennbare Substanzen wie Wasserstoff oder Ammoniak, sollte man die Vorteile dieses Messprinzips nutzen.

Resistente Infrarotmesstechnik

Der größte Vorteil der Infrarotmesstechnik ist ihre Resistenz gegen Katalysatorgifte und hohe Konzentrationen. Die oben genannten Gifte können der Optik nichts anhaben. Außerdem kann Infrarotmesstechnik auch bei Sauerstoffmangel betrieben werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass der Ausfall wichtiger Komponenten nicht unbemerkt bleiben kann. Ein Ausfall z.B. der Lampe oder des Detektors wird als Totalabsorption detektiert und führt zu einem Alarm. Die meisten Infrarotsensoren sind sog. Zweistrahler, d.h. ein Referenzstrahl mit einer anderen Wellenlänge kompensiert Einflüsse durch Instabilität der Lampe, Schmutz und Korrosion.

Bei der Kalibrierung wird letztlich nur noch geprüft, ob das Messgas ungehindert zum Sensor gelangt. Eine Justierung wird in den seltensten Fällen erforderlich sein. Selbstredend kann man bei dieser Technologie längere Wartungsintervalle rechtfertigen. Das Merkblatt BGI 518 der BG Chemie lässt z.B. für Systeme mit Selbstdiagnoseverfahren doppelt so lange maximale Kalibrierintervalle zu.

Der Infrarotsensor und seine Technik

Die Anwendbarkeit dieser Technik beschränkt sich nicht auf den Messbereich 0–100% UEG. Substanzen mit zahlreichen C-H Bindungen, wie Treibstoffe und Lösemittel, absorbieren Infrarotlicht in sehr starkem Maße. Sie können daher bereits im ppm-Bereich detektiert werden. Es sind also auch Anwendungen als Leckage-Frühwarnsystem, Überwachung der Zuluft von Nachverbrennungsanlagen, Durchbruchsüberwachung von Abluftfiltern, MAK-Überwachung und vieles mehr denkbar.

Das Ausgangssignal des optischen Detektors ist temperaturabhängig und nicht linear. Um das Signal in ein verwertbares Standardformat zu bringen, muss es also linearisiert und auf Temperatureinflüsse kompensiert werden. Der Detektor muss demnach eine hervorragende Elektronik bieten.

Der Messkopf sollte von Haus aus mit Features ausgestattet sein, die dem Betreiber das Leben leicht machen, z.B. Ein-Mann-Kalibrierung, Hinterlegung einer Gasebibliothek, Anzeige vor Ort, Auslegung als autarker 4–20 mA Transmitter (Stand-Alone-System).

Ein Infrarot Gaswarnsystem ist dementsprechend teuer in der Anschaffung, aber es ist auch komfortabler in der Bedienung und benötigt erheblich weniger Wartungsaufwand. Diese Technologie ist daher erste Wahl für einen Betrieb, der möglichst wenig Kapazität zur Betreuung seiner Messtechnik bereitstellen kann oder will.

Ein typisches High-End-Gerät ist der Compur Statox 501 IR. Sein Edelstahlgehäuse mit integrierter Anschlussdose ist nahezu unzerstörbar und trotzt mit der Schutzart IP 67 jedem Wetter.

Kosten der Infrarotabsorption

In Betrieben mit wechselnden Einsatzstoffen aber begrenzten Mitteln, Hochregallager oder Turn-Key-Neuanlagen spielt der Anschaffungspreis eine entscheidende Rolle. Neuanlagen die zum Festpreis angeboten wurden, werden häufig wider besseres Wissen mit Wärmetönern ausgestattet um den Kostenrahmen einzuhalten. Es gibt aber auch Betriebe die mit Wärmetönern zur Ex-Überwachung ausgestattet sind, die sich aber zu erheblichen Kostenfaktoren ausgewachsen haben, da sie in regelmäßigen Abständen wegen Vergiftung ersetzt werden müssen.

Die Vorteile eines Infrarot-Gaswarnsystems sind nun fast zum gleichen Preis erhältlich wie ein Wärmetönersystem. Existierende Gaswarnanlagen können umgerüstet werden ohne die gesamte Hardware zu ersetzen. Natürlich kann der Minichip dieses Sensors nicht die gleiche aufwändige Signalaufbereitung liefern wie die Elektronik eines Infrarot Messsystems.

Wem es aber ausreicht, das seine Gaswarnanlage am Alarmpunkt vernünftige Messwerte liefert, und, dass das Signal bei Extremtemperaturen einige Prozent abweicht, für den mag diese Technologie eine kostengünstige Alternative sein.

Bedienerkomfort wie Ein-Mann-Kalibrierung, Anzeige vor Ort, Menüführung und Stand-Alone-Fähigkeit ist natürlich zu diesem Preis nicht zu haben. Die Vergiftungssicherheit kombiniert mit längeren Wartungsintervallen mag trotzdem so manchen Anwender überzeugen.

Der Statox 501 IR LC bietet die entscheidenden Vorteile eines Infrarotsystems, nicht aber den Bedienungskomfort und die messtechnische Genauigkeit eines High-End-Gerätes. Die vom Sensor benötigte Betriebsspannung entspricht der der gängigen Wärmtönungssysteme. Daher eignet er sich ideal zum Nachrüsten von Systemen die mit Wärmetönungssensoren nicht optimal arbeiten.

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Bernd Rist
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