Gasmessgeraete

Sensorik und Messverfahren

Gasmessgeräte nutzen verschiedene Sensoren und Messverfahren, um die Anwesenheit beziehungsweise Konzentration von Gasen in der Umgebungsluft genau zu bestimmen.

Katalytische Sensoren nutzen die katalytische Oxidation als Messverfahren. Sie erkennen brennbaren Gase wie Methan, Propan und Wasserstoff. Der Sensor besteht aus einem kleinen Platinwiderstand als Katalysator. Trifft ein brennbares Gas auf den Sensor, oxidiert es auf der Katalysatoroberfläche und erzeugt dabei Wärme. Diese Wärme führt zu einer Veränderung des elektrischen Widerstands, die gemessen und zur Bestimmung der Gaskonzentration verwendet wird.

Infrarot-Sensoren beruhen auf dem physikalischen Prinzip, dass bestimmte Gase Infrarotlicht bei spezifischen Wellenlängen absorbieren. Dazu schickt eine IR-LED im Gerät Infrarotlicht durch die Probenluft. Der Sensor vergleicht die ursprüngliche Wellenlänge der LED mit jener in der durchstrahlten Probenluft und kann so die Menge des absorbierten Lichts messen. Diese Menge dient dann zur Bestimmung der Gaskonzentration. Erkennbar sind Kohlendioxid, Methan und andere Treibhausgase.

Elektrochemische Sensoren detektieren toxische Gase wie Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff und Stickstoffdioxid. Zur Bestimmung enthält der Sensor eine Elektrolytflüssigkeit und zwei Elektroden. Wenn das Zielgas in den Sensor eindringt, reagiert es elektrochemisch mit dem Elektrolyten und erzeugt einen elektrischen Strom. Die Stärke dieses Stroms ist proportional zur Gaskonzentration.

Halbleiter-Sensoren reagieren auf eine Änderung des elektrischen Widerstands und erkennen Kohlenmonoxid und Methan. Die Sensorik besteht aus einem Metalloxid-Halbleitermaterial, dessen elektrischer Widerstand sich in Anwesenheit von Zielgasen ändert. Diese Widerstandsänderung wird gemessen und zur Bestimmung der Gaskonzentration genutzt.

Photoionisationsdetektoren arbeiten ähnlich wie Infrarot-Sensoren. Sie verwenden aber kein infrarotes, sondern ultraviolettes Licht auf einem erheblich höheren Energielevel. Das UV-Licht ist so stark, dass es die Moleküle im Zielgas ionisiert, also durch den Verlust oder dem Hinzufügen von Elektronen elektrisch leitend macht. Die so erzeugten Ionen lassen sich als elektrischer Strom messen, wobei sich die Stromstärke proportional zur Ionisierung der Gasprobe verhält. Geeignet sind diese Detektoren zutr Erkennung flüchtiger organischer Verbindungen wie Benzol oder Toluol.

Chemilumineszenz-Sensoren dienen zur Detektion von Stickstoffoxiden. Das Gerät saugt auch bei dieser Sensorik eine Probe der Umgebungsluft ein, die mit einem Reagenz in Kontakt kommt, beispielsweise die Kombination von Luminol und Wasserstoffperoxid. Bei der dann folgenden chemilumineszenten Reaktion wird Licht emittiert, dessen Intensität gemessen und zur Bestimmung der Gaskonzentration verwendet wird.

Massenspektrometrie ist ein zwar kostspieliges, wenngleich auch sehr präzises Messverfahren. Dabei werden werden die Moleküle der Zielgase ionisiert und nach ihrem Masse-zu-Ladung-Verhältnis getrennt. Die resultierenden Ionen werden detektiert und quantifiziert, was eine genaue Bestimmung der Gaskonzentration ermöglicht.

Wo werden Gasmessgeräte eingesetzt?

Messgeräte für Gase sind universell einsetzbar, es gibt kaum einen Bereich, der nicht von diesen Detektoren profitiert. Die Mehrzahl der Geräte ist allerdings rund um Arbeitssicherheit, Umweltschutz und bei industriellen Prozessen zu finden.

Arbeitssicherheit und Umweltschutz

Gasmessgeräte spielen eine entscheidende Rolle in der Arbeitssicherheit und im Umweltschutz, da sie helfen, gefährliche Gase zu erkennen und zu überwachen. Diese Geräte tragen dazu bei, potenzielle Gesundheits- und Sicherheitsrisiken zu minimieren und die Umwelt zu schützen.

Im Rahmen der Arbeitssicherheit detektieren sie giftige Gase und schützen damit das Personal vor akuten Vergiftungen und langfristigen Gesundheitsschäden. In Raffinerien, Bergwerke, Lackierereien und Orte, an denen brennbare Gase oder Dämpfe vorhanden sind, können sie vor Explosionen warnen. Ähnliches gilt für Industrieanlagen, Kraftwerke, Müllverbrennungsanlagen und andere Emissionsquellen, hier geht es allerdings in erster Linie um die Emissionsüberwachung.

Zum Einsatzgebiet der Messgeräte gehört auch die Überwachung der Luftqualität in städtischen und ländlichen Gebieten, im Straßenverkehr und auf Baustellen. Die Wasser- und Bodenüberwachung bei Gewässern, Kläranlagen, Deponien und landwirtschaftliche Flächen ist ebenfalls ein Einsatzgebiet.

FAQ – Häufig gestellte Fragen zu Gasmessgeräten

Welche Gase werden von tragbaren Gasmessgeräten erkannt?

Die bei tragbaren Messgeräten am häufigsten nachgefragten Gase zählen zu den Bereichen der brennbaren und toxischen Gase. Dazu gehören zum einen Methan, Propan, Butan, Wasserstoff, Ethan und Acetylen, zum anderen Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Chlor, Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid, Phosgen, Cyanwasserstoff und Formaldehyd.

Reine Sauerstoff-Messgeräte gibt es ebenso wie Messgeräte, die nur Kohlendioxid detektieren können. Für das Erkennen und Messen flüchtiger organischer Verbindungen wie Benzol, Toluol, Xylol und Ethylenoxid sind auch Kombigeräte für mehrere Gase verfügbar. Diese Multigas-Detektoren, die es auch für andere Gaskombinationen gibt,  sind besonders nützlich in Umgebungen, in denen verschiedene Gasgefahren bestehen.