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Wissenswertes zu Gasmessgeräten

Ein Gasmessgerät oder Gasdetektor ist ein Gerät der Gasmesstechnik, das die Anwesenheit von Gasen feststellt. Erhältlich sind Gasdetektoren sowohl für den Festeinbau als auch in mobiler und handlicher Form für den Betrieb mit Batterien. Es gibt Gasdetektoren für einzelne gasförmige Stoffe und in Form eines Mehrgaswarngeräts für verschiedene Gase. Ihr gemeinsames Funktionsprinzip: Erhöht sich die Konzentration eines Gases in der Umgebungsluft über den jeweils spezifischen Grenzwert, wird ein optischer und meist auch akustischer Alarm ausgelöst. Gegenmaßnahmen wie Schließen der Gaszufuhr oder Dichten eines Lecks lassen sich somit unmittelbar einleiten.



So funktionieren Gasmessgeräte

Gasdetektoren erkennen brennbare, entflammbare, toxische und andere gasförmige Stoffe sowie Sauerstoffmangel in der Umgebungsluft. Dazu nutzen sie unterschiedliche Sensor-Technologien, hier die wichtigsten:

Elektrochemische Sensoren

Die Raumluft wird durch eine poröse Membran zu einer Elektrode diffundiert, an der sie eine chemische Oxidation verursacht. Je nach Stärke der Oxidation verändert sich der durch die Elektrode geleitete Strom, daraus lässt sich die Kontamination der Raumluft ableiten.

Katalytische Sensoren

Katalytische Sensoren sind häufig in Gasdetektoren zur Messung brennbarer, explosionsgefährlicher Luftbeimengungen zu finden. Solche Gasmessgeräte werden auch Explosimeter genannt. Sie arbeiten nach dem Prinzip des Widerstands proportional zur Erwärmung: In einer isolierten Probenkammer wird die Raumluft über einen Katalysator zu einem glühenden Draht geleitet. Liegt der Gehalt an brennbarer Beimengung oberhalb der unteren Explosionsgrenze, entsteht eine Oxidation, die beim Glühdraht die Temperatur und damit dessen Widerstand erhöht. Über eine Brückenschaltung lässt sich die Widerstandsänderung gegenüber einem Referenzdraht als Messwert ableiten.

Photoionische Sensoren

Innerhalb des Gasdetektors verwenden diese Sensoren eine UV-Lampe mit hoher Photonenenergie. Sie können unterschiedlichste Chemikalien feststellen. Liegt die Ionisierungsenergie der Raumluftprobe unter derjenigen der Lampe, werden Elektronen frei, die den Stromfluss in einem Messkreis proportional zur Konzentration der Chemikalie in der Probe erhöht.

Infrarot-Sensoren

Ein Infrarot-Sensor im Gasdetektor schickt Wärmestrahlung (IR) durch die Raumluftprobe. Die Energie des Sensorstrahls wird bei bestimmten Wellenlängen absorbiert, abhängig von den Eigenschaften der spezifischen Beimengung. Zum Beispiel absorbiert Kohlenmonoxid Wellenlängen von etwa 4,2 bis 4,5 Mikrometer. Die bei der Probe gemessene Wellenlänge wird mit einer Wellenlänge außerhalb des Absorptionsbereichs verglichen, der Energieunterschied ist dabei proportional zur Konzentration des vorhandenen gasförmigen Stoffs.

Ähnlich arbeiten Gasdetektoren mit Infrarot-Bildsensoren, die als aktive oder passive Systeme zur Verfügung stehen. Für die aktive Erfassung scannen IR-Bildsensoren mit einem Laser beispielsweise eine weiße Wand und suchen im zurückgestreuten Licht nach der Wellenlänge der Absorptionslinie eines bestimmten Zielgases. Passive IR-Bildsensoren in Gasmessgeräten messen dagegen spektrale Änderungen an jedem Pixel eines Bildes und suchen nach spezifischen spektralen Signaturen, die auf die Anwesenheit des Zielgases hinweisen.

Halbleiter-Sensoren

Halbleitersensoren – auch bekannt als Metalloxid-Halbleitersensoren, so genannte MOS-Sensoren – erkennen Gase durch eine chemische Reaktion, wenn das Gas in direktem Kontakt mit dem Sensor gerät. Zinndioxid ist das am häufigsten in Halbleitersensoren verwendete Material. Die Detektion erfolgt durch die Änderung des elektrischen Widerstands des MOS-Sensors bei Gaskontakt. So beträgt der Widerstand des Zinndioxids beispielsweise etwa 50 Kiloohm in normaler Luft, kann aber in Gegenwart schon von einem Prozent Methan auf etwa 3,5 Kiloohm abfallen. Diese Widerstandsänderung wird zur Berechnung der Gaskonzentration verwendet.



Gasmessgeräte in der Praxis

Gasdetektoren sind immer dann notwendig, wenn der Anteil bestimmter gasförmiger Stoffe in der Luft gemessen werden soll. Dies trifft naturgemäß für zahlreiche industrielle Anwendungen zu , aber auch im Haushalt oder in der Freizeit können beispielsweise freigesetzte Gase eine potenzielle Gefahr darstellen.

Eine häufige Gefahrenquelle ist zum Beispiel Erdgas, ein brennbares Gasgemisch mit sehr hohem Methangehalt. Erdgas wird zum Heizen ebenso verwendet wie als Kraftstoff für Autos und Schiffe.

Propan und Butan sind weitere Gase, mit denen man in Freizeit und Beruf in Berührung kommen kann. Sie sind bei Raumtemperatur unter relativ geringem Druck flüssig, werden in Stahlflaschen geliefert und dienen beispielsweise als Kältemittel in Klimaanlagen, für Heizzwecke, als Autogas oder auch zum Kochen beim Camping oder für den gasbetriebenen Gartengrill.

Wenn Erdgas oder Flüssiggas aus defekten Leitungen strömt, bildet es mit dem Sauerstoff der Luft eine hochexplosive Mischung. Erdgas besitzt eine geringere Dichte als Luft und steigt im Raum nach oben, Flüssiggase dagegen sinken durch ihre geringere Dichte zu Boden – ein wichtiger Fakt bei der Messung.

Sehr gefährlich für Mensch und Tier weil unsichtbar und geruchlos ist Kohlenmonoxid. Es entsteht in der Regel bei einer unvollständigen, sauerstoffarmen Verbrennung zum Beispiel in Gas-, Holz- und Ölöfen, kann aber auch aus gasbetriebenen Heizstrahlern und Verbrennungsmotoren austreten. Grundsätzlich stellt jedes Gerät, das Kohle, Gas, Öl, Holz, Benzin oder Dieselkraftstoff verbrennt, eine potenzielle Quelle für Kohlenmonoxid dar.

Nicht nur in Industriebetrieben, auch in vielen Hobbykellern gehören diverse Chemikalien zur Grundausstattung. Auch sie können die Atemluft so kontaminieren, dass eine gesundheitliche Gefährdung nicht ausgeschlossen werden kann. Typische Chemikalien sind beispielsweise Aromaten und Alkyliodide, Olefine, Schwefelverbindungen, Amine, Ketone, Ether, Alkylbromide und Silikatester, organische Ester, Alkohole, Aldehyde und Alkane.

Zwar nicht explosiv oder massiv gesundheitsgefährlich wie die vorgenannten Gase aber dennoch kritisch ist Kohlendioxid  – kurz: CO2 – in der Raumluft. Ein zu hoher CO2-Gehalt kann zu Kopfschmerzen und Schwindel führen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Angabe auf den Displays entsprechender Messgeräte. Die lautet „ppm“, die Abkürzung des englischen „parts per million“, zu Deutsch „Anteile pro Million“. Einfach ausgedrückt: Unter einer Million Luftmoleküle sind soundsoviele Moleküle des gemessenen Gases.

So beträgt zum Beispiel der Anteil von Kohlendioxid in trockener Luft etwa 410 ppm. Laut der DIN EN 13779 gilt die Luftqualität als gut, wenn der Wert unterhalb von 800 ppm liegt, zwischen 800 und 1000 ppm ist die Luft mittelmäßig, zwischen 1000 und 1400 ppm nur noch mäßig. Niedrig ist die Luftqualität bei Werten von mehr als 1400 ppm. Die maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK) liegt pro achtstündigem Arbeitstag übrigens bei 5000 ppm.

Ein Gerät, das nicht unmittelbar zu den Gasdetektoren gehört aber dennoch die Qualität von Luft misst, ist das Anemometer. Es ermittelt die Strömungsgeschwindigkeit von Luft, zum Beispiel an Klimaanlagen, Ventilatoren oder Abluftsystemen. Die gemessenen Werte können in Bereichen wichtig sein, in denen bewegte Luft gewollte oder ungewollte Wirkungen auf Menschen, Tiere oder gelagerte Waren ausübt.



FAQ – häufig gestellte Fragen

Gibt es auch Gasmessgeräte für den Sauerstoffgehalt der Luft?

Reiner Sauerstoff wird nicht nur in Krankenhäusern verwendet, sondern auch beim Schweißen und Löten und als Beimengung zum Atemluftgemisch bei Tauchern. Sauerstoff gehört zwar nicht zu den unmittelbar toxischen Gasen, erhöht aber bei zu großem Anteil an der Raumluft die Brandgefahr. Dies gilt insbesondere bei gleichzeitigem Vorhandensein von explosiven Gasen wie Butan, Propan oder Erdgas. Ermittelt wird der Sauerstoffgehalt der Luft durch spezielle Gasmessgeräte, die für Taucher sogar die maximal mögliche Tauchtiefe angeben.

Warum müssen Gasmessgeräte regelmäßig kalibriert werden?

Je empfindlicher der Sensor im Gasdetektor, desto größer ist die Gefahr der Abweichung von Standardwerten. Begünstigt werden Messfehler unter anderem durch hohe Luftfeuchtigkeit, Hitze oder zu lange Lagerung. Verhindern lässt sich dies durch eine regelmäßige Kalibrierung. Dabei wird das Gasmessgerät sozusagen mit einer bekannten Messgröße „gefüttert“ und anschließend auf diesen Wert neu eingestellt.

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