Ein Gemisch aus Gasen mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten (engl. Thermal Conductivity,
abgekürzt TC) besitzt eine von der Konzentration der Komponenten abhängige Wärmeleitfähigkeit.
Durch deren Messung können die Anteile der einzelnen Gase bestimmt werden.
Der Wärmeleitfähigkeitsdetektor (abgekürzt WLD, engl. TCD) wird heute vor allem zur Bestimmung
von Edelgasen (He, Ar, Ne, Kr, etc.) und homonuklearen Gasen (H2, N2, etc.) eingesetzt, die anderen einfachen und robusten Online-Analysemethoden nicht zugänglich sind. Das Prinzip ist besonders gut anwendbar, wenn sich das zu messende Gas hinsichtlich seiner Wärmeleitfähigkeit deutlich vom Begleitgas unterscheidet und zusätzlich eines der drei folgenden Kriterien erfüllt ist:
Die Querempfindlichkeitskompensation erweitert den Anwendungsbereich der Wärmeleitfähigkeitsmessung bei nicht (quasi-)binären Gasen.
Querempfindlichkeitskompensation bedeutet, dass die Wärmeleitfähigkeitsmessung mit Signalen aus anderen Gasanalysemethoden kombiniert wird. Die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit ist ausreichend, um die Zusammensetzung eines Zweikomponentengemisches zu bestimmen. Bei einem Dreikomponentengemisch gibt es mehrere Gaszusammensetzungen mit der gleichen Wärmeleitfähigkeit.
Eine Messung mit einem zusätzlichen Sensor, der z.B. selektiv eine der Komponenten bestimmt, löst diese Unbestimmtheit auf. Ein zuvor experimentell ermitteltes und durch Messungen verifiziertes Kompensationsmodell verrechnet intern im Analysator in Echtzeit die Signale des Wärmeleitfähigkeitssensors und des Zusatzsensors. Die Signale können über einen integrierten Zusatzsensor gemessen werden, wie z.B. Feuchte, Druck, Sauerstoff oder infrarotaktive Komponenten
über IR im FTC400, alternativ können Signale von außen über einen 0 – 10 V Eingang in das Gerät eingespeist werden.
Der durch schwankenden Messgasdruck verursachte Fehler wird korrigiert
Messprinzipien wie Infrarotabsorption und der auf elektrochemischen Zellen basierende O2-Sensor bestimmen Stoffmengen. Das Signal ist daher proportional zum Partialdruck.
Das Signal der Wärmeleitfähigkeit (WL) ist nur schwach druckabhängig und zeigt erst unterhalb
von absolut 800 hPa eine stärkere Druckabhängigkeit.
Durch eine integrierte Druckmessung und den experimentell ermittelten Druckeinfluss kann die Druckabhängigkeit der Messgrößen online kompensiert werden. Die angezeigte Konzentration ist somit nur sehr gering vom Druck abhängig.
Außerdem ist der Druck als Messgröße verfügbar.
Selektive Feuchtemessung mit kapazitivem Sensor
Die in der Analysentechnik zu bestimmenden Gase sind häufig mit Feuchte beladen. Ist die Feuchte keine interessierende Messgröße und der Feuchtegehalt relativ konstant, so kann der Feuchtegehalt einkalibriert werden. Ist jedoch der Messwert für die Feuchte selbst von Interesse oder verursacht ein schwankender Feuchtegehalt eine Querempfindlichkeit, sollte der kapazitive Feuchtesensor mit Messbereich 0 – 10 Vol.% integriert werden.
Selektive elektrochemische Sauerstoffmessung
Der Sauerstoffsensor ermittelt selektiv den Partialdruck von gasförmigem Sauerstoff O2. Der Sauerstoff steht durch eine diffusionsoffene PTFE-Membrane im Austausch mit dem im Innern befindlichen flüssigen
schwach sauren Elektrolyten. Elektrochemisch Reaktionen an Kathode und Anode liefern den Messstrom, der dem Sauerstoffpartialdruck proportional ist. Durch den sauren Elektrolyten ist er auch für saure Gase, z.B. CO2, einsetzbar. Die Messung ist auch in Gegenwart von Wasserstoff möglich.
Die Umrechnung von Partialdruck in Volumenprozent ist abhängig vom Absolutdruck des Messgases. Daher ist im Analysator immer eine Absolutdruckmessung integriert, die die korrekte Berechnung der Konzentration in Vol.% auch bei schwankendem Absolutdruck sicherstellt.
Je nach Feuchte und Sauerstoffgehalt des Messgases beträgt die Lebensdauer des Sensors typisch 1 bis 3 Jahre. Der Austausch des Sensors kann vom Kunden durchgeführt werden.
Gasartunabhängige Durchflussmessung für binäre Gemische im Bereich von 0 l/h bis 130 l/h
Ein geschlossenes Ventil oder ein verstopfter Filter können den Gasfluss unterbrechen. Die Messung gewährleistet dann nicht die Überwachung des Prozesses.
Für die Flussmessung wird im Gasweg der Druckabfall über einer wirbelfreien Strömungsdrossel gemessen. Der Druckabfall
ist ein Maß für die Gasströmung, hängt jedoch von der Gasart ab. Da die Zusammensetzung des Gases jedoch durch die Wärmeleitfähigkeitsmessung bekannt ist, wird diese Abhängigkeit rechnerisch kompensiert. So ist eine gasartunabhängige
Strömungsmessung möglich, die zeigt, wie viel Prozessgas tatsächlich durch den Analysator
strömt.
Selektive Messung von infrarotaktiven Gasen
Das Messprinzip der Wärmeleitfähigkeit ist nur für (quasi-) binäre Gasgemische geeignet. Moleküle wie CO2, CH4, C2H6, CO, NO, SO2 und H2O absorbieren Infrarotstrahlung. Die Lage der Absorption im Wellenlängenbereich ist ein „Fingerabdruck“ und charakteristisch für ein Molekül. Die Höhe der Absorption ist ein Maß für die Menge des jeweiligen Gases.
Die selektive Messung von bis zu drei infrarotaktiven Gasen in einem Gemisch wird durch einen Detektor ermöglicht, der mit drei Interferenzfiltern die Absorption bei drei verschiedenen Wellenlängen misst. Die Auswahl der Interferenzfilter bestimmt somit, welche Gase analysiert werden. Die Kombination eines IR-Sensors mit der Wärmeleitfähigkeitsmessung ermöglicht in vielen Fällen die vollständige Bestimmung komplexer Gasgemische.
Schutzmaßnahmen gegen Kondensat und Staub
Kondensat im Messgas führt in der Regel sofort zur Zerstörung des Sensorelements und damit zum Ausfall des Gerätes. Auch Staub, Schmutz, Partikel oder Späne können das Sensorelement zerstören.
Ein hydrophober Filter trennt das Sensorelement vom eigentlichen Probenstrom.
Mit Porengrößen im μm-Bereich ist der Filter undurchlässig für Kondensat und Staub. Der Gasaustausch der Atome und Moleküle des Messgases erfolgt durch Diffusion nahezu ohne Zeitverzögerung.
Gelangt Kondensat in ein Gerät mit Membran ein, wird die Messung zwar für einige Minuten beeinträchtigt, der Sensor ist aber sehr wirksam vor einem Totalausfall geschützt. Nach dem Verdunsten
des Kondensats ist das Gerät wieder messbereit. Lose Verschmutzungen gelangen grundsätzlich nicht an das Sensorelement.
Maßnahme gegen Korrosionsangriffe
Nur hochwertige Materialien wie Keramik, Edelstahl 1.4571 und 1.4404 werden dem Messgas ausgesetzt.
Das Sensorelement selbst stellt durch seine Materialien und die elektrische Kontaktierung einen Angriffspunkt dar. Korrosive Angriffe können das Sensorelement schädigen und so zum Ausfall des Gerätes führen.
Zum Schutz des mikromechanischen Sensorelements hat Messkonzept eine wirksame Schutzbeschichtung aus einem inerten Polymer entwickelt. Sie deckt alle korrosionsgefährdeten Teile sicher ab. Ein Sensorelement mit Beschichtung ist sehr effektiv vor Korrosion geschützt.
Die Hohlräume im Gehäuse werden kleinen Glaskugeln gefüllt, um das freie Volumen zu minimieren
Der Umgang mit brennbaren Gasen erfordert zusätzliche Maßnahmen, um auch im Fehlerfall ein hohes Maß an Sicherheit zu gewährleisten.
Sollen brennbare Gase in einen Analysator mit Gehäuse der Firma Messkonzept eingeleitet werden, füllen wir die Hohlräume mit Glaskugeln. Diese Glasperlen, Durchmesser 0,6 mm, werden so eingerüttelt,
dass alle Hohlräume innerhalb des Gehäuses dicht ausgefüllt sind.
Selbstverständlich muss vor Inbetriebnahme des Analysators der Messgasweg auf Dichtheit geprüft werden. Im unwahrscheinlichen Fall einer Leckage im inneren Gasweg des Analysators verbleibt nur
ein minimales freies Restvolumen im Gehäuse, was die Sicherheit weiter erhöht.
Jedes unserer Geräte kann einfach zwischen verschiedenen Messaufgaben umgeschaltet werden
Es ist vielfach wünschenswert, unterschiedliche Messaufgaben, wie die Messung verschiedener Gase und Gasgemische, mit einem Messgerät abzudecken.
Die Aktivierung des gewünschten Gaspaares erfolgt durch einfaches Umschalten am Display des Analysators oder per Daten-Schnittstelle an allen Geräten. Die Zusammenstellung und Anzahl der Gaspaare, die der Multi Gas Mode abdecken soll, ist völlig flexibel und wird nach Kundenwunsch eingerichtet.
Niedwiesenstr. 33
60431 Frankfurt am Main
Telefon: +49 (0) 69 530 564 44
Fax : +49 (0) 69 530 564 45
e-mail: info@messkonzept.de
