Pyroelektrische Detektoren in der Gasanalyse

Eine große Anzahl von Gasen absorbiert die Infrarot-Strahlung durch intramolekulare Schwingungen. Für jedes spezifische Material hängt die Absorptionsstärke von der Wellenlänge der Infrarotstrahlung ab. Dieses Prinzip nutzt ein nichtdispersiver Infrarot-Gasanalysator (NDIR-Gasanalysator) für die Gasanalyse. Der Analysator besteht aus einer elektronisch oder mechanisch modulierten Infrarotquelle, einer Messküvette, durch die das zu messende Gas strömt, und einem pyroelektrischen Detektor.

In der Detektorkappe ist ein Schmalbandpassfilter (Narrow-Band-Pass-Filter) integriert, dessen Durchlassbereich der Absorptionswellenlänge des Zielgases entspricht. Mit dem thermischen Detektor wird in einer definierten Anordnung die Transmission des zu messenden Gasgemisches bestimmt. Ist das gesuchte Gas nicht enthalten, trifft die meiste Infrarotstrahlung auf den Detektor und das Signal ist maximal. Nimmt die Konzentration des Gases zu, erhöht sich die Absorption gemäß dem LAMBERT-BEER'schen Gesetz und das Signal verringert sich entsprechend.

Das Prinzip findet sich beispielsweise in Standard-Infrarotfiltern von InfraTec mit einer Zentralwellenlänge (central wavelength – CWL) von 4.27 µm und einer Halbwertsbreite (half-power bandwidth – HPBW) von 170 nm wieder. Sie eignen sich etwa zur Messung von Kohlenstoffdioxid (CO2).

InfraTec cuvette for gas analysis

Mehrkanalmessung

Die komplizierte Form der Gas-Absorptionsbanden kann durch die NDIR-Gasanalyse nicht aufgelöst werden. Deshalb erfolgt eine gemittelte Messung der Signale im Filterdurchlassbereich. Damit steht ein geräteseitig überschaubares, langzeitstabiles und vor allem kontinuierlich arbeitendes Messverfahren zur Gasanalyse zur Verfügung. Die Identifizierung der Gase und Querempfindlichkeiten in Gasgemischen erfordern vielfach auch spektral mehrkanalige Auswertungen.

Dafür verwendete mehrkanalige (Gas- und Referenzkanäle) Detektoren werden zur Analyse von Gasen vielfach durch elektrisch modulierbare Strahler beleuchtet. Sie müssen deshalb auch bei niedrigen Frequenzen eine hohe Stabilität und ein großes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen. InfraTec bietet hier auch Bauelemente an, bei denen durch eine patentierte Konstruktion das Licht einer einzigen Eintrittsöffnung geometrisch in zwei oder vier Kanäle geteilt wird. Damit ist eine äußerst präzise Gasanalyse möglich.

Pyroelektrische Detektoren für die Gasanalyse

LME-335/LME-336

Ein Messkanal, hohe Leistung, Temperaturkompensation, reduzierte Beschleunigungsempfindlichkeit, single oder split supply.

LIM-262/LIM-272

Ein Mess- und ein Referenzkanal, Temperaturkompensation, reduzierte Beschleunigungsempfindlichkeit, single oder split supply.

Narkose-Überwachung - Bildnachweis: © Beerkoff / Fotolia.com

Medizinische Gasanalyse

Die Atemluft eines Menschen gleicht einem gasförmigen Profil seines Gesundheitszustandes. So können beispielweise Diabetes, Krebs oder Magenerkrankungen zuverlässig mittels nichtinvasiver Atemgas-Messsysteme diagnostiziert werden – ohne Blutabnahme. Die NDIR-Gasanalyse findet ebenso in der Lungenfunktionsdiagnostik Anwendung, um die Leistungsfähigkeit der Lunge, beispielsweise bei Leistungssportlern, festzustellen. Auch in Krankenhäusern spielt die Gasdetektion eine Rolle. Dort finden sich Detektoren in Messgeräten, die in den Operationssälen die Anästhesie und Zusammenstellung des Narkose-Gasgemischs kontrollieren.

Infrarot-Flammensensorik - Bildnachweis: © ttstudio / Fotolia.com

Industrielle Gasanalyse

Infrarotdetektoren sind für die Industrie elementar. Sie detektieren explosive oder umweltschädliche Gase bei Gaslecks und kommen zur Messung von Industrieabgasen zum Einsatz, um Emissionsgrenzwerte einzuhalten. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Elementaranalyse. Hier werden die Detektoren genutzt, um Verunreinigungen in Stoffen mit unterschiedlichen Aggregatzuständen zu identifizieren oder in der Stahlherstellung, um die richtige Zusammensetzung der Stahllegierung zu garantieren. Bei Hochtemperaturbohrvorgängen messen Infrarotdetektoren die Gaskonzentration und geben Aufschluss über den Bohrfortschritt.

InfraTec Gasanalyse - Sicherheitstechnik - Bildnachweis: © Ingo Bartussek / Fotolia.com

Sicherheitstechnik

Schlagwetterexplosionen sind im Bergbau ein großes Risiko. Dabei entzündet sich ein Gemisch aus Methan und Luft. Um die Sicherheit der Bergarbeiter zu gewährleisten, ist die rechtzeitige Erkennung von Methan entscheidend. Infrarotdetektoren detektieren bereits kleinste Konzentrationen. Auf Grund Ihrer geringen Größe kommen Detektoren auch in tragbaren Sicherheitsgeräten, wie mobilen Gaswarngeräten zum Einsatz. Zu Ihren Anwendungsgebieten gehören u. a. die Überwachung von Arbeitsplätzen sowie die Leckerkennung.

InfraTec Gasanalyse - Umweltschutz - Bildnachweis: © RomoloTavani / iStock

Umweltschutz

Mit pyroelektrischen Detektoren können durch Photosynthese bedingte Stoffwechselprozesse von Pflanzen überwacht werden. Besonders die Messung von CO2 ist hier von Interesse, um die Absorptionsfähigkeit von Pflanzen zu erforschen. Auch in der KfZ-Abgasanalyse spielt Infrarotsensorik eine Rolle. Um geltenden Abgasnormen gerecht zu werden und Schadstoffklassen zu ermitteln, wird die NDIR-Gasanalyse eingesetzt. Sie misst die Konzentration der ausgestoßenen Gase.

Weiterhin können die Detektoren bei der Überwachung von Kühlmitteln in Industrie, Einzelhandel oder bei Fahrzeugen zum Einsatz kommen. Als Bestandteil von Lecksuchgeräten identifizieren sie Lecks, an welchen das umweltgefährdende Kühlmittel nach außen dringt. So können rechtzeitig Maßnahmen zur Sicherung veranlasst werden.

InfraTec Gasanalyse - Prozessgase - Bildnachweis: © sudok1 / AdobeStock

Prozessgase

Die Überwachung von Prozessgasen ist essentiell für das exakte Führen eines Prozesses aber auch unabdingbar für die Sicherheit der Beschäftigten. Zahlreiche Prozessgase sind brennbar, hoch explosiv und gehören zu den Treibhausgasen. Auch mit dem Blick auf die Wirtschaftlichkeit sollen Prozessgase in möglichst geringer Menge verbraucht werden. Vor allem bei der hochtechnisierten Halbleiterproduktion entstehen in vielen Produktionsprozessen Gase und Abgase. Aus diesem Grund ist eine permanente Überwachung unerlässlich. Auch in der Chemiebranche oder Lebensmittelindustrie spielt die Überwachung der Raumluft eine entscheidende Rolle. Aus Sicherheitsgründen müssen die vorhandenen Gase unmittelbar und zuverlässig überwacht werden.

InfraTec Gasanalyse - Atemalkoholmessung - Bildnachweis: © OLYTHE

Atemalkoholmessung

Auch Messgeräte zur Atemalkoholkontrolle bei Autofahrern zählen zu den Anwendungsgebieten von Gaserkennungsdetektoren. Sie erfassen bereits geringste Atemalkoholkonzentrationen und ermöglichen sehr genaue Messwerte, die der Polizei als Beweismittel für Alkohol- oder Drogenmissbrauch am Steuer dienen. Ein Fünftel der arbeitsbedingten Unfälle sind ebenfalls auf Alkohol zurückzuführen. Es ist keine neue Erkenntnis, dass die Zahl der alkoholbedingten Verkehrsunfälle ein großes Problem darstellt. Busfahrer und Lokführer müssen sich aus diesem Grund vor Dienstantritt einem Alkoholtest unterziehen.

InfraTec Gasanalyse - Flüssigkeitsanalyse - Bildnachweis: © Ivan Balvan / iStock

Flüssigkeitsanalyse

Für eine konstante Produktqualität und die Prüfung der Einhaltung von Normen und Grenzwerten in Flüssigkeiten, wie Erfrischungsgetränken oder auch Milch, kommen pyroelektrische Detektoren zum Einsatz. Sie prüfen direkt im Herstellungsprozess – ohne Probennahme – die Zusammensetzung und Konzentration der einzelnen Bestandteile. Somit lassen sich beispielsweise Rückschlüsse auf Zucker- oder Lactosegehalt ziehen. Sie ermöglichen es aber auch, gesundheitsschädliche Stoffe zu identifizieren.

InfraTec Gasanalyse - Strahlungsmessung - Bildnachweis: © Enes Evren / iStock

Strahlungsmessung

Laserbehandlungen – ob in der Haut- oder Augenmedizin – erfordern höchste Sicherheitsstandards. Aus diesem Grund werden in Lasersystemen Infrarotdetektoren eingesetzt. Sie messen die Energie, die vom Laserstrahl ausgeht und prüfen die korrekte Leistungsabgabe während der Patientenbehandlung. Wird vom Detektor eine zu hohe Intensität des Lasers festgestellt, schaltet sich dieser sofort ab. Schwankungen der Energiezufuhr können dank der Messungen reguliert werden.

Mit InfraTec in Kontakt treten

Möchten Sie mehr erfahren?

Nicht selten sind Aufgabenstellungen mit besonderen Anforderungen verknüpft. Besprechen Sie gemeinsam mit unseren erfahrenen Ingenieuren Ihre konkrete Anwendung, erhalten Sie weiterführende technische Informationen oder lernen Sie unsere Zusatzdienstleistungen kennen.

Schweiz

InfraTec GmbH
Infrarotsensorik und Messtechnik
Gostritzer Str. 61 – 63
01217 DresdenDEUTSCHLAND

Praxisberichte über von Infrarot-Detektoren in der Gasanalyse

Measurement of photosynthesis in the field
Erfahren Sie mehr über Messung der Photosynthese im Feld

Für die Versorgung der Welt

Untersuchung von Pflanzen zur Verbesserung von Leistung und Ertrag. Die Weltbevölkerung wächst immer weiter, doch die Ernteerträge können mit diesem Tempo bisher nicht mithalten.

Gas sensor LY-NDIR by Haina including InfraTec detector LRM-284
Erfahren Sie mehr über Gassensoren für die Umweltgasanalyse

InfraTec-Detektoren im Kampf gegen die globale Erwärmung

Das chinesische Unternehmen „Laoying Haina Group“ entwickelt Geräte für die Umweltgasanalyse und verwendet dabei u. a. pyroelektrische Detektoren von InfraTec.

Awite’s non-dispersive multi-gas sensor is suitable for biogas analysis due to lower drift rates and improved transverse sensitivity to other hydrocarbons
Erfahren Sie mehr über Biogas

Energiewunder mit natürlicher DNA

Was haben ihr Frühstücksei vom Wochenende, ein Maisfeld und eine große Portion Pommes eines Fast-Food-Restaurants gemeinsam? Sie alle liefern Rohstoffe für eine Biogasanlage. Dort werden organische Stoffe wie Eierschalen, Mais oder Kartoffelschalen unter Luftabschluss natürlich zersetzt. Das Ergebnis ist ein energiereiches und extrem vielseitig verwendbares Produkt – Biogas.

Prototype for respiratory gas analysis of Geratherm Respiratory GmbH’
Erfahren Sie mehr über die Gesundheitsvorsorge

Gesundheitsvorsorge in einem Atemzug

„Bitte machen Sie Ihren Oberkörper frei.“ Noch beginnen mit diesem Satz häufig ärztliche Untersuchungen. Noch. Schon bald könnte der Satz lauten: „Bitte atmen Sie einmal kräftig aus.“ Denn die Forschung auf dem Gebiet der Atemgas-Messsysteme macht große Fortschritte. Das Ziel ist klar: Die Diagnose von Krankheiten einfacher und schmerzfrei gestalten.

InfraTec Sensor Division - Measuring the breath alcohol concentration 1
Erfahren Sie mehr über Messung von Atemalkohol

Eine neue Generation zur Messung von Atemalkohol

Alkohol ist die häufigste Todesursache im Straßenverkehr und 20 % der arbeitsbedingten Unfälle sind auf Alkohol zurückzuführen. Laut WHO sterben jedes Jahr rund drei Millionen Menschen weltweit durch Alkoholkonsum – das sind mehr als durch Aids, Gewalt und Verkehrsunfälle zusammen.

InfraTec Sensor Division - Helicobacter - Picture credits: © iStock.com / 482337236
Erfahren Sie mehr über den Nachweis von Nachweis von Helicobacter plyori

Tief einatmen

Die Hälfte der Weltbevölkerung ist mit dem Bakterium infiziert. Dank Beijing Richen-Force Science & Technology gelingt nun ein sicherer Nachweis von Helicobacter plyori.

InfraTec Sensor Division - Biomedical Applications

Fachartikel: Preiswerte optisch-elektronische Nase für biomedizinische Anwendungen

Artikel über die Entwicklung einer optisch-elektronischen Nase mit nicht-dispersivem Infrarot-Sensor (NDIR), die auf Anwendungen im Gesundheitswesen abzielen soll.

Fachartikel: Einsatz von Mehrkanal-Detektoren und Infrarot-Strahlern in der Gasanalyse

Die Detektion und Konzentrationsmessung von Gasen ist weltweit ein Standardverfahren im medizinischen und industriellen Bereich. Doch was ist bei der Auswahl der Komponenten zu beachten und was haben Mehrkanal-Detektoren und Infrarot-Strahler damit zu tun?

Detektorsuche

InfraTec bietet Ihnen fünf Produktgruppen mit rund 50 verschiedenen pyroelektrischen Detektoren. Wählen Sie Ihre passenden Infrarotdetektoren mit unserer detaillierten Detektorsuche.

Alle Standarddetektoren im Überblick
InfraTec Detektoren im Überblick