Veel van onze handmeters werken met verschillende sensoren voor het meten van gas en druk. De hierbij gebruikte, verschillende sensorprincipes zullen we in deze blogpost uitleggen:
Infraroodsensor (IR-sensor)
Een infraroodsensor meet golflengten die voor mensen niet zichtbaar zijn omdat ze buiten het voor de mens zichtbare spectrum liggen. Door het meten worden de warmte en beweging van lichamen en voorwerpen gedetecteerd. De detectie vindt contactloos plaats.
De functie maakt temperatuurmetingen zonder contact, draadloze gegevensoverdracht, bijvoorbeeld voor warmtebeeldcamera’s en beweging in het donker mogelijk. Bekende alledaagse producten met infraroodsensoren zijn afstandsbedieningen en bewegingsmelders.
Infraroodsensoren die geschikt zijn voor het meten van gassen werken volgens het meetprincipe van niet-dispersieve infraroodabsorptie (NDIR). Ze worden bijvoorbeeld ook gebruikt om de uitlaatgassen van verbrandingsmotoren te analyseren.
Onze meetapparatuur (GOLIATH en OLLI) is uitgerust met IR-sensoren die werken volgens het NDIR-principe. Gewoonlijk is deze sensor ontworpen voor één doelgas waarvoor hij gevoelig is en geeft hij de concentratie weer, bijvoorbeeld methaan, propaan of kooldioxide. Een dual IR-sensor is in staat om twee verschillende gascomponenten tegelijkertijd te meten. Twee sensoren voor twee verschillende gassen zijn als het ware in één sensorbehuizing ondergebracht. Bij de OLLI worden met de dual IR-sensor tegelijkertijd brandbare gassen (bijv. methaan) en CO₂ gemeten.
Lasersensor
Bij een lasersensor zenden laserdioden lichtpulsen of -bundels uit. Deze worden gereflecteerd door een te meten object en vervolgens naar de sensor teruggeleid. De afstand tussen sensor en meetobject wordt gemeten door deze lichtreflectie. Naast de afstand kan een lasersensor ook contactloos afstanden en posities detecteren. Deze sensor heeft een groot bereik en een hoge resolutie en nauwkeurigheid.
De lasersensor wordt bijvoorbeeld gebruikt in de machine- en installatiebouw, in de chemische industrie, in de wegenbouw, in de automatiseringsindustrie, in de opslag- en verpakkingstechniek en in de lekdetectie.
Een van onze mobiele lasermeetapparaten is de ELLI. De sensor in het apparaat (instelbare diodelaser – absorptiespectroscopie) dient om methaanlekken of methaanophopingen te detecteren en kan methaan zelfs in zeer lage concentraties detecteren. De Esders Laser Leak Indicator ‘ELLI’ wordt voornamelijk gebruikt voor detectie op afstand. De lasersensor maakt het mogelijk om methaan te detecteren vanaf grotere afstanden tot 30 meter. Hoe de laser hier werkt wordt ook uitgelegd in onze blogpost Gasdetectie op afstand – laser-infraroodspectrometrie.
Sensor voor reactie-enthalpie
Deze sensor werk volgens het meetprincipe van de katalytische verbranding en wordt in meetapparatuur gebruikt voor explosieve gassen en dampen. Het meetprincipe bestaat uit een brugtak met twee sensoren die bestaan uit een actieve en een passieve pellistor (gassensor) in een platinaspiraal. Dit wordt een Wheatstone-brugcircuit genoemd.
Dit principe houdt in dat brandbare stoffen worden gedetecteerd zonder de omgevingstemperatuur in het resultaat op te nemen. Het platinaspiraaltje is omgeven door een keramische katalysator en wordt door een gereguleerde stroom verhit tot enkele honderden graden, waardoor de actieve pellistor tot ongeveer 450 graden Celsius wordt verhit. De katalysator veroorzaakt een reactie van brandbare gassen met zuurstof onder de werkelijke ontstekingstemperatuur. Deze reactie is een vlamloze verbranding die warmte produceert. De warmte verandert de weerstand van de platinadraad en kan daardoor worden gemeten en weergegeven.
Opmerking: Voor de meting is zuurstof (lucht) vereist. Bij concentraties > 5% (methaankalibratie) zijn vanwege het zuurstofgebrek geen nauwkeurige metingen mogelijk.
Karakteristiek voor deze meetmethode is de veilige weergave van alle brandbare gassen. Er mag echter niet worden vergeten dat de weergave alleen correct is voor het gas waarvoor het apparaat is gekalibreerd. Een apparaat dat is gekalibreerd voor methaan zal bijvoorbeeld propaan en butaan uit een aansteker weergeven. De weergave zal echter nooit de correcte concentratie in volume-% of %-LEL zijn.
De eigenschappen van de meetmethode van de katalytische verbranding of reactie-enthalpie worden meteen weer duidelijk als men aan de autokatalysator denkt. Ook bij de autokatalysator kunnen onverbrande koolwaterstoffen alleen worden geoxideerd wanneer lucht in voldoende hoeveelheid aanwezig is. De luchtconcentratie wordt daarom gemeten met de zogenaamde lambda-sonde. Net als de autokatalysator kan de katalysator van de sensor door bepaalde stoffen worden vergiftigd.
Naast loodhoudende dampen (voorheen vergelijkbaar met loodhoudende benzine) moeten hier ook siliconen en halogenen worden genoemd.
Een groot voordeel van deze sensor is de robuustheid en nauwkeurigheid die we nodig hebben voor metingen in het LEL-bereik. Een typisch toepassingsgebied is: Gevaar meten – LEL. We gebruiken een sensor voor reactie-enthalpie in onze sensorarrays.
Elektrochemische sensor
Deze sensor bestaat uit ten minste drie elektroden: Een werkelektrode, een tegenelektrode en een referentie-elektrode. Deze drie elektroden komen in de behuizing in contact met vloeibare elektrolyten.
Bij dit meetprincipe bereikt gas de werkelektrode via een membraan. Het membraan is wel doorlaatbaar voor gas, maar niet voor de elektrolyten. Dit proces veroorzaakt een elektrochemische reactie. Ofwel geeft de werkelektrode elektronen af, dan treedt oxidatie op of hij absorbeert elektronen, dan treedt reductie op. De elektronenstroom genereert elektrische stroom die evenredig is met de gasconcentratie en meetbaar is. De elektrochemische sensor is zeer gevoelig en gebruiksvriendelijk. Hij meet koolmonoxide (CO), waterstofsulfide (H₂S) en zuurstof (O₂). We gebruiken hem bijvoorbeeld in de GOLIATH of OLLI.
Deze sensor wordt ook gebruikt in de beveiliging, milieudiagnostiek, procesbeheersing en medische technologie.
Halfgeleidersensor (HL-sensor)
Een halfgeleidersensor is een temperatuursensor met halfgeleidermaterialen van metaaloxiden. In de loop van de meting worden de sensoren opgewarmd zodat intrinsieke geleidbaarheid ontstaat, aangezien een halfgeleider alleen bij bepaalde temperaturen stroom geleidt. De gasmoleculen raken het oppervlak van de halfgeleider, waardoor een verandering in de elektrische weerstand ontstaat, die op haar beurt kan worden gemeten.
De toepassingsgebieden van de halfgeleidersensor zijn de veiligheidstechnologie, de kwaliteitsborging, de procesmeettechniek en de emissie- en luchtkwaliteitsbewaking. De voordelen van deze sensor zijn de hoge gevoeligheid en de lange levensduur. Halfgeleidersensoren hebben een extreem laag stroomverbruik en een lage selectiviteit, omdat andere gassen die buiten de meting vallen, zich ook op het oppervlak kunnen afzetten.
De gevoeligheid van de halfgeleidersensoren kan door de effecten van schadelijke blootstelling (sensoraantasting of inhibitoren) tijdelijk afnemen of zelfs blijvend verloren gaan. Tot de inhibitoren behoren waterstofsulfide, siliconendampen, oliën, fosfaatesters, halogenen en andere chemische stoffen.
We gebruiken halfgeleidersensoren in onze HUNTER-serie en in de GasTest delta3 omdat ze een hoge gevoeligheid hebben in het ppm-bereik en zeer lage concentraties verbrandingsgassen kunnen worden gedetecteerd.
Warmtegeleidingssensor
Met behulp van een warmtegeleidingssensor kunnen gasconcentraties worden bepaald, omdat gassen een verschillende warmtegeleiding hebben. Als een gas rond een verwarmde draad stroomt, koelt het af in overeenstemming met de thermische geleidbaarheid van het gas. De draad verandert dan van weerstand. Deze verandering kan worden gemeten en weergegeven.
De meting van het warmtegeleidingsvermogen is niet nauwkeurig genoeg voor metingen in het LEL-bereik. Een voordeel van de warmtegeleidingssensor is dat deze geen zuurstof nodig heeft voor het meten van gassen.
Typische toepassing: meten van gas met hoge concentraties.
Door middel van de warmtegeleidingssensor kunnen ook lichte gassen zoals waterstof of helium in zeer lage concentratie worden gedetecteerd. De HUNTER H2, bijvoorbeeld, is een meetapparaat dat kan worden gebruikt om sporen van waterstof te lokaliseren. Warmtegeleidingssensoren worden echter ook gebruikt in de meetapparaten SIGI-EX en OLLI.
Relatieve druksensor (lagedruksensor, mbar)
Met behulp van deze sensor wordt de druk gemeten in vergelijking met de luchtdruk van de omgeving. De drukverandering wordt beoordeeld aan de hand van de vervorming van een membraan. De ene kant van het membraan wordt blootgesteld aan de testdruk, de andere kant aan de omgevingsdruk. Het resultaat van dit meetprincipe is het drukverschil met de omgevingsdruk. De relatieve druk van een systeem dat verbonden is met de atmosfeer (bijvoorbeeld een gasdrukregelaar in huis) is de absolute druk vermeerderd met de luchtdruk. Als ik beide waarden kan meten, kan ik de relatieve druk berekenen.
De luchtdruk schommelt door veranderingen in de weersomstandigheden, d.w.z. een verandering in de luchtdruk heeft een direct effect op het testresultaat.
Toepassingsgebied: Meting aan regelaars en gebouwinstallaties. Omdat in gebouwinstallaties slechts relatief korte druktests plaatsvinden, te weten lektests en belastingstests, heeft een verandering in de luchtdruk alleen onder zeer ongunstige omstandigheden effect. We gebruiken relatieve druksensoren in onze GasTest delta3- en LeckOmiO-apparaten.
Absolute druksensor (hogedruksensor, bar)
Bij absolute druksensoren wordt het inwendige van de sensor vacuüm gemaakt en hermetisch afgedicht. De gemeten vervorming van het membraan bestaat altijd uit het drukverschil tussen de testdruk en het vacuüm en is dus onafhankelijk van de omgevingsdruk. Het meetresultaat is daarom altijd het drukverschil met het vacuüm. Voor de druktest moet rekening worden gehouden met het volgende: gassen worden warm door het comprimeren van lucht – compressie. Daarna is een aanpassingstijd nodig voor het afkoelen, zodat de druk in de pijpleiding daalt. De daling van de druk is het gevolg van het afkoelen van de lucht tot de omgevingstemperatuur. De fysische eigenschappen van gassen hebben we in meer detail beschreven in onze blogpost Basisprincipes – druktests aan gasleidingen.
De absolute druksensor wordt gebruikt voor druktests aan leidingen. Bij het werken met onze smart memo en GasTest delta3 worden externe absolute druksensoren gebruikt.
