Elektrochemische Gasmessung
Elektrochemische Sensoren arbeiten nach dem Batterieprinzip: Mess-, Gegen- und Referenzelektroden befinden sich in einem Elektrolyten. Das Gas diffundiert durch eine Membrane in den Sensor und reagiert an der Messelektrode. Mess- und Gegenelektroden erzeugen einen Strom der proportional zur Gaskonzentration ist.
Die Referenzelektrode erzeugt ein konstantes Potential und kann so ein Driften der Messwerte minimieren. Die Hersteller elektrochemischer Sensoren versuchen, die Reaktion auf ein spezifisches Gas zu reduzieren. Dies funktioniert in bekannten Messumgebungen, wie z.B. Umgebungsluft, hinreichend genau. Multigas-Anwendungen können zu erheblichen Querempfindlichkeiten führen. Die Lebensdauer ist, wie auch bei einer Batterie, relativ kurz und die Alterung beginnt sofort und kontinuierlich nach der ersten Inbetriebnahme.
Halbleiter-Detektoren
Halbleiter-Detektoren sind typische Massenprodukte. Das Gas strömt meist durch eine halbdurchlässige Membran. Über einen variablen Widerstand wird die Konzentration gemessen. Das kann beispielsweise ein Halbleiter mit einer metalloxidbeschichteten Oberfläche auf der einen Seite und ein Referenzhalbleiter auf der anderen Seite sein. Der Messeffekt beruht auf der Anreicherung bestimmter Gasmoleküle auf der beschichteten Oberfläche des Detektors. Diese Moleküle verändern den Widerstand des Halbleiters, während der unbeschichtete Referenzabschnitt keinen Effekt zeigt. Die Widerstandsdifferenz zwischen der Referenzfläche und der aktiven Fläche ist ein Maß für die Konzentration des gewünschten Gases, die damit bestimmt werden kann. Die Empfindlichkeit des Halbleiters für ein bestimmtes Gas kann über die Temperatur des Halbleiters verändert werden.
Thermische Detektoren
Thermische Detektoren basieren auf einem Heizdraht, der durch einen geregelten elektrischen Strom auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Die Energieabgabe des Heizdrahts an die Atmosphäre hängt von der Wärmeleitfähigkeit der Gase ab. Da die Gase eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit haben, ist die Energieabgabe ein Indikator für das Gas. Andererseits wird die Energieabgabe durch Erhöhung des Wärmestroms kompensiert. Letztendlich wird das elektrische Signal der Stromregelung zu einem Indikator für die Gaskonzentration. Für dieses Arbeitsprinzip kann wie beim Halbleiter-Detektor eine semipermeable Membran zur Verbesserung der Gasselektivität eingesetzt werden.
Photoionisationsdetektor
Ein Photoionisationsdetektor (PID) misst u.a. aromatische Kohlenwasserstoffe, Lösungsmittel oder eine Vielzahl von organischen und anorganischen Substanzen. Voraussetzung für die Messung dieser Substanzen ist deren Ionisierbarkeit. Die Substanzen werden dem UV-Licht einer Gasentladungslampe ausgesetzt. Die Strahlung ionisiert die Substanzen und ist dann dem zwischen den Elektroden der Messkammer herrschenden elektrischen Feld ausgesetzt. Die Stärke des entstehenden Stromes ist der Konzentration ionisierter Moleküle in der Detektorkammer direkt proportional. So ist eine Aussage über die Konzentration der Substanzen in der Luft möglich. Ein PID eignet sich damit für die Detektion ganzer Schadstoffgruppen, kann bei entsprechender Justierung aber auch für die Messung von Einzelsubstanzen eingesetzt werden.
Katalytischer Sensor
Dieser Sensor arbeitet nach dem Wärmetönungsprinzip. Brennbare Gase und Dämpfe können unter Freisetzung von Reaktionswärme mit Luftsauerstoff verbrennen. Dazu wird ein Pellistor (eine poröse Keramikkugel <1 mm mit einer eingebetteten Platinspirale, die mit einem Katalysator beschichtet ist) auf einige hundert Grad Celsius aufgeheizt. Die Temperatur des Pellistors steigt durch die Verbrennung der Gase. Die Verbrennung führt zu einer Temperaturerhöhung und somit zu einer Widerstandserhöhung der Platinspirale. Eine Brückenschaltung mit einem zweiten Pellistor ohne katalytisch beschichteter Platinwendel eliminiert den Einfluss der Umgebungstemperatur. Die Erwärmung durch die Verbrennung am ersten Pellistor führt zu einer geringen Temperaturerhöhung, die als Maß für die Gaskonzentration genutzt wird. Der für die Verbrennung notwendige Sauerstoff wird der Umgebungsluft entnommen.
