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 nicht-dispersiver 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).

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

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

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Zur Gasanalyse bietet InfraTec eine Vielzahl ein- und mehrkanaliger Detektoren

Die klassische Anordnungen für die Gasanalyse mit Filterrad und / oder mechanischem Chopper erfordern vergleichsweise schnelle (> 200 Hz) pyroelektrische Detektoren mit hohem Ausgangssignal. Dafür stehen mehrere Typen mit integriertem JFET oder CMOS-Operationsverstärker zur Verfügung, deren pyroelektrisches Element für Strombetrieb beschaltet ist.

Mehrkanalige (Gas- und Referenzkanäle) Detektoren werden zur Analyse von Gasen vielfach durch elektrisch modulierbare Strahler beleuchtet und müssen deshalb auch bei niedrigen Frequenzen eine hohe Stabilität und ein großes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen. InfraTec bietet innerhalb dieser Produktgruppe auch Bauelemente, sogenannte Beamsplitter, 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

Eigenschaften von Einkanaldetektoren

ein Messkanal, hohe Leistung, Temperaturkompensation, reduzierte Beschleunigungsempfindlichkeit, single oder split supply

Eigenschaften von Mehrkanaldetektoren

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