Infrarot-Kohlendioxidsensoren - Industrial Physics Infrarot-Kohlendioxidsensoren - Industrial Physics

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Infrarot-Kohlendioxidsensoren

Unsere Kohlendioxid-Analysatoren verwenden Infrarot-Technologie, um den prozentualen Anteil des Gases in den meisten industriellen Prozessen zu messen.

 

Infrarot-Kohlendioxidsensoren

 

Dieses innovative Prüfgerät, das von Systech Illinois, unserem weltweiten Hersteller von Feuchte-, Gas- und Sauerstoffanalysatoren, entwickelt wurde, verwendet einen Infrarotsensor, um genaue CO2-Messungen zu erfassen.

 

Unsere Infrarot-Kohlendioxidsensoren sind mit einer in sich geschlossenen Einheit ausgestattet, die im Gasanalysator montiert ist und die Daten elektronisch an eine leicht ablesbare Digitalanzeige sendet.

 

Die Theorie der Kohlendioxidgasdetektion

 

Eine bestimmte Lichtquelle strahlt Licht in einem breiten Spektrum von Wellenlängen ab. Nur ein schmaler Bereich ist für das menschliche Auge sichtbar (400-800 nm). Wellenlängen, die länger als 800 nm sind, werden als Infrarot-Wellenlängen eingestuft“. Wellenlängen, die kürzer als 400 nm sind, werden im ultravioletten Bereich des Spektrums gekennzeichnet.

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Abbildung 1. Spektrum einer Lichtquelle

Wenn eine Lichtquelle einem Gasstrom ausgesetzt wird, der Kohlendioxid enthält, wird Energie aus dem Infrarotbereich des Spektrums vom Gas absorbiert. Diese Energie beeinflusst die physikalische Beschaffenheit des Kohlendioxidmoleküls.

Ein Kohlendioxidmolekül besteht aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen. Die beiden Sauerstoffatome sind chemisch mit dem Kohlenstoffatom durch Doppelbindungen verbunden, wie hier gezeigt.

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AbbildungAbbildung 2. Kohlendioxid-Molekül

Wenn dieses Molekül Energie absorbiert, treten die Atome miteinander in Wechselwirkung. Die absorbierte Energie versetzt die Atome in Schwingungen und Rotation. Die von der Lichtquelle benötigte Schwingungs- und Rotationsenergie ist wellenlängenspezifisch. Da die Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung in Kohlendioxid so häufig vorkommt, können wir uns auf die Wellenlänge konzentrieren, die die Schwingungswechselwirkung verursacht.

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Abbildung 3. Schwingungswechselwirkung zwischen Kohlenstoff- und Sauerstoffmolekülen.

Die obige Grafik zeigt die Wechselwirkung zwischen Kohlenstoff- und Sauerstoffmolekülen, wenn Infrarotlicht absorbiert wird. Das Kohlenstoffatom schwingt zwischen den beiden Sauerstoffatomen. Die vom Gasstrom absorbierte Lichtmenge ist direkt proportional zum Kohlendioxidgehalt im Gasstrom.

Prinzip der Arbeitsweise

Auf der Oberfläche des Detektors sind zwei optische Filter angebracht. Ein Filter wird ausgewählt, um das für Kohlendioxid spezifische Infrarotlicht durchzulassen (Messfilter). Der zweite Filter ist ein Referenzfilter. Licht mit einer Wellenlänge, die von Kohlendioxid nicht absorbiert wird, durchdringt den Referenzfilter. Der Unterschied in der Lichtmenge zwischen den beiden Filtern ergibt die Menge an Energie (Licht), die vom Kohlendioxid absorbiert wird. Clevere Sache, oder?

 

Das vom Sensor erzeugte Signal ist nichtlinear. Es wird der Elektronik zugeführt, wo es linearisiert wird. Anschließend wird eine digitale Messung der Kohlendioxidkonzentration angezeigt.

Prinzip der Kohlendioxid-Detektion

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Auf der Oberfläche des Detektors sind zwei optische Filter angebracht. Ein Filter wird ausgewählt, um das für Kohlendioxid spezifische Infrarotlicht durchzulassen (Messfilter). Der zweite Filter ist ein Referenzfilter. Licht mit einer Wellenlänge, die von Kohlendioxid nicht absorbiert wird, durchdringt den Referenzfilter. Der Unterschied in der Lichtmenge zwischen den beiden Filtern ergibt die Menge an Energie (Licht), die vom Kohlendioxid absorbiert wird. Clevere Sache, oder?

 

Das vom Sensor erzeugte Signal ist nichtlinear. Es wird der Elektronik zugeführt, wo es linearisiert wird. Anschließend wird eine digitale Messung der Kohlendioxidkonzentration angezeigt.

Kalibrierung von Infrarot-Kohlendioxidsensoren

Der Sensor erfordert eine Zwei-Punkt-Kalibrierung. Zunächst muss der Kohlendioxidsensor auf Null gestellt werden. Dazu wird ein Gas ohne Kohlendioxid durch den Analysator geleitet und der Nullpunkt am Analysator eingestellt.

 

Zweitens: Die Spannweite muss angepasst werden. Zur Kalibrierung des Analysegeräts sollte ein Kalibriergas verwendet werden, das eine Kohlendioxidmenge enthält, die der Kohlendioxidkonzentration im Messgas nahe kommt. Das Kalibriergas sollte eine bekannte Konzentration haben und ist in der Regel bei einem Gaslieferanten erhältlich.

 

Wenn Kalibriergas durch das Infrarot-Kohlendioxid-Analysegerät strömt, sollte die Kalibrierung so eingestellt werden, dass sie dem zertifizierten Wert entspricht.

Anwendungen von Kohlendioxid-Infrarotsensoren

Die Infrarot-Analysatoren können zur Messung von Kohlendioxid in Gasen oder Gasgemischen mit einem Gehalt zwischen 0 und 100 % verwendet werden.

 

Die Gasanalysatoren gaspace advance, gaspace advance micro und portamap werden von industriellen Gasproduzenten, industriellen Gasverbrauchern und zur Sicherheitsüberwachung eingesetzt.

AnmeldungVerwendet
GasproduzentenUnsere Kunden nutzen unsere Prüfgeräte, um die Qualität ihrer Produkte durch Messung von Kohlendioxidverunreinigungen zu sichern oder um die Reinheit des Kohlendioxids zu überwachen.
GasverbraucherUnsere Kunden nutzen unsere Prüfgeräte, um die Schutzatmosphäre in Lebensmittelverpackungen zu kontrollieren und die Qualität der Gase zu sichern, die als Produktionsmittel in der chemischen Industrie verwendet werden.

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