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DE19951163A1 - Gassensor mit einem katalytischen Strahler - Google Patents

Gassensor mit einem katalytischen Strahler

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Publication number
DE19951163A1
DE19951163A1 DE19951163A DE19951163A DE19951163A1 DE 19951163 A1 DE19951163 A1 DE 19951163A1 DE 19951163 A DE19951163 A DE 19951163A DE 19951163 A DE19951163 A DE 19951163A DE 19951163 A1 DE19951163 A1 DE 19951163A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalytic
gas
gas sensor
emitter
housing
Prior art date
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Ceased
Application number
DE19951163A
Other languages
English (en)
Inventor
Mladen Schlichte
Guenter Wahlbrink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Draeger Safety AG and Co KGaA
Original Assignee
Draeger Sicherheitstechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Draeger Sicherheitstechnik GmbH filed Critical Draeger Sicherheitstechnik GmbH
Priority to DE19951163A priority Critical patent/DE19951163A1/de
Publication of DE19951163A1 publication Critical patent/DE19951163A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3504Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Der Erfindungsgegenstand ist ein Gassensor mit einem katalytischen Strahler (1) in einem Gehäuse (7), der in Bezug auf die Anzahl der damit messbaren Gase verbessert ist und durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: DOLLAR A - Der katalytische Strahler (1) dient auch als Strahlungsquelle für eine infrarotoptische Messanordnung, wobei DOLLAR A - die infrarotoptische Messanordnung einen Messstrahlungsdetektor (4) und einen Referenzstrahlungsdetektor (6) aufweist sowie einen Strahlteiler (5) zur Aufteilung der Strahlung vom katalytischen Strahler (1) auf den Messstrahlungsdetektor (4) und auf den Referenzstrahlungsdetektor (6), und DOLLAR A - das Gehäuse (7) des Gassensors ist zumindest in Teilbereichen gasdurchlässig.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gassensor mit einem katalytischen Strahler in einem Gehäuse.
Ein derartiger Gassensor geht beispielsweise aus der US 4,507,558 hervor. In der dort beschriebenen Messvorrichtung werden die mittels zweier Infrarotstrahlungsquellen ausgesendeten Messstrahlen gasspezifisch absorbiert und mit geeigneten Strahlungsdetektoren gemessen. Andererseits wird mit einem heißen katalytischen Strahler die Gesamtkonzentration der brennbaren Gase ermittelt. Die Auswertung erfolgt rechnerisch, um den Anteil Naturgas in einem Ethan-/Methangemisch zu bestimmen. Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht in der Komplexität des Aufbaus mit drei Strahlungsquellen und der speziellen Anwendung für Ethan-/Methangemische.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kompakten, aus wenigen Komponenten aufgebauten Gassensor vorzuschlagen, mit dem die gleichzeitige Bestimmung unterschiedlicher Komponenten eines Gasgemisches möglich ist.
Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung nach Anspruch 1 an.
Ein wesentlicher Vorteil des Gassensors nach Anspruch 1 besteht darin, dass auch die von einer infrarotoptischen Messanordnung aufgrund fehlender )nfrarotabsorption nicht oder nur unzureichend messbaren Konzentrationen bestimmter Gase und Dämpfe durch die Oxydation am katalytischen Strahler und die damit einhergehende Temperaturerhöhung mit messbarer Widerstandsänderung bestimmt werden können. Derartige, mittels der Infrarotabsorption nicht oder nur unzureichend messbare Gase sind insbesondere Acetylen, Wasserstoff, Ammoniak. Hinzu kommen verschiedene Alkohole und Lösungsmittel. Insgesamt kann somit eine größere Anzahl von Messgasen bezüglich ihrer Konzentration gemessen werden.
Ein weiterer Vorteil im Vergleich zu infrarotoptischen Messanordnungen besteht in einer Reduzierung der Herstellkosten, weil im Falle der Messung von explosiven Gasen oder Gasgemischen keine infrarotdurchlässigen, explosionsgeschützten Fenster zur Abdichtung der Elektronik im Gassensor von der Umgebungsatmosphäre notwendig sind: Brennbare Gase und Dämpfe werden am katalytischen Strahler kontrolliert oxidiert.
Schließlich dient der katalytische Strahler gleichzeitig als Strahlungsquelle für die infrarotoptische Messanordnung.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der einzigen Figur erläutert, die schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gassensor zeigt.
Der erfindungsgemäße Gassensor weist im Ausführungsbeispiel ein explosionsgeschütztes Gehäuse 7 mit einem Verschluss 8 und einem Träger 9 auf, wobei das Gehäuse 7 aus zumindest in Teilbereichen gasdurchlässigen Materialien besteht. Die gasdurchlässigen Teilbereiche des Gehäuses 7 bestehen insbesondere aus mehreren zusammengesinterten, biegefesten Gewebelagen aus Metall oder aus gesintertem Metallpulver, um eine Entzündung der Umgebungsluft aus dem Gassensor heraus zu verhindern. Zumindest Teilbereiche des Gehäuses 7 müssen gasdurchlässig sein, damit die Umgebungsluft bzw. die zu messenden Gase in das Gehäuse 7 des Gassensors hineindiffundieren können. Die zu messenden Gase diffundieren in den Messraum 11. Die Konzentration jedes zu messenden Gases kann entweder an dem katalytischen Strahler 1 und/oder mit der infrarotoptischen Messanordnung mit dem für das zu messende Gas spezifischen Messstrahlungsdetektor 4 und dem für das zu messende Gas unspezifischen Referenzstrahlungsdetektor 6 bestimmt werden. Vorzugsweise sind 4 und 6 pyroelektrische Detektoren. Für die infrarotoptische Messung wird der katalytische Strahler 1 als Strahlungsquelle verwendet, und die Strahlung gelangt über einen insbesondere mittels eines Halters 2 und 10 gehaltenen konkaven Spiegel 12 und eine Blende 3 für die Strahlführung auf einen Strahlteiler 5 zur Aufteilung der Strahlung auf beide Detektoren. Die Auswertung der an sich bekannten Infrarotmessung erfolgt durch Quotientenbildung der Messsignale der Detektoren, so dass systematische Fehler eliminiert werden und ein für das zu messende Gas konzentrationsabhängiges Messsignal von der infrarotoptischen Messanordnung an die Auswerteeinheit 13 abgegeben wird.
Der katalytische Strahler 1 besteht im allgemeinen aus Platin und/oder aus einem oder mehreren anderen Edelmetallen und ist insbesondere mit einer Beschichtung eines Oxydationskatalysators versehen. Das zu messende Gas wird an dem katalytischen Strahler 1, der auf eine für die katalytische Oxydation erforderliche Temperatur aufgeheizt wird, kontrolliert verbrannt. Die Verbrennung führt zu einer Temperaturerhöhung des katalytischen Strahlers 1, die wiederum zu einer von der Konzentration des zu messenden Gases abhängigen Widerstandsänderung führt. Wird der elektrische Widerstand des katalytischen Strahlers 1 auf einen konstanten Wert geregelt, führt die Erwärmung zur Verminderung der zugeführten elektrischen Leistung. Die für den Betrieb des katalytischen Strahlers 1 weniger erforderliche elektrische Leistung ist ein Maß für die Gaskonzentration. Gleichzeitig findet durch die Infrarotabsorption der infrarotoptischen Messanordnung eine konzentrationsabhängige Messsignalabnahme am Messstrahlungsdetektor 4 statt.
Bei den brennbaren Gasen in einem Gasgemisch, deren Konzentration von der infrarotoptischen Messanordnung aufgrund fehlender Absorptionsbanden nicht erfasst werden kann, wird nur das Signal des katalytischen Strahlers 1 ausgewertet.
Durch Vergleich der mit beiden Methoden gemessenen Konzentrationen können Querempfindlichkeiten der einzelnen Methoden reduziert werden. Dies ist dann der Fall, wenn die Konzentration der betreffenden Gase sowohl durch den katalytischen Strahler 1 als auch an der infrarotoptischen Messanordnung erfasst werden kann, wie beispielsweise bei Kohlenwasserstoffen. Der Vergleich beider Messwerte für die betreffende Gaskonzentration ermöglicht eine dementsprechende Kalibrierung, so dass Umwelteinflüsse kompensiert und Querempfindlichkeiten weitgehend eliminiert werden können.
Normalerweise macht die Kalibrierung des katalytischen Strahlers 1 ein zweites gleiches, aber katalytisch inaktives Messelement erforderlich. Im erfindungsgemäßen, kombinierten Messsystem kann hierauf jedoch verzichtet werden, da die Kompensation von Umwelteinflüssen (Feuchte, Druck) und die Beseitigung von Querempfindlichkeiten mit Hilfe des Referenzstrahlungsdetektors 6 durchgeführt wird.
Die Auswertung der Messungen erfolgt in der zentralen Auswerteeinheit 13.
Für die Temperaturkompensation kann im Gehäuse 7 ein zusätzlicher Temperatursensor vorgesehen sein, so dass die Signale des Temperatursensors ebenfalls in der Auswerteeinheit 13 verrechnet und für die Auswertung der Konzentrationsmessungen verwendet werden.

Claims (5)

1. Gassensor mit einem katalytischen Strahler in einem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass der katalytische Strahler (1) als Strahlungsquelle für eine infrarotoptische Messanordnung dient, wobei die infrarotoptische Messanordnung einen Messstrahlungsdetektor (4) und einen Referenzstrahlungsdetektor (6) sowie einen Strahlteiler (5) zur Aufteilung der Strahlung vom katalytischen Strahler (1) auf den Messstrahlungsdetektor (4) und auf den Referenzstrahlungsdetektor (6) aufweist, und das Gehäuse (7) des Gassensors zumindest in Teilbereichen gasdurchlässig ist.
2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der katalytische Strahler (1) aus einer Platin enthaltenden Wendel, insbesondere mit katalytischer Beschichtung, besteht.
3. Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) des Gassensors im Bereich des katalytischen Strahlers (1) und/oder im Bereich der infrarotoptischen Messanordnung aus einem porösen, gesinterten Material oder aus einem gasdurchlässigen Gewebe besteht.
4. Gassensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gasdurchlässige Gewebe aus mehreren zusammengesinterten, biegefesten Gewebelagen aus Metall besteht.
5. Gassensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Konzentration des gemessenen Gases repräsentativen Messsignale des katalytischen Strahlers (1) und der infrarotoptischen Messanordnung in einer zentralen Auswerteeinheit (13) verglichen und für eine anschließende Kalibrierung des Gassensors ausgewertet werden.
DE19951163A 1999-10-23 1999-10-23 Gassensor mit einem katalytischen Strahler Ceased DE19951163A1 (de)

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