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Messprinzipien in Emissionsmessgeräten:
NDIR & elektrochemische Sensoren
Emissionsmessgeräte nutzen vor allem NDIR-Messstrecken und elektrochemische Sensoren, um Konzentrationen von Gasen wie CO, CO2, NO, NO2 oder SO2 zuverlässig zu bestimmen und in mg/m3 oder Vol.-% auszugeben. Beide Messprinzipien haben spezifische Stärken und eignen sich jeweils für bestimmte Komponenten, Messbereiche und Gerätekonzepte.
NDIR-Messung – Infrarottechnologie für Gasanalysen
NDIR steht für nichtdispersive Infrarotmessung und wird vor allem zur Bestimmung von Gasen mit ausgeprägten IR-Absorptionsbanden eingesetzt – etwa CO, CO2 oder NO. Das Funktionsprinzip beruht darauf, dass Moleküle bei bestimmten Wellenlängen Infrarotstrahlung absorbieren. Ein NDIR-Analysator sendet Infrarotlicht durch eine Messküvette, die mit Messgas gefüllt ist. Ein Detektor misst die durch das Gas abgeschwächte Strahlung. Aus dem Verhältnis von eingestrahlter zu detektierter Intensität wird mithilfe des Lambert-Beer’schen Gesetzes die Gaskonzentration berechnet.
Eine typische NDIR-Messstrecke umfasst:
eine IR-Lichtquelle,
eine Messküvette mit definierter Länge,
optische Filter zur Auswahl der relevanten Wellenlängen,
einen IR-Detektor,
eine Elektronik zur Signalauswertung und Konzentrationsberechnung.
In Emissionsmessgeräten werden häufig mehrere NDIR-Kanäle kombiniert, um verschiedene Gase parallel zu messen. Die Messbereiche lassen sich über Küvettenlänge, optische Filter und Signalverarbeitung an unterschiedliche Anforderungen anpassen – von niedrigen ppm-Bereichen bis in den Prozentbereich.
Elektrochemische Sensoren – kompakte Mehrkomponentenmessung
Elektrochemische Sensoren werden vor allem für O2, CO, NO, NO2 und SO2 eingesetzt und eignen sich besonders für kompakte, mobile Emissionsmessgeräte. Sie bestehen aus einer Messzelle mit Elektrolyt und Elektroden. Das zu messende Gas diffundiert in die Zelle und reagiert dort elektrochemisch. Die dabei entstehende Stromstärke ist proportional zur Gaskonzentration.
Vorteile elektrochemischer Sensoren sind ihr kompakter Aufbau, die Möglichkeit, mehrere Sensoren in einem Gerät zu kombinieren, sowie vergleichsweise kurze Ansprechzeiten. Sie erlauben es, Mehrgas-Emissionsmessgeräte in tragbarer Bauform zu realisieren, die im Servicealltag flexibel einsetzbar sind.
Gleichzeitig haben elektrochemische Sensoren eine begrenzte Lebensdauer, die von Betriebstemperatur, Gasbelastung und Einsatzhäufigkeit abhängt. Eine regelmäßige Überprüfung und gegebenenfalls der Austausch von Sensoren sind daher Teil eines professionellen Wartungskonzepts.
Stärken, Grenzen und typische Einsatzbereiche
NDIR-Messstrecken zeichnen sich durch eine hohe Langzeitstabilität und Selektivität für bestimmte Gase aus. Sie sind prädestiniert für stationäre Emissionsmesssysteme und Anwendungen, in denen kontinuierlich und über lange Zeiträume hinweg gemessen wird. Typische Einsatzfälle sind:
kontinuierliche CO- und CO2-Messung in Großfeuerungsanlagen,
Messung von NO in Energie- und Industrieanlagen,
Integration in CEMS nach einschlägigen Normen.
Elektrochemische Sensoren punkten mit Flexibilität und Kompaktheit. Sie kommen bevorzugt in mobilen Emissionsmessgeräten zum Einsatz, die bei Service- und Inbetriebnahmeeinsätzen mehrere Komponenten gleichzeitig erfassen müssen. Typische Anwendungen sind:
Inbetriebnahme und Wartung von Kessel- und Brenneranlagen,
Kampagnenmessungen an BHKW oder Industrieanlagen,
Vergleichsmessungen und Plausibilitätsprüfungen.
Wann NDIR, wann elektrochemisch?
Die Entscheidung für ein Messprinzip hängt von mehreren Faktoren ab:
Messaufgabe: kontinuierliche Überwachung vs. wiederkehrende Prüfungen,
geforderte Genauigkeit und Langzeitstabilität,
Anzahl und Art der zu messenden Komponenten,
verfügbare Einbauräume und Umgebungsbedingungen.
In vielen Systemen werden beide Technologien kombiniert: Elektrochemische Sensoren ergänzen NDIR-Messstrecken, um zusätzliche Komponenten abzudecken oder mobile Einsatzszenarien zu unterstützen. Für Anwender ist wichtig zu wissen, welche Komponenten über welches Messprinzip erfasst werden und welche Wartungsanforderungen sich daraus ergeben.
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