Gaswarnsysteme

aus SecuPedia, der Plattform für Sicherheits-Informationen

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Gasdetektion wird dort eingesetzt, wo gefährliche Gaskonzentrationen unbemerkt entstehen können. Handelt es sich um eine vorübergehende Gefährdung, so leisten portable Gaswarngeräte gute Dienste. Besteht die Gefährdung hingegen dauernd, sind Festinstallationen ökonomischer.

Gefährliche Konzentrationen können dann entstehen, wenn der Inhalt der Gasflasche ausreicht, um bei Leckage die untere Explosionsgrenze im Raum zu erreichen, oder wenn eine Gasversorgung aus einer "unerschöpflichen Quelle" wie einem Gastank oder einer öffentlichen Gasleitung gespeist wird. Hier empfiehlt sich eine Gaswarnung aus Gründen des Explosionsschutzes. Auch wenn die Gasmenge für eine Explosion nicht ausreicht, so bleibt das Gas entzündbar und kann abbrennen (abfackeln), woraus ein Folgebrand entstehen kann. Ist dauernde und gute Frischluftzufuhr gewährleistet und auch im Gefahrenfall sichergestellt (z.B. redundante Lüftung), so kann dies die tolerierbare Gasmenge erhöhen. Die durch austretende brennbare Gase und Dämpfe betroffenen Bereiche sind so genannten Explosionsschutz-Zonen (Ex-Zonen) zuzuordnen, wobei die Art die Gefährdung bestimmt, welcher Ex-Zone ein bestimmter Bereich zugeordnet wird.

Zum Einsatz von Gassensoren in Brandmeldeanlagen siehe Gasmelder (BMA)

Zum Aufspüren von Gasen werden verschiedene zuverlässige Detektionstechniken eingesetzt. Die wichtigsten für Sicherheitsanwendungen eingesetzten Technologien für brennbare Gase oder Dämpfe sind beispielsweise:

Halbleitersensor

Halbleitersensoren bestehen z.B. aus mit Zinndioxid beschichteten, ca. 5mm langen Keramikkörpern. Die Beschichtung ändert unter Einwirkung des zu detektierenden Gases ihren elektrischen Widerstand. Damit dieser Effekt eintritt, muss der Keramikkörper mittels einer integrierten Heizung beheizt werden, um Oberflächentemperaturen von 300 bis 400°C zu erreichen. Diese hohe Oberflächentemperatur des Halbleiterkörpers erfordert bei Ex-Anwendungen eine Flammenbarriere, die meist mittels einer gesinterten Metallscheibe realisiert wird.

Dieses Wirkprinzip reagiert auf eine ganze Reihe von Gasen, wobei die Zusammensetzung der Oberflächenbeschichtung die detektierbaren Gase beeinflusst, bzw. die Querempfindlichkeiten bestimmt. Der Halbleitersensor reagiert ebenfalls auf Luftfeuchte und Temperaturschwankungen. Das Messsignal verändert sich in etwa logarithmisch zur Konzentration der Gase.


Reaktionswärmesensor (Pellistor)

Der Pellistor besteht aus einem ca. 2mm großen Keramikkügelchen (perlenförmiger Keramikkörper), das mit einem Katalysator, meist Platin, beschichtet ist. Steigt die Oberflächentemperatur der im Kügelchen eingebetteten Heizspirale auf 500 bis 600°C, so oxidieren brennbare Gase auf der Pellistoroberfläche bereits weit unterhalb der unteren Explosionsgrenze des brennbaren Gases. Diese Oxidation erhöht aufgrund ihrer Reaktionswärme die Oberflächentemperatur des Kügelchens und damit auch die Temperatur der Heizspirale. Aufgrund der höheren Temperatur der Heizspirale des Katalysatorkörpers steigt ihr elektrischer Widerstand an. Diese Veränderung ist mit Hilfe eines unbeschichteten, bezüglich Verbrennung neutralen Referenzkügelchens in einem sonst baugleichen Keramikkörper messbar, der ebenfalls beheizt wird. Meist wird dazu eine einfache elektrische Schaltung verwendet.


Elektrochemischer Sensor

Der elektrochemische Sensor kann ganz einfach als unvollständige Batterie beschrieben werden, deren Elektrolyt durch das über eine gasdurchlässige (semi-permeable) Membrane eintretende Gas sozusagen vervollständigt wird. In Gegenwart eines Gases kann somit ein Strom zwischen den beiden Elektroden im Elektrolyten fließen. Der Stromfluss ist proportional zur Gaskonzentration. Der elektrochemische Sensor weist eine sehr hohe Empfindlichkeit auf. Dies kann sich aber bei häufiger Exposition in hoher Gaskonzentration auch in sehr kurzer Lebensdauer negativ niederschlagen. Die Lebensdauer des Sensors wird hauptsächlich durch seine Umgebungstemperatur und -feuchte bestimmt.


Optoakustischer Sensor

Der optoakustische Sensor nutzt die Eigenschaft der Gasmoleküle, in einer ganz spezifischen Frequenz zu schwingen. Wird ein Gas mit gepulstem Licht spezifischer Wellenlänge angestrahlt, so entsteht in einer geschlossenen Kammer eine Druckschwankung, die synchron zu den Lichtpulsen auftritt. Diese ist mit einem Mikrofon ganz einfach als Schall detektierbar. Das so vom Sensor generierte Signal kann linearisiert werden, d.h. die Gaskonzentration ist genau feststellbar. Das Mikrofon ist eine einfache, stabile Komponente und auch die anderen Bauteile weisen kaum Anfälligkeiten auf. Darum hat dieser Sensor eine lange Lebensdauer.


Infrarot-Absorptions-Sensor

Licht mit der Eigenschwingfrequenz des Gases wird vom zu detektierenden Gas absorbiert. Das bedeutet, dass ein Lichtstrahl mit der entsprechenden Frequenz beim Durchqueren einer Gaswolke so gedämpft wird, dass ein auf der Gegenseite montierter Fotosensor in der Gegenwart des Gases das Licht mit geringerer Intensität wahrnimmt. Aufgrund dieser Signalabschwächung wird die Gaskonzentration ermittelt. Der Absorptions-Sensor misst nicht direkt ein der Gaskonzentration proportionales Signal, sondern die Abnahme eines Grundsignals.


Kohlenmonoxidwarnmelder

Für den häuslichen Bereich werden spezielle Warnmelder angeboten, die auf das gefährliche, bei unvollständiger Verbrennung entstehende Kohlenmonoxid (CO) ansprechen. Die Geräte besitzen einen elektrochemischen Sensor (siehe oben), der regelmäßig die Konzentration des geruchlosen Gases in der Luft überprüft und bei Überschreiten eines kritischen Wertes Alarm auslöst.

Kohlenmonoxidwarnmelder müssen die Vorgaben der europäischen Norm EN 50291:2001 erfüllen. Die Geräte sind in der Regel bedienerfreundlich und verfügen u. a. über eine Memoryfunktion, die anzeigt, ob während der Abwesenheit eine erhöhte Gaskonzentration gemessen worden ist.

Siehe auch




Diese Seite wurde zuletzt am 27. Februar 2012 um 16:56 Uhr von Admin geändert. Basierend auf der Arbeit von Hansjörg Wigger und Dieter Schmitt.

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