TTI / Amphenol Advanced Sensors Wie arbeiten CO2-Sensoren?

Es wird viel darüber diskutiert, wo die jeweiligen Vorteile eines Einstrahl- oder Zweistrahlmessverfahrens bei der Messung von Kohlenstoffdioxid liegen mögen. Die Experten von Amphenol Advanced Sensors erklären, wie die beiden Varianten funktionieren und wo man sie am besten einsetzt.

Von Neil Roberts, Global Applications Engineer, Amphenol Advanced Sensors

Die Marke Telaire von Amphenol Advanced Sensors (Vertrieb: TTI) ist in einer einzigartigen Position: In den 1990ern entwickelte das Unternehmen beide Technologien bis zur kommerziellen Reife und bietet jetzt beide auf dem Markt an, während die Wettbewerber nur eine Ausführung anbieten und die natürlich als die beste aller Lösungen anpreisen.

Nichtdispersive-Infrarotsensoren (NDIR)…

...analysieren das absorbierte Licht in der spezifischen Infrarotwellenlänge (4,25 µm), in der Kohlendioxid das Licht absorbiert. Also kann man vereinfachend sagen, dass, je weniger Licht dieser Wellenlänge den Lichtdetektor erreicht, desto mehr Kohlendioxid vorhanden ist. Der Sensor nutzt eine Heizwendel als Lichtquelle, weil dies die wirtschaftlichste Quelle von Infrarotlicht ist, deren Licht innerhalb der Messkammer auf den Detektor reflektiert wird.

Dies ist also das Kernprinzip der Funktionsweise eines Sensors. Es ist die primäre Wellenlängenmethode, die auch als Einstrahlverfahren bekannt ist. Die Nutzung einer sekundären Wellenlänge, oder auch Zweistrahlverfahren, ist unter bestimmten Umständen erforderlich, wenn die Kompensation der Sensordrift erforderlich wird.

Warum driftet ein Sensor überhaupt?

Wenn wir das Leuchtverhalten einer Glühlampe betrachten, sehen wir, dass sich die anfängliche Leuchtkraft schnell verändern kann, da die Wendel Verunreinigungen quasi ‚abbrennt‘. Das kann sich in einer Zunahme oder Verringerung der Leuchtstärke ausdrücken. Nach dieser Anfangsveränderung ist die Lampe für einen langen Zeitraum relativ stabil und zeigt bis kurz vor Ende ihrer Lebensdauer eine sehr langsame Abnahme der Leuchtkraft, bis es dann am Ende sehr schnell schlechter wird (Viele Leute kennen dieses Verhalten vielleicht noch von Glühlampen in Wohnräumen, bevor die LED- oder die Kompaktleuchtstofflampe aufkamen). Das ist also die Hauptursache für die Sensordrift, und eine lineare Kompensation ohne Rückkopplung ist hier wenig hilfreich, weil die Drift sich nicht linear verhält.

Der zweite wichtige Faktor, der zur Sensordrift beiträgt,…

...betrifft die spiegelnden Flächen innerhalb der Messkammer – hier können atmosphärische Verunreinigungen die Eigenschaften der Beschichtung beeinträchtigen. Ob die Oberfläche langfristig aggressiven chemischen Stoffen ausgesetzt war, ob sich Schwebstoffe (Staub) auf ihr abgesetzt haben, oder ob sie durch langfristige Oxidation stumpf geworden ist – all diese Aspekte beeinträchtigen die Art, wie der Sensor reagiert, und tragen so zur Abweichung bei der Genauigkeit bei. Und unglücklicherweise ist ein linearer Kompensationsalgorithmus wieder wenig hilfreich, da man unmöglich bestimmen kann, in welchem Ausmaß – und ob überhaupt – eine dieser Beeinträchtigungen auftritt.

Die letzte Ursache für die Drift…

...liegt bei den elektronischen Bauelementen, zu denen auch der Lichtdetektor gehört. Diese Bauteile verhalten sich vergleichsweise stabil und ihre Drift ist im Vergleich zu den ersten beiden Ursachen vernachlässigbar, sodass wir sie nicht weiter berücksichtigen müssen. Bei Bedarf könnte eine Kompensation jedoch über eine ABC-Logik (Automatic Background Calibration) erfolgen.