Sensoren für die Wasserstoff-Messung
Anlagen für die Halbleiterindustrie
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Für die Messung der Wasserstoffkonzentrationen in Gasen kann
man die hohe Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff nutzen.
Wasserstoff leitet Wärme wesentlich besser als Luft (Faktor 7), Stickstoff
sowie die meisten anderen Gase. Lediglich Helium weist ebenfalls eine
hohe Wäremleitfähigkeit auf (ca. 6 mal höher als Luft).
In der Meßzelle wird eine metallischer Draht durch elektrischen Strom erhitzt.
Das umgebende Gas kühlt dieses Messdraht ab und es kommt nach kurzer Zeit zur
Einstellung eines Temperaturgleichgewichts. Die Temperatur des
Messdrahtes bestimmt wiederum seinen Widerstand, der über eine Wheatstone Messbrücke gemessen wird.
Eine Wheatstone-Messbrücke vergleicht den zu messenden Widerstand (in diesem Fall den Widerstand des Messdrahtes der H2-Messzelle)
mit einem Referenzwiderstand und ist daher in der Lage, sehr kleine Widerstandsänderung hochgenau zu erfassen.
Enthält das Messgas Wasserstoff, so ändert sich auf der Meßstrecke die Temperatur
und somit auch das Signal des H2-Sensors am Gleichstromausgang (4-20mA).
Der H2-Sensor von Stange ist so ein Wärmeleitfähigkeits-Gassensor. Das Besondere an diesem Wasserstoffsensor ist, dass sich die Heizdrähte, die bei Änderung der Wasserstoffkonzentration den Widerstand ändern, in abgeschlossenen Quarzglasküvetten befinden. In der Messküvette findet eine Gasbewegung durch Konvektion statt. Es besteht aber keine direkte Verbindung zum Reaktor oder Behälter oder der Gasleitung, in der sich das zu messende Gas befindet. Das zu messende Gas, der Wasserstoff, besteht aus sehr kleinen Molekülen, die sehr leicht durch viele Materialien diffundieren - so auch durch die Wand der Messküvette. Im Gegensatz zu den sehr kleinen Wasserstoffmolekülen gelingt es den anderen, im zu messenden Gas befindlichen Molekülen, die immer wesentlich größer sind nicht, in die Küvette zu diffundieren. So wird der Messdraht wirkungsvoll vor Verunreinigung und Beschädigung geschützt. Daher kann Wasserstoff in Atmophären gemessen werden, die andere Gase enthalten, die bei einer normalen Messzelle evt. den Messdraht beschädigen würden. Das ist eine größer Vorteil dieses patentierten Messprinzips. Die Lebensdauer der Sensoren ist sehr hoch und die Messgenauigkeit bleibt lange Zeit erhalten, trotz der schwierigen Verhältnisse im zu messenden Gas. Die Wasserstoffmessung benötigt allerdings etwas Zeit. Bedingt durch die nötige H2-Diffusion in die Messzelle, spricht der Sensor erst mit einer Verzögerung von 6-20s an. Wenn dieser Umstand kein Problem darstellt, dann ist der Stange-H2-Sensor die perfekte Messmethode für Wasserstoff in Fremdgasen aller Art. Dieser Sensor ist beispielsweise für den Einsatz in Nitrieröfen geeignet.
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Für die Auswertung des Messsignals und die Umrechung und Anzeige der Wasserstoffkonzentrationen eignet sich eine Stange Steuerung, evt. eine in Ihrem Ofen bereits installierte Temperatursteuerung oder jedes andere geeignete Anzeigegerät.
Überall dort, wo brennbare Gase zum Einsatz kommen, ist es
wichtig, den Produktionsraum zu überwachen. Besonders bei
Vertikalöfen,
Horizontalöfen,
Durchlauföfen oder
Industrieöfen, die zum
Wasserstofftempern eingesetzt werden, kann im Störfall eine
gefährliche Gaskonzentration entstehen. Mit dem Raumluft-Gas-Sensor können
solche Ereignisse wirkungsvoll überwacht werden.
Dieser Sensor funktioniert nach dem Prinzip der Wärmetönung. Eine beheizte Messperle aus einem
katalytisch wirkendem Material befindet sich in der Messkammer und führt an dessen Oberfläche zu
einer Reaktion des evt. vorhandenen brennbaren Gases mit Luft. Wie beim Wärmeleitfähigkeitssensor
wird die Leitfähigkeit des Heizdrahtes über eine Wheatstone Messbrücke bestimmt. In diesem Fall
wird jedoch nicht die Abkühlung des Drahtes durch den Wasserstoff bestimmt, sondern die Erwärmung
des Drahtes durch die chemische Reaktion des Wasserstoffs bzw. des brennbaren Gases mit Luft an der
Oberfläche der Messperle.
Der Raumluftsensor reagiert auf
Er ist geeicht auf 60% der unteren Explosionsgrenze von Wasserstoff. Dies entspricht einer Konzentration von 2,5% Wasserstoff in Luft. Diese Gas-Konzentration ist noch ungefährlich, aber ein Indiz für entstehende Gefahr. Wasserstoff wird immer als Bezug genommen, dadurch ist das sichere Auslösen bei anderen Gasen gegeben. Bis zu drei Sensoren werden an eine Basisstation angeschlossen. Über diese Station wird im Störfall ein potentialfreier Kontakt geschaltet. Dieser kann in der Schaltanlage des Ofens weiter verarbeitet werden.
| Technische Daten | |||
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