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Einfache Anfragen mit Wi.Tec

Gasmessungen sind komplexe Angelegenheiten. Für Ihre Anfrage nutzen Sie bitte unsere super-einfache Checkliste Anforderungsanalyse oder schicken Sie uns eine formlose E-Mail, um schnell mit uns in Kontakt zu treten.

High-End Gasanalyse in Biogasanlagen
mit ULTRA .sens® & INFRA .sens®

Biogas besteht hauptsächlich aus Methan (CH4), Kohlendioxid (CO2) und Schwefelwasserstoff (H2S). Insbesondere die H2S-Messung stellt in der Biogasanalyse eine große Herausforderung dar. Die Wi.Tec-Sensorik GmbH hat für diesen Einsatzbereich einen hochgenauen und langzeitstabilen H2S-Gassensor auf Basis der UVLED Technologie entwickelt.

Schwefelwasserstoff (H2S) ist ein unerwünschter Bestandteil von Biogas, der vor allem bei der Verarbeitung tierischer Abfälle entsteht. Die Nutzung von Biogas wird durch diese Komponente eingeschränkt und muss daher unbedingt entfernt werden. Insbesondere die Verbrennung in Gasmotoren wird durch das H2S beeinträchtigt und kann zur Zerstörung der Motoren führen (SO2-Bildung).

Weiterhin ist H2S giftig und schädlich für die Umwelt. Die Messung dieser Komponente ist daher eine wichtige Aufgabe und Voraussetzung zur umweltfreundlichen Nutzung von Biogas. Es besteht daher ein erheblicher Bedarf nach einer zuverlässigen H2S-Messtechnik, um den Einsatz von Biogasanlagen zu forcieren. Die aktuell eingesetzten elektrochemischen Gassensoren erfüllen zwar einige Anforderungen, sind aber durch chemische Zersetzungsprozesse nicht langzeitstabil und wartungsarm zu betreiben.

Mit einem innovativen Ansatz (NDUV-Technologie), auf der Basis von UV-Leuchtdioden (UV-LEDs), gelang es der Wi.Tec-Sensorik GmbH, im Rahmen eines DBU 1-Forschungsprojektes, einen praxistauglichen H2S-Gassensor (ULTRA.sens®) zu entwickeln.

1Deutsche Bundesstiftung Umwelt DBU 

HXXO20220804153131PE 3000 1

NDUV ULTRA.sens® H2S 

Schwefelwasserstoff besitzt eine breite Absorptionsbande im UV-Bereich zwischen 160nm und 260nm, sodass die H2S-Gasmessung bei unterschiedlichen Wellenlängen erfolgen kann. Wi.Tec nutzt für die Messung bei 204 nm eine langzeitstabile Gasentladungslampe (EDL), mit der Konzentrationen im Spurenbereich möglich sind (0-100ppm H2S). Bei einer Wellenlänge von ca. 230nm können H2S-Konzentrationen in einem Messbereich von 0-2000ppm sowie Messbereiche im Vol.%-Bereich realisiert werden. Hier eignen sich miniaturisierte UVLEDs als Strahlungsquellen, die eine wesentlich geringere Leistungsaufnahme haben und nicht thermostatisiert werden müssen. Dies ist vor allem bei tragbaren Gasmessgeräten von Vorteil. Weiterhin lässt sich die UVLED elektronisch modulieren. Durch eine variabel einstellbares Puls- Breiten-Verhältnis lässt sich dadurch die Lebensdauer der UVLED signifikant verlängern. Eine Lebensdauer von >5 Jahre ist daher auch im Dauerbetrieb problemlos zu realisieren. Im Vergleich zu elektrochemischen Gassensoren findet bei diesem physikalischen Verfahren kein Verbrauch statt, sodass ein wartungsfreier Betrieb über einen langen Zeitraum möglich wird. Dies ist für den Anwender von großem Nutzen (Cost of Owership). 

INFRA.sens AK20

NDIR INFRA.sens® CH4 / CO2 

Die hochselektive Gasanalyse erfolgt mittels NDIR-Technologie (INFRA.sens®). Der INFRA.sens® nutzt die bekannten Absorptionsbanden für Methan und Kohlendioxid im Bereich 3μm – 5μm. Die Strahlungsquelle ist ein Schwarzkörperstrahler, der im Frequenzbereich von 1-10Hz moduliert werden kann. Um eine optimale Linearität zu erreichen, wird eine 20 mm lange Analysenküvette 3 

(AK20) verwendet, die mit einer speziellen Goldschicht überzogen ist. Die Goldschicht hat ein hohes Reflexionsvermögen und führt zu einem optimalen Signalpegel auf der Detektorseite. Weiterhin schützt die Goldschicht vor Korrosion. Der IR-Detektor befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite und besteht aus 4 Elementen. Interferenzfilter dienen dazu, die gasspezifischen Spektralanteile für die jeweiligen Detektoren herauszufiltern. Die Interferenzfilter haben eine sehr schmale Bandbreite und einen effizienten Sperrgrad. Dies führt zu einer sehr hohen Selektivität und vernachlässigbaren Querempfindlichkeiten zu anderen Gaskomponenten. Die CH4– und CO2-Konzentrationen (z.B. 0-100 Vol.%) werden simultan in einem INFRA.sens® erfasst. 

Die gesamte Signalverarbeitung erfolgt in einer elektronischen Auswerteeinheit (Basisplatine), die sich unterhalb der optischen Einheit befindet. Die Datenübertragung erfolgt über eine RS232-Schnittstelle. CAN-Interface, MODBUS (Option) und Analogausgang 0- 10V (Option) sind ebenfalls verfügbar. 

O2.sens (Oxygen sensor)

Sauerstoff-Messung O2 

Zusätzlich befindet sich in diesem Aufbau auch ein elektrochemischer (EC) Sauerstoffsensor (galvanische Zelle) zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Gasgemisch. Der O2.sens D hat einen Messbereich von 0-25 Vol.% O2 und ist sehr selektiv für Sauerstoff, selbst in Anwesenheit anderer Gase in hohen Konzentrationen. Im Vergleich zu physikalischen Gassensoren ist die Lebensdauer von elektrochemischen Gassensoren, aufgrund der chemischen Reaktionen im Sensor, begrenzt. Die Lebensdauer wird daher in Vol.%-h angegeben. Die typische Sensorlebensdauer beträgt >500.000 Vol.-%-h. In Gegenwart von 10-20 Vol.% Sauerstoff beträgt die berechnete Lebensdauer ca. 3-6 Jahre. Der O2.sens D kann über eine I2C-Schnittstelle mit der INFRA.sens®-Elektronik kommunizieren. Im Vergleich zu einer analogen Übertragung gewährleistet die I2C-Schnittstelle eine verlustfreie und hochauflösende Messwertübertragung. 

Spezifikationen 

General features
Ranges 0-2000ppm, 0-25.000ppm H2S 
0-100 vol.% CH4 
0-100 vol.% CO2 
0-25 vol.% O2 
Gas flow 0.1-1.5 l/min. 
Dimensions 225mm x 125mm x 81mm (NDUV) 
225mm x 125mm x 74.4mm (NDIR) 
Weight 580g 
520g 
Lifetime 10.000h-100.000h (NDUV) depends on data rate 
> 40.000h (NDIR) 
>500.000Vol.%·h (EC) 
Warm-up time <5min. initial 
<45min. full specification 
Response time t90 1.5s-15s (NDIR) 
5-300s (NDUV) adjustable 
<5s (EC) 
Detection limit <5ppm H2S 
<0.01 vol.% CH4 
< 0.01 vol.% CO2 
<0.1 vol.% O2 
Linearity error <1% F.S. 
Supply voltage 15-30 VDC 
Power consumption <8W@24VDC 
Output signal RS232, Modbus or CANbus 
Operating temperature 5-45°C 
Air pressure 300-1200 hPa (mbar) 
Ambient Humidity <95% rel. Humidity