NDUV-Verfahren

Die Nichtdispersive UV-Absorptionsfotometrie (NDUV)  nutzt die elektronischen Übergänge von Molekülen, die bei der Strahlungsabsorption bestimmter Gase angeregt werden. Im Vergleich zur IR-Absorption sind diese Anregungen mit höheren Wirkungsquerschnitten (→ Absorptionskoeffizient α) behaftet, so dass der Anteil der Strahlungsabsorption größer ist. Die NDUV-Technik eignet sich daher besonders gut für die Spurenanalyse im ppm-Bereich.

Ein weiterer Vorteil: diese Art der Gasanalyse wird nicht durch störende Wasserdampfkonzentrationen beeinflusst!

Der Wi.Tec-Sensorik GmbH ist es als erstem Anbieter gelungen, qualitativ hochwertige und zugleich serientaugliche OEM-Module (ULTRA.sens®) auf Basis dieser Technologie auf dem Markt anbieten zu können. Und das auch noch zu einem kostengünstigen Preis.

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Das ULTRA.sens® Prinzip

Prinzipieller Aufbau des ULTRA.sens®-Verfahrens
Quelle: Wiegleb, G.: Gasmesstechnik in Theorie und Praxis (Kap. 8.3), Springer Vieweg 2016

In dem Fotometer wird die Strahlung der LED mit einer UV-Linse abgebildet, so dass ein paralleler Strahlengang entsteht. Diese Strahlung wird in einem nachfolgenden Strahlteiler in einen Mess- und Referenzpfad gesplittet. Die Küvettenlänge (L) wird je nach Gaskonzentration zwischen 5 mm und 250 mm gewählt. Am Ende der Messküvette wird die Strahlung dann mit einer weiteren UV-Linse auf einen hochempfindlichen UV-Detektor geleitet, der die Strahlung in eine Messspannung umwandelt. Die Strahlungsabsorption in der Küvette ist dann ein Maß für die Gaskonzentration (c) gemäß dem Lambert-Beer´schen-Gesetz:

Lambert Beer

Mit steigendem Druck (p) und sinkender Temperatur (T) nimmt der Anteil der  Strahlungsabsorption in der Küvette zu.

Gasspektren

Spektrale Verteilung der Absorptionsbanden von Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und Schwefeldioxid

UV LED-Technik

Durch die Nutzung der AlGaN-LED Technologie können Spektralbereiche von 360nm bis 230 nm lückenlos abgedeckt werden. Für einen ökonomischen Einsatz dieser kostenintensiven UV-LED´s haben wir die spezielle Ansteuerungselektronik smartPOWER entwickelt, mit deren Hilfe wir die Lebens- und somit Nutzungsdauer des Strahlers um den Faktor >10 verlängern konnten. Mit smartPOWER ist erstmals ein kontinuierlicher Betrieb dieser empfindlichen UV-Strahlungsquellen von mehr als 2 Jahren möglich, bevor im Rahmen einer Wartung des Sensors ein Austausch erfolgen sollte.

Weiterhin lässt sich die von uns eingesetzte UV-LED mit nahezu beliebigen Frequenzen modulieren. Somit sind auch schnelle Änderungen einer Gaskonzentration zu erfassen. Ansprechzeiten von t90% < 100 Millisekunden können hierbei problemlos realisiert werden.

 

LED CHIP

Leuchtfläche des Mikrochips

Der physikalische Aufbau des Gassensors besteht aus einem Fotometer mit zwei Empfangsdetektoren. Hierbei misst ein Referenz-Detektor kontinuierlich die Strahlungsintensität der UV-LED. Auf Basis der ursprünglichen Referenzwerte erfolgt eine Verrechnung von Alterungseffekten und Temperatureinflüssen. Ein Messdetektor erfasst die selektive Strahlungsabsorption innerhalb einer 100 mm langen Messküvette. Diese ist innen mit einer speziellen Beschichtung versehen ist, um störende Hang-up Effekte zu vermeiden. Die Ansteuerung der UV-LED und Auswertung der Detektorsignale erfolgen in einer hoch performanten Mikroprozessorelektronik.

Die für unterschiedliche Gasmessungen erforderlichen LED’s werden durch eine Spektralanalyse selektiert und der jeweiligen Messaufgabe zugeordnet. Somit entfällt der sonst notwendige Einsatz von kostenintensiven optischen Filtern zur spektralen Einschränkung auf die jeweilige Gasart.

 

ULTRA.sens® Z1

Physikalischer Aufbau der Fotometers