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Wie die NDIR-Technologie von Micro-Hybrid die Erkennung von Kältemittelgasen neu definiert

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Die Erkennung von Kältemittelgasen erfordert eine zuverlässige Leistung sowohl bei geringen Leckkonzentrationen als auch bei hohen Expositionswerten.

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Die NDIR-Sensortechnologie von Micro-Hybrid nutzt ein innovatives optisches Mehrfachreflexionsdesign, um Ammoniak und andere Kältemittel selbst bei kompakten Sensorgeometrien präzise zu messen. Das Ergebnis ist eine stabile Alternative zur elektrochemischen Sensorik für anspruchsvolle Anwendungen in der Kältetechnik und der Arbeitssicherheit.

Über die Grenzen elektrochemischer und katalytischer Verfahren hinaus
Die Überwachung von Kältemittelgasen in der industriellen Kältetechnik ist entscheidend für die Sicherheit des Personals und die Anlageneffizienz. Während sich die optische Infrarotmessung für moderne fluorierte Kältemittel (HFCs, HFOs) bereits etabliert hat, galt Ammoniak (NH₃) lange Zeit als eines der Gase, deren Messung mit kompakter Infrarottechnologie die größten Herausforderungen stellte. Daher hat sich ein Großteil des Marktes auf elektrochemische Sensorik verlassen.

Elektrochemische Sensoren setzten sich aufgrund ihrer Verfügbarkeit und Vertrautheit weit verbreitet durch. Ihre Grenzen sind jedoch bekannt. Ihre Funktionsweise beruht auf Elektroden, Membranen und fortlaufenden chemischen Reaktionen, wodurch sie von Natur aus anfällig für Alterung, Feuchtigkeit, Verunreinigungen, Vergiftung und Kreuzgasinterferenzen sind. Insbesondere die Querempfindlichkeit lässt sich nur schwer vollständig beseitigen und muss oft durch Kompensationsstrategien bewältigt werden.

Warum war NH₃ für die NDIR-Technologie bisher so schwierig?
Die NDIR-Technologie bietet ein grundsätzlich stabiles Messprinzip und wird in verschiedenen Absorptionsbereichen von Kältemitteln weit verbreitet eingesetzt. Im Vergleich zu Standard-Kältemitteln stellt Ammoniak jedoch besondere optische Herausforderungen dar. NH₃ weist um sein relevantes Absorptionsband bei etwa 10,5 µm eine relativ geringe Absorption auf, während kompakte Infrarotquellen in diesem Spektralbereich nur eine begrenzte optische Leistung liefern. Bei herkömmlichen optischen Konstruktionen mit geradem Strahlengang kann die Kombination aus geringer Quellenintensität und begrenzter NH₃-Absorption zu Signalen führen, die für eine zuverlässige Detektion innerhalb kompakter Sensorgeometrien zu schwach sind.

Ein neuer optischer Ansatz
Micro-Hybrid überwindet diese Einschränkungen durch ein fortschrittliches optisches Design mit Mehrfachreflexion. Dieser Ansatz erhöht die effektive optische Weglänge innerhalb eines kompakten Formfaktors erheblich. Die daraus resultierende Signalverstärkung ermöglicht eine zuverlässige Detektion über kältemittelspezifische Absorptionsbanden hinweg – einschließlich des schwierigen 10,5-µm-NH₃-Bereichs –, ohne auf chemische Reaktionen, hohe Betriebstemperaturen oder große Sensorgehäuse angewiesen zu sein.

Über Ammoniak hinaus unterstützt die Micro-Hybrid-NDIR-Technologie die Messung einer breiten Palette von Kältemittelgasen, die in gewerblichen und industriellen Kühlsystemen zum Einsatz kommen. Dazu gehören gängige fluorierte Kältemittel wie HFKWs und HFOs sowie natürliche Kältemittel wie CO₂ und Kohlenwasserstoffe. Jedes Gas weist charakteristische Infrarot-Absorptionsbanden auf, die eine gezielte optische Messung mit dem geeigneten Emitter, dem entsprechenden Strahlengang, der passenden Filterkonfiguration und dem geeigneten Detektor ermöglichen. Dies bietet Systementwicklern eine flexible Grundlage für die Entwicklung von Lösungen zur Leckageerkennung und Prozessüberwachung über verschiedene Kältetechnikplattformen hinweg.

Ein neuer Leistungsmaßstab
Die daraus resultierende NDIR-Sensorplattform bietet Leistungsmerkmale, die mit elektrochemischen Technologien nur schwer zu erreichen sind:

Breiter Messbereich: 0–30.000 ppm, geeignet für die Spurendetektion und industrielle Umgebungen mit hohen Konzentrationen.
Hohe Empfindlichkeit: Nachweisgrenze ≤ 30 ppm am Nullpunkt.
Schnelle Ansprechzeit: T90 < 30 Sekunden für die Echtzeitüberwachung.
Hohe Auflösung: digitale Auflösung von 1 ppm.
Starker Fokus auf Genauigkeit: Eine hohe Messgenauigkeit ist für Gasdetektionssysteme entscheidend, bei denen ein zuverlässiges Alarmverhalten wichtiger ist als die bloße Maximierung der Betriebslebensdauer.
Hervorragende Stabilität: Langzeitdrift ≤ ±450 ppm pro Jahr.
Hohe Linearität: ≤ ±300 ppm über den gesamten Messbereich.
Zuverlässige Wiederholgenauigkeit: ≤ ±150 ppm.

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