Gasdetectoren worden op grote schaal gebruikt in tal van industrieën (zoals waterbehandeling, raffinage, petrochemie, staalindustrie en bouwnijverheid, om er maar enkele te noemen) om personeel en apparatuur te beschermen tegen gevaarlijke gassen en de effecten daarvan. Gebruikers van draagbare en vaste apparaten zijn bekend met de potentieel aanzienlijke kosten om hun instrumenten gedurende hun operationele levensduur veilig te laten werken. Gassensoren worden geacht een meting te verrichten van de concentratie van een analyt van belang, zoals CO (koolmonoxide), CO2 (kooldioxide), of NOx (stikstofoxide). Er zijn twee gassensoren die het meest worden gebruikt in industriële toepassingen: elektrochemische voor het meten van toxische gassen en zuurstof, en pellistors (of katalytische bolletjes) voor brandbare gassen. De laatste jaren is de invoering van zowel zuurstof en MPS (Molecular Property Spectrometer) sensoren de veiligheid verbeterd.

Hoe weet ik wanneer mijn sensor defect is?

In de afgelopen decennia zijn verschillende octrooien en technieken toegepast op gasdetectoren die beweren te kunnen bepalen wanneer een elektrochemische sensor is uitgevallen. De meeste van deze technieken leiden echter alleen af dat de sensor werkt door een of andere vorm van stimulatie van de elektrode en kunnen een vals gevoel van veiligheid geven. De enige zekere methode om aan te tonen dat een sensor werkt, is testgas toe te dienen en de respons te meten: een bumptest of volledige ijking.

Elektrochemische sensor

Elektrochemische sensoren worden het meest gebruikt in de diffusiemodus, waarbij gas uit de omgeving door een gat in het oppervlak van de cel binnendringt. Sommige instrumenten gebruiken een pomp om lucht of gasmonsters naar de sensor te voeren. Over het gat is een PTFE-membraan aangebracht om te voorkomen dat water of olie de cel binnendringt. Het bereik en de gevoeligheid van de sensor kunnen worden gevarieerd door gaten van verschillende grootte te gebruiken. Grotere gaten geven een hogere gevoeligheid en resolutie, terwijl kleinere gaten de gevoeligheid en resolutie verminderen maar het bereik vergroten.

Factoren die de levensduur van elektrochemische sensoren beïnvloeden

Er zijn drie belangrijke factoren die de levensduur van de sensor beïnvloeden: temperatuur, blootstelling aan extreem hoge gasconcentraties en vochtigheid. Andere factoren zijn de sensorelektroden en extreme trillingen en mechanische schokken.

Extreme temperaturen kunnen de levensduur van de sensor beïnvloeden. De fabrikant zal een bedrijfstemperatuurbereik voor het instrument aangeven: meestal -30˚C tot +50˚C. Hoogwaardige sensoren zijn echter bestand tegen tijdelijke schommelingen buiten deze grenzen. Korte blootstelling (1-2 uur) aan 60-65˚C voor H2S of CO sensoren (bijvoorbeeld) is aanvaardbaar, maar herhaalde incidenten zullen resulteren in verdamping van de elektrolyt en verschuivingen in de basislijn (nul) aflezing en tragere reactie.

Blootstelling aan extreem hoge gasconcentraties kan ook de sensorprestaties in gevaar brengen. Elektrochemische sensoren worden doorgaans getest door blootstelling aan wel tienmaal hun ontwerpgrenswaarde. Sensoren die met hoogwaardig katalysatormateriaal zijn vervaardigd, moeten bestand zijn tegen dergelijke blootstellingen zonder veranderingen in de chemie of prestatieverlies op lange termijn. Sensoren met een lagere katalysatorbelasting kunnen schade oplopen.

De vochtigheid heeft de grootste invloed op de levensduur van de sensor. De ideale omgevingsconditie voor elektrochemische sensoren is 20˚Celsius en 60% RH (relatieve vochtigheid). Wanneer de omgevingsvochtigheid boven 60%RH stijgt, zal water in het elektrolyt worden geabsorbeerd, waardoor verdunning optreedt. In extreme gevallen kan het vochtgehalte 2-3 keer toenemen, wat kan resulteren in lekkage uit de sensorbehuizing, en vervolgens via de pennen. Onder 60%RH zal het water in het elektrolyt beginnen te dehydrateren. De responstijd kan aanzienlijk langer worden naarmate het elektrolyt of dehydratatie optreedt. Sensorelektroden kunnen in ongewone omstandigheden worden vergiftigd door storende gassen die aan de katalysator adsorberen of ermee reageren, waardoor bijproducten ontstaan die de katalysator remmen.

Extreme trillingen en mechanische schokken kunnen de sensoren ook beschadigen doordat de lasnaden die de platina elektroden, verbindingsstrips (of draden in sommige sensoren) en pennen met elkaar verbinden, breken.

"Normale" levensduur van elektrochemische sensor

Elektrochemische sensoren voor gewone gassen zoals koolmonoxide of waterstofsulfide hebben een levensduur die gewoonlijk op 2-3 jaar wordt gesteld. Meer exotische gassensoren, zoals waterstoffluoride, hebben soms een levensduur van slechts 12-18 maanden. Onder ideale omstandigheden (stabiele temperatuur en vochtigheid in de buurt van 20˚C en 60%RH) zonder inwerking van verontreinigingen, is van elektrochemische sensoren bekend dat zij meer dan 4000 dagen (11 jaar) in bedrijf zijn. Periodieke blootstelling aan het doelgas beperkt de levensduur van deze kleine brandstofcellen niet: kwalitatief hoogwaardige sensoren hebben een grote hoeveelheid katalysatormateriaal en robuuste geleiders die niet uitgeput raken door de reactie.

Pellistor Sensor

Pellistor-sensoren bestaan uit twee bij elkaar passende draadspoelen, elk ingebed in een keramische kraal. Stroom wordt door de spoelen geleid, waardoor de korrels worden verhit tot ongeveer 500˚C. Brandbaar gas verbrandt op de kraal en de extra opgewekte warmte veroorzaakt een verhoging van de spoelweerstand die door het instrument wordt gemeten om de gasconcentratie aan te geven.

Factoren die de levensduur van de Pellistor-sensor beïnvloeden

De twee belangrijkste factoren die van invloed zijn op de levensduur van de sensor zijn blootstelling aan hoge gasconcentraties en het inbranden of blokkeren van de sensor. Extreme mechanische schokken of trillingen kunnen ook de levensduur van de sensor beïnvloeden. De capaciteit van het katalysatoroppervlak om het gas te oxideren vermindert wanneer het vergiftigd of geremd is. Een sensorlevensduur van meer dan tien jaar is gebruikelijk in toepassingen waar geen remmende of vergiftigende verbindingen aanwezig zijn. Pellistors met een hoger vermogen hebben een grotere katalytische activiteit en zijn minder gevoelig voor vergiftiging. Poreuzere korrels hebben ook een grotere katalytische activiteit naarmate hun oppervlaktevolume toeneemt. Vakkundig initieel ontwerp en gesofisticeerde fabricageprocessen zorgen voor een maximale porositeit van de korrels. Blootstelling aan hoge gasconcentraties (>100%LEL) kan ook de prestaties van de sensor aantasten en een afwijking in het nul/basislijnsignaal veroorzaken. Onvolledige verbranding leidt tot koolstofafzetting op de kraal: de koolstof "groeit" in de poriën en veroorzaakt mechanische schade. De koolstof kan er echter na verloop van tijd worden afgebrand, zodat de katalytische plaatsen weer vrijkomen. Extreme mechanische schokken of trillingen kunnen in zeldzame gevallen ook een breuk in de pellistorspoelen veroorzaken. Dit probleem doet zich vaker voor bij draagbare dan bij vaste gasdetectoren, omdat de kans groter is dat ze vallen en omdat de gebruikte pellistors een lager stroomverbruik hebben (om de levensduur van de batterij te maximaliseren) en dus dunnere spoelen van dunner draad gebruiken.

Hoe weet ik wanneer mijn sensor defect is?

Een pellistor die vergiftigd is, blijft elektrisch operationeel maar reageert mogelijk niet op gas. De gasdetector en het controlesysteem kunnen dus in een gezonde toestand lijken te verkeren, maar een brandbaar gaslek kan niet worden gedetecteerd.

Zuurstofsensor

Onze nieuwe loodvrije zuurstofsensor met lange levensduur heeft geen samengeperste strengen lood waar het elektrolyt doorheen moet dringen, waardoor een dik elektrolyt kan worden gebruikt, wat betekent: geen lekken, geen corrosie door lekken, en een grotere veiligheid. De extra robuustheid van deze sensor stelt ons in staat vol vertrouwen een garantie van 5 jaar te bieden voor extra gemoedsrust.

Oxygen-sensoren met lange levensduur hebben een lange levensduur van 5 jaar, met minder uitvaltijd, lagere eigendomskosten en minder impact op het milieu. Ze meten nauwkeurig zuurstof over een breed bereik van concentraties van 0 tot 30% volume en zijn de volgende generatie O2-gasdetectie.

MPS-sensor

MPS sensor biedt een geavanceerde technologie die de noodzaak tot kalibreren wegneemt en een 'True LEL (lower explosive limit)' oplevert voor het aflezen van vijftien brandbare gassen, maar kan alle brandbare gassen in een omgeving met meerdere soorten detecteren, wat resulteert in lagere lopende onderhoudskosten en minder interactie met het toestel. Dit vermindert het risico voor het personeel en voorkomt kostbare uitvaltijd. De MPS-sensor is ook immuun voor sensorvergiftiging.  

Sensorstoringen door verontreiniging kunnen een frustrerende en dure ervaring zijn. De technologie in de MPS™-sensorwordt niet beïnvloed door verontreinigingen in de omgeving. Processen met verontreinigingen hebben nu toegang tot een oplossing die betrouwbaar werkt met een fail safe ontwerp om de operator te waarschuwen en gemoedsrust te bieden voor personeel en activa in een gevaarlijke omgeving. Het is nu mogelijk om meerdere brandbare gassen te detecteren, zelfs in ruwe omgevingen, met slechts één sensor die niet gekalibreerd hoeft te worden en een verwachte levensduur van ten minste 5 jaar heeft.