Lexikon-CO2

Kohlendioxid - CO2 - Messung

Wir setzen NDIR (nichtdispersiver Infrarotsensor) basierende Messsysteme zur CO2-Messung ein. Bei diesem Prinzip wird die dämpfende bzw. absorbierende Eigenschaft eines Gases für einen spezifischen Wellenlängenbereichen des Lichts ausgenutzt. Bei Kohlendioxid ist dies der Wellenlängenbereich um 4,26µm. 

Die Erfassung des CO2-Gehaltes wird vorrangig zur Regelung von Nichtraucherräumen mit wechselnder Personenanzahl, wie z.B. Konferenzräumen, Pausenräumen, Kinos, Schulen etc. eingesetzt. Hierbei wird also der personenbedingte Anstieg des CO2-Gehaltes als „Verschlechterung“ der Luft interpretiert. In den letzten Jahren hat sich bei CO2-Messgeräten ein Standardmessbereich von 0…2000ppm (parts per million) etabliert. Dieser Messbereich deckt die empfohlenen maximalen CO2-Konzentrationen für Arbeits- und Wohnräume (1000ppm…1500ppm) zwar ab, in der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass in vielen Anwendungen der Messbereich von 2000ppm nicht ausreicht. Im Jahr 2012 haben wir eine Gerätegeneration entwickelt, die mit Messbereichen von 2000ppm, 5000ppm, 10.000ppm oder 20.000ppm geliefert werden kann. Auch Geräte mit umschaltbaren Messbereichen 2000ppm, 5000ppm und 10.000ppm werden über Distributoren angeboten.

 

Einstrahlmessverfahren bei CO2 – Standard

Beim Einstrahlverfahren wird die Dämpfung des Lichtes im Wellenlängenbereich um 4,26µm ermittelt und zur Berechnung der Kohlendioxidkonzentration genutzt. Das Messsystem besteht aus einer Lichtquelle, der Mess-Strecke und einem Empfänger. Die Quelle strahlt ein breitbandiges Licht in Richtung Empfänger. Dieser hat einen entsprechenden Filter, welcher nur für Licht im Wellenlängenbereich um 4,26µm durchlässig ist. Die am Empfänger ankommende Menge des Lichtes wird durch Kohlendioxidmoleküle gedämpft bzw. durch die Absorption verringert. Diese Dämpfung wird durch den Empfänger ermittelt und in die CO2-Konzentration der Luft umgerechnet. Andere Gase beeinflussen die Lichtmenge des IR-Wellenlängenbereiches um 4.26µm nicht. Die Darstellung des Funktionsprinzips bezieht sich zur Vereinfachung auf den durch CO2 beeinflussten Wellenlängenbereich.

 

Bild CO2-1K. 

Das rot dargestellte IR-Licht wird durch die CO2-Moleküle gedämpft, andere Gase beeinflussen den Wellenlängenbereich von 4,26µm nicht.

Neben der Dämpfung des Lichtes durch Kohlendioxid wird die am Empfänger ankommende Lichtstärke aber auch durch die Lampenalterung, Lageänderung des Glühelementes, durch Verschmutzung usw. beeinflusst. Um diese Driften zu kompensieren, verfügen die Geräte unserer Firma über einen Algorithmus zur automatischen Kalibrierung der Kohlendioxidmessung. Hierzu muss das Messgerät einmal pro Intervall (8Tage) mit Frischluft (ca. 400ppm CO2) versorgt werden. In diesem Intervall wird die minimale Konzentration ermittelt und hieraus die wahrscheinliche Drift im Intervall errechnet. Nach Ablauf des Intervalls wird auf 400ppm normiert. Die Korrektur ist  auf 100ppm pro Intervall begrenzt. Unterschreitet der Messwert die Grenze von 300ppm, wird automatisch ein Nullpunktabgleich auf 400ppm eingeleitet. Ab Q1/2015 kann die automatische Korrektur per DIP-Schalter deaktiviert werden.

 

Zweistrahlmessverfahren bei CO2 - Option

Durch die gestiegenen Anforderungen an Genauigkeit, Wartungsfreiheit und Langzeitstabilität bieten wir optional Geräte mit Zweistrahlverfahren an. Dieses Messsystem besteht aus einer Lichtquelle, der Mess-Strecke und einem 2-kanaligen Empfänger. Die Quelle strahlt ein breitbandiges Licht in Richtung des Empfängers. Dieser hat zwei Kanäle mit separaten Filtern. Ein Filter ist nur für Licht im Wellenlängenbereich um 4,26µm durchlässig (Messkanal). Der zweite Filter ist für einen anderen Wellenlängenbereich durchlässig (Referenzkanal), welcher von CO2 den anderen Gasen nicht beeinflusst wird. Die am Messkanal ankommende Menge des Lichtes wird durch Kohlendioxidmoleküle gedämpft bzw. durch die Absorption verringert. Die am Referenzkanal ankommende Menge des Lichts wird von wechselnden CO2-Konzentrationen nicht beeinflusst. Die Darstellung des Funktionsprinzips bezieht sich zur Vereinfachung auf den durch CO2 beeinflussten Wellenlängenbereich und den Wellenlängenbereich des Referenzkanals..

 

Bild CO2-2K

Das rot dargestellte IR-Licht wird durch die CO2-Moleküle gedämpft, andere Gase beeinflussen den Wellenlängenbereich von 4,26µm nicht. Der violett dargestellte Wellenlängenbereich wird weder von CO2, noch von den anderen Gasen gedämpft und dient als Referenzwert, ermittelt stetig die Lampenleistung. 

Alterung der Quelle, Verschmutzungen und Driften wirken auf beide Kanäle. Die am Referenzkanal ankommende Menge des Lichts stellt somit den Grundwert des Systems dar. Über diese Zusammenhänge lassen sich genannte Erscheinungen weitestgehend kompensieren. Auch bei Geräten mit 2-Strahlverfahren ist der Selbstkalibrieralgorithmus (siehe oben) integriert. Ab Q1/2015 kann die automatische Korrektur per DIP-Schalter deaktiviert werden.

 

Kompensation des Luftdruckes - Option

Die Druckabhängigkeit von nichtkompensierten Systemen beträgt 0,16% des Messwertes pro hPa Druckunterschied zum Normal- bzw. Kalibrierdruck. In der Gebäudeautomation wurde bisher auf die Kompensation des Druckeinflusses verzichtet. Durch Niedrig- bzw. Hochdruckwetterlagen, Druckeinflüsse durch Höhenlagen oder Strömungen (Kanalanwendungen) ergeben sich Luftdruckunterschiede von bis zu +/-100mbar (+/-100hPa). Hieraus resultieren bei nichtkompensierten Systemen Messfehler bis +/-16% des Messwertes. In der neuen Gerätegeneration ist die Messung des atmosphärischen Luftdruckes optional integriert und der CO2-Wert wird entsprechend korrigiert.

Zur Erklärung: Durch steigenden Luftdruck wird die Konzentration von Kohlendioxid bezogen auf eine Million Gasmoleküle natürlich nicht höher. Eine Million Gasmoleküle bleiben druckunabhängig eine Million Gasmoleküle. Die CO2-Konzentration wird in ppm angegeben, gibt also den Anteil von CO2-Molekülen bezogen auf eine Million Moleküle an. Wenn nun der Luftdruck z.B. um 100mbar ansteigt werden mehr Gasmoleküle in das Volumen (hier die Mess-Strecke) gepresst. Der ppm-Gehalt hat sich hierdurch nicht erhöht, aber es befinden sich nun mehr CO2-Moleküle in der Mess-Strecke. Das Licht wird stärker gedämpft und fälschlicherweise ein höherer CO2-Gehalt errechnet.

Nehmen wir an, es befinden sich aufgrund des aktuellen Normaldrucks eine Million Moleküle in der Mess-Strecke. Hiervon ist die Summe aller mit „GAS“ bezeichneten Moleküle 950.000, die Summe aller mit CO2 bezeichneten Moleküle 50.000. Die CO2-Konzentration beträgt folglich 50.000ppm.   

 

Bild CO2-1K-ND

Normaldruck, 1 Million Moleküle, hiervon 50.000 Moleküle CO2 = 50.000ppm  

Nun steigt der Druck und es werden mehr Moleküle in die Mess-Strecke „gepresst“. Insgesamt befinden sich 1.100.000 Moleküle in der Mess-Strecke, hiervon sind 1.045.000 Moleküle mit GAS bezeichnet und 55.000 CO2-Moleküle. Nichtkompensierte Systeme messen nun aufgrund des stärker gedämpften Lichts 55.000 CO2-Moleküle in der Mess-Strecke und geben dies als Ergebnis aus. Wie bereits erwähnt, erfolgt die Angabe der CO2-Konzentration aber in ppm! Bezogen auf eine Million Moleküle sind jedoch nach wie vor 50.000 CO2-Meleküle in der Mess-Strecke.    

 

Bild CO2-1K-HD, erhöhter Luftdruck
nichtkompensierte Systeme messen:           55.000ppm - falsch 
kompensierte Systeme messen:                    50.000ppm - richtig



Information zu:   CO2-Messung   &  VOC-Messung & CO2 und/oder VOC?


 

Kundengruppe

Neukunden
Alle Preise excl. MwSt.

Anmelden

Neukunde? Hier gehts zur Anmeldung. Passwort vergessen?

Sie haben 0 Produkt(e) in Ihrem Warenkorb.

Sie haben 0 Produkt(e) auf Ihrem Merkzettel.