Funktionsweise NDIR-Sensor
Beschreibung der Funktionsweise für technisch Interessierte
Ein NDIR-Sensor ist ein nichtdispersiver Infrarot-Sensor, bestehend aus einer IR-Diode als Lichtquelle, einem optischen Wellenlängenfilter und einem IR-Detektor. Die Umgebungsluft diffundiert durch eine Membran in eine Kammer. Jedes Gas hat eine eigene Wellenlänge, in der es optimal im infraroten Spektrum Licht absorbiert. Das Ausmaß wird elektro-optisch gemessen und stellt so eine Referenz für die vorhandene Konzentration dar. Der optische Filter sorgt dafür, dass nur das schmale Spektrum von Interesse ausgewertet wird. In einer zweiten Kammer ist ein reines Luftgemisch eingeschlossen.
Nun wird abwechselnd in einer geringen Pulsfrequenz von knapp 1 Hz in den beiden Kammern die gleiche Messung durchgeführt. Äußere Einflüsse wie etwa Temperaturen wirken auf beide Kammern und werden so weitestgehend kompensiert, da nur der Unterschied beider Kammern ausgewertet wird. Ein leistungsfähiges Mikrocontroller-System wandelt die geringen Detektorströme zunächst in eine Spannung, die von einem AD-Wandler in digitale Signale umgesetzt wird. Hier findet eine erste Filterung statt, die die Signale auf Plausibilität überprüft und starke schnelle, evtl. ungewöhnliche Signaländerungen glättet und mit Zwischenwerten ersetzt. Die eingelesenen Spannungswerte werden nun gemäß einer internen Referenz mit einer in ppm darstellbaren Konzentration in Bezug gebracht und als pulsbreitenmoduliertes Dauersignal ausgegeben.
Mittels eines analogen Tiefpassfilters werden die Pulse wieder in eine modulierte Gleichspannung gewandelt, wobei hier in etwa 1 mV pro ppm erreicht wird. Frischluft enthält ca. 400 ppm CO2, der Sensor sollte bei frischer Luft also ca. 0,4 Volt ausgeben, was bei dem Warngerät GX-A1 etwa so im Display erscheint. Da der GX-A1 im Speziellen einen weiteren Signalfilter zur Glättung und Vermeidung von Fehlalarmen besitzt, sind Anzeigen von 0,2 - 0,6 Volt möglich.
Bei allen Gaswarngeräten von Elektrotechnik Schabus handelt es sich tatsächlich um Warn- und nicht um Messgeräte, daher ist eine solche Abweichung in Ordnung und stellt keinen Fehler dar. Die Werte werden angezeigt, um eine Tendenz zu erkennen, um festzustellen ob etwa Belüftungsmaßnahmen den gewünschten Effekt erzielen. Gaswarngeräte von ES schalten ab 2 Volt in den Voralarm, wenn das im Gerät vorgesehen ist, und ab 2,5 Volt in den Hauptalarm. Hier schalten dann auch evtl. vorhandene Relais und eingebaute Piezotöner geben kräftige akustische Warntöne ab. Diese Schwellen entsprechen etwa 2000 und 2500 ppm. Diese Werte liegen weit unter den Grenzen, ab denen es für Menschen gefährlich wird. So beträgt etwa die maximale Arbeitsplatzkonzentration MAK in Deutschland für eine Exposition von immerhin 8 Stunden 5000 ppm CO2. Somit handelt es sich bei einem Warngerät mit dem Sensor GX-DS um ein Frühwarnsystem.
