Elektrochemische sensoren

Elektrochemische sensoren in moderne rookgasanalysers vertonen grote verschillen in kwaliteit, levensduur en nauwkeurigheid. De nieuwe gasketelwet stelt eisen aan de kwaliteit van deze sensoren, waarmee niet alle rookgasanalysers kunnen worden toegepast, nadat de wet in werking is getreden. Door de sensoren op de juiste manier te behandelen kan u de kwaliteit en levensduur ervan gunstig beïnvloeden.

Verbranding
Voor een verbrandingsproces is altijd een brandstof en zuurstof nodig. De brandstof bestaat in vrijwel alle gevallen uit een koolwaterstofverbinding, zoals hout, olie of aardgas. Bij een volmaakt proces ontstaan uit de koolwaterstof (C_xH_y) en zuurstof (O₂) na verbranding kooldioxide (CO₂) en waterdamp (H₂O). In de praktijk is een verbranding echter nooit volmaakt en ontstaan er ook andere stoffen tijdens de verbranding, zoals koolmonoxide (CO), waterstof (H₂), stikstofmonoxide (NO) en stikstofdioxide (NO₂). Dit is onder andere afhankelijk van de diverse temperaturen in de brander en de hoeveelheid toegevoerde lucht. Om het proces zo optimaal mogelijk af te stellen en zo min mogelijk ongewenste stoffen te produceren is een goede rookgasanalyse noodzakelijk, waarbij de concentraties van de diverse gassen worden gemeten.

De elektrochemische sensor
In rookgasanalysers en gasdetectie-instrumenten wordt veel gebruik gemaakt van elektrochemische sensoren. Deze sensoren zijn relatief klein en bevatten chemische bestanddelen die een heel kleine elektrische stroom genereren als ze in contact komen met een bepaald gas. Stofdeeltjes, roet en vocht kunnen een nadelige invloed uitoefenen op de chemische bestanddelen van de sensor, waardoor er vrijwel altijd gebruik wordt gemaakt van filters die deze zaken op afstand houden. Elektrochemische sensoren zijn ook gevoelig voor temperatuur. Om die reden moet de temperatuur voortdurend worden gemeten, waarbij de meetwaarden overeenkomstig worden gecompenseerd. Extreme temperaturen of grote temperatuurwisselingen dienen te worden voorkomen. Doordat de chemische stoffen reageren met het bedoelde gas, verouderen de sensoren en dienen deze periodiek te worden vervangen.

Koolmonoxide
Koolmonoxide (CO) is een ongewenst bijproduct van een verbranding, omdat het bijzonder giftig is. De gasketelwet is zelfs in het leven geroepen om het aantal koolmonoxidevergiftigingen terug te brengen door het niveau van ketelonderhoud te verhogen. Deze wet vereist een nauwkeurige CO-meting. Het gas kan goed worden gemeten met een elektrochemische sensor. Omdat koolmonoxide niet van nature in de omgevingslucht voorkomt, verouderd de sensor vrijwel uitsluitend door gebruik tijdens metingen. Een nadeel van deze sensoren is echter dat ze niet alleen gevoelig zijn voor koolmonoxide, maar ook voor waterstof (kruisgevoeligheid), wat ook een bijproduct is bij verbranding. Om een nauwkeurige meting te kunnen doen van de concentratie koolmonoxide dient de meetwaarde gecompenseerd te worden met de aanwezige concentratie waterstof. Dit is precies wat gebeurd in een waterstof-gecompenseerde CO-sensor. De hoeveelheid koolmonoxide wordt gemeten, waar ook een bepaalde hoeveelheid waterstof bij zit. De hoeveelheid waterstof wordt apart gemeten en vervolgens van de koolmonoxidemeting afgetrokken, waardoor een zuivere meetwaarde van de koolmonoxideconcentratie overblijft.

Andere gassen
Bij grotere gasketels, verbrandingsmotoren en industriële verbrandingsprocessen kunnen andere gassen en rol gaan spelen, zoals stikstofoxiden en zwaveloxiden. Hiervoor zijn rookgasanalysers beschikbaar die elektrochemische sensoren bevatten voor deze specifieke gassen.

Gasketelwet
De gasketelwet schrijft voor dat een rookgasanalyser dient te voldoen aan de EN50379 deel 2, waarin het vereiste meetbereik en de nauwkeurigheid van de sensoren precies wordt gespecificeerd. Een koolmonoxidesensor zonder waterstofcompensatie kan niet voldoen aan de voorgeschreven nauwkeurigheid, waardoor het gebruik van waterstofcompensatie altijd noodzakelijk is.

Onderhoud
Eerder werd al melding gemaakt van de gevoeligheid van elektrochemische sensoren voor temperatuur, vocht en vaste deeltjes. BLAUWE LIJN rookgasanalysers zijn om die reden altijd voorzien van een uitstekende condensafscheider, die de gecondenseerde waterdamp uit de rookgassen opvangt en er daarmee voor zorgt dat deze de sensoren niet kan bereiken. Uw dient de condensafscheider wel na elke meting handmatig te legen. De condensafscheider is gecombineerd met een stoffilter die roetdeeltjes opvangt en tevens een PTFE-filter. De laatste sluit af als deze met vloeibaar water in aanraking komt en vormt daarmee een extra veiligheid voor de sensoren. Ook de filters dienen tijdig vervangen te worden als deze vervuild raken. Om extreme temperaturen te voorkomen wordt u geadviseerd om uw rookgasanalyser niet in uw bedrijfsauto te laten liggen als er kans is op nachtvorst of op hete zomerse dagen.

Kalibratie
Een elektrochemische sensor dient altijd te worden gekalibreerd na vervanging. Het is daarom niet mogelijk om zelf een sensor te vervangen en daarna een nauwkeurige meting uit te voeren. Het advies is om uw rookgasanalyser jaarlijks op te sturen voor onderhoud en kalibratie, waarbij o.a. de filters worden vervangen en de staat van veroudering van de verschillende elektrochemische sensoren wordt gemeten en deze indien nodig worden vervangen. Na kalibratie kan u de nauwkeurigheid van uw metingen aantonen met een geldig kalibratiecertificaat. Dit laatste is tevens een vereiste in de Gasketelwet.