Kalibration und erreichbare Genauigkeit von Gassensoren
Erreichbare Genauigkeit bei der Kalibration
Messgenauigkeit
Die Messgenauigkeit von Gassensoren ist nur so genau wie diese kalibriert werden können. Die Rückführung des Messsignales jedes Gassensors auf ein akkreditiertes Normal wird während der Kalibration mittels zertifizierten Kalibrationsgase sichergestellt.
Kalibrationsprozess
In der Serienproduktion wird jeder Sensor auf den Null-Punkt sowie den Full-Scale Range (FSR) mit zertifizierten Kalibrations-Gasen eingemessen. Die Genauigkeit der erhältlichen Kalibrations-Gasmischungen liegt typischerweise bei 1 – 2 %v. Aus diesem Grunde wird im Normalfall auch bei gosense Gassensoren eine Messgenauigkeit bei Voll-Ausschlag von 1 – 2 %v des Wertes im Datenblatt ausgewiesen.
Verschiedene Kalibrations-Gasmischungen innerhalb des Messbereiches werden in unserem Gaslabor mittels volumetrischen Verfahren nach DIN51898‑2 gemischt, mit einer Genauigkeit von 0.5 – 1.0 %v der Ausgangs-Kalibrationsgases.
Diese Messungen müssen bei verschiedenen Temperaturen und Gasdruck wiederholt werden.
Kalibriergasgemische
Die Grundlage des Kalibrationsvorganges und dessen Genauigkeit ist dabei die jeweilige Kalibriergasgemisch. Diese kann auf Wunsch von METAS [4] zertifiziert und/oder mit einem Analysezertifikat des Herstellers auf ein Normal zurückgeführt werden. Hersteller können Kalibriergasgemische je nach Gas und Konzentration mit einer Genauigkeit von 0.1 bis 10 % der Gaskonzentration herstellen. Die genaue Konzentration wird jeweils in einem Messzertifikat mit einer Analysegenauigkeit (Prüfgase Klasse 1) von ≥ 0.5 % bis 2 % Genauigkeit deklariert [2].
Einmessen der Kalibrierkurve
Die optische Infrarotabsorption von NDIR Gassensoren verhält sich nicht linear zur Gaskonzentration. Deshalb wird eine Kalibrierkurve pro Sensor während der Produktion eingemessen. Diese wird an mehreren Gaskonzentrationen zwischen dem 0‑Punkt und dem FSR-Punkt definiert und typischerweise mit einem Gasmischverfahren aus dem FSR-Gasgemisch während der Messung gemischt. fastLine Sensoren werden nach dem volumetrischen Verfahren DIN 51898–2 kalibriert [3], mit dem Gemische aus 2 Gasen mit einer Mischgenauigkeit von 0.5 bis 1.0 %v hergestellt werden können.
Korrektur von Druck und Temperatur
Die Infrarot Absorptionsmessung der Gase sind abhängig von Temperatur T und Druck P. Diese Änderungen mit P und T sind physikalisch genau berechenbar und werden vom Gassensor kompensiert. Während der Kalibration wird mit Temperaturzyklen zusätzlich noch die systematische Drift der Sensorkomponenten gemessen und korrigiert.
Quellen
[1] Gerhard Wiegleb, „Gasmesstechnik in Theorie und Praxis“, Springer Verlag, 2016
[2] Linde-gas: „Gasgemische und Prüfgase – Allgemeines“, Allgemeines | Linde Gas
[3] DIN 51898–2 : Gasanalyse – Absolutes volumetrisches Verfahren zur dynamischen Herstellung von Kalibriergasen – Teil 2: Herstellung aus Gasgemischen
[4] Eidgenössisches Institut für Metrologie METAS, https://www.metas.ch