Tragbare Gasmessgeräte
Gasmesstechnik von MSA

An jedem Arbeitsplatz bestehen vielerlei Gefahren. Durch die industrielle Entwicklung kommt es immer häufiger zu Gefährdungen durch Gase. Die allgemeine Regel lautet, dass der Arbeitgeber den Arbeitsplatz durch eine qualifizierte Sicherheitsfachkraft bewerten und feststellen lassen muss, ob und welche Gefahren durch Gase vorhanden sind oder sein könnten, die den Einsatz geeigneter Gasmessgeräte erfordern.

Es gibt drei Hauptgruppen von Gasen, die mit tragbarer Gasmesstechnik erkannt oder überwacht werden müssen:
1. brennbare oder entzündbare Gase – zur Vermeidung einer Explosion muss die Konzentration in der Atmosphäre unter der unteren Explosionsgrenze (UEG) gehalten werden
2. toxische Gase oder Reizgase – müssen zum Schutz der menschlichen Gesundheit vor Vergiftungen erkannt werden. Dies erfordert die Überwachung nicht nur vorübergehender Konzentrationen, sondern vor allem die Vermeidung kurz- oder langfristiger Einwirkung auf die Mitarbeiter.
3. erstickende Gase / verdrängende Gase – müssen überwacht werden, um sicherzustellen, dass die Atmosphäre weder zu wenig Sauerstoff (ein Gehalt von weniger als 19,5 Vol.-% beeinträchtigt die normale menschliche Atmung) noch zu viel Sauerstoff (mehr als 20,8 Vol.-% führen zu einem erhöhten Explosionsrisiko) enthält.

Je nach Anwendungen, Finanzrahmen oder internen Vorschriften können verschiedene Auswahlkriterien gelten, jedoch sollten bei der Wahl des Gasmessgeräts in der Regel folgende Punkte berücksichtigt werden:

1. Ansprechgeschwindigkeit des Sensors, in der Regel ausgedrückt als T90-Zeit.

2. Genauigkeit der Sensoren und Stabilität im Zeitverlauf

3. Robustheit und Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen

4. Garantie auf das gesamte Gerät ohne Ausschlüsse

5. Zusätzliche Alarmfunktionen außer visuell, optisch und vibrierend

6. Wartungsfreundlichkeit und Gesamtbetriebskosten

7. Kompatibilität mit Verwaltungssoftware und deren Verfügbarkeit

Ist die Gasgruppe bestimmt, muss die für die bestehende Gefahr geeignete Mess- und Sensortechnik gewählt werden:

1. brennbare oder entzündbare Gase – im Allgemeinen gemessen als 0–100 % der UEG mit katalytischen Sensoren für brennbare Gase, die für eine einwandfreie Funktion mindestens 10 Vol.-% Sauerstoff benötigen. Manchmal ist es jedoch notwendig, hohe Vol.-%-Konzentrationen zu überwachen, einschließlich inerter, sauerstofffreier Atmosphären. Hierfür eignet sich die IR-Technologie (Infrarot-Technologie) am besten.

2. Toxische Gase oder Reizgase werden in der Regel mit elektrochemischen Sensoren im Messbereich von Teilchen pro Million (ppm, parts per million) gemessen, um schädliche Konzentrationen zu vermeiden. Wenn eine frühe Erkennung bestimmter toxischer Gase erforderlich ist, kann auch die PID-Technologie für Gase eingesetzt werden, die bei niedrigen Konzentrationen toxisch und in hohen Konzentrationen gleichzeitig brennbar sein können, meist als flüchtige organische Verbindungen bezeichnet.

3. Sauerstoffmangel und Sauerstoffanreicherung werden durch elektrochemische Sensoren überwacht. Es gibt jedoch technische Unterschiede mit ungleicher Lebensdauer und Zuverlässigkeit. Derzeit werden wegen ihrer sehr langen Nutzungsdauer elektrochemische Sauerstoffsensoren mit verbrauchsfreier Reaktion bevorzugt.

Heute ist eine Vielzahl von Gasmesstechniken im Einsatz. Zu den meistverwendeten tragbaren Messgeräten gehören:

• katalytischer Sensor für brennbare Gase

• Infrarot für brennbare Gase und CO2

• elektrochemischer Sensor für die Erkennung toxischer Gase

• elektrochemischer Sensor für die Sauerstoffüberwachung

• XCell-Sensoren

MSA hat eine eigene katalytische und elektrochemische XCell-Sensorreihe entwickelt. XCell-Sensoren wurden speziell für Anwendungen im Bereich der Arbeitssicherheit entwickelt und gehören unter allen verfügbaren Sensoren zu den robustesten. Viele ihrer Vorteile beruhen auf jahrzehntelanger Erfahrung in der Entwicklung erstklassiger Sensoren und auf der Einbindung einer eigens entwickelten anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) zur Steuerung der XCell-Sensoren. Mit einer maßgeschneiderten Elektronik auf einer ASIC kann MSA die Sensorelemente und die Elektronik so aufeinander abstimmen, dass die Sensoren mit geringerem elektrischem Rauschen, höherer Empfindlichkeit und genauerer Umweltkompensation arbeiten.

Der Messbereich ist abhängig vom Sensor und von der Aufgabe des Gasmessgerätes. Sensoren, die vor brennbaren Gasen warnen, reichen in der Regel von 0 % bis 100 % der unteren Explosionsgrenze eines Gases wie Methan. Sensoren für toxische Gase decken einen für die Arbeitssicherheit maßgeblichen Bereich ab, z. B. 0–200 ppm für H2S.

• untere Explosionsgrenze (UEG) – die minimal erforderliche Konzentration eines Dampfes zur Aufrechterhaltung eines Feuers

• obere Explosionsgrenze (OEG) – die maximale Konzentration eines Dampfes zur Aufrechterhaltung eines Feuers. Bei einer höheren Konzentration würde die Sauerstoffmenge nicht ausreichen, um das Feuer zu unterhalten.
  Zwischen der unteren Explosionsgrenze (UEG) und der oberen Explosionsgrenze (OEG) kann sich ein brennbares Gas entzünden. Jedes Gas hat eine eigene UEG, z. B. Methan bei 4,4 Vol.-%. Gasmessgeräte können die Konzentration in Vol.-% anzeigen, häufiger aber in „% UEG“ als bessere Kennzahl für das Risiko einer explosionsfähigen Atmosphäre.

Eine brennbare Flüssigkeit kann oberhalb ihrer Flammpunkttemperatur entzündet werden und benötigt dann zum Brennen eine Dampfkonzentration zwischen zwei konkreten Grenzwerten, nämlich der unteren und der oberen Explosionsgrenze.

„Teilchen pro Million“ (ppm, parts per million) wird häufig zur Angabe der Konzentration toxischer Gase verwendet. Arbeitsplatzkonzentrationen werden in ppm (oder ml/m³) ausgedrückt. Eine Gaskonzentration von „10.000 Teilchen pro Million“ entspricht der Einwirkung von 1 Vol.-%.

Die Alarmschwelle ist die einstellbare Gaskonzentration, bei der ein Alarm ausgelöst werden soll. Die Alarme können in einem weiten Bereich eingestellt werden. In der Regel sind pro Sensor zwei Alarmgrenzen (MAK-Wert) eingestellt. Zusätzlich werden ein KZW und ein LZW gemessen, je nach nationalen Vorschriften für die zu bestimmenden Grenzwerte. Die Alarme können optisch, akustisch oder vibrierend sein.
Neben diesen Standardalarmen bieten ausgewählte Instrumente wie die MSA-Multigasmessgeräte zusätzliche Sicherheit durch einen Alarm bei Bewegungslosigkeit und einen manuellen Alarm.

Querempfindlichkeit ist das Ansprechen des Sensors auf andere Gase neben dem eigentlichen Messgas. Querempfindlichkeiten sind ganz normal, auch wenn diese durch die Sensorkonstruktion weitestgehend eingeschränkt werden. Einige Wechselwirkungen bestehen jedoch weiter – sie variieren je nach Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Alter des Sensors, bisheriger Gaseinwirkung oder auch einfach von Sensor zu Sensor. Die Querempfindlichkeiten sind immer in den technischen Beschreibungen des Sensors aufgeführt.

Eine Kalibrierung mit Pentan liefert in der Regel einen guten Bezugswert für viele brennbare Gase. Wenn eine direkte Messung anderer Gase benötigt wird, etwa von Ethanol, sind die Ansprechfaktoren in der Bedienungsanleitung eines jeden Geräts aufgeführt. Diese Multiplikatoren können verwendet werden, wenn das zu messende Gas bekannt ist. Bei unbekannten Gemischen liefert eine Kalibrierung mit Pentan nach wie vor die besten Messwerte. Diese Art der Kalibrierung kann auch mit Methan durchgeführt werden, das aber an einem katalytischen Sensor nur schwer verbrennt, da es eine höhere Temperatur der Sensorperle und mehr Katalysator benötigt als die meisten anderen brennbaren Gase.

Tragbare Gasmessgeräte eignen sich für viele Anwendungen und müssen Wasserstoff, Methan, Benzindampf, Propan und – je nach Anwendung – eine Anzahl zusätzlicher brennbarer Gase erkennen.

Typische Richtlinien für tragbare Gasmesstechnik sind ATEX und EMV.
„ATmosphère EXplosible“: französisch für einen explosionsgefährdeten Bereich. Die ATEX-Richtlinie 2014/34/EU gilt für Geräte und Schutzsysteme zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen. Die Richtlinie legt die grundlegenden Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen und Konformitätsbewertungsverfahren fest, die vor dem Inverkehrbringen von Produkten in der EU anzuwenden sind.

EMV: Die Richtlinie 2014/30/EU über die elektromagnetische Verträglichkeit soll die elektromagnetische Abstrahlung von Geräten so begrenzen, dass sie den Betrieb anderer Geräte nicht beeinträchtigt, und sicherstellen, dass das Gerät selbst vor elektromagnetischen Störungen geschützt ist.

Die CE-Kennzeichnung auf einem Gasmessgerät ist eine Erklärung des Herstellers, dass das Produkt allen geltenden Bestimmungen der Europäischen Union entspricht und alle erforderlichen Konformitätsbewertungsverfahren abgeschlossen sind.

Die Schutzart IP („Ingress Protection“) ist in der internationalen Norm EN 60529 definiert. Sie dient zur Definition der Dichtheit elektrischer Gehäuse gegen das Eindringen von Fremdkörpern (Schmutz, Staub usw.) und Feuchtigkeit.

Die auf „IP“ folgenden Zahlen haben jeweils eine bestimmte Bedeutung: Die erste gibt den Grad des Schutzes des Geräteinneren vor Fremdkörpern an, die zweite zeigt den Grad des Schutzes, den das Gehäuse vor verschiedenen Formen von Feuchtigkeit bietet (Tropfen, Sprühwasser, Eintauchen usw).

Ein Gasmessgerät kann nur Gase erkennen, die in Kontakt mit einem Sensor, mit mehreren Sensoren oder nur in Kontakt mit Sensoren kommen. Beim Diffusionsgerät gelangen Gase durch Öffnungen im Gehäuse des Messgeräts zum Sensor. Beim Messgerät mit integrierter Pumpe (oder beim Diffusionsgerät mit Pumpensonde) können Gase auch aus größerer Entfernung angesaugt und so den Sensoren zugeführt werden. Dies ermöglicht bspw. das Freimessen vor Zutritt beengter Räume.

Zu den typischen Wartungsarbeiten beim Einsatz von tragbaren Gasmessgeräten gehören:

• regelmäßige Reinigung der Geräteaußenseite mit einem feuchten Tuch

• Wenn das Messgerät Wasser ausgesetzt war, muss das restliche Wasser abgeschüttelt oder mit einem sauberen, trockenen Tuch entfernt werden.

• Wenn ein XCell-Sensor das Ende seiner Lebensdauer anzeigt, muss der Austausch geplant werden.

• Bei Geräten, die in staubigen oder verschmutzten Bereichen eingesetzt werden, kann ein häufigerer Filterwechsel erforderlich sein.

• Außer Gebrauch muss das Gerät an einem sicheren, trockenen Ort gelagert werden und an ein Ladegerät angeschlossen sein, das die Batterie ordnungsgemäß versorgt.

Die Auswahl des richtigen Prüfgases ist entscheidend für die Funktionsfähigkeit des Gasmessgerätes. Haberkorn bietet dazu in seinem Arbeitsschutzkatalog umfangreiche Auswahlhilfen an, die je nach Tätigkeit, Gefahr oder Branche die Auswahl erleichtern. Prüfgase von MSA sind so beschaffen und zertifiziert, dass sie während der gesamten Haltbarkeitsdauer der Prüfgasflasche konstant bleiben. Das breite Prüfgassortiment und Zubehör von MSA wird nach den strengsten Normen der Branche hergestellt und geprüft. MSA-Prüfgasflaschen werden mit individuellem Analysezertifikat und Materialsicherheitsdatenblatt geliefert. Fast alle MSA-Prüfgasflaschen für tragbare Gasmessgeräte sind mit einem RFID-Tag ausgestattet, der automatisch mit dem elektronischen Flaschenhalter der automatischen Prüfstation GALAXY^® GX2 von MSA ausgelesen wird.

Die Art der Reaktion in Batterien ist derjenigen elektrochemischer Sensoren sehr ähnlich. Sie beruht in der Regel auf flüssigen Elektrolyten, welche die chemische Reaktion in Gang halten. Da Alkalibatterien bei niedrigen Temperaturen leicht 90 % oder mehr ihrer Kapazität einbüßen können, speisen sich die ALTAIR-Messgeräte von MSA aus lithiumbasierter Batterietechnik, die bei kaltem Wetter viel besser funktioniert als herkömmliche Akku-Chemie wie NiCd-, Alkali- und NiMH-Technologie.
Neben der Batterieentladung können auch die Ladeleistung und -tiefe durch Temperatureffekte beeinflusst werden. MSA-Geräte sind mit Thermoschutzschaltkreisen ausgestattet, die das Aufladen bei extremen Temperaturen verhindern.