Wie Gassensoren präzise bleiben: Nullpunkt-Kalibrierung vs. Spannpunkt-Justierung

NDIR-Gassensoren (nichtdispersive Infrarotsensoren) erkennen bestimmte Gase in der Luft. Damit sie möglichst präzise arbeiten, müssen sie regelmäßig einer Nullpunkt-Kalibrierung und einer Spannpunkt-Justierung unterzogen werden.

Was ist eine Nullpunkt-Kalibrierung?

Die Nullpunkt-Kalibrierung gibt dem Sensor einen Ausgangspunkt. Sie definiert, welchen Wert der Sensor anzeigt, wenn kein Zielgas vorhanden ist. Während dieses Prozesses wird der Sensor keiner Konzentration des zu messenden Gases ausgesetzt und so darauf eingestellt, dass sein Messwert „null“ beträgt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Sensor keine falschen Werte ausgibt, wenn tatsächlich kein Gas vorhanden ist. Mit der Zeit tritt jedoch selbst bei den besten NDIR-Sensoren eine Drift der Basislinie auf, sodass sie eine kleine Abweichung von der tatsächlichen Gaskonzentration anzeigen. Der Sensor ist dabei nicht defekt – seine „Sicht“ funktioniert wie zuvor. Er muss lediglich daran „erinnert“ werden, wo sein Nullpunkt liegt.

Warum die Nullpunkt-Kalibrierung wichtig ist

Wenn ein Sensor seinen Nullpunkt nicht kennt, können seine Messwerte ungenau sein – selbst dann, wenn die Spannpunkt-Justierung korrekt durchgeführt wurde. Eine saubere Nullpunkt-Einstellung ist besonders dann entscheidend, wenn sehr niedrige Gaskonzentrationen gemessen werden sollen, da schon kleine Fehler große Auswirkungen haben können.

Was ist eine Spannpunkt-Justierung?

Die Spannpunkt-Justierung ist ähnlich, aber dennoch etwas anderes als die Nullpunkt-Kalibrierung. Sie dient dazu, dem Sensor beizubringen, bei vorhandenen Gasen korrekte Messwerte auszugeben. Dazu wird der Sensor einer Luftprobe mit einer bekannten Menge des Zielgases ausgesetzt, zum Beispiel 5000 ppm. Der Sensor wird dann so eingestellt, dass er diesen Wert exakt als 5000 ppm erkennt. Später, wenn er beispielsweise nur die Hälfte dieses Wertes misst, kann er die Konzentration präziser als 2500 ppm anzeigen. Auf diese Weise lernt der Sensor, Gaskonzentrationen korrekt zu bestimmen. Die Kalibrierung kann einfach erfolgen - mit nur einem bekannten Wert - oder detaillierter mit mehreren bekannten Gaskonzentrationen, um eine noch genauere Skala zu erstellen.

Was sind Nullgas und Spanngas?

Nullgas wird für die Nullpunkt-Kalibrierung verwendet: Es ist sauber und enthält kein Zielgas. Der Sensor orientiert sich daran und erkennt seine Basislinie, also den „kein Gas“-Zustand.

Spanngas wird für die Spannpunkt-Justierung genutzt: Es enthält eine bekannte Menge des Zielgases und hilft dem Sensor, die Konzentration exakt zu bestimmen. Wichtig ist, dass die Nullpunkt-Kalibrierung immer unmittelbar vor der Spannpunkt-Justierung durchgeführt werden sollte.

Nullpunkt-Kalibrierung und Spannpunkt-Justierung: Wie oft sollten sie durchgeführt werden?

Darauf gibt es keine allgemeingültige Antwort, da Sensoren sehr unterschiedlich eingesetzt werden. Es hängt vom Sensortyp, der Anwendung und den Umgebungsbedingungen ab. Während in manchen Fällen kleinste Veränderungen in der Gaskonzentration entscheidend sind, kommt es in anderen nur auf große Schwankungen an. Einige Sensoren arbeiten zudem in rauen Umgebungen und benötigen daher häufiger eine Nachjustierung.

Als grober Richtwert gilt: Eine Spannpunkt-Justierung etwa einmal pro Jahr und eine Nullpunkt-Kalibrierung einmal pro Monat. Doch dieser Rhythmus passt nicht für alle Anwendungen. So erfordern spezielle Einsatzbereiche wie die Überwachung in Inkubatoren durch wiederholte Sterilisationsprozesse eine deutlich häufigere Nullpunkt-Kalibrierung.