Übersicht
Der Wärmeleitfähigkeitsanalysator (WKA) mit prozentualer Messgenauigkeit nutzt die physikalischen Unterschiede in der spezifischen Wärmeleitfähigkeit von Gasen zur Konzentrationsmessung in binären oder quasibinären Gemischen. Als nicht-depletierendes und zerstörungsfreies Messverfahren gilt er als Goldstandard für Gase mit hoher Wärmeleitfähigkeit (wie H₂ und He) und ist gleichzeitig hochwirksam für Gase mit niedriger Wärmeleitfähigkeit (wie CO₂, Ar und SF₆). Dieser vielseitige Analysator findet breite Anwendung in der Luftzerlegung, der Mischung von Spezialgasen für die Elektronikindustrie, der Abgasanalyse biochemischer Fermentationsverfahren, der Kontrolle der Schutzatmosphäre in der Metallurgie und der Kraftwerksreinigung. Er ist ein robuster und wartungsarmer Eckpfeiler der industriellen Prozessautomatisierung.
Prinzip
Das Probengas strömt in die Wärmeleitfähigkeitsmesszelle. Ein Thermistor oberhalb der Membran sorgt für eine konstante Temperatur. Dadurch bildet sich ober- und unterhalb der Membran ein kleiner Hohlraum, in den das Messgas diffundieren kann. Auf diese Weise wird der durch die Wärmeleitfähigkeit des Probengases verursachte Wärmeverlust durch Erwärmung kompensiert. Die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Membrantemperatur benötigte Leistung ist ein Maß für die Wärmeleitfähigkeit des gemessenen Gases.
Anwendung
• Industrielle Luftzerlegung und Edelgasraffination
Heliumgewinnung und -reinigung: Überwachung von hochkonzentriertem Helium (0 % bis 100 %) bei der kryogenen Trennung oder Gewinnung aus Erdgas unter Ausnutzung der hohen Wärmeleitfähigkeit von Helium (nach Wasserstoff die zweithöchste).
Argonreinheit in der Stahlherstellung: Überprüfung der Konzentration des in der Metallurgie verwendeten Argon-Schutzgases (Ar in N₂- oder O₂-Gemischen), da Argon eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit als Luft aufweist.
Neon- und Kryptonextraktion: Echtzeit-Reinheitsüberwachung bei der Extraktion von Edelgasen aus Luftströmen.
• Bioprozesstechnik, Lebensmittel & Landwirtschaft (CO₂-Anwendungen)
Abgasanalyse bei der Fermentation: Überwachung des Kohlendioxidgehalts (CO₂ typischerweise 0–20 %) im Abgas industrieller Bioreaktoren zur Analyse der mikrobiellen Atmungsraten ohne Verbrauch steriler Prozessgase.
Qualitätskontrolle bei Verpackungen unter Schutzatmosphäre (MAP): Überprüfung der Mischungsverhältnisse von CO₂- und N₂-Spülgasen in Lebensmittelverpackungssystemen zur Hemmung des Bakterienwachstums und Verlängerung der Haltbarkeit.
• Stromerzeugung & Infrastruktur
Spülung von Generatorgehäusen: Überwachung des mehrstufigen Gasaustauschprozesses (Luft → CO₂ → H₂) in großen Kraftwerksturbinen zur Vermeidung explosiver Gemische.
SF₆-gasisolierte Schaltanlagen (GIS): Überwachung der Reinheit des Isoliergases Schwefelhexafluorid (SF₆) in Hochspannungsanlagen, da SF₆ im Vergleich zu austretender Luft eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist.
• Metallverarbeitung & Wärmebehandlung
Schutzgasmischung (N₂/H₂ oder Ar/He): Online-Messung der Mischungsverhältnisse binärer Gase beim Schweißen, Glühen von Kupfer und Sintern von Metallpulvern zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Atmosphärenzusammensetzung.
Aufkohlungsöfen: Überwachung kohlenstoffhaltiger Trägergase, deren CO₂- oder Kohlenwasserstoffanteil die Härtetiefe des Metalls beeinflusst.
• Chemische Synthese & Säureproduktion
Schwefelsäurekonverter-Zulauf: Analyse des Schwefeldioxid-Anteils (SO₂) in der Luft vor der katalytischen Umwandlung zu Schwefeltrioxid (SO₃).
Synthesegas- und Ammoniaksynthesekreisläufe: Kontinuierliche Anpassung des H₂/N₂-Reaktantenverhältnisses in Ammoniaksynthesekreisläufen.
Weitere Informationen finden Sie im Wärmeleitfähigkeitsgasanalysator.