Wat is een PID-sensor en hoe werkt deze?

Veel gassen, zoals zuurstof en koolmonoxide, kunnen worden gemeten met elektrochemische sensoren. In deze sensoren vindt een elektrochemische reactie plaats met het bewuste gas, waarbij een elektrische stroom ontstaat, die eenvoudig kan worden gemeten. VOC’s bestaan uit honderden verschillende gassen en dampen, waarvoor geen elektrochemische sensor beschikbaar is. Een betrouwbare en daardoor veel toegepaste methode voor het detecteren van VOC’s is Photo Ionisation Detection, beter bekend als PID. Dit is een breedbandige, niet specifieke sensor die reageert op een grote verscheidenheid aan organische (VOC’s) en enkele anorganische componenten. Gangbare meetwaarden van VOC-concentraties vallen tussen de 0,01 ppm en 20.000 ppm.

De werking van een PID-sensor

Een PID sensor werkt volgens het volgende principe: Onder invloed van ultraviolet licht wordt een gasmolecuul geïoniseerd. Twee geladen elektroden vangen de geïoniseerde deeltjes op, waarbij een potentiaalverschil ontstaat (afb. A). Door dit potentiaalverschil te meten kan de concentratie VOC’s worden vastgesteld.

Fence Electrode Technology

Een nadeel van conventionele foto-ionisatie (PID) technologie is dat deze gevoelig is voor vervuiling en vocht. Als gevolg van deze factoren neemt de nauwkeurigheid van de PID-sensor in belangrijke mate af. Dit probleem beperkt zich niet alleen tot gebieden in de wereld waar een hoge omgevingstemperatuur en vochtigheid kunnen worden verwacht.

Door de aanwezigheid van vocht kan een geleidend pad ontstaan tussen de elektroden, wat het potentiaalverschil sterk beïnvloed (afb. B). Om meetfouten ten gevolge van vocht te beperken hebben fabrikanten diverse compenserende maatregelen ontwikkeld. Een voorbeeld is toepassing van vochtsensoren rond de PID-sensor en het gebruik van deze meetgegevens om een compenserend algoritme te implementeren. Ook het toepassen van buisjes met een droogmiddel of vochtfilters bij de sensoringang met het doel de gasstroom te drogen wordt gebruikt. Een andere maatregel is het bevochtigen van het kalibratiegas, in een poging een natuurlijke luchtvochtigheid te benaderen. In het algemeen hebben deze maatregelen een negatieve invloed op de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de metingen. Ze kunnen de reactiesnelheid van de sensor aanzienlijk vertragen, wat in een industriële omgeving al snel kan leiden tot gevaarlijke situaties.

Fabrikant Ion Science besloot dat conventionele PID-systemen met vocht compenserende maatregelen niet ideaal zijn. De ontwikkelingsafdeling ging daarom op zoek naar een alternatieve technologie. Na uitgebreid onderzoek werd Fence Electrode Technology ontwikkeld. Na langdurig en grondig testen bleek deze technologie snelle, nauwkeurige en betrouwbare meetresultaten op te leveren onder vrijwel alle omstandigheden, waarbij de sensor vrijwel ongevoelig bleek voor invloeden van vocht en verontreiniging. Zoals de naam al aangeeft wordt bij Fence Electrode Technology een afschermende elektrode aangebracht in de sensorbehuizing (afb. C). Deze elektrode werkt als een buffer tussen de positieve en negatieve elektrode en verbreekt het geleidende pad tussen deze elektroden. Uitsluitend het signaal van de PID wordt gemeten. Dit resulteert in een sensor die vrijwel ongevoelig is voor vocht. Bij PID-metingen zonder gebruik van de Fence Electrode Technology en circa 90% relatieve vochtigheid kan zich een meetfout van meer dan 60% voordoen. Dit leidt tot gevaarlijke situaties bij meting of detectie van bijvoorbeeld oplosmiddelen, brandstof, gechloreerde ontvettingsmiddelen, benzeen, koelmiddelen en sommige anorganische gassen, zoals ammoniak en zwavelwaterstof.