1. Katalytisch verwarmde sensoren (GX-SE, GX-CFC, GX-B...)

Een tinoxideplaat, verhit tot iets meer dan 300 °C, vormt het bovenste deel van een spanningsdeler. Wanneer gasmoleculen ermee botsen, neemt de weerstand af en stijgt de sensorspanning. Tijdens de verwarmingsfase fluctueert de sensorspanning aanzienlijk, waardoor de waarschuwingsapparaten de eerste 3-5 minuten alle inkomende spanningen negeren. Gedurende deze tijd is ook een hogere stroomsterkte nodig. Apparaten met een display geven "voorverwarmen" aan.

2. NDIR-infraroodsensoren (CO2-verkeerslichten, GX-D...)
Een niet-dispersieve infraroodsensor detecteert koolstofdioxide (CO2) met behulp van een optische methode. CO2 heeft de eigenschap infraroodlicht met een zeer specifieke golflengte (~4 μm) te verzwakken. In de sensor schijnt een infrarood-led door een glazen filter, en dit licht wordt vervolgens door de meetkamer naar een IR-luminantiesensor geleid. Hoe minder licht deze sensor bereikt, hoe meer CO2 er aanwezig is in de meetkamer, die via een vochtbestendig membraan in verbinding staat met de buitenlucht. De door Schabus gebruikte dual-beam sensoren meten bovendien de lichtopbrengst van de IR-led om meetfouten veroorzaakt door verouderde lichtbronnen te compenseren. Een krachtige microcontroller regelt het proces en geeft een sensorspanning af die overeenkomt met de CO2-concentratie, een pulsbreedtemodulatie (GX-D250) of een directe UART, die de verschillende waarschuwingsapparaten evalueren, weergeven en reageren met een hoorbaar alarm en/of relaisschakeling.

3. Elektrochemische sensoren (GX-C1pro, GX-C...)
Een elektrochemische sensor detecteert koolmonoxide (CO) via een chemische reactie met zuiver water. De sensor bestaat voornamelijk uit een watertank, die via een schijfje actieve kool en een klein gaatje in verbinding staat met de buitenlucht. De reactie van CO met H₂O produceert CO₂, waterstof en twee vrije elektronen. Het aantal elektronen geeft dus een directe maat voor de CO-concentratie en kan amperometrisch worden gemeten. De elektronenstroom bevindt zich in het lage nanoampèrebereik, ongeveer 1,5 nA/ppm CO. Daarom kan een dergelijke sensor niet rechtstreeks op een waarschuwingsapparaat worden aangesloten; in plaats daarvan moet de meetelektronica zich zeer dicht bij de sensor bevinden en extreem gevoelig en nauwkeurig zijn. Operationele versterkers zetten het signaal om in een gekalibreerde spanning, die vervolgens via een analoog-naar-digitaalomzetter (ADC) in een 32-bits microcontroller wordt verwerkt. Elektrotechnik Schabus heeft het succes van deze uitgebreide ontwikkeling van de meetcel laten testen door TÜV Süd volgens DIN 50291; Het systeem is gecertificeerd voor stabiliteit en nauwkeurigheid en alle aangeboden CO-waarschuwingsapparaten maken gebruik van deze meetcel met de elektrochemische sensor.

Laten we beginnen met stadsgas, dat niet meer in die vorm bestaat. Het werd geproduceerd door kolenvergassing en bevatte een relatief hoog gehalte aan giftig koolmonoxide (zie pagina 74). Stadsgas was beschikbaar tot ongeveer eind jaren 70, en in West-Berlijn tot midden jaren 90. Het werd geleidelijk vervangen door het minder giftige aardgas. Dit vereiste aanpassingen aan verbrandingsinstallaties, waaronder het gebruik van andere afdichtingen en kleppen. De naam "stadsgas" wordt nog steeds veel gebruikt, daarom noemen we onze sensor voor brandbare gassen nog steeds een stads- en aardgassensor (SE). Aardgas, het gas dat onze gemeentelijke nutsbedrijven en gasleveranciers vandaag de dag leveren voor verwarming, warm water en koken, is een natuurlijk voorkomend gas dat voornamelijk een bijproduct is van de olieproductie, maar ook afkomstig is uit zuivere aardgasvelden die geen olie produceren. Het hoofdbestanddeel van aardgas is het licht ontvlambare gas methaan, dat tot 90% van het volume uitmaakt. Naast butaan en propaan bevatten andere stoffen diverse sporen zwavelverbindingen, ethaan, CO2, edelgassen, stikstof en waterdamp. Na winning wordt aardgas gezuiverd van giftige en onbruikbare stoffen zoals water, waterstofsulfide en koolstofdioxide voordat het in ons gasleidingnet wordt gevoerd. Dit gebeurt echter niet voordat het wordt gemengd met de zwavelverbindingen thioethers of alcanethiolen om het gas zijn karakteristieke geur te geven, die we van nature waarnemen als de geur van gas. Zonder deze toevoegingen zou aardgas geurloos zijn. Elk verkocht brandbaar gas moet met deze stoffen worden gemengd om de geur te creëren. We dragen daarom al de beste gassensor recht voor onze neus: onze neus. Gelukkig bevindt onze neus zich niet altijd precies op de plek waar onbedoeld gas kan ontsnappen. Dit geldt met name bij de verschillende aansluitingen in onze gasleiding, bij het overdrachtspunt, bij de gaskraan, bij de meter en direct bij de verwarming, het fornuis of de boiler. Hier, meestal in de zogenaamde bijkeukens (HWR), maar ook in de keuken direct bij het gasfornuis, komen de "stads- en aardgasmelders" van Elektrotechnik Schabus in beeld. Ze detecteren gaslekken direct en waarschuwen met een luid, indringend alarm voor een leidingdefect. Indien nodig schakelen ze een aangesloten magneetafsluiter uit om verdere gasstroom te voorkomen. Omdat aardgas voornamelijk bestaat uit het zeer lichte methaan, is het lichter dan lucht en stijgt het direct op wanneer het ontsnapt. Daarom moet een GX-SE-sensor hoog in de ruimte worden geïnstalleerd om het gas direct te detecteren. Deze mag echter niet helemaal bovenaan worden geplaatst, maar ongeveer 30 cm onder het plafond, omdat er in de hoeken een zogenaamde dode ruimte ontstaat. Lucht die in de hoeken en randen van het plafond vastzit, kan niet ontsnappen en verdringt het gas. Gas uit flessen (butaan/propaan) is zwaarder dan lucht, daarom wordt de sensor 15-30 cm boven de vloer geplaatst.

Er bestaat een term die de "onderste explosiegrens" wordt genoemd, afgekort LEL en uitgedrukt in een percentage. Een gas-luchtmengsel wordt pas explosief wanneer het 100% bereikt. Het is belangrijk om te begrijpen dat de zuivere hoeveelheid vrijkomend gas niet de doorslaggevende factor is, zoals bij CO, dat eenvoudig kan worden uitgedrukt in ppm. Andere factoren spelen ook een rol. Denk hierbij aan temperatuur, vochtigheid en zuurstofgehalte, want voor verbranding is absoluut zuurstof nodig; anders brandt het niet. Een hogere vochtigheid betekent minder zuurstof, en een hogere temperatuur betekent minder deeltjes in de ruimte die met elkaar kunnen reageren. Onze SE-sensoren houden rekening met deze drie factoren en zetten deze om in een spanning die wordt gedetecteerd door de waarschuwingsapparaten. Als er nu ook maar één molecuul wordt gedetecteerd, of, realistischer, als... z.BSlechts 3% LEL (Lower Explosive Limit) activeert een waarschuwing, oftewel een alarm, maar geen enkele klant zou dergelijk gedrag op de lange termijn accepteren. Tot 5% LEL treedt een zogenaamd vals alarm vaker op dan men zou verwachten bij een defect aan de gasleiding. De sensoren zijn technisch in staat om deze niveaus te detecteren, maar wie wil er nu een waarschuwing wanneer open blikken verf en lak uitgassen of iemand langs de sensor loopt met vers gelakte nagels of vers aangebrachte parfum? Oplosmiddelen, en vele andere veelvoorkomende huishoudelijke stoffen, lijken sterk op de koolwaterstoffen in stadsgas en aardgas en worden net zo effectief gedetecteerd door de sensoren. Verschillende van de talrijke DIN-normen die betrekking hebben op de detectie van aardgas in woonwijken, adviseren een waarschuwing uiterlijk bij het bereiken van de grenswaarde van 20% LEL. Omdat onze sensoren ook vloeibaar petroleumgas (LPG met een hoog aandeel butaan en propaan) detecteren, hebben we een vroegtijdig waarschuwingsniveau van 12% LEL afgesproken. Altijd op tijd om gevaar te voorkomen, maar voldoende tolerant om frequente valse alarmen te voorkomen. En uiteraard binnen de norm.

Waar komt koolmonoxide vandaan? Wie heeft het aan mijn gas toegevoegd? Wat gebeurt er in ons lichaam als we CO (koolmonoxide) inademen?

Koolmonoxide wordt niet aangevoerd. Het ontstaat bij elk verbrandingsproces waarbij onvoldoende zuurstof beschikbaar is. Elk gasmolecuul (z.BMethaan (CH4) heeft twee zuurstofmoleculen (O2) nodig voor volledige verbranding. Dit levert twee watermoleculen (H2O) en één koolstofdioxidemolecuul (CO2) op, wat lang niet zo gevaarlijk is als een koolstofmonoxidemolecuul (CO). Gas is krachtig en ontbrandt snel. Als er onvoldoende zuurstof beschikbaar is, delen twee gasmoleculen één zuurstofmolecuul, waardoor koolmonoxide en waterstof ontstaan.

CH4 + 2O2 -----> CO2 + 2 H2O (compleet)
of
2 CH4 + O2 -----> 2 CO + 4 H2 (onvolledig)

Er moet voldoende zuurstof aanwezig zijn op het verbrandingspunt, en niet alleen verspreid door de ruimte. Dit verklaart waarom er in vrijwel elk verbrandingsapparaat (cv-ketel, verwarmingssysteem, enz.) CO wordt geproduceerd. Een met stof verstopte sproeier is voldoende om dit te veroorzaken. Of een huis dat achteraf is voorzien van dikke isolatie. Dit is gemakkelijk te herkennen tijdens visuele inspectie van de verbranding als u een gele component in de vlam ziet. Volledige verbranding met voldoende zuurstof ziet er altijd blauw uit, hoewel een gele component niet altijd gemakkelijk te vinden is. Overigens is methaangas hier slechts één voorbeeld van; dit geldt ook voor alle andere verbrandingsprocessen, zoals butaan, propaan, olie, papier, karton, hout en pellets. Elke verbranding vereist voldoende zuurstof!

Elke cel in ons lichaam gebruikt ook zuurstof om goed te functioneren. We ademen zuurstof in, die zich bindt aan hemoglobine (rode bloedcellen) in de longblaasjes en via de bloedbaan naar de cellen wordt getransporteerd. Hier vindt het verbrandingsproces plaats: het zuurstofmolecuul wordt uit de rode bloedcel verwijderd en het koolstofdioxidemolecuul (CO2) dat bij deze (volledige) verbranding ontstaat, wordt weer aan de rode bloedcel gehecht voor transport naar de longen voor uitademing. Wanneer we echter CO2 in het luchtmengsel inademen, wordt het problematisch. Hemoglobine herkent alleen het zuurstofatoom (O) in de CO2 en bindt zich er ongeveer 300 keer sterker aan dan pure zuurstof. De cel kan CO2 niet gebruiken en stuurt het terug naar de longen voor uitademing. Daar vindt echter geen uitwisseling plaats omdat een zuurstofatoom (O) al sterk aan de hemoglobine gebonden is; we ademen de CO2 simpelweg niet uit. Dit gebeurt meestal na ongeveer 20 minuten; Bij elke ademhaling hoopt CO zich op in het bloed, terwijl er tegelijkertijd steeds minder rode bloedcellen zijn die nog zuurstof kunnen opnemen. Dit maakt koolmonoxide giftig. Een gebrek aan zuurstof zorgt ervoor dat de cellen niet meer kunnen functioneren. v.a...het centrale zenuwstelsel, het hart en de hersenen worden aangetast; men wordt moe, valt in slaap en sterft in het ergste geval door verstikking, ondanks ademhaling. Bij acute koolmonoxidevergiftiging helpt alleen zuivere zuurstof, idealiter toegediend in een hyperbare kamer.