Querempfindlichkeiten bei Gaswarngeräten: Falsche Alarme und verdeckte Gase richtig bewerten

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Ein tragbares Gaswarngerät löst plötzlich einen CO-Alarm aus, obwohl in dem Arbeitsbereich nach Einschätzung des Betreibers keine Kohlenmonoxidquelle vorhanden ist. Gleichzeitig wird in der Anlage Wasserstoff verwendet. In einem anderen Fall befindet sich tatsächlich ein toxisches Gas in der Atmosphäre, der angezeigte Messwert bleibt jedoch unerwartet niedrig.

Solche Situationen können durch eine Querempfindlichkeit des eingesetzten Gassensors verursacht werden. Besonders elektrochemische Sensoren reagieren nicht unter allen Bedingungen ausschließlich auf ihr eigentliches Zielgas. Abhängig von Sensorchemie, Elektroden, Filtern und Betriebsbedingungen können andere Gase ebenfalls ein Signal erzeugen oder die Reaktion auf das Zielgas beeinflussen.

Eine Querempfindlichkeit kann deshalb unterschiedliche Auswirkungen haben:

• falscher beziehungsweise zu früher Alarm durch positive Interferenz,
• zu hohe Konzentrationsanzeige des Zielgases,
• zu niedrige Konzentrationsanzeige durch negative Interferenz,
• im ungünstigen Fall eine teilweise verdeckte tatsächliche Gasgefährdung.

Besonders wichtig ist deshalb: Ein ungewöhnlicher Alarm sollte nicht einfach als „Fehlalarm“ zurückgesetzt werden. Zuerst muss geklärt werden, welcher konkrete Sensor eingebaut ist, welche Gase in der Anwendung auftreten können und welche Querempfindlichkeiten der Hersteller für genau diesen Sensor angibt.

Geeignete Geräte für den Personenschutz finden Sie bei ICS Schneider unter tragbare Gaswarngeräte. Für detaillierte Prozess- und Vergleichsmessungen finden Sie weitere Systeme unter Gasanalysegeräte.

Was bedeutet Querempfindlichkeit bei einem Gaswarngerät?

Ein Gassensor wird normalerweise für ein bestimmtes Zielgas ausgewählt.

Beispiele:

• CO-Sensor für Kohlenmonoxid,
• H2S-Sensor für Schwefelwasserstoff,
• NH3-Sensor für Ammoniak,
• O2-Sensor für Sauerstoff.

In einer idealen Welt würde ein CO-Sensor ausschließlich auf CO reagieren und alle anderen Bestandteile der Atmosphäre vollständig ignorieren.

In der Praxis können jedoch andere Gase ebenfalls eine Reaktion des Sensorelements hervorrufen.

Diese Gase werden häufig als:

• Störgase,
• Quergase,
• Interferenzgase

bezeichnet.

Unter Querempfindlichkeit versteht man die Reaktion eines Sensors auf ein Gas, für das der Messkanal eigentlich nicht vorgesehen ist.

Das Gerät zeigt dann beispielsweise einen CO-Wert an, obwohl zumindest ein Teil des Sensorsignals tatsächlich durch ein anderes Gas verursacht wurde.

Warum das Sensorprinzip entscheidend ist

Gaswarngeräte können unterschiedliche Sensortechnologien verwenden.

Sensorprinzip	Typische Anwendung	Selektivität
Elektrochemisch	Toxische Gase und Sauerstoff	Je nach Sensorchemie können relevante Querempfindlichkeiten auftreten
Katalytisch	Brennbare Gase in % UEG	Reagiert grundsätzlich auf verschiedene oxidierbare brennbare Gase
Infrarot	CO2 und bestimmte brennbare Gase	Selektivität abhängig von Absorptionswellenlänge und Gas
PID	Flüchtige organische Verbindungen	Reagiert auf zahlreiche ionisierbare Stoffe und ist häufig kein komponentenspezifischer Sensor
Wärmeleitfähigkeit	Zum Beispiel Wasserstoff oder Edelgase in definierten Gasgemischen	Andere Gaskomponenten können das Messergebnis beeinflussen

Deshalb darf nicht nur gefragt werden:

„Kann das Gerät CO messen?“

Ebenso wichtig ist:

„Welches Sensorprinzip wird verwendet und welche anderen Gase befinden sich in der Anwendung?“

Elektrochemische Sensoren und Störgase

Elektrochemische Sensoren werden besonders häufig für toxische Gase eingesetzt.

Das Zielgas diffundiert in die Sensorzelle und nimmt an einer elektrochemischen Reaktion an einer Elektrode teil. Der dadurch erzeugte elektrische Strom wird ausgewertet und in eine Konzentrationsanzeige umgerechnet.

Das Problem:

Auch andere chemisch reaktive Gase können an den Elektroden eine Reaktion hervorrufen.

Wie stark eine solche Reaktion ausfällt, hängt unter anderem ab von:

• Elektrodenmaterial,
• Elektrolyt,
• elektrischem Arbeitspunkt des Sensors,
• Diffusionsbarriere,
• internen Filtern,
• Temperatur,
• Gaszusammensetzung.

Deshalb können zwei elektrochemische CO-Sensoren unterschiedlicher Bauart auf dasselbe Störgas unterschiedlich stark reagieren.

Querempfindlichkeit ist daher eine Eigenschaft des konkreten Sensors und nicht nur des Zielgases.

Positive und negative Querempfindlichkeit unterscheiden

Für die Sicherheitsbewertung ist besonders wichtig, ob ein Störgas ein positives oder negatives Sensorsignal erzeugt.

Positive Querempfindlichkeit

Bei einer positiven Querempfindlichkeit erhöht das Störgas die Anzeige.

Beispiel:

Ein CO-Sensor befindet sich in einer Atmosphäre ohne relevante CO-Konzentration. Ein anderes Gas erzeugt jedoch ebenfalls ein positives Signal.

Das Gerät kann dadurch beispielsweise:

• 10 ppm CO,
• 30 ppm CO,
• oder einen Wert oberhalb einer Alarmgrenze

anzeigen, obwohl diese Anzeige nicht vollständig durch CO verursacht wurde.

Mögliche Folge:

Fehlalarm beziehungsweise Überschätzung des Zielgases.

Negative Querempfindlichkeit

Bei einer negativen Querempfindlichkeit erzeugt das Störgas ein Signal mit entgegengesetztem Vorzeichen.

Dadurch kann die Anzeige des eigentlichen Zielgases reduziert werden.

Das ist sicherheitstechnisch besonders kritisch.

Vereinfacht kann beispielsweise gelten:

Signal gesamt = Signal Zielgas + Signal Störgas

Ist das Signal des Störgases negativ, kann es einen Teil des positiven Zielgassignals kompensieren.

Dann kann beispielsweise tatsächlich eine gefährliche Konzentration vorhanden sein, während das Gaswarngerät einen deutlich niedrigeren Wert anzeigt.

Was bedeutet Inhibition eines Gassensors?

Neben positiven und negativen Querempfindlichkeiten kann bei bestimmten Sensortypen ein weiterer Effekt auftreten: die Inhibition.

Dabei beeinflusst ein Stoff die Sensorchemie so, dass die Reaktion auf das eigentliche Zielgas vorübergehend reduziert oder blockiert wird.

Abhängig von Sensor und Stoff kann sich der Sensor anschließend wieder erholen oder über längere Zeit beeinträchtigt bleiben.

In der Praxis ist dieser Effekt besonders gefährlich, weil der Sensor anschließend äußerlich normal erscheinen kann.

Nach einer ungewöhnlichen oder sehr hohen Exposition sollte deshalb geprüft werden:

• welche Gase vorhanden waren,
• ob der Hersteller eine mögliche Inhibition beschreibt,
• ob ein erneuter Funktionstest erforderlich ist,
• ob der Sensor gegebenenfalls ersetzt werden muss.

Warum ein CO-Sensor auf Wasserstoff reagieren kann

Eine besonders bekannte Querempfindlichkeit betrifft bestimmte elektrochemische Kohlenmonoxidsensoren und Wasserstoff.

Wasserstoff kann an bestimmten CO-Sensorelektroden ebenfalls oxidiert werden und dadurch ein positives Sensorsignal erzeugen.

Das bedeutet:

Ein CO-Alarm in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre muss nicht zwangsläufig ausschließlich durch Kohlenmonoxid verursacht worden sein.

Typische Anwendungen, bei denen dieser Zusammenhang relevant sein kann, sind beispielsweise:

• Batterieräume,
• Elektrolyseanlagen,
• Wasserstoffproduktion,
• Brennstoffzellenanlagen,
• Stahlindustrie,
• bestimmte chemische Prozesse.

Allerdings darf daraus nicht die umgekehrte Schlussfolgerung gezogen werden:

„Wenn Wasserstoff vorhanden ist, ist jeder CO-Alarm automatisch falsch.“

CO und H2 können gleichzeitig vorhanden sein.

Bei der Geräteauswahl sollte deshalb geprüft werden, ob:

• Wasserstoff im Prozess auftreten kann,
• der verwendete CO-Sensor eine relevante H2-Querempfindlichkeit besitzt,
• eine gefilterte oder kompensierte CO-Sensorausführung verfügbar ist,
• gegebenenfalls ein zusätzlicher H2-Messkanal sinnvoll ist.

Querempfindlichkeiten bei H2S-Sensoren

Auch ein elektrochemischer Schwefelwasserstoffsensor kann auf andere Gase reagieren.

Mögliche Störgase hängen stark von der konkreten Sensorchemie ab.

Besonders in:

• Kläranlagen,
• Abwasserkanälen,
• Biogasanlagen,
• Raffinerien,
• chemischen Anlagen

können gleichzeitig mehrere Schwefel-, Stickstoff- oder Kohlenstoffverbindungen vorhanden sein.

Eine H2S-Anzeige sollte deshalb nicht allein aufgrund des Prozesswissens als richtig oder falsch bewertet werden.

Entscheidend ist die Querempfindlichkeitstabelle des tatsächlich eingebauten H2S-Sensors.

Bei bestimmten H2S-Sensoren können beispielsweise andere Schwefelverbindungen ein positives Signal erzeugen. Andere oxidierende Gase können abhängig von der Sensorausführung auch negative Beiträge verursachen.

Querempfindlichkeitstabellen richtig lesen

Hersteller veröffentlichen für viele elektrochemische Sensoren Tabellen mit typischen Querempfindlichkeiten.

Eine vereinfachte Tabelle könnte beispielsweise folgendermaßen aufgebaut sein:

Störgas	Prüfkonzentration	Angezeigte Reaktion als Zielgas
Gas A	100 ppm	+40 ppm Zielgas
Gas B	20 ppm	-5 ppm Zielgas
Gas C	500 ppm	keine relevante Reaktion

Die Tabelle sagt damit nicht, dass Gas A tatsächlich als Zielgas vorhanden ist.

Sie beschreibt lediglich, welches Signal der Sensor bei einer definierten Störgaskonzentration erzeugt hat.

Zu beachten ist außerdem:

• Die Werte können typische Werte sein und eine Streuung besitzen.
• Sie können sich auf neue Sensoren beziehen.
• Alterung kann das Verhalten verändern.
• Temperatur und Feuchte können abweichend sein.
• Filterzustand kann eine Rolle spielen.
• Andere, nicht aufgeführte Gase können ebenfalls reagieren.

Eine Querempfindlichkeitstabelle ist deshalb eine wichtige Bewertungsgrundlage, aber kein vollständiger Gasanalysator.

Kann man Querempfindlichkeit berechnen?

Manche Hersteller geben Querempfindlichkeiten als Prozentwert an.

Vereinfacht kann dieser beispielsweise als Verhältnis zwischen angezeigtem Zielgasäquivalent und Störgaskonzentration verstanden werden:

Querempfindlichkeit [%] ≈ Anzeige als Zielgas / Konzentration Störgas · 100

Beispiel:

Angenommen, für einen bestimmten Sensor wird unter definierten Bedingungen eine Querempfindlichkeit von +40 % auf ein Störgas angegeben.

Bei 100 ppm dieses Störgases könnte daraus unter denselben Bedingungen näherungsweise resultieren:

100 ppm · 0,40 = 40 ppm Zielgasäquivalent

Diese Berechnung darf jedoch nur verwendet werden, wenn die Herstellerangabe tatsächlich so definiert ist.

Insbesondere darf nicht automatisch angenommen werden, dass:

• die Reaktion über jeden Konzentrationsbereich linear ist,
• verschiedene Störgase einfach addiert werden können,
• die Werte für andere Sensorvarianten gelten,
• gebrauchte Sensoren identisch reagieren.

Warum Gasgemische besonders kritisch sind

In realen Anlagen liegt häufig nicht nur ein einzelnes Gas vor.

Beispielsweise können gleichzeitig vorhanden sein:

• CO,
• H2,
• H2S,
• SO2,
• NO2,
• VOC,
• Wasserdampf.

Die Querempfindlichkeitstabelle eines Sensors wird dagegen häufig mit einzelnen definierten Prüfgasen erstellt.

Ein reales Gasgemisch kann deshalb schwieriger zu bewerten sein.

Besonders kritisch ist die Kombination aus:

• positiven Interferenzen,
• negativen Interferenzen,
• unterschiedlichen Sensordynamiken,
• selektiven Filtern.

Es sollte deshalb nicht ohne ausdrückliche Herstellerfreigabe angenommen werden, dass sich alle Beiträge eines komplexen Gasgemisches exakt linear verrechnen lassen.

Sensoren desselben Zielgases können unterschiedlich reagieren

Die Aussage:

„CO-Sensoren reagieren auf Wasserstoff.“

ist zu pauschal.

Korrekt wäre:

Bestimmte CO-Sensoren besitzen eine relevante Wasserstoffquerempfindlichkeit, während andere Sensorausführungen durch spezielle Elektroden, Filter oder Kompensationsverfahren deutlich selektiver ausgeführt sein können.

Deshalb reicht es bei der Bewertung nicht aus, lediglich die Gerätebezeichnung zu kennen.

Benötigt werden möglichst:

• Gerätemodell,
• eingebaute Sensorvariante,
• Zielgas,
• Messbereich,
• gegebenenfalls Sensor- oder Ersatzteilnummer,
• zugehöriges Sensordatenblatt.

Gerade bei konfigurierbaren Mehrgasgeräten kann dasselbe Grundgerät mit unterschiedlichen Sensorkombinationen ausgestattet sein.

Selektive Filter gegen Störgase

Einige elektrochemische Sensoren besitzen einen chemischen Filter vor dem eigentlichen Sensorelement.

Der Filter soll bestimmte Störgase:

• absorbieren,
• chemisch umsetzen,
• oder deren Eintritt in die Messzelle reduzieren.

Damit kann beispielsweise die Querempfindlichkeit eines CO-Sensors gegenüber bestimmten Gasen deutlich reduziert werden.

Ein Filter ist jedoch kein universeller Schutz gegen sämtliche Störgase.

Bei bestimmten Filtertypen kann außerdem die Aufnahmekapazität begrenzt sein.

Nach hoher oder lang andauernder Belastung kann sich das Querempfindlichkeitsverhalten deshalb verändern.

Für die Anwendung sollten daher folgende Punkte geprüft werden:

• Welche Gase filtert der Sensor?
• Welche Gase passieren den Filter?
• Gibt es eine definierte Filterkapazität?
• Beeinflusst der Filter die Ansprechzeit?
• Wie wird der Zustand bei der Wartung bewertet?

Temperatur und Feuchte berücksichtigen

Elektrochemische Sensoren arbeiten mit chemischen Reaktionen und einem Elektrolyten.

Temperaturänderungen können deshalb unter anderem beeinflussen:

• Nullsignal,
• Empfindlichkeit,
• Reaktionsgeschwindigkeit.

Moderne Gaswarngeräte können solche Einflüsse innerhalb ihres spezifizierten Arbeitsbereiches teilweise kompensieren.

Trotzdem sollten extreme Betriebsbedingungen nicht ignoriert werden.

Auch die Feuchtigkeit kann relevant sein.

Problematisch sind beispielsweise:

• starke Feuchtesprünge,
• Kondensation,
• sehr trockene Atmosphären,
• nasse beziehungsweise verschmutzte Sensoröffnungen.

Ein unerwarteter Messwert sollte deshalb immer zusammen mit den Umgebungsbedingungen bewertet werden.

Probenahme und Schlauchsystem berücksichtigen

Bei einem Gaswarngerät mit Pumpe befindet sich zwischen Atmosphäre und Sensor zusätzlich ein Probenahmesystem.

Dazu können gehören:

• Sonde,
• Schlauch,
• Filter,
• Pumpe,
• Wasserabscheider.

Bestimmte Gase können an Schlauchmaterialien oder Filtern adsorbiert werden.

Dadurch kann:

• die Ansprechzeit länger werden,
• die gemessene Konzentration reduziert werden,
• ein nachfolgender Messpunkt durch Desorption beeinflusst werden.

Bei stark adsorbierenden oder reaktiven Gasen muss deshalb auch das Probenahmesystem für die Messaufgabe geeignet sein.

Eine vermutete Querempfindlichkeit kann sonst tatsächlich ein Probenahmeproblem sein.

Bump-Test und Kalibrierung richtig unterscheiden

Ein Bump-Test beziehungsweise Funktionstest und eine Kalibrierung erfüllen unterschiedliche Aufgaben.

Bump-Test

Beim Bump-Test wird der Sensor mit einem geeigneten Prüfgas beaufschlagt.

Geprüft wird insbesondere, ob:

• der Sensor auf Gas reagiert,
• der Messwert ansteigt,
• die Alarmfunktionen ausgelöst werden,
• akustische, optische und gegebenenfalls Vibrationsalarme funktionieren.

Kalibrierung

Bei einer Kalibrierung beziehungsweise Justage wird die Anzeige des Sensors mit einer bekannten Prüfgaskonzentration verglichen und gegebenenfalls angepasst.

Eine erfolgreiche Kalibrierung auf das Zielgas bedeutet allerdings nicht:

„Der Sensor reagiert jetzt ausschließlich auf dieses Gas.“

Die grundsätzliche Querempfindlichkeit des Sensorprinzips bleibt bestehen.

Das richtige Kalibriergas verwenden

Für die Prüfung eines Gaswarngeräts sollte grundsätzlich das vom Hersteller für den jeweiligen Sensor vorgesehene Prüfgas beziehungsweise Kalibrierverfahren verwendet werden.

Bei manchen Sensoren kann eine Kalibrierung mit einem Ersatzgas möglich sein.

Dann wird ein herstellerseitig definierter Umrechnungsfaktor verwendet.

Ein solcher Faktor sollte nicht selbst geschätzt werden.

Besonders problematisch wäre beispielsweise:

Ein Sensor reagiert auf Gas A und Gas B. Weil Gas B leichter verfügbar ist, wird ohne Herstellerangabe mit Gas B kalibriert und angenommen, dass die Empfindlichkeit identisch ist.

Dadurch kann die anschließende Zielgasmessung falsch skaliert sein.

Was tun bei einem vermeintlichen Fehlalarm?

Ein Gasalarm darf nicht allein aufgrund der Vermutung einer Querempfindlichkeit ignoriert werden.

Bei einem Alarm sollte zunächst das für den Betrieb beziehungsweise Arbeitsplatz festgelegte Sicherheitsverfahren eingehalten werden.

Erst anschließend sollte die Ursache technisch untersucht werden.

Eine sinnvolle Analyse umfasst:

1. Alarmereignis dokumentieren: Gasart, Konzentration, Uhrzeit und Ort erfassen.
2. Prozesszustand prüfen: Welche Stoffe und Anlagen waren zu diesem Zeitpunkt aktiv?
3. Mögliche Zielgasquelle prüfen: Ein tatsächliches Leck nicht vorschnell ausschließen.
4. Mögliche Störgase identifizieren: Welche anderen Gase können gleichzeitig vorhanden sein?
5. Sensorvariante feststellen: Nicht nur Gerätebezeichnung prüfen.
6. Querempfindlichkeitstabelle prüfen: Herstellerdaten des konkreten Sensors verwenden.
7. Gerätefunktion prüfen: Bump-Test beziehungsweise Kalibrierzustand kontrollieren.
8. Vergleichsmessung durchführen: Wenn erforderlich mit einem geeigneteren oder selektiveren Messprinzip.

Erst wenn diese Punkte untersucht wurden, sollte ein Ereignis tatsächlich als Fehlalarm durch Querempfindlichkeit bewertet werden.

Verdeckte Gasgefahr durch negative Interferenz

Positive Querempfindlichkeiten fallen schnell auf, weil ein Alarm ausgelöst wird.

Negative Interferenzen sind gefährlicher, weil möglicherweise kein Alarm erfolgt.

Vereinfacht angenommen:

• tatsächliches Zielgassignal: +20 ppm,
• Signal eines Störgases: -12 ppm,
• angezeigtes Gesamtsignal: etwa 8 ppm.

Die angezeigte Konzentration könnte damit deutlich unterhalb der tatsächlich vorhandenen Zielgaskonzentration liegen.

Eine solche Verrechnung ist nur ein vereinfachtes Beispiel, zeigt aber das grundsätzliche Risiko.

Negative Querempfindlichkeiten müssen deshalb bei der Sensorauswahl mindestens genauso ernst genommen werden wie falsche positive Alarme.

Vergleichsmessung mit anderem Messprinzip

Wenn eine Querempfindlichkeit vermutet wird, kann eine Messung mit einem anderen Messprinzip sehr hilfreich sein.

Beispiel:

Ein elektrochemischer Sensor zeigt einen unerwarteten Wert.

Zur Untersuchung wird ein geeignetes Gasanalyseverfahren eingesetzt, dessen Selektivität gegenüber den vermuteten Störgasen besser bekannt ist.

Je nach Gas und Anwendung kommen beispielsweise infrage:

• NDIR-Infrarotmessung,
• paramagnetische Sauerstoffmessung,
• UV-Photometrie,
• Wärmeleitfähigkeitsmessung mit Quergaskorrektur,
• weitere komponentenselektive Analyseverfahren.

Wichtig:

Ein Prozessgasanalysator ersetzt nicht automatisch ein zugelassenes persönliches Gaswarngerät.

Die Analyse kann jedoch bei der technischen Ursachenklärung helfen.

Sensor bereits bei der Geräteauswahl auf Störgase prüfen

Die beste Lösung besteht darin, Querempfindlichkeiten nicht erst nach dem ersten Fehlalarm zu untersuchen.

Bereits vor der Geräteauswahl sollte eine Liste möglicher Gase erstellt werden.

Dazu gehören:

• Zielgase,
• Prozessgase,
• Reinigungschemikalien,
• Abgase von Fahrzeugen und Verbrennungsmotoren,
• Nebenprodukte chemischer Reaktionen,
• Gase aus Batterieladevorgängen,
• Spül- und Inertgase.

Danach kann geprüft werden:

Frage	Bedeutung
Welches Zielgas muss sicher erkannt werden?	Grundlage der Sensorwahl
Welche Störgase können vorhanden sein?	Querempfindlichkeiten bewerten
Können Ziel- und Störgas gleichzeitig auftreten?	Negative und positive Überlagerungen berücksichtigen
Ist ein selektiver Filter verfügbar?	Störgasreaktion gegebenenfalls reduzieren
Ist ein anderes Messprinzip geeigneter?	Zum Beispiel IR statt eines weniger selektiven Prinzips
Werden mehrere Messkanäle benötigt?	Mehrere Gefährdungen getrennt überwachen

Alarmgrenzen nicht zur Kompensation von Querempfindlichkeiten verschieben

Wenn ein Sensor aufgrund eines Störgases häufiger Alarm auslöst, erscheint eine einfache Lösung zunächst attraktiv:

„Wir erhöhen einfach den Alarmgrenzwert.“

Das ist jedoch normalerweise kein geeigneter Umgang mit Querempfindlichkeiten.

Dadurch würde gleichzeitig die Reaktion auf das tatsächliche Zielgas verändert.

Stattdessen sollte geprüft werden:

• ob der richtige Sensor eingesetzt wird,
• ob eine selektivere Sensorausführung verfügbar ist,
• ob ein Filter vorgesehen ist,
• ob das Gerät anders positioniert werden sollte,
• ob mehrere Gase separat überwacht werden müssen.

Alarmgrenzen müssen sich an der Gefährdungsbeurteilung und den für die Anwendung geltenden Vorgaben orientieren und dürfen nicht allein zur Unterdrückung störender Alarme verändert werden.

Querempfindlichkeiten dokumentieren

Bei qualitäts- oder sicherheitsrelevanten Anwendungen sollten die bekannten Querempfindlichkeiten Teil der Messstellendokumentation sein.

Sinnvolle Informationen sind:

• Gerätetyp,
• Sensorbezeichnung,
• Serien- beziehungsweise Sensornummer,
• Zielgas,
• Messbereich,
• relevante Störgase,
• positive Querempfindlichkeiten,
• negative Querempfindlichkeiten,
• verwendete Filter,
• Kalibriergas,
• Kalibrierintervall,
• Bump-Test-Verfahren.

Nach einem Sensorwechsel sollte diese Dokumentation erneut geprüft werden.

Ein kompatibler Ersatzsensor kann ein anderes Querempfindlichkeitsverhalten besitzen als die vorherige Sensorgeneration.

Typische Fehlerbilder bei Gaswarngeräten

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
CO-Alarm ohne offensichtliche CO-Quelle	Querempfindlichkeit gegenüber einem anderen Gas, beispielsweise H2 bei bestimmten CO-Sensoren	Exakte Sensorvariante und Querempfindlichkeitstabelle prüfen
Alarm tritt immer während eines bestimmten Prozessschrittes auf	Störgas wird bei diesem Prozessschritt freigesetzt	Prozessstoffe und zeitlichen Zusammenhang dokumentieren
Mehrere baugleiche Geräte zeigen unterschiedliche Werte	Sensoralterung, unterschiedliche Sensorvarianten oder Kalibrierzustand	Sensorbezeichnung, Bump-Test und Kalibrierung vergleichen
Gaswarngerät zeigt Zielgas, selektiver Analysator jedoch deutlich weniger	Positive Querempfindlichkeit möglich	Mögliche Störgase gezielt untersuchen
Sensor zeigt trotz bekannter Zielgasquelle ungewöhnlich wenig	Negative Querempfindlichkeit, Inhibition oder Probenahmeproblem	Sensorfunktion und Gasgemisch prüfen
Messwert reagiert nach hoher Gasexposition ungewöhnlich langsam	Filter- oder Sensoreffekt beziehungsweise vorübergehende Beeinträchtigung	Herstellervorgaben und Funktionstest durchführen
Nur bei hoher Luftfeuchte treten Auffälligkeiten auf	Feuchte-, Kondensations- oder Filtereinfluss	Umgebungsbedingungen und Sensoröffnung prüfen
Messung mit langer Probenleitung ist deutlich niedriger als Diffusionsmessung	Adsorption oder Verzögerung im Probenahmesystem	Schlauchmaterial, Länge und Gasverträglichkeit prüfen
Nach Sensortausch treten neue Fehlalarme auf	Neue Sensorvariante besitzt anderes Querempfindlichkeitsprofil	Datenblätter alt/neu vergleichen
Bump-Test funktioniert, Prozessmessung bleibt aber unplausibel	Bump-Test bestätigt Funktion auf Prüfgas, nicht Selektivität gegenüber Prozessgasgemisch	Querempfindlichkeiten und tatsächliche Atmosphäre prüfen

Systematische Prüfung bei unerwarteten Gasalarmen

Bei wiederkehrenden unerwarteten Alarmen ist ein strukturierter Ablauf sinnvoll.

1. Alarm als reale Gefährdung behandeln: Zuerst betriebliche Sicherheitsmaßnahmen einhalten.
2. Messwert dokumentieren: Gasart, Maximalwert, Alarmdauer und Zeitpunkt erfassen.
3. Geräteposition dokumentieren: Wo befand sich der Sensor?
4. Prozesszustand erfassen: Welche Maschinen, Reaktionen oder Reinigungsarbeiten liefen?
5. Zielgasquelle prüfen: Tatsächliche Freisetzung nicht vorschnell ausschließen.
6. Mögliche Störgase auflisten: Alle gleichzeitig möglichen Stoffe betrachten.
7. Sensor eindeutig identifizieren: Sensorvariante statt nur Gerätemodell.
8. Querempfindlichkeitstabelle prüfen: Positive und negative Interferenzen berücksichtigen.
9. Filter berücksichtigen: Vorhandensein, Alter und mögliche Sättigung prüfen.
10. Umgebungsbedingungen dokumentieren: Temperatur, Feuchte und Kondensation.
11. Probenahme prüfen: Schlauch, Filter und Pumpe kontrollieren.
12. Bump-Test durchführen: Funktion des Zielgaskanals verifizieren.
13. Kalibrierstatus prüfen: Fälligkeit und Prüfgaskonzentration kontrollieren.
14. Vergleichsmessung durchführen: Wenn erforderlich anderes Messprinzip verwenden.
15. Ergebnisse gemeinsam bewerten: Nicht nur einen Einzelwert betrachten.
16. Gegebenenfalls Sensorwahl ändern: Selektivere Ausführung oder anderes Messprinzip prüfen.
17. Ergebnis dokumentieren: Ursache und Maßnahmen für zukünftige Einsätze festhalten.

Praxisbeispiel: CO-Alarm in wasserstoffhaltiger Umgebung

In einer Industrieanlage wird ein tragbares Mehrgaswarngerät für Arbeiten in einem Bereich eingesetzt, in dem unter anderem Wasserstoff auftreten kann.

Das Gerät überwacht unter anderem Kohlenmonoxid.

Während eines bestimmten Prozessschrittes steigt die CO-Anzeige regelmäßig an und erreicht den eingestellten Alarmbereich.

Eine offensichtliche CO-Quelle ist zunächst nicht bekannt.

Schritt 1: Alarm nicht ignorieren

Der Arbeitsbereich wird entsprechend der betrieblichen Vorgaben verlassen beziehungsweise gesichert.

Der Alarm wird nicht einfach mit dem Hinweis „Der Sensor reagiert bestimmt auf Wasserstoff“ zurückgesetzt.

Schritt 2: Prozessdaten prüfen

Die Prozessanalyse zeigt, dass genau während des Alarmzeitraums eine erhöhte Wasserstoffkonzentration auftreten kann.

Schritt 3: Sensorvariante identifizieren

Nicht nur das Gaswarngerät, sondern die konkrete CO-Sensorvariante wird ermittelt.

Die Herstellerunterlagen zeigen, dass dieser Sensor eine positive Querempfindlichkeit auf Wasserstoff besitzt.

Schritt 4: Vergleichsmessung

Mit einem geeigneten zusätzlichen Messverfahren wird überprüft, ob tatsächlich CO vorhanden ist.

Die Untersuchung zeigt:

• erhöhte Wasserstoffkonzentration,
• deutlich niedrigere CO-Konzentration als vom tragbaren CO-Kanal angezeigt.

Schritt 5: Sensorwahl überprüfen

Für zukünftige Einsätze wird geprüft, ob eine CO-Sensorausführung mit reduzierter Wasserstoffquerempfindlichkeit beziehungsweise ein geeignetes alternatives Messkonzept eingesetzt werden kann.

Die Alarmgrenze wird dagegen nicht einfach erhöht.

Schritt 6: Dokumentation ergänzen

In der Gefährdungs- und Messstellendokumentation wird ergänzt, dass Wasserstoff als relevantes Störgas für den bisherigen CO-Sensortyp berücksichtigt werden muss.

Ergebnis: Das Gaswarngerät war nicht zwangsläufig defekt. Der Sensor hatte auf ein tatsächlich vorhandenes Störgas reagiert.

Gleichzeitig zeigt das Beispiel, warum der Begriff „Fehlalarm“ problematisch sein kann:

Das Gerät hat ein reales Sensorsignal erkannt – lediglich die Interpretation dieses Signals als ausschließliches CO-Signal war nicht korrekt.

Passende Gaswarn- und Analysegeräte für Anwendungen mit möglichen Störgasen

Gas-Pro – tragbares Mehrgaswarngerät mit unterschiedlichen Sensortechnologien

Der Gas-Pro ist ein tragbarer Mehrgasdetektor zur gleichzeitigen Überwachung von bis zu fünf Gasen.

Je nach Ausführung kann das Gerät mit unterschiedlichen Sensortechnologien kombiniert werden, darunter:

• elektrochemische Sensoren,
• Infrarotsensoren,
• PID-Sensoren.

Eine optionale integrierte Pumpe ermöglicht außerdem die Probenahme beispielsweise für Pre-Entry-Prüfungen.

Gerade die Möglichkeit unterschiedlicher Sensortechnologien zeigt einen wichtigen Punkt dieses Beitrags:

Die Eignung eines Mehrgasgeräts hängt nicht nur vom Grundgerät, sondern maßgeblich von der tatsächlich eingebauten Sensorkonfiguration ab.

Bei der Bestellung sollten daher Zielgase, mögliche Störgase und Umgebungsbedingungen gemeinsam betrachtet werden.

Weitere Informationen finden Sie unter Gas-Pro bei ICS Schneider.

Gasman – Ein-Gas-Warngerät für gezielte persönliche Überwachung

Der Gasman ist als persönliches Ein-Gas-Warngerät für unterschiedliche brennbare, toxische Gase beziehungsweise Sauerstoff verfügbar.

Ein Ein-Gas-Gerät ist besonders übersichtlich, wenn eine klar definierte einzelne Gefährdung überwacht werden soll.

Auch hier gilt jedoch:

Die Selektivität wird durch die jeweilige Sensorausführung bestimmt.

Vor dem Einsatz in komplexen Atmosphären sollte deshalb geprüft werden, welche Störgase für den ausgewählten Sensor relevant sind.

Weitere Informationen finden Sie unter Gasman bei ICS Schneider.

ULTRAMAT 23 – Mehrkomponenten-Gasanalyse mit hoher Selektivität

Für detailliertere Prozess- und Vergleichsmessungen kann ein Gasanalysegerät sinnvoll sein.

Der Siemens ULTRAMAT 23 ist ein Mehrkomponenten-Gasanalysator, der je nach Konfiguration unterschiedliche Messprinzipien kombiniert.

Zu den möglichen Technologien gehören:

• IR-Messung für IR-aktive Gase,
• UV-Photometrie für entsprechende Komponenten,
• elektrochemische H2S-Messung,
• elektrochemische beziehungsweise paramagnetische O2-Messung.

Die verwendeten Mehrschichtdetektoren sind auf eine hohe Selektivität ausgelegt und ermöglichen beispielsweise eine geringe Wasserdampf-Querempfindlichkeit bei entsprechenden Messkomponenten.

Ein solches Analysesystem kann insbesondere dann interessant sein, wenn Prozessgasgemische genauer untersucht werden müssen als dies mit einem einfachen persönlichen Gaswarngerät möglich ist.

Weitere Informationen finden Sie unter ULTRAMAT 23 bei ICS Schneider.

CALOMAT 6 – Gasanalyse mit integrierter Quergaskorrektur

Der Siemens CALOMAT 6 ist insbesondere für die kontinuierliche Analyse von Wasserstoff und Edelgasen vorgesehen.

Das Messprinzip basiert auf der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit von Gasen.

Damit wird gleichzeitig deutlich, warum Quergase auch bei anderen Messprinzipien relevant bleiben:

Ändert sich die Zusammensetzung des Hintergrundgases, verändert sich ebenfalls die Wärmeleitfähigkeit des Gasgemisches.

Der CALOMAT 6 bietet deshalb eine integrierte Quergaskorrektur.

Direkt lassen sich insbesondere definierte binäre Gasgemische auswerten. Sind weitere Komponenten vorhanden, können deren separat bestimmte Konzentrationen zur internen Querkorrektur berücksichtigt werden.

Weitere Informationen finden Sie unter Siemens CALOMAT 6 bei ICS Schneider.

Welches Messkonzept passt zur Anwendung?

Anforderung	Sinnvolles Messkonzept
Persönlicher Schutz vor mehreren Gasgefahren	Tragbares Mehrgaswarngerät mit passend ausgewählten Sensoren
Überwachung eines einzelnen definierten Gases	Geeigneter Ein-Gas-Detektor
CO-Messung in wasserstoffhaltiger Atmosphäre	CO-Sensor gezielt auf H2-Querempfindlichkeit prüfen
Mehrere unbekannte oder wechselnde Prozessgase	Sensorprinzip und mögliche Quergase vor Auswahl analysieren
Detaillierte Prozessanalyse mehrerer Komponenten	Geeignetes Mehrkomponenten-Gasanalysegerät
H2-Analyse in wechselnden Gasgemischen	Messprinzip mit geeigneter Quergaskorrektur prüfen
VOC-Screening	PID kann sinnvoll sein, ist jedoch nicht automatisch komponentenselektiv

Eine Übersicht geeigneter Geräte finden Sie unter tragbare Gaswarngeräte bei ICS Schneider und unter Gasanalysegeräte bei ICS Schneider.

Fazit

Querempfindlichkeiten gehören zu den wichtigsten Punkten bei der Auswahl und Bewertung von Gaswarngeräten.

Besonders elektrochemische Sensoren können neben ihrem eigentlichen Zielgas auch auf andere chemisch reaktive Gase reagieren.

Dabei muss zwischen drei Effekten unterschieden werden:

• positive Querempfindlichkeit: Anzeige wird erhöht,
• negative Querempfindlichkeit: Anzeige wird reduziert,
• Inhibition: Sensorreaktion auf das Zielgas kann vorübergehend beeinträchtigt werden.

Ein bekannter Praxisfall ist die mögliche Reaktion bestimmter CO-Sensoren auf Wasserstoff. Daraus darf jedoch weder geschlossen werden, dass jeder CO-Sensor stark auf H2 reagiert, noch dass ein CO-Alarm in wasserstoffhaltiger Atmosphäre automatisch falsch ist.

Entscheidend ist immer die konkrete Sensorvariante.

Querempfindlichkeitstabellen sollten deshalb bereits vor der Geräteauswahl geprüft werden. Dabei müssen alle Gase berücksichtigt werden, die im Prozess, bei Reinigung, Verbrennung oder als Nebenprodukte auftreten können.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen negative Interferenzen. Während ein positiver Fehler meist als unerwarteter Alarm auffällt, kann eine negative Querempfindlichkeit eine tatsächliche Zielgaskonzentration teilweise verdecken.

Ein Bump-Test bestätigt die grundlegende Sensor- und Alarmfunktion, beseitigt aber keine Querempfindlichkeit. Auch eine korrekte Kalibrierung macht einen elektrochemischen Sensor nicht automatisch vollständig selektiv.

Bei unklaren Messwerten kann eine Vergleichsmessung mit einem anderen, selektiveren Messprinzip sinnvoll sein.

Für die Praxis gilt deshalb:

Zielgas bestimmen → mögliche Störgase erfassen → konkrete Sensorvariante auswählen → Querempfindlichkeiten prüfen → geeignetes Kalibriergas verwenden → Bump-Test durchführen → ungewöhnliche Alarme dokumentieren → bei Bedarf mit anderem Messprinzip verifizieren.

FAQ: Querempfindlichkeiten bei Gaswarngeräten

Was bedeutet Querempfindlichkeit bei einem Gaswarngerät?

Querempfindlichkeit bedeutet, dass ein Sensor nicht nur auf sein vorgesehenes Zielgas reagiert, sondern auch durch andere Gase beeinflusst werden kann.

Was ist ein Störgas?

Ein Störgas beziehungsweise Quergas ist ein Gas, das den Messwert eines Sensors beeinflusst, obwohl es nicht das eigentliche Zielgas des Messkanals ist.

Können Querempfindlichkeiten einen falschen Alarm auslösen?

Ja. Bei einer positiven Querempfindlichkeit kann ein anderes Gas ein positives Sensorsignal erzeugen und dadurch eine erhöhte Zielgasanzeige oder einen Alarm verursachen.

Kann eine Querempfindlichkeit auch dazu führen, dass zu wenig Gas angezeigt wird?

Ja. Negative Querempfindlichkeiten können ein Zielgassignal teilweise kompensieren. Dadurch kann die Anzeige niedriger sein als die tatsächlich vorhandene Zielgaskonzentration.

Was ist gefährlicher: positive oder negative Querempfindlichkeit?

Beide Effekte sind relevant. Ein positiver Fehler kann unnötige Alarme verursachen. Eine negative Interferenz kann jedoch besonders kritisch sein, weil eine tatsächliche Gasgefährdung unterschätzt werden kann.

Was bedeutet Inhibition?

Inhibition beschreibt eine Beeinflussung des Sensors, durch die seine Reaktion auf das eigentliche Zielgas vorübergehend reduziert oder blockiert werden kann.

Reagiert ein CO-Sensor auf Wasserstoff?

Bestimmte elektrochemische CO-Sensoren besitzen eine relevante positive Querempfindlichkeit auf Wasserstoff. Andere Sensorausführungen verfügen über Filter oder Kompensationsverfahren, mit denen dieser Einfluss deutlich reduziert werden kann.

Warum reagiert ein CO-Sensor auf H2?

Wasserstoff kann bei bestimmten elektrochemischen Sensoraufbauten ebenfalls eine Reaktion an der Messelektrode erzeugen. Der entstehende Strom wird dann vom Messgerät zumindest teilweise wie ein CO-Signal interpretiert.

Ist jeder CO-Alarm in einem Batterieraum durch Wasserstoff verursacht?

Nein. Wasserstoff ist lediglich eine mögliche Ursache einer Querreaktion bei bestimmten Sensoren. Tatsächliches Kohlenmonoxid muss weiterhin als mögliche Ursache betrachtet werden.

Wie finde ich heraus, ob mein CO-Sensor H2-querempfindlich ist?

Die konkrete Sensorbezeichnung muss ermittelt und die zugehörige Querempfindlichkeitstabelle beziehungsweise Herstellerdokumentation geprüft werden. Die Gerätebezeichnung allein ist bei konfigurierbaren Gaswarngeräten häufig nicht ausreichend.

Können H2S-Sensoren auf andere Gase reagieren?

Ja. Welche Gase einen H2S-Sensor beeinflussen, hängt von der verwendeten elektrochemischen Sensorchemie, Filtern und Konstruktion ab.

Was steht in einer Querempfindlichkeitstabelle?

Sie beschreibt typischerweise, welche Anzeige ein Sensor bei einer definierten Konzentration eines anderen Gases erzeugt beziehungsweise welchen relativen Einfluss dieses Störgas auf den Sensor besitzt.

Sind Werte in Querempfindlichkeitstabellen exakt?

Nicht zwingend. Je nach Hersteller können es typische beziehungsweise orientierende Werte sein. Sensorstreuung, Alterung und Betriebsbedingungen müssen berücksichtigt werden.

Kann man aus einer Querempfindlichkeitstabelle die tatsächliche Gaszusammensetzung berechnen?

Bei einfachen definierten Bedingungen kann eine Abschätzung möglich sein. Bei unbekannten Gasgemischen sollte jedoch nicht davon ausgegangen werden, dass alle Sensoreffekte exakt linear und unabhängig voneinander addiert werden können.

Was passiert bei gleichzeitig positiver und negativer Querempfindlichkeit?

Die Sensorsignale können sich teilweise überlagern beziehungsweise kompensieren. Dadurch kann ein scheinbar plausibler Messwert entstehen, obwohl mehrere Gase beteiligt sind.

Kann ein Filter Querempfindlichkeiten verhindern?

Selektive Filter können bestimmte Störgase deutlich reduzieren. Sie schützen jedoch nicht automatisch vor allen Gasen und können je nach Bauart eine begrenzte chemische Kapazität besitzen.

Kann ein verbrauchter Filter zu Fehlalarmen führen?

Wenn ein chemischer Filter seine vorgesehene Wirkung verliert, kann sich das Querempfindlichkeitsverhalten des Sensors verändern. Ob und wie dies geschieht, hängt von der konkreten Sensorausführung ab.

Beeinflusst Temperatur die Querempfindlichkeit?

Temperatur beeinflusst elektrochemische Reaktionen und kann dadurch Nullpunkt, Empfindlichkeit und dynamisches Verhalten eines Sensors verändern. Die zulässigen Betriebsbedingungen des Herstellers müssen deshalb eingehalten werden.

Beeinflusst Luftfeuchtigkeit einen Gaswarner?

Je nach Sensor können sehr hohe oder sehr niedrige Feuchte, schnelle Feuchteänderungen oder Kondensation den Messwert beziehungsweise das Ansprechverhalten beeinflussen.

Was ist ein Bump-Test?

Bei einem Bump-Test wird das Gaswarngerät mit Prüfgas beaufschlagt, um die Reaktion des Sensors und die Alarmfunktionen zu überprüfen.

Ist ein Bump-Test dasselbe wie eine Kalibrierung?

Nein. Ein Bump-Test bestätigt primär die Funktion. Bei einer Kalibrierung beziehungsweise Justage wird der Messwert mit einer bekannten Referenzkonzentration verglichen und gegebenenfalls angepasst.

Beseitigt eine Kalibrierung Querempfindlichkeiten?

Nein. Eine Kalibrierung stellt die Sensorempfindlichkeit für das vorgesehene Kalibriergas ein. Die chemisch bedingten Querempfindlichkeiten des Sensors bleiben grundsätzlich bestehen.

Kann man ein anderes Gas zum Kalibrieren verwenden?

Nur wenn der Hersteller für die konkrete Sensoranwendung eine Ersatzgaskalibrierung beziehungsweise einen entsprechenden Faktor vorsieht.

Was sollte ich bei einem unerwarteten Gasalarm tun?

Zunächst müssen die betrieblichen Sicherheitsmaßnahmen eingehalten werden. Anschließend können Prozesszustand, tatsächliche Gasquellen, mögliche Störgase, Sensorvariante, Kalibrierzustand und Querempfindlichkeiten systematisch untersucht werden.

Darf ich einen Alarm ignorieren, wenn ich eine Querempfindlichkeit vermute?

Nein. Eine vermutete Querempfindlichkeit ist zunächst nur eine mögliche Erklärung. Das tatsächliche Zielgas kann ebenfalls vorhanden sein.

Sollte man bei häufigen Fehlalarmen einfach den Alarmgrenzwert erhöhen?

Nein. Zuerst sollte die Ursache untersucht und gegebenenfalls ein geeigneterer Sensor beziehungsweise ein besser geeignetes Messprinzip ausgewählt werden.

Was ist bei Gasgemischen zu beachten?

Mehrere Gase können gleichzeitig positive oder negative Sensorsignale erzeugen. Die Messwertinterpretation kann deshalb wesentlich schwieriger sein als bei einem einzelnen bekannten Gas.

Kann eine Vergleichsmessung helfen?

Ja. Ein geeignetes zweites Messverfahren mit anderer beziehungsweise höherer Selektivität kann helfen zu klären, ob ein Messwert tatsächlich vom Zielgas oder von einer Querinterferenz verursacht wurde.

Kann ein Prozessgasanalysator ein persönliches Gaswarngerät ersetzen?

Nicht automatisch. Personenschutzgeräte erfüllen andere Anforderungen an Alarmierung, Zulassung und Einsatz. Prozessanalysatoren können jedoch bei der detaillierten Ursachenanalyse hilfreich sein.

Welches tragbare Gerät eignet sich zur Mehrgasüberwachung?

Der Gas-Pro ist beispielsweise als tragbarer Mehrgasdetektor für bis zu fünf Gase verfügbar und kann je nach Konfiguration unterschiedliche Sensortechnologien wie elektrochemische, IR- und PID-Sensoren verwenden.

Warum ist die genaue Gas-Pro-Sensorkonfiguration wichtig?

Weil Querempfindlichkeiten von der jeweils eingesetzten Sensorvariante abhängen. Zwei Geräte desselben Grundtyps können bei unterschiedlicher Sensorbestückung ein unterschiedliches Verhalten gegenüber Störgasen besitzen.

Welches ICS-Gerät eignet sich für detailliertere Mehrkomponenten-Gasanalysen?

Für Prozess- und Analyseaufgaben ist beispielsweise der Siemens ULTRAMAT 23 verfügbar. Er kombiniert je nach Konfiguration verschiedene Messprinzipien zur Mehrkomponentenanalyse.

Gibt es ein Gasanalysegerät mit Quergaskorrektur?

Der Siemens CALOMAT 6 verfügt beispielsweise über eine integrierte Quergaskorrektur. Diese ist insbesondere bei der Wärmeleitfähigkeitsmessung relevant, wenn neben dem Zielgas weitere Komponenten im Gasgemisch vorhanden sind.

Welche Informationen sollte ich bei einer Anfrage für ein Gaswarngerät angeben?

Mindestens Zielgas, Messbereich, mögliche weitere Gase beziehungsweise Störgase, Temperatur, Feuchte, Einsatzort, gewünschte Anzahl der Messkanäle, Ex-Anforderungen und die geplante Betriebsart sollten beschrieben werden.