AT411629B

AT411629B - Verfahren zum justieren eines sensors zur erfassung einer gaskonzentration

Info

Publication number: AT411629B
Application number: AT13812002A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 2002-09-16
Filing date: 2002-09-16
Publication date: 2004-03-25
Also published as: ATA13812002A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Justieren eines Sensors zur Erfassung einer Gaskonzentration.

Gassensoren arbeiten üblicherweise bei Betriebstemperaturen oberhalb der Temperatur des zu untersuchenden Messgases. So werden beispielsweise Galiumoxid-Sensoren (Ga203) je nach Anwendung in einem Temperaturbereich zwischen 400 und 800 C eingesetzt. Dabei wird meist das Sensorelement durch ein auf seiner Rückseite angebrachtes elektrisches Heizelement beheizt.

Die Sensitivität eines Gassensors ist temperaturabhängig. Dies bedeutet, dass das Ausgangs- signal des Sensors bei gleicher Gaszusammensetzung bei Veränderung der Sensortemperatur schwankt. Es ist daher notwendig, einen Gassensor bei einer konstanten Betriebstemperatur zu betreiben. Um das Signal möglichst gut auswerten zu können, sollte der Sensor im Bereich der höchsten Sensitivität betrieben werden.

Bedingt durch Fertigungstoleranzen des Heizelementes des Sensors und der elektrischen Schaltung zur Ansteuerung des Heizelementes kommt es in der Praxis bei gleicher Sensoransteu- erung zu unterschiedlichen Sensortemperaturen und unterschiedlichen Sensitivitäten. Dies hat zur Folge, dass bei einer werksseitigen Grundeinstellung die Messung des Gases mit einem grösseren Messpegel geschehen könnte, da der Sensor nicht im optimalen Bereich seiner maximalen Sensi- tivität arbeitet.

Aus der DE 196 37 726 ist eine Vorrichtung zum Erfassen einer Kohlenmonoxidkonzentration in einem Abgasweg bekannt. Es wird ein Verfahren beschrieben, mittels dessen Russablagerungen entfernt werden. Dies geschieht durch eine starke Erhitzung des Sensors, wodurch der Russ ver- brannt wird. Zeitweise wird der Sensor mit reiner Luft angeströmt, um eine Nullpunktskorrektur vornehmen zu können.

Auch die US 4 896 143 beschäftigt sich mit der Messung von Kohlenmonoxid in einem Gas- strom. Um den Effekt der Gastemperatur und-feuchte und egalisieren, wird die Kohlenmonoxid- emission jeweils bei genau einer niedrigen und einer hohen Temperatur gemessen und anschlie- &num;end der normierte Wert hieraus errechnet.

In der US 4 567 475 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mindestens zweimal die Tempe- ratur eines Gassensors kontinuierlich verändert wird, wobei die Temperatur durch unterschiedliche Betaktung (z. B. Heizerspannung in Form einer Sägezahnfunktion oder digitale Beheizung konstan- ter Spannung und Variation der Pausen) des Heizelementes eingestellt wird. Durch den Vergleich der Messergebnisse mit Referenzwerten in einem Speicher kann auf die Konzentration mehrerer Einzelgase im Messgas und die Feuchte des Gases geschlossen werden.

Auch der DE 196 37 726, US 4 896 143 und US 4 567 475 ist nicht bekannt, wie die Betriebs- temperatur des Sensors derartig kalibriert werden kann, dass der Sensor im Bereich seiner höchs- ten Sensitivität betrieben werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Justierung eines Sensors zur Erfassung einer Gaskonzentration zu schaffen.

Erfindungsgemäss wird dies durch ein Verfahren gemäss den Merkmalen des Anspruchs 1 er- reicht. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren kann individuell ein Sensor derart abgestimmt werden, dass er anschliessend im Bereich seiner maximalen Sensitivität betrieben werden kann.

Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 2 kann das Verfahren besonders vorteilhaft durchge- führt werden, da Sensoren, die auf Kohlenmonoxid reagieren, im Arbeitsbereich sehr gut messbare Signaldifferenzen aufweisen und deshalb deren Messsignal besonders gut geeignet ist.

Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 3 ergibt sich der Vorteil, dass die Differenz zwischen den zwei Signalkurven maximal und somit der Quotient ebenfalls maximal ist.

Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 4 werden Details eines vorteilhaften Verfahrens ge- schützt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen detailliert erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Heizgerät mit Sensor zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2 ein Diagramm mit dem Zusammenhang zwischen Heizleistung, Sensorwiderstand und Gaskonzentration,
Fig. 3 ein Diagramm mit dem Zusammenhang zwischen Gaskonzentration, Sensortemperatur und dem elektrischen Leitwert sowie
Fig. 4 ein Diagramm mit dem Zusammenhang zwischen Heizleistung und Widerstandsände- rung.

Ein Gasheizgerät 1 verfügt über einen Brenner 4, der sich in einer Brennkammer 10 befindet und über ein Gebläse 12 Frischluft, die über eine Ansaugleitung 14 angesaugt wird, und Brenngas, welches über eine Gasarmatur 13 strömt, erhält. Das Brenngas-Luft-Gemisch wird in der Brenn- kammer 10 verbrannt, durchströmt einen Wärmeaustauscher 15, strömt dann durch eine Abgaslei- tung 11, in der sich ein Sensor 2 befindet. Der Sensor 2 verfügt über eine Sensorheizung 7 und den Messsensor 8. Der Sensor 2 ist mit einer Steuerung 9 verbunden. Die Steuerung 9 verfügt über eine Regelungselektronik 3, sowie Speichermodule 5 und 6.

Zur erfindungsgemässen Justage des Sensors 2 wird zunächst bei ausgeschaltetem Brenner 4, d. h. ohne Brenngas mit reiner Luft, der Strom I für die Sensorheizung 7 variiert. Hierdurch wird die Heizleistung Pel variiert und die Sensortemperatur verändert. Hierdurch wird der Sensor in einem Temperaturbereich von z. B. 500 bis 800 C betrieben. Dabei wird der Widerstand Ro des Sensors gemessen und als Kennlinie Ro=f(l) in dem Speichermodul 5 der Steuerung 9 abgelegt.

Danach wird Brenner 4 mit Brenngas in Betrieb genommen. Der Messsensor 8 des Sensors 2 wird dadurch einer Kohlenmonoxid-Konzentration ausgesetzt. Der Wert der Konzentration ist dabei unerheblich. Es ist jedoch von Bedeutung, dass ein stationärer Zustand erreicht ist, da ansonsten die Konzentration sich verändert. Dies wird beispielsweise dadurch sichergestellt, dass das Heiz- gerät 1 mindestens 5 Minuten unter konstanten Rahmenbedingungen betrieben wird. Der Strom I für die Sensorheizung 7 wird wieder wie bereits beschreiben variiert. Dabei wird der Widerstand R des Messsensors 8 gemessen und als Kennlinie R=f(l) in dem Speichermodul 6 der Steuerung 9 abgelegt. Hierdurch entstehen 2 Kennlinien wie in Fig. 2 dargestellt.

Fig. 3 zeigt, dass der elektrische Leitwert G - im Diagramm dargestellt als Verhältnis zu einem Basiswert Go - mit der Kohlenmonoxidemission stetig zunimmt. Man kann auch erkennen, dass die grössten Messwerte bei einer bestimmten Temperatur bzw. Heizerstrom erreicht werden. Dies bedeutet, dass oberhalb und unterhalb dieser bestimmten Temperatur der elektrische Leitwert G abnimmt.

Setzt man nun die beiden Kennlinien R=f(I) und Ro=f(l) aus Fig. 2 ins Verhältnis, so erhält man eine Kennlinie R/Ro=f(1) gemäss Fig. 4. Diese Funktion hat ein Minimum bei der Heizleistung der höchsten Sensitivität des Sensors 2. Die Regelungselektronik 3 der Steuerung 9 erkennt dieses Minimum. Der so ermittelte Wert für die Sensorheizungsstromregelung wird als Sollwert in der Regelelektronik 3 hinterlegt. Um den Sensor 2 stets im Bereich der höchsten Sensitivität zu betrei- ben, wird während des normalen Heizbetriebs die Sensorheizung 7 stets mit diesem konstanten Sollwert für den Strom betrieben.

Durch die automatische Justage der Gassensorbeheizung wird sichergestellt, dass die Streu- ung der Sensitivität von Gassensoren unabhängig von Fertigungstoleranzen der Heizelemente und Bauteiltoleranzen in der elektrischen Beschallung klein bleibt.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Justieren eines elektrisch beheizten Sensors zur Erfassung einer Gaskon- zentration vorzugsweise im Abgasweg eines Heizgerät, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten konstanten Gaskonzentration durch Verändern des Heizstromes oder der
Heizspannung die Sensortemperatur im üblichen Arbeitsbereich variiert und hierbei das
Messsignal als Funktion des Heizstroms oder der Heizspannung erfasst wird, danach bei einer zweiten konstanten Gaskonzentration ebenfalls durch Verändern des Heizstromes oder der Heizspannung die Sensortemperatur im üblichen Arbeitsbereich variiert und hier- bei das Messsignal als Funktion des Heizstroms oder der Heizspannung erfasst wird,

die beiden Messsignale in Abhängigkeit des Heizstromes oder der Heizspannung zueinander in Relation gesetzt werden und anschliessend der Sensor mit dem Heizstrom oder der
Heizspannung betrieben wird, bei dem oder der das Verhältnis des einen Messsignals zum anderen Messsignal zumindest annähernd einen Extremwert einnimmt.

Claims

2. Verfahren zum Justieren eines elektrisch beheizten Sensors gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Sensor ist, der auf Kohlenmonoxid reagiert.

3. Verfahren zum Justieren eines elektrisch beheizten Sensors gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Gaskonzentration 0 ppm des zu messenden <Desc/Clms Page number 3> Gases entspricht.

4. Verfahren zum Justieren eines elektrisch beheizten Sensors gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das kleinere Messsignal ins Verhältnis zum grösseren Signal gesetzt wird und der Heizstrom oder die Heizspannung, bei welcher der Sensor nach dem Justieren betrieben wird, dem Strom oder der Spannung beim Minimum des Verhältnisses entspricht.

HIEZU 4 BLATT ZEICHNUNGEN