CH715709B1 - Verfahren zum Betreiben einer Gassensorvorrichtung und Gassensorvorrichtung. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gassensorvorrichtung (1a; 1b), die ausgestattet ist mit mindestens einem gassensitiven elektrischen Sensorwiderstand (2), mit Heizmitteln (3) zum kontrollierten Aufheizen des Sensorwiderstands (2), mit Erfassungsmitteln (5) zum Erfassen des Widerstandswerts des Sensorwiderstands (2) und mit Signalverarbeitungsmitteln (10) zum Verarbeiten von Messsignalen, bei dem in zeitlichen Abständen Messungen durchgeführt werden, indem der Widerstandswert des Sensorwiderstands als Messsignal erfasst wird, und bei dem der Sensorwiderstand für jede Messung aufgeheizt wird, wobei die Heizmittel diskontinuierlich, in Heizintervallen betrieben werden und jeder Messung ein Heizintervall zugeordnet ist; wobei in vorgebbaren zeitlichen Abständen automatisch Messungen durchgeführt werden, dass zu beliebigen Zeiten zusätzliche Messungen initiierbar sind und dass die Dauer der den einzelnen Messungen zugeordneten Heizintervalle in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zum vorangegangenen Heizintervall gewählt wird.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gassensorvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiter eine Gassensorvorrichtung.

Stand der Technik

[0002] Zur Überwachung der Luftqualität in Gebäuden können Gassensoren angebracht werden, welche in regelmäßigen Zeitabständen Messungen durchführen. Gassensoren messen die Veränderung physikalischer oder chemischer Größen in Abhängigkeit des umgebenden Mediums. So ist etwa aus der DE 10 2008 054752 A1 ein Gassensor mit einem Feldeffekttransistor bekannt, wobei die zu detektierenden Gase in eine gassensitive Schicht diffundieren, was eine Potenzialänderung am Feldeffekttransistor bewirkt. Durch Messen der Ströme oder Spannungen an den Ausgängen des Feldeffekttransistors kann auf die Art und die Eigenschaften des umgebenden Gases geschlossen werden.

[0003] In Abhängigkeit der Komponenten des umgebenden Gases kann sich aufgrund von Adsorption der elektrische Widerstand der sensitiven Schicht ändern. So kann durch Messen des elektrischen Widerstandswertes auf die Konzentration der reduzierenden bzw. oxidierenden Gase, die Luftfeuchte und die Umgebungstemperatur rückgeschlossen werden. Dadurch sind Messungen der Veränderung der Luftqualität möglich.

[0004] Da insbesondere flüchtige organische Verbindungen erst bei höheren Temperaturen von etwa 300 bis 400 Grad messbare Veränderungen der Konzentration hervorrufen, wird die sensitive Schicht während bzw. vor den Messungen aufgeheizt.

[0005] Um vergleichbare Messergebnisse zu erhalten, sind die Zeitabstände zwischen verschiedenen Messungen üblicherweise konstant. Um Energie zu sparen wird eine Messung beispielsweise lediglich alle 5 Minuten durchgeführt. Während der dazwischenliegenden Ruheperiode wird die sensitive Schicht nicht aufgeheizt. Häufig ist es jedoch wünschenswert, zusätzliche Messungen einschieben zu können. Beispielsweise kann ein Anwender ein Fenster öffnen und möchte die Auswirkungen auf die Luftqualität messen. Es wird dem Benutzer im Allgemeinen nicht zumutbar sein, bis zu 5 Minuten abwarten zu müssen. Der chemische Zustand der sensitiven Schicht des Gassensors wird sich zum Zeitpunkt der zusätzlichen Messung jedoch vom chemischen Zustand am Ende einer regulären Ruheperiode unterscheiden, was die Vergleichbarkeit der Messergebnisse erschwert.

Offenbarung der Erfindung

[0006] Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben einer Gassensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Gassensorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 bereit.

[0007] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gassensorvorrichtung, wobei die Gassensorvorrichtung mindestens einen gassensitiven elektrischen Sensorwiderstand, Heizmittel zum kontrollierten Aufheizen des Sensorwiderstands, Erfassungsmittel zum Erfassen des Widerstandswerts des Sensorwiderstands und Signalverarbeitungsmittel zum Verarbeiten von Messsignalen aufweist. In zeitlichen Abständen werden Messungen durchgeführt, indem der Widerstandswert des Sensorwiderstands als Messsignal erfasst wird. Der Sensorwiderstand wird für jede Messung aufgeheizt, wobei die Heizmittel diskontinuierlich, in Heizintervallen betrieben werden und jeder Messung ein Heizintervall zugeordnet ist. In vorgebbaren zeitlichen Abständen werden automatisch Messungen durchgeführt, wobei zu beliebigen Zeiten zusätzliche Messungen initiierbar sind. Die Dauer der den einzelnen Messungen zugeordneten Heizintervalle wird in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zum vorangegangenen Heizintervall gewählt.

[0008] Dabei wird der Sensorwiderstand zumindest in den einer Messung zugeordneten Heizintervallen auf eine vorgebbare Betriebstemperatur aufgeheizt. Die Betriebstemperatur ist vorzugsweise konstant, d. h. für sämtliche Messungen identisch. Dadurch können vergleichbare Messbedingungen erreicht werden.

[0009] Weiterhin wird als Messsignal der Widerstandswert des Sensorwiderstands während des der Messung zugeordneten Heizintervalls erfasst. Der Widerstandswert kann während des Heizintervalls selbst oder kurz nach dem Heizintervall erfasst werden, wird jedoch bevorzugt am Ende des Heizintervalls ermittelt, wodurch Energie gespart wird, da ein unnötiges Aufheizen vermieden wird.

[0010] Zusätzlich wird die Dauer der den einzelnen Messungen zugeordneten Heizintervalle derartig in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zum jeweils vorangegangenen Heizintervall gewählt, dass bei Messungen unter im Wesentlichen konstanten Umgebungsbedingungen im Wesentlichen das gleiche Messsignal erfasst wird. Durch die dadurch stets gleichen Messbedingungen sind die gemessenen Widerstandswerte miteinander vergleichbar, unabhängig davon, ob eine zusätzliche Messung stattfindet oder nicht.

[0011] Zusätzlich wird die Abhängigkeit der Dauer der Heizintervalle vom zeitlichen Abstand zum jeweils vorangegangenen Heizintervall auf der Basis von Kalibriermessungen bestimmt, welche in einem Kalibrierschritt unter im Wesentlichen konstanten Umgebungsbedingungen durchgeführt werden. Bei einer Veränderung der Umgebungsbedingungen kann somit durch eine Anpassung der Dauern der Heizintervalle die Vergleichbarkeit der gemessenen Widerstandswerte wieder gewährleistet werden.

[0012] Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Gassensorvorrichtung mit mindestens einem gassensitiven elektrischen Sensorwiderstand, mit Heizmitteln zum kontrollierten Aufheizen des Sensorwiderstands, mit Erfassungsmitteln zum Erfassen des Widerstandswert des Sensorwiderstands, mit Signalverarbeitungsmitteln zum Verarbeiten von Signalen und mit einer Steuereinrichtung zum Ansteuern der Heizmittel, der Erfassungsmittel und der Signalverarbeitungsmittel zur Durchführung von automatischen und von extern initiierten Messungen, wobei die Steuereinrichtung mit mindestens einer Schnittstelle zum Empfangen von externen Steuersignalen ausgestattet ist.

[0013] Weiterhin betrifft die Erfindung eine Gassensorvorrichtung mit a. mindestens einem gassensitiven elektrischen Sensorwiderstand (2); b. mit Heizmitteln (3) zum kontrollierten Aufheizen des Sensorwiderstands (2); c. mit Erfassungsmitteln (5) zum Erfassen des Widerstandswerts des Sensorwiderstands (2); d. mit Signalverarbeitungsmitteln (10) zum Verarbeiten von Messsignalen; und e. mit einer Steuereinrichtung (4) zum Ansteuern der Heizmittel, der Erfassungsmittel (5) und der Signalverarbeitungsmittel (10) zur Durchführung von automatischen und von extern initiierten Messungen, wobei die Steuereinrichtung mit mindestens einer Schnittstelle zum Empfangen von externen Steuersignalen ausgestattet ist, wobei der Sensorwiderstand durch die Heizmittel (3) zumindest in den einer Messung zugeordneten Heizintervallen auf eine vorgebbare Betriebstemperatur aufheizbar ist; die Erfassungsmittel (5) dazu eingerichtet sind, als Messsignal den Widerstandswert des Sensorwiderstands während des der Messung zugeordneten Heizintervalls am Ende dieses Heizintervalls zu erfassen; die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Dauer der den einzelnen Messungen zugeordneten Heizintervalle derartig in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zum jeweils vorangegangenen Heizintervall zu wählen, sodass bei Messungen unter im Wesentlichen konstanten Umgebungsbedingungen im Wesentlichen das gleiche Messsignal erfassbar ist; und die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Abhängigkeit der Dauer der Heizintervalle vom zeitlichen Abstand zum jeweils vorangegangenen Heizintervall auf der Basis von Kalibriermessungen zu bestimmen, die in einem Kalibrierschritt unter im Wesentlichen konstanten Umgebungsbedingungen durchführbar sind.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche.

Vorteile der Erfindung

[0014] Die Erfindung ermöglicht es, zwischen zwei automatischen Messungen zusätzliche Messungen durchzuführen. Falls etwa ein Anwender den Einfluss bestimmter Aktionen auf die Luftqualität erfahren möchte, kann ihm die entsprechende Information durch Durchführen einer zusätzlichen Messung sofort zur Verfügung gestellt werden. Der Anwender muss somit nicht bis zur nachfolgenden automatischen Messung warten, sondern kann sofort die gewünschte Information erhalten.

[0015] Um trotzdem vergleichbare Messergebnisse zu erzielen, wird die Dauer der den einzelnen Messungen zugeordneten Heizintervalle angepasst bzw. verkürzt. Soll etwa die zusätzliche Messung kurz nach einer vorangehenden automatischen Messung durchgeführt werden, so hat der chemische Zustand des gassensitiven elektrischen Sensorwiderstands noch nicht den Gleichgewichtszustand am Ende einer regulären Ruheperiode zwischen zwei automatischen Messungen erreicht. Indem jedoch die Dauer des Heizintervalls, welches der zusätzlichen Messung zugeordnet ist, dynamisch angepasst wird, wird der Sensorwiderstand vorzugsweise nur so lange erhitzt, bis ein chemischer Zustand erreicht ist, welcher im Wesentlichen dem chemischen Zustand des Sensorwiderstands am Ende eines regulären Heizintervalls entspricht, d. h. am Ende eines einer automatischen Messung zugeordneten Heizintervalls, falls keine zusätzliche Messung durchgeführt wird.

[0016] Wird umgekehrt die zusätzliche Messung kurz vor einer nachfolgenden automatischen Messung durchgeführt, so kann durch dynamisches Anpassen der Dauer des Heizintervalls, welchem die nachfolgende automatische Messung zugeordnet ist, der Sensorwiderstand während des nachfolgenden automatischen Heizintervalls so lange aufgeheizt werden, bis der chemische Zustand des Sensorwiderstands wieder dem chemischen Zustand nach dem Ende eines automatischen Heizintervalls ohne vorangegangene zusätzliche Messung entspricht.

[0017] Durch die dynamische Anpassung bzw. Verringerung der Heizzeiten kann die Vergleichbarkeit der Messungen sichergestellt werden.

[0018] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden die automatischen Messungen in regelmäßigen vorgegebenen, insbesondere gleichen, zeitlichen Abständen durchgeführt, unabhängig davon, ob eine zusätzliche Messung initiiert wird. Die automatischen Messungen erfolgen somit zu fest vorgegebenen Zeitpunkten, welche nicht von dem Vorliegen einer zusätzlichen Messung abhängen. Vorzugsweise können die zeitlichen Abstände zwischen zwei automatischen Messungen konstant sein, etwa 5 Minuten betragen.

[0019] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden die automatischen Messungen solange in regelmäßigen vorgegebenen, insbesondere gleichen, zeitlichen Abständen durchgeführt, bis eine zusätzliche Messung initiiert wird. Die nächste automatische Messung nach einer initiierten zusätzlichen Messung wird in einem zeitlichen Abstand durchgeführt, welcher dem regelmäßigen vorgegebenen zeitlichen Abstand zwischen zwei automatischen Messungen entspricht, wenn nicht vorher mindestens eine weitere zusätzliche Messung initiiert wird. Der Abstand zwischen einer zusätzlichen Messung und einer darauffolgenden automatischen Messung ist somit identisch mit dem Abstand, welcher in Abwesenheit der zusätzlichen Messung zwischen dieser darauffolgenden automatischen Messung und der vorangehenden Messung eingestellt worden wäre. Die zusätzliche Messung führt somit zu einer Verschiebung der Zeiten der automatischen Messungen. Da der Abstand zwischen der zusätzlichen Messung und der darauffolgenden automatischen Messung einem regelmäßigen zeitlichen Abstand entspricht, ist lediglich eine Anpassung der Dauer des Heizintervalls erforderlich, welches der zusätzlichen Messung zugeordnet ist. Die Dauer des Heizintervalls, welches der darauffolgenden automatischen Messung zugeordnet ist, muss nicht angepasst werden.

[0020] Der Kalibrierschritt umfasst vorzugsweise mindestens eine Messung als Referenzmessung und mindestens eine Kalibriermessung in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand. Der Sensorwiderstand wird für jede Kalibriermessung mindestens solange aufgeheizt, bis der Widerstandswert des Sensorwiderstands dem Widerstandswert der Referenzmessung entspricht. Für jede Kalibriermessung werden die Dauer bis zum Erreichen des Widerstandswerts der Referenzmessung und der zeitliche Abstand zum vorangegangenen Heizintervall als Kalibrierdaten erfasst.

[0021] Der Kalibrierschritt kann wahlweise aktivierbar sein. Somit kann etwa werksseitig nach der Produktion der Gassensorvorrichtung unter vorgegebenen Umgebungsbedingungen, etwa in einem Reinraum, eine anfängliche Kalibrierung durchgeführt werden, um den Zusammenhang zwischen der Dauer der den einzelnen Messungen zugeordneten Heizintervalle und dem zeitlichen Abstand zum vorangegangenen Heizintervall zu ermitteln. Dieser Zusammenhang kann anschließend in einer Look-Up-Tabelle gespeichert werden. Während des Betriebs kann die Dauer der Heizintervalle mittels der Look-Up-Tabelle bestimmt werden. Es ist auch möglich, dass ein Benutzer den Kalibrierschritt aktiviert, etwa falls die Gassensorvorrichtung veränderten Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist.

[0022] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird der Kalibrierschritt automatisch aktiviert, wenn bei einer vorgegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden automatischen Messungen ein im Wesentlichen gleiches Messsignal erfasst worden ist. Ein konstantes Messsignal ist ein Indiz dafür, dass die Einflüsse von Veränderungen der Umgebungsbedingungen vernachlässigt werden können. Das im Wesentlichen konstante Messsignal kann somit als Referenzmessung verwendet werden.

[0023] Die allgemeine Abhängigkeit der Dauer eines einer einzelnen Messung zugeordneten Heizintervalls kann durch Interpolation der im Kalibrierschritt ermittelten Werte bestimmt werden. Beispielweise kann die Zeitdifferenz zwischen zwei automatischen Messungen, etwa 300 Sekunden, in eine Vielzahl kleinerer Zeitdifferenzen geteilt werden, etwa von der Dauer von einer Sekunde, zwei Sekunden oder fünf Sekunden. Zwischen einer ersten und einer zweiten automatischen Messung wird nun nach der kleineren Zeitdifferenz, also beispielsweise nach einer Sekunde, eine zusätzliche Messung durchgeführt und die Dauer des entsprechenden Heizintervalls ermittelt. Zwischen dem zweiten automatischen Messzeitpunkt und einem nachfolgenden dritten automatischen Messzeitpunkt wird nach dem doppelten der kleineren Zeitdifferenz, also beispielsweise nach zwei Sekunden, eine weitere zusätzlichen Messung durchgeführt und wiederum die Dauer des entsprechenden Heizintervalls ermittelt. Sukzessive werden somit für verschiedene Zeitdifferenzen zwischen einer automatischen Messung und einer zusätzlichen Messung die Dauern der entsprechenden Heizintervalle ermittelt. Durch Interpolation kann die allgemeine Abhängigkeit bestimmt werden.

[0024] Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann eine Plausibilitätsprüfung der ermittelten Abhängigkeit durchgeführt werden. So kann beispielsweise die erhaltene Abhängigkeit der Dauern der Heizintervalle von den zeitlichen Abständen verworfen werden, falls die Dauern der Heizintervalle nicht mit dem zeitlichen Abstand stetig ansteigen. Mit anderen Worten wird die erhaltene Abhängigkeit der Dauern der Heizintervalle nur dann zur Bestimmung der entsprechenden Dauern der Heizintervalle herangezogen, falls die Dauer der Heizintervalle eine stetig ansteigende Funktion des zunehmenden zeitlichen Abstands ist. Andernfalls wird die vorherige Abhängigkeit beibehalten. Grund ist, dass mit zunehmender Zeitdifferenz von einer vorherigen automatischen Messung die Heizzeit, welche zum Erreichen des gewünschten chemischen Zustandes erforderlich ist, zunimmt. Wird dieses Verhalten nicht reproduziert, kann es sein, dass die Messungen nicht korrekt sind, etwa weil sich zwischenzeitlich die Umgebungsbedingungen verändert haben.

[0025] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Dauer eines Heizintervalls, welches einer Messung zugeordnet ist, genau dann angepasst, falls der zeitliche Abstand zum vorangegangenen Heizintervall einen vorgegebenen ersten Schwellenwert unterschreitet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0026] Es zeigen: Figur 1 ein Blockdiagramm einer Gassensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Figur 2 ein beispielhafter zeitlicher Verlauf von Heizintervallen und entsprechenden Widerstandswerten; Figur 3 zeitliche Verläufe von Heizintervallen und entsprechenden Widerstandswerten ohne dynamische Anpassung der Dauern der Heizintervalle; Figur 4 zeitliche Verläufe von Heizintervallen und entsprechenden Widerstandswerten mit der erfindungsgemäßen dynamischen Anpassung der Dauern der Heizintervalle; Figur 5 eine schematische Abhängigkeit der Dauer der Heizintervalle von der Zeitdifferenz zum vorangegangenen Heizintervall; Figur 6 ein Blockdiagramm einer Gassensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und Figur 7 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betreiben einer Gassensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

[0027] In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0028] Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Gassensorvorrichtung 1a gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Gassensorvorrichtung 1a weist einen gassensitiven elektrischen Sensorwiderstand 2 auf, welche beispielsweise als Schicht mit Metalloxid-Halbleiter-Materialien, etwa Zinnoxid SnO2oder Zinkoxid ZnO ausgebildet sein kann. Der Sensorwiderstand 2 muss jedoch nicht zwingend schichtförmig ausgebildet sein.

[0029] Die Gassensorvorrichtung 1a weist weiter Heizmittel 3 auf, welche dazu ausgebildet ist, den Sensorwiderstand 2 aufzuheizen. Der Sensorwiderstand 2 kann hierzu auf Temperaturen zwischen 200 und 500 Grad und vorzugsweise zwischen 300 und 400 Grad aufgeheizt werden. Weiter umfasst die Gassensorvorrichtung 1a Erfassungsmittel 5, welche einen elektrischen Widerstandswert R des Sensorwiderstands 2 messen.

[0030] Um Energie zu sparen, wird der Sensorwiderstand 2 nicht kontinuierlich aufgeheizt, sondern die Heizmittel 3 und die Erfassungsmittel 5 werden vielmehr mittels einer Steuereinrichtung 4 der Gassensorvorrichtung 1a derart angesteuert, dass zu regelmäßigen Heizzeitpunkten ein Aufheizen des Sensorwiderstands 2 für ein Heizintervall und eine anschließende Messung des Widerstandswerts R durch die Erfassungsmittel 5 durchgeführt werden. Die Messung des Widerstandswerts erfolgt vorzugsweise an einem Messzeitpunkt am Ende eines jeden Heizintervalls. Die Widerstandswerte R werden von Signalverarbeitungsmitteln 10 zusammen mit den entsprechenden Messzeitpunkten als Messsignal erfasst.

[0031] Wie in Figur 2 illustriert, wird zu den jeweiligen Heizzeitpunkten t1 bis t6 der Sensorwiderstand 2 mittels der Heizmittel 3 während jeweiliger Heizintervalle P1 bis P6 aufgeheizt. Eine Zeitdifferenz W zwischen zwei aufeinanderfolgenden Heizzeitpunkten t1 bis t6 ist vorzugsweise konstant. Die Messung des Widerstandswerts erfolgt jeweils am Ende eines Heizintervalls P1 bis P6, sodass der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen der Zeitdifferenz W zwischen zwei aufeinanderfolgenden Heizzeitpunkten t1 bis t6 entspricht. Wird die Gassensorvorrichtung 1a zur Überwachung einer Raumluftqualität eingesetzt, kann die Zeitdifferenz W beispielsweise zwischen einer und 10 Minuten liegen. Vorzugsweise beträgt die Zeitdifferenz W 300 Sekunden. Die Dauer T1 der Heizintervalle P1 bis P6 ist ebenfalls konstant und liegt beispielsweise zwischen einer und fünf Sekunden. Beispielweise kann die Dauer T1 der Heizintervalle 1,92 Sekunden betragen.

[0032] Der am Ende eines jeden Heizintervalls P gemessene Widerstandswert R ist ebenfalls in Figur 2 illustriert. Verändern sich die Umgebungsbedingungen des Gassensors nicht, so sind die entsprechenden Widerstandswerte R1 bis R6 im Wesentlichen gleich.

[0033] Bei sich verändernden Umgebungsbedingungen wird sich der Widerstandswert R ändern. Die Signalverarbeitungsmittel 10 bestimmen anhand des gemessenen Widerstandswertes oder anhand der Änderung des Widerstandswertes das Vorhandensein bestimmter chemischer Komponenten, oder allgemeiner die Feuchtigkeit oder Luftgüte.

[0034] Die Steuereinrichtung 4 ist dazu ausgebildet, ein Signal zum Durchführen einer zusätzlichen Messung zu empfangen. Die Steuereinrichtung 4 kann hierzu über eine Benutzerschnittstelle verfügen, sodass ein Benutzer direkt an der Gassensorvorrichtung 1a eine zusätzliche Messung anfordern kann. Die Steuereinrichtung 4 kann jedoch auch über eine drahtlose Schnittstelle mit weiteren externen Geräten kommunizieren und kann von den externen Geräten das Signal zum Durchführen der zusätzlichen Messung empfangen.

[0035] Anhand des Signals steuert die Steuereinrichtung 4 die Heizmittel 3 und die Erfassungsmittel 5 an, sodass zu einem Extraheizzeitpunkt t7, t8 der Sensorwiderstand 2 zusätzlich für die Dauer eines zusätzlichen Heizintervalls aufgeheizt wird, wobei der Extraheizzeitpunkt t7, t8 zwischen zwei regulären Heizzeitpunkten t1 bis t6 liegt. Der Extraheizzeitpunkt t7, t8 kann sofort oder eine vorgegebene Zeit nach der Benutzereingabe bzw. nach dem Empfangen des Signals erfolgen. Am Ende eines jeweiligen zusätzlichen Heizintervalls erfolgt eine zusätzliche Messung durch die Erfassungsmittel 5, wobei die Signalverarbeitungsmittel 10 den Widerstandswert des Sensorwiderstands 2 zusammen mit dem Zeitpunkt der zusätzlichen Messung als Messsignal erfasst.

[0036] In Figur 3 wird illustriert, wie sich der Widerstandswert R verändern würde, falls die Dauer T2 der Heizintervalle Z1, Z2 bei den jeweiligen Extraheizzeitpunkten t7, t8 nicht angepasst werden würde, d. h. gleich der Dauer T1 des automatischen Heizintervalls P1 bis P6 gewählt werden würden. In diesem Fall wird der Sensorwiderstand 2 zu lange aufgeheizt, sodass der Widerstandswert R7, R8 bei konstanten Umgebungsbedingungen höher ist als der Widerstandswert R1, R2 bei regulären Messungen ohne zusätzliche Messungen. Darüber hinaus wirkt sich die Störung des chemischen Gleichgewichts durch die zusätzlichen Messungen auch auf die nachfolgenden automatischen Heizintervalle P3, P5, P6 aus, sodass auch dort die gemessenen Widerstandswerte R3, R5, R6 zu hoch ausfallen.

[0037] Erfindungsgemäß wird daher die Dauer T2 der Heizintervalle zum vorgegebenen Extraheizzeitpunkt t7 von der Steuereinrichtung 4 angepasst. Wie in Figur 4 gezeigt, wird die Dauer T2 derart reduziert, dass bei konstanten Umgebungsbedingungen der Widerstandswert R7, welche am Ende des zusätzlichen Heizintervalls Z1 gemessen wird, identisch ist mit dem Widerstandswert R1 bis R6 am Ende der automatischen Heizintervalle P1 bis P6.

[0038] Die Anpassung wird vorzugsweise dann vorgenommen, wenn eine von der Steuereinrichtung 4 gemessene Zeitdifferenz d1, d2 zwischen dem Extraheizzeitpunkt t7, t8 und dem vorangegangenen Heizintervall P2, P4 kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert. Andernfalls wird die Dauer T2 gleich der Dauer T1 der regulären Heizintervalle P1 bis P6 gewählt.

[0039] Weiter wird eine Anpassung einer Dauer T3 eines auf einen Extraheizzeitpunkt t7, t8 folgenden regulären Heizintervalls P3, P5 durchgeführt, falls eine Zeitdifferenz zwischen dem Extraheizzeitpunkt t7, t8 und dem nachfolgenden regulären Extraheizzeitpunkt t3, t5 kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert. Andernfalls wird die Dauer T3 gleich der Dauer T1 der regulären Heizintervalle P1 bis P6 gewählt. Die Dauer T3 wird von der Steuereinrichtung 4 derart eingestellt, dass der am Ende des Heizintervalls P5 gemessene Widerstandswert R5 gleich dem konstanten Widerstandswert R1, R2 am Ende der weiteren regulären Heizintervalle P1, P2 ist.

[0040] In dem in Figur 4 illustrierten Szenario findet für den Extraheizzeitpunkt t7 eine Anpassung der Dauer T2 des zusätzlichen Heizintervalls Z1, jedoch keine Anpassung der Dauer des nachfolgenden Heizintervalls P3 statt. Weiter findet für den Extraheizzeitpunkt t8 eine Anpassung des nachfolgenden Heizintervalls P5, jedoch keine Anpassung des zusätzlichen Heizintervalls Z2 selbst statt. In Abhängigkeit von den Zeitdifferenzen d1 bis d4 können jedoch auch die Dauern beider Heizintervalle Z1, Z2 bzw. P3, P5 oder die Dauern keiner der beiden Heizintervalle Z1, Z2 bzw. P3, P5 angepasst werden.

[0041] Weiter können die Heizzeitpunkte, welche auf eine zusätzliche Messung folgen, angepasst werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen können auch Heizintervalle auftreten, welche mit keinen Messungen verknüpft sind.

[0042] Die Steuereinrichtung 4 kann die Dauer T2 der Heizintervalle Z1, Z2 in Abhängigkeit von einer Zeitdifferenz d zum vorangegangenen Heizintervall P2, P4 unter Verwendung einer Look-Up-Tabelle anpassen.

[0043] In Figur 5 ist ein beispielhafter Zusammenhang zwischen der Dauer T2 der Heizintervalle Z1, Z2 und der Zeitdifferenz d abgebildet. Zur Erzeugung dieses Zusammenhangs wird mittels der Erfassungsmittel 5 der Widerstandswert R des Sensorwiderstands 2 kontinuierlich gemessen, wobei die Umgebungsbedingungen konstant gehalten werden. Ohne Extramessungen nimmt der Widerstandswert R am Ende der regulären Heizintervalle P1 bis P6 einen konstanten Wert R0 an. Für eine vorgegebene Zeitdifferenz d werden die Heizmittel 3 genau dann abgeschaltet, d. h. das Aufheizen des Sensorwiderstands 2 beendet, falls der Widerstandswert R gleich dem konstanten Wert R0 ist. Die entsprechende Dauer T2 des Heizintervalls Z1, Z2 wird registriert und der Zeitdifferenz d zugeordnet. Durch wiederholtes Durchführen für unterschiedliche Zeitdifferenzen d kann der in Abbildung 5 illustrierte Zusammenhang ermittelt werden. Die ermittelten Messergebnisse können vorzugsweise interpoliert werden, um einen kontinuierlichen Zusammenhang zu erhalten.

[0044] Gemäß einer Weiterbildung kann die soeben beschriebene Kalibrierung während des Betriebs der Gassensorvorrichtung 1a erfolgen. Die Gassensorvorrichtung 1a kann dadurch eine Selbstkalibrierung durchführen. Vorzugsweise wird die Selbstkalibrierung erst dann durchgeführt, wenn über einen vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise mehrere Minuten, Stunden oder sogar Tage ein im Wesentlichen konstanter Widerstandswert R0 gemessen wird. Die Steuereinrichtung 4 generiert nun Extramesszeitpunkte t7, t8, wobei vorzugsweise zwischen zwei regulären Messzeitpunkten t1 bis t6 höchstens ein Extramesszeitpunkt t7, t8 liegt. Die Heizmitteln 3 erhitzen den Sensorwiderstand 2 so lange, bis der kontinuierlich gemessene Widerstandswert R gleich dem konstanten Wert R0 ist. Die gemessene Dauer T2 wird der entsprechenden Zeitdifferenz d zugeordnet. Durch wiederholtes Durchführen kann der genaue Zusammenhang zwischen der Dauer T2 und der Zeitdifferenz d ermittelt werden. Die Look-Up-Tabelle kann entsprechend aktualisiert werden.

[0045] In Figur 6 ist ein Blockschaltbild einer Gassensorvorrichtung 1b gemäß einer weiteren Ausführungsform illustriert. Zusätzlich zu den bereits oben beschriebenen Elementen, deren Wirkweise hier nicht wiederholt werden soll, umfasst die Gassensorvorrichtung 1b einen Präprozessor 6, welche dazu ausgebildet ist, die von den Erfassungsmitteln 5 gemessenen Widerstandswerte R vorzuverarbeiten. Ein Basiswert-Tracker 7 analysiert die vorverarbeiteten Daten über einen längeren Zeitraum und ermittelt somit einen Basiswert. Der Basiswert kann beispielsweise gleich einem maximalen gemessenen Widerstandswert R sein, welcher Raumluft von hoher Luftgüte entspricht, da wenige zusätzliche chemische Komponenten vorhanden sind. Dieser Basiswert wird zur Berechnung der Luftgüte zu einem beliebigen Zeitpunkt herangezogen. Hierzu vergleicht eine Luftgüte-Berechnungseinrichtung 8 die gemessenen Widerstandswerte R mit dem Basiswert, vergleicht somit die aktuelle Luftgüte mit der optimalen Luftgüte, und gibt einen Luftgütewert 9 aus. Dieser kann einem Benutzer über eine Schnittstelle angezeigt werden.

[0046] Figur 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Gassensorvorrichtung 1a, 1b, bei welcher es sich um eine der oben beschriebenen Gassensorvorrichtungen 1a, 1b handeln kann. In einem Verfahrensschritt S1 wird die Messung initiiert. In einem Verfahrensschritt S2 wird überprüft, ob die vorgegebene Zeitdifferenz W zwischen zwei regelmäßigen Messzeitpunkten t1 bis t6, beispielsweise 300 Sekunden, bereits erreicht wurde. Ist dies nicht der Fall, so wird in einem Verfahrensschritt S3 überprüft, ob ein Signal zum Durchführen einer zusätzlichen Messung empfangen wird. Falls dies nicht der Fall ist, wird in einem Verfahrensschritt S4 für eine vorgegebene Zeit, etwa 3 Sekunden, gewartet und anschließend Verfahrensschritt S2 erneut durchgeführt. Falls ein Signal zum Durchführen einer zusätzlichen Messung empfangen wird, wird in einem Verfahrensschritt S6 eine Messung mit einer angepassten Dauer T2 des zugeordneten Heizintervalls Z1, Z2 durchgeführt.

[0047] Wird in dem Verfahrensschritt S2 die vorgegebene Zeitdifferenz W erreicht, so wird in einem Verfahrensschritt S5 überprüft, ob eine Extramessung vorangegangen ist. Ist dies der Fall, so wird ebenfalls in dem Verfahrensschritt S6 eine Messung mit einer angepassten Dauer T3 des Heizintervalls P5 durchgeführt. Andernfalls wird in einem Verfahrensschritt S7 eine reguläre Messung mit einer nicht angepassten Dauer T1 durchgeführt.

[0048] Zum Durchführen der Messung werden in einem Verfahrensschritt S8 die Heizmittel 3 für die jeweilige bestimmte Dauer des Heizintervalls aktiviert und in einem Verfahrensschritt S9 wird der gemessene Widerstandswert R ausgegeben.

[0049] Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die nächste automatische Messung nach einer zusätzlichen Messung in einem zeitlichen Abstand durchgeführt werden, welcher dem regelmäßigen vorgegebenen zeitlichen Abstand zwischen zwei automatischen Messungen entspricht.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betreiben einer Gassensorvorrichtung (1a; 1b), die ausgestattet ist a. mit mindestens einem gassensitiven elektrischen Sensorwiderstand (2), b. mit Heizmitteln (3) zum kontrollierten Aufheizen des Sensorwiderstands (2), c. mit Erfassungsmitteln (5) zum Erfassen des Widerstandswerts des Sensorwiderstands (2) und d. mit Signalverarbeitungsmitteln (10) zum Verarbeiten von Messsignalen, bei dem in zeitlichen Abständen Messungen durchgeführt werden, indem der Widerstandswert des Sensorwiderstands als Messsignal erfasst wird, und bei dem der Sensorwiderstand für jede Messung aufgeheizt wird, wobei die Heizmittel diskontinuierlich, in Heizintervallen betrieben werden und jeder Messung ein Heizintervall zugeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass in vorgebbaren zeitlichen Abständen automatisch Messungen durchgeführt werden, dass zu beliebigen Zeiten zusätzliche Messungen initiierbar sind; dass die Dauer der den einzelnen Messungen zugeordneten Heizintervalle in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zum vorangegangenen Heizintervall gewählt wird; dass der Sensorwiderstand zumindest in den einer Messung zugeordneten Heizintervallen auf eine vorgebbare Betriebstemperatur aufgeheizt wird, dass als Messsignal der Widerstandswert des Sensorwiderstands während des der Messung zugeordneten Heizintervalls am Ende dieses Heizintervalls erfasst wird; dass die Dauer der den einzelnen Messungen zugeordneten Heizintervalle derartig in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zum jeweils vorangegangenen Heizintervall gewählt wird, sodass bei Messungen unter im Wesentlichen konstanten Umgebungsbedingungen im Wesentlichen das gleiche Messsignal erfasst wird; und dass die Abhängigkeit der Dauer der Heizintervalle vom zeitlichen Abstand zum jeweils vorangegangenen Heizintervall auf der Basis von Kalibriermessungen bestimmt wird, die in einem Kalibrierschritt unter im Wesentlichen konstanten Umgebungsbedingungen durchgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die automatischen Messungen in regelmäßigen vorgegebenen, insbesondere gleichen, zeitlichen Abständen durchgeführt werden, unabhängig davon, ob eine zusätzliche Messung initiiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die automatischen Messungen solange in regelmäßigen vorgegebenen, insbesondere gleichen, zeitlichen Abständen durchgeführt werden, bis eine zusätzliche Messung initiiert wird, und dass die nächste automatische Messung nach einer initiierten zusätzlichen Messung in einem zeitlichen Abstand durchgeführt wird, der dem regelmäßigen vorgegebenen zeitlichen Abstand zwischen zwei automatischen Messungen entspricht, wenn nicht vorher mindestens eine weitere zusätzliche Messung initiiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierschritt mindestens eine Messung als Referenzmessung und mindestens eine Kalibriermessung in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand umfasst, dass der Sensorwiderstand für jede Kalibriermessung mindestens solange aufgeheizt wird, bis der Widerstandswert des Sensorwiderstands dem Widerstandswert der Referenzmessung entspricht, und dass dann für jede Kalibriermessung die Dauer bis zum Erreichen des Widerstandswerts der Referenzmessung und der zeitliche Abstand zum vorangegangenen Heizintervall als Kalibrierdaten erfasst werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierschritt wahlweise aktivierbar ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierschritt automatisch aktiviert wird, wenn bei einer vorgegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden automatischen Messungen ein im Wesentlichen gleiches Messsignal erfasst worden ist.

7. Gassensorvorrichtung (1a; 1b) mit a. mindestens einem gassensitiven elektrischen Sensorwiderstand (2); b. mit Heizmitteln (3) zum kontrollierten Aufheizen des Sensorwiderstands (2); c. mit Erfassungsmitteln (5) zum Erfassen des Widerstandswerts des Sensorwiderstands (2); d. mit Signalverarbeitungsmitteln (10) zum Verarbeiten von Messsignalen; und e. mit einer Steuereinrichtung (4) zum Ansteuern der Heizmittel, der Erfassungsmittel (5) und der Signalverarbeitungsmittel (10) zur Durchführung von automatischen und von extern initiierten Messungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung mit mindestens einer Schnittstelle zum Empfangen von externen Steuersignalen ausgestattet ist, wobei der Sensorwiderstand durch die Heizmittel (3) zumindest in den einer Messung zugeordneten Heizintervallen auf eine vorgebbare Betriebstemperatur aufheizbar ist; die Erfassungsmittel (5) dazu eingerichtet sind, als Messsignal den Widerstandswert des Sensorwiderstands während des der Messung zugeordneten Heizintervalls am Ende dieses Heizintervalls zu erfassen; die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Dauer der den einzelnen Messungen zugeordneten Heizintervalle derartig in Abhängigkeit vom zeitlichen Abstand zum jeweils vorangegangenen Heizintervall zu wählen, sodass bei Messungen unter im Wesentlichen konstanten Umgebungsbedingungen im Wesentlichen das gleiche Messsignal erfassbar ist; und die Steuereinrichtung (4) dazu eingerichtet ist, die Abhängigkeit der Dauer der Heizintervalle vom zeitlichen Abstand zum jeweils vorangegangenen Heizintervall auf der Basis von Kalibriermessungen zu bestimmen, die in einem Kalibrierschritt unter im Wesentlichen konstanten Umgebungsbedingungen durchführbar sind.