CN102087242B - 带有检测气体发生器的气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及带有检测气体发生器的气体传感器，具体而言，在传感器罩壳(1)(该传感器罩壳(1)具有用于待分析的气体试样通入测量电极(6)的可透气膜(7))中的气体传感器(100)应如此改进，即，功能测试也包括通向测量电极(6)的气体路径。为了实现该目的设有带有检测气体发生器(18)的气体传感器(100)，该检测气体发生器(18)具有发生器罩壳(8)，该发生器罩壳(8)固定在可透气膜(7)的区域中，检测气体发生器(18)具有用于气体试样的中间气体通入开口(21)和用于检测气体的朝向可透气膜(7)指向的排出开口(19)。
Description
技术领域
本发明涉及带有检测气体发生器(Prüfgasgenerator)的气体传感器(Gassensor)。
技术背景
带有气体传感器的气体警告装置必须以定期间隔经受功能测试。因此，例如可由于气体通入(Gaszutritt)的阻塞或传感元件的无效而导致气体传感器的失灵。最好通过目标气体的加载来测试气体传感器的规定的功能，其中，检测由气体供给直至信号产生的整个功能链。
商业中常用的气体传感器具有关于待探测的气体成分的敏感性的漂移。气体传感器的这种性能不能通过数学公式描述或预计。因此必要的是，在一定的时间间隔内利用已知浓度的目标气体来校准气体传感器。校准间隔的长度通过对力求的气体传感器的精度的要求来确定。国家法规要求定期检查气体传感器。
用于执行该功能测试和校准过程的耗费是高的。因此，例如以压缩气体容器形式的检测工具优选地必须准备(vorhalten)带有目标气体，在预定的气体混合物的使用期间内被输送至气体传感器并且在该处最终通过合适的装置(例如泵、阀、校准适配器和/或流量调节器)应用到待测试的气体传感器的气体通入中。为了保证快速的测试时间和足够的测试气体浓度，必须避免死区容积和未限定的流入条件
为了避免该缺点，在文件GB 22 54 696 A1中就已经提出，在整个罩壳中与气体传感器一起安置气体发生器。此处，朝向测量气体由透气的膜限定整体罩壳。然而，此处气体发生器的偶然的激活使得，利用替代气体测试传感器功能，然而在该布置中包含的死区容积影响了功能测试。此外，该测试方法没有关于外部透气膜的状态的说明(Aufschluss)。由此，气体通向探测电极的路径未被检测。
在相应于文件EP 0 744 620 B1的气体传感器中测试气体被引导通过同时与气体发生器和气体传感器连接的膜。对于提供通向探测电极的气体通入的外部膜的状态的推断此处也只有较困难地可实现。
在相应于文件US 6 635 160 B1的测量装置中，测试气体被注射入到传感器罩壳内部的测试气体腔室中，该测试气体腔室位于外部气体通入之后。由外部至该腔室和由此还通向传感器的探测电极的气体通入此处仍未被检测。
在文件US 4 151 739中描述了用于气体传感器的诊断方法，在该气体传感器中测试气体通过孔口被机械地压向传感器，通过附加推动物(Treibsmittel)被运送或通过热膨胀向传感器运动。
所有的实施形式具有共时的缺点，即，最终气体试样通向探测电极的整个路径未被测试或必须通过机械上昂贵的设计来实现用于将测试气体输送到传感器的设备。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于气体传感器的改进的功能测试。
本目的的解决方案从权利要求1的特征中得出。
根据本发明的装置的有利的设计方案由从属权利要求得出。
根据本发明设置，检测气体发生器布置在气体传感器的可透气膜之前。由检测气体发生器生成的检测气体离开发生器罩壳的排出开口通过气体传感器的可透气膜到达其测量电极。在此，为了死区容积的最小化发生器罩壳的排出开口和气体传感器的可透气膜直接彼此相对布置。该布置的优点在于由于外部影响、尤其由于风而造成的对于测试结果的影响较小。典型的传感器参数例如反应时间、敏感性或漂移不被或只以可忽略的方式被影响。发生器罩壳如此实施，即，优选地在检测气体发生器中间存在有用于待分析的测量气体的气体通入开口不仅测量气体而且由气体发生器生成的检测气体通过气体传感器的可透气膜到达测量电极。
由此，利用检测气体测试了这种气体路径，即，测量气体也利用了该气体路径。传感器信号的评估只被中断了几秒短的测试时间，在该短的测试时间中以电化学的方式生成检测气体。发生器罩壳具有自身闭合的曲线形状。因此，其可以这样的方式实施为圆形、卵形、椭圆形、矩形或方形，即，用于待分析的测量气体的气体通入开口优选地存在于罩壳中间。发生器罩壳的构造形式不限于所提及的变型方案，而还可设想其他罩壳形式，利用该罩壳形式可实现用于待分析的测量气体的气体通入开口。
在有利的方式下，发生器罩壳容纳由硫化银制成的冲压件(Pressling)作为以电化学方式产生H2S的检测气体源、以及作为阴极联接的铂网和作为阳极的铂电极。通过在阳极和阴极之间施加电压生成H2S。
在有利的方式下，检测气体发生器的排出开口和可透气膜之间的轴向间距位于10微米和10毫米之间的范围中。这意味着，检测气体发生器直接向电化学气体传感器的可透气膜供气。
在适宜的方式下，存在带有用于电化学气体传感器的电极和检测气体发生器的电极的相应电子设备的控制单元。
在适宜的方式下，在检测气体发生器处的气体通入开口(该气体通入开口置于气体传感器的可透气膜之前)设有灰尘过滤器，以用于阻止可透气膜的污染。
在适宜的方式下，传感器罩壳在可透气膜的区域中构造成用于容纳检测气体发生器的保持架。在此，灰尘过滤器位于保持架的自由端处，以使得测量气体只能通过灰尘过滤器到达气体传感器的可透气膜。
当在测试时间期间利用检测气体发生器生成检测气体时，该检测气体不仅扩散至气体传感器的测量电极而且通过灰尘过滤器扩散至周围环境中。因此，扩散到周围环境中的检测气体的这部分不供测量电极来生成信号。在灰尘过滤器受到污染的情况下在测试阶段期间在气体传感器处得到提升的测量信号，该测量信号使得关于灰尘过滤器的气体通过性的推断成为可能。
附图说明
实施例在图中示出并且在下文中进一步说明。
其中：
图1显示了带有检测气体发生器的电化学气体传感器的纵向截面图，
图2显示了在检测气体发生器的不同激活时间下的气体传感器的信号变化曲线，
图3显示了带有不同地加载的灰尘过滤器的相应于图2的信号变化曲线。
参考符号列表
1 传感器罩壳
2 辅助电极
3，4接触导线
5 参考电极
6 测量电极
7 可透气膜
8 发生器罩壳
9 阴极
10 阳极
11 可透气环形膜
12 电子控制器(Ansteuerelektronik)
13 灰尘过滤器
14 电解质
15，16，17接触导线
18 检测气体发生器
19 排出开口
20 冲压件
21 气体通入开口
22 保持架
100 气体传感器
具体实施方式
图1示意性地显示了带有用于硫化氢的检测气体发生器18的用于检定硫化氢的电化学气体传感器100。气体传感器100包括传感器罩壳1，两个、优选地三个贵金属电极2，5，6(其形式为测量电极6、辅助电极2及参考电极5)、电解质14及用于电极2，5，6的相关的接触导线15，16，17(优选地为铂导线)安置到该传感器罩壳1中。在端侧处，传感器罩壳1通过可透气的，对于电解质14不可通过的膜7(优选地由氟化的多孔的聚合物制成)闭合，该膜7将传感器内部空间相对于周围大气隔开。测量电极6在传感器内部空间中直接位于可透气的膜7之后。电极2，5，6联接到电子控制器12处，以用于评估测量电极6的信号。
此外，在传感器罩壳1中穿过至少两个用于检测气体发生器18的电接触导线3，4，该接触导线3，4用于将电子控制器12与检测气体发生器18的阴极9和阳极10连接。检测气体发生器18包括径向对称的环形发生器罩壳8，其带有排出开口19，该排出开口19通过可透气的环形膜11封闭。由硫化银和硫以1∶1质量比制成的冲压件20与作为阴极9联接的铂网连接并且以电化学的方式转化(umsetzen)。优选地，由铂制成的电极作为阳极10。阴极9和阳极10借助于接触导线3，4联接到电子控制器12处并且与未进一步显示的电源处于连接。冲压件20在作为电解质的硫酸中的电解借助于电源执行并且在此除了自由硫离子外形成了金属银。硫元素的附加(Beimengung)使得以下成为可能，即，如此形成的银镜立即又转化为硫化物并且重新结合(einbinden)到反应中。进行的反应为：
在阴极9处形成的H2S通过可透气的环形膜11从检测气体发生器18的发生器壳体8中排出。在此，检测气体发生器18的排出开口19面向气体传感器100的可透气的膜7，由此由于例如风或雨的影响造成的干扰可最小化。检测气体发生器18的接通时间(等于电解时间)确定了形成的检测气体的绝对量并且由此也确定了位于气体传感器100处的H2S的浓度。
位于中间的检测气体发生器18的气体通入开口21通过灰尘过滤器13保护，该灰尘过滤器13优选地由可多孔的特氟龙或聚乙烯制成。在可透气膜7的区域中，传感器罩壳1实施为保持架22，该保持架22用于容纳检测气体发生器18。保持架22的上侧利用灰尘过滤器13封闭。测量气体通过灰尘过滤器13和气体通入开口21到达气体传感器100的可透气膜7。
图2示例性地显示了与检测气体发生器18激活持续时间相关的传感器流的时间变化曲线。横轴上标注了以秒为单位的时间并且纵轴上标注了以ppm为单位的气体传感器100的浓度。下方的曲线A代表激活时间为5秒，中间的曲线B代表激活时间为10秒并且上方的曲线C代表激活时间为15秒。
通过这种布置的最小化的死区容积可实现非常快的小于60秒的测试时间。此外，通过较小浓度的检测气体的合适的生成即使在测试期间也可保证关于高浓度目标气体的监控。
这种布置的另一个优点是污染的灰尘过滤器13的简单的探测。生成的检测气体不仅扩散至测量电极6而且通过灰尘过滤器13扩散至气体传感器100前的周围环境中。该部分不供测量电极6使用。在图3中比较了对于加载有灰尘的过滤器13的测量信号(曲线D)，和未受污染的灰尘过滤器13的测量信号(曲线E)。如果灰尘过滤器13受到了污染，则会阻止到周围环境中的扩散。该部分现在也可由测量电极6转化。因此，相应于弧线D的信号相对于正常状态的曲线E提高。
此外，受到污染的灰尘过滤器13在检测气体气体发生结束后导致推迟的衰减性能(Abklingverhalten)，因为与周围环境的气体交换被阻止。通过相应的评估可明确地确定该性能。
Claims (9)
1.一种带有检测气体发生器(18)的气体传感器(100)，
其中所述气体传感器(100)布置在传感器罩壳(1)中，所述传感器罩壳(1)具有用于待分析的气体试样的可透气膜(7)和测量电极(6)，和
其中所述检测气体发生器(18)具有径向对称的环形的发生器罩壳(8)，所述发生器罩壳(8)固定在所述可透气膜(7)的区域中，所述发生器罩壳(8)具有用于气体试样的位于所述发生器罩壳(8)中间的气体通入开口(21)和用于检测气体的朝向所述可透气膜(7)指向的排出开口(19)，其中所述排出开口(19)和所述可透气膜(7)直接彼此相对布置，并且其中所述发生器罩壳(8)具有自身闭合的曲线形状。
2.根据权利要求1所述的带有检测气体发生器(18)的气体传感器(100)，其特征在于，所述气体传感器(100)为电化学气体传感器并且在所述传感器罩壳(1)中除所述测量电极(6)外还具有在电解质(4)中的参考电极(5)。
3.根据权利要求1或2所述的带有检测气体发生器(18)的气体传感器(100)，其特征在于，所述发生器罩壳(8)的排出开口(19)利用可透气环形膜(11)封闭。
4.根据权利要求1或2所述的带有检测气体发生器(18)的气体传感器(100)，其特征在于，所述检测气体发生器(18)为电化学气体发生器。
5.根据权利要求1或2所述的带有检测气体发生器(18)的气体传感器(100)，其特征在于，所述发生器罩壳(8)具有在阳极(10)和阴极(9)之间的由硫化银制成的冲压件(20)作为以电化学方式产生H2S的检测气体源。
6.根据权利要求1或2所述的带有检测气体发生器(18)的气体传感器(100)，其特征在于，所述检测气体发生器(18)的排出开口(19)和所述可透气膜(7)之间的轴向间距位于10微米和10毫米之间的范围中。
7.根据权利要求2所述的带有检测气体发生器(18)的气体传感器(100)，其特征在于，所述发生器罩壳(8)具有在阳极(10)和阴极(9)之间的由硫化银制成的冲压件(20)作为以电化学方式产生H2S的检测气体源，其中设置有用于所述电化学气体传感器(100)的测量电极(6)和参考电极(5)和所述检测气体发生器(18)的阳极(10)和阴极(9)的电子控制器(12)。
8.根据权利要求1或2所述的带有检测气体发生器(18)的气体传感器(100)，其特征在于，在所述气体通入开口(21)中存在灰尘过滤器(13)。
9.根据权利要求1或2所述的带有检测气体发生器(18)的气体传感器(100)，其特征在于，所述传感器罩壳(1)在所述可透气膜(7)的区域中构造成用于容纳所述检测气体发生器(18)的保持架(22)。
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