CN111373257A - 测试气体传感器的方法和测试装置以及由气体传感器和测试装置构成的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过借助测试装置(10)施加测试气体(11)来测试气体传感器(20)的方法。此外，本发明涉及一种用于通过施加测试气体(11)来测试气体传感器(20)的测试装置(10)。本发明还涉及一种系统(1)，该系统由气体传感器(20)和用于通过施加测试气体(11)测试气体传感器(20)的测试装置(10)构成。

Description

测试气体传感器的方法和测试装置以及由气体传感器和测试 装置构成的系统

技术领域

本发明涉及一种用于通过借助测试装置施加测试气体来测试气体传感器的方法。本发明还涉及一种用于通过施加测试气体来测试气体传感器的测试装置，以及一种系统，该系统由气体传感器和用于通过施加测试气体来测试气体传感器的测试装置构成。

背景技术

在现代技术中，通常已知使用气体传感器来监控环境。这种气体传感器能够例如应用在探测装置中，而探测装置在工作空间环境中被用于得出在环境空气中对健康有害的可能的有害气体的浓度，并且必要时指示这种有害气体的过高浓度。为了能够始终确保这种探测装置的气体传感器的功能，还已知的是，特别是定期地测试所应用的气体传感器。根据现有技术，对于这种测试，从气体储存器提供测试气体或通过气体发生器产生测试气体，并且将测试气体以基本恒定的浓度提供给气体传感器。

在此存在的问题是，通过测试气体的这种简单的恒定供应，在某些情况下不能始终做出关于所应用的气体传感器的功能状态的可靠结论。因此，例如环境影响(像变化的温度、变化的气压、变化的空气湿度又或者风力影响)能够影响气体传感器关于所提供的测试气体的测量。通常不能做出关于最小信息内容的结论，即传感器到底是否提供测试信号。特别地，关于所应用的气体传感器的功能状态的定性结论和/或定量结论大多是不可实现的。

发明内容

由此出发，本发明的目的在于至少部分地克服用于测试气体传感器的方法的缺点、用于测试气体传感器的测试装置的缺点以及由气体传感器和测试装置构成的系统的缺点。因此，本发明的目的是提供一种用于测试气体传感器的方法、一种用于测试气体传感器的测试装置以及一种由气体传感器和测试装置构成的系统，它们以特别简单和成本低廉的方式做出关于在气体探测器中应用的气体传感器的功能状态的尽可能准确的结论，其中，特别是也应该能够实现关于所应用的气体传感器的功能状态的定性和定量结论。

上述目的通过具有独立权利要求1特征的、用于测试气体传感器的方法来实现。此外，该目的通过具有并行权利要求12特征的、用于测试气体传感器的测试装置来实现。另外，该目的通过具有并行权利要求14特征的由气体传感器和测试装置构成的系统来实现。本发明的其它特征或细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，结合根据本发明方法描述的特征和细节，显然也适于与根据本发明的测试装置以及根据本发明的系统结合，并且相应地反之亦然，从而关于不同的发明方面总是能够相互参考。

根据本发明的第一方面，该目的由用于通过借助测试装置施加测试气体来测试气体传感器的方法来实现。根据本发明方法的特征在于以下步骤：

a)确定测试顺序，其中，测试顺序包括至少一个测试时长和在测试时长期间的测试气体的测试流，其中，测试流在测试时长期间具有至少两个不同的测试气体浓度，

b)根据在步骤a)中确定的测试顺序，将测试气体提供和供应给气体传感器，

c)得出气体传感器对步骤b)中供应的测试气体的测试流的传感器响应，以及

d)评估在步骤c)中得出的传感器响应以完成气体传感器的测试。

气体传感器基本上是已知的，并且例如应用在气体探测器中以监控环境，特别是例如工作环境。通过根据本发明的方法，通过借助测试装置施加测试气体来测试气体传感器，能够确保所应用的这种气体传感器的完好的功能状态。换而言之，通过测试装置提供测试气体，例如从存储器或通过气体发生器产生测试气体，并且将其供应给气体传感器。通过测试装置获取和评估气体传感器的测量来完成气体传感器的测试，其中，所供应的测试气体在气体传感器中被识别。

具体来说，在第一步骤a)中根据本发明确定了测试顺序。这种根据本发明的测试顺序的特征尤其是测试时长，其中，在测试时长期间同时确定测试气体的特定测试流作为测试顺序。根据本发明，该测试流在测试时长期间具有至少两个不同的测试气体浓度。换而言之，测试顺序因此描述了一种气流，其在测试时长期间持续并且在测试时长期间特别是具有所提供的测试气体的浓度变化。因此，所提供的测试气体特别是在所提供的测试气体的浓度方面经受时间相关的改变。特别地，通过改变每单位时间所提供的测试气体量能够产生浓度改变。

在下一个步骤b)中，按照根据本发明的方法提供测试气体，并且将测试气体供应给气体传感器，其中，根据在步骤a)中确定的测试顺序来执行提供和供应。换而言之，在该步骤b)中，气体传感器在测试时长期间依次被施加具有至少两个不同的测试气体浓度的测试气体的测试流。气体传感器特别能够处于其正常运行模式中并且因此持续监控并测量环境气体，因此，气体传感器优选能够提供不同的传感器响应，这些传感器响应在最优情况下与不同的测试气体浓度相关联。

在随后的步骤c)中，得出气体传感器对于步骤b)中供应的测试气体的测试流的这些传感器响应。例如能够通过简单地获取气体传感器作为测量信号输出的电信号来得出这些传感器响应。换而言之，在步骤c)中读取气体传感器。因此，在执行步骤c)之后，存在关于在测试顺序期间气体传感器的测量结果在供应测试气体时如何变化的信息。

特别地，根据本发明方法的最后步骤d)包括对步骤c)中得出的传感器响应的评估。该评估能够例如包括：纯粹识别传感器响应是否包括以下信号形状，该信号形式能够至少基本上推断出符合测试顺序供应的测试气体。根据该评估结果，能够提供气体传感器是否特别是在其功率参数范围内工作的信息作为气体传感器的测试结束。

总之，通过根据本发明的方法能够改进气体传感器的测试。特别地，通过基于测试顺序为气体传感器提供和供应测试气体并且因此在测试时长期间具有至少两个不同的测试气体浓度，能够从传感器响应中滤除环境影响，并且改进关于气体传感器的功能状态的结论。特别地，能够从传感器响应中计算出测量状态(例如气压、温度等)的影响。特别地，这能够由此被提供，即这些影响在测试时长期间大多只有微小变化，而测试顺序却包括两个不同的测试气体浓度。以这种方式，实现了关于气体传感器状态的定性和定量结论。

优选地，能够如下地继续改进根据本发明的方法，在步骤a)中确定至少两个不同的测试气体浓度中至少一个具有随时间变化的测试气体浓度变化曲线。以这种方式能够实现，两个测试气体浓度中至少一个不仅能够作为恒定的测试气体浓度被提供，而且作为随时间连续变化的测试气体浓度被提供。通过得出对于随时间变化的(特别是连续改变的)这种测试气体浓度变化曲线的传感器响应，特别是能够进一步提高关于气体传感器功能状态的结论的准确性。

根据本发明方法的特别优选的改进方案，还能够提出，在步骤a)中确定的测试气体浓度变化曲线具有以下形状中的至少一个：

-三角形

-斜坡形

-矩形

-阶梯形

-梯形

-正弦形。

特别地，该列表并不完整，从而如果技术上有意义并且可能，则在步骤a)中确定的测试气体浓度变化曲线也能够具有其它形状。以这种方式能够提供用于确定测试气体浓度变化曲线的特别多样的选择可行性。

此外，在根据本发明的方法中能够提出，在步骤a)中利用不向气体传感器供应测试气体的气流中断来确定测试顺序。在这些气流中断过程中，通过测试装置提供的气流被中断。在评估传感器响应时，特别是能够检查在气流中的这些中断是否同样可以被证明。由此就已经能够通过根据本发明的方法进一步提高在测试气体传感器时的准确性。此外，这些气流中断也在执行测试顺序期间实现了对背景的测量，该背景通过气体传感器在不供应测试气体的情况下被测量。总之，通过根据本发明的方法能够以这种方式进一步提高在确定气体传感器的功能状态时的准确性。

根据本发明的方法也能够被如下设计，在步骤a)中确定具有两个或更多个测试顺序部段的测试顺序，其中，测试顺序部段相关于测试时长以时间先后依次布置，并且测试顺序部段各自包括至少一个测试部段时长和在测试部段时长期间的测试气体的测试部段流，其中，测试部段流还在测试部段时长期间具有至少两个不同的测试气体浓度。换而言之，测试顺序部段基本上与上述测试顺序构造相同。通过使测试顺序具有多个这种测试顺序部段，因此能够在测试顺序期间在不同的测试气体浓度下对气体传感器执行更多的不同测量。通过增加各个测量，能够通过根据本发明的方法总体上进一步提高在确定气体传感器的功能状态时的准确性。

优选地，根据本发明的方法能够如下被继续改进，在步骤a)中，两个或更多个测试顺序部段通过气流中断被彼此分开确定。如上所述，气流中断能够一方面被用于自身探测，另一方面能够被用于在执行测试顺序期间能提供背景测量。在本实施方式中，这种气流中断能够特别是额外用于确定或识别气体传感器所得出的传感器响应中的两个测试顺序部段的准确分隔。这也使得能够提高在确定被检查的气体传感器的功能状态时的准确性。

特别优选地，根据本发明的方法能够如下被继续改进，在步骤a)中，两个或更多个测试顺序部段被确定为相同的。换句话说，以这种方式能够提供，使用具有相同的测试部段时长和测试部段流的两个或更多个相同的测试顺序部段。理想工作的气体传感器因此对于每个所使用的测试顺序部段提供同样的传感器响应。通过比较对于不同的测试顺序部段所得出的传感器响应，能够因此同样更准确地确定被检查的气体传感器的功能状态。

此外，在根据本发明的方法中能够提出，在步骤b)中使用气体发生器(特别是电化学的气体发生器)来提供和供应测试气体。这种气体发生器的使用特别灵活，其中，特别地，通过气体发生器(特别是通过电化学的气体发生器)可以特别简单地提供所提供测试气体的不同浓度。因此，气体发生器是测试装置的理想的组成部分，以便执行根据本发明的方法。

此外，根据本发明方法的改进方案能够提出，根据在步骤a)中确定的测试顺序调节气体发生器的气体产生电流和/或气体产生时长。特别地，电化学的气体发生器使用电流，以便例如通过电解产生测试气体。因此，通过改变这种气体产生电流和/或气体产生时长，能够特别简单地产生不同的测试气体浓度。通过随时间连续改变气体产生电流，例如也能够特别简单地实现这种测试气体浓度随时间的连续变化。

根据本发明的方法也能够被如下设计，在步骤d)中，在评估步骤c)中得出的传感器响应时，特别是作为第一步骤，执行用于寻找测试顺序的基本模式的分析。在本发明的意义上，“基本模式”能够尤其被理解为，通过所得出的传感器响应是否也反映出例如所提供的不同测试气体浓度的相对大小。例如是否在所得出的传感器响应中表现出气流中断也能够理解为寻找测试顺序的基础模式的一部分。该第一步骤是特别简单的，并且能够特别是提供被检查的气体传感器的功能状态的快速初步分析。

此外，根据本发明的方法能够被如下继续改进，在步骤d)中，在评估步骤c)中所得出的传感器响应时，执行以下其它分析中的至少一个分析作为后续步骤：

-测试顺序与传感器响应之间的时间关联；

-传感器响应的强度；

-传感器响应的上升表现；

-传感器响应的衰减表现；

-传感器响应的一般形式。

特别地，能够执行这些其它分析中的多个，优选地执行所有这些其它分析。以这种方式能够提供关于被检查的气体传感器的状态的定性和定量结论。

根据本发明的第二方面，该目的通过用于借助施加测试气体来测试气体传感器的测试装置来实现。根据本发明的测试装置的特征在于，测试装置被设计用于实施根据本发明第一方面的方法。因此，关于用于测试气体传感器的根据本发明第一方面的方法所详细描述的全部优点，也能够通过设计用于实施根据本发明第一方面的方法、根据本发明第二方面的测试装置来提供。

此外，在根据本发明的测试装置中能够提出，测试装置具有用于产生测试气体的气体发生器和控制单元，控制单元用于驱控气体发生器以及用于得出气体传感器的传感器响应。在根据本发明的测试装置特别优选的该设计方式中，控制单元能够一方面被用于操控气体发生器，通过气体发生器按照在根据本发明方法的步骤a)中所确定的测试顺序产生测试气体。产生的测试气体被提供给待检查的气体传感器，其中，控制单元另一方面也被设计用于得出气体传感器的传感器响应。特别地，通过控制单元能够读取连续执行的气体传感器测量，其中，特别是通过控制单元获取例如气体传感器的传感器信号。以这种方式，由于存在控制单元和气体发生器，能够提供根据本发明测试装置的特别紧凑的设计方式。

根据本发明的第三方面，该目的通过一种系统实现，该系统由气体传感器和用于通过施加测试气体来测试气体传感器的测试装置构成。根据本发明系统的特征在于，测试装置根据本发明的第二方面来设计。根据本发明的第二方面的根据本发明的测试装置被设计用于实施根据本发明的第一方面的根据本发明的方法。因此，关于根据本发明第一方面的方法以及关于根据本发明第二方面的测试装置所详细描述的全部优点，也能够通过根据本发明第三方面的系统来提供，该系统具有根据本发明第二方面的测试装置或者实施根据本发明第一方面的方法。

附图说明

另外，本发明的改进方案由对于附图示出的本发明实施例的以下描述给出。从权利要求书、说明书和附图中得知的特征和/或优点，包括结构细节和空间布置，能够单独地以及以不同的组合构成本发明的基础。具有相同功能和作用方式的元件在附图中具有同样的附图标记。示意性示出：

图1示出了根据本发明的方法，

图2示出了根据本发明的系统，

图3示出了根据本发明的测试顺序的第一实施方式，并且

图4示出了根据本发明的测试顺序的第二实施方式。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的方法，该方法能够通过根据本发明如图2所示的系统1来实施。在此，能够使用测试顺序50，如图3和图4所示。因此，下面一起说明图1至图4，其中，分别单独讨论各个附图的细节。

图1示出了根据本发明的方法，其中，步骤a)、b)、c)以及d)分别用大写字母表示。根据本发明的这种方法能够例如通过根据本发明的系统1实施，该系统如图2所示。特别地，根据本发明的这种系统1具有气体传感器20和根据本发明的测试装置10。气体传感器20和测试装置10能够被布置在共同的壳体2中，由此能够提供根据本发明的系统1特别紧凑的设计方式。优选地，气体传感器20和测试装置10的设计方案能够各自具有自己的壳体元件，这些壳体元件可以优选地相互紧靠地布置或者固定成共同的壳体2。在根据本发明的系统1的所示设计方式中，在壳体2中布置有气体体积3，气体体积与环境空气4连接。在气体体积3与环境空气4之间的这种连接能够特别通过扩散或通过合适的泵单元来提供。特别地，在空气体积3中布置有气体传感器20，由此能够探测在环境空气4中的有害气体，气体传感器20对于有害气体是敏感的。在根据本发明系统1的这种设计方式中，测试装置10的气体发生器30布置在气体传感器20的上游。气体发生器30能够特别优选地被设计为电化学的气体发生器30，该气体发生器30在控制单元40的驱控下能够产生测试气体11，测试气体作为测试流52被排放到环境空气4中并且由此被供应给气体传感器20。这一过程受到根据本发明的测试装置10的控制单元40的驱控，控制单元还被设计用于获取图2中未示出的传感器响应21。

按照根据本发明的方法，在第一步骤a)中确定测试顺序50。在图3和图4中示例性示出了可行的测试顺序50。特别地，所有如此确定的测试顺序50具有测试时长51，其中，测试气体11的测试流52在测试时长51期间具有至少两个不同的测试气体浓度53。为了提高图3和图4的可视性，分别只有其中一个测试气体浓度53具有附图标记。各个不同的测试气体浓度53能够通过气体中断55相互分开，由此，特别是能够提高在确定气体传感器20的功能状态时的总测量准确性。

图3特别示出了四个不同的测试气体浓度53，它们分别通过测试流中断55彼此分开。特别地，测试气体浓度53之一也被设计为变化的测试气体浓度变化曲线54，其中，如所示，测试气体浓度53优选随时间t连续变化。如所示，这例如能够至少部分呈梯形实现。也能够设想其它形状作为测试气体浓度变化曲线54，例如三角形、斜坡形、阶梯形和/或正弦形。

除了各个测试气体浓度53之外，如图4所示，例如通过控制单元40确定的测试气体顺序50也具有至少两个测试顺序部段56。这些测试顺序部段56基本上是测试气体浓度53的序列，它们在整个测试顺序50中各自形成一个单元。测试顺序部段也能够通过气流中断55彼此分开。特别优选地，如图4所示，这些测试顺序部段56能够被设计为相同的，以便在得出气体传感器20的功能状态时进一步提高测量准确性。

在根据本发明方法的下一步骤b)中，基于在步骤a)中确定的测试顺序50，提供测试气体11并且将测试气体供应给气体传感器20。这例如能够通过特别是电化学的气体发生器30实现，其中，为此例如按照所确定的测试顺序50来驱控气体发生器30的气体产生电流和/或气体产生时长。测试气体11或测试流52被气体发生器释放并且被供应给气体传感器20。在图3和图4中分别示出对于各自发送的测试气体11的测试流52的传感器响应21。清楚可见，在测试气体浓度53处的不同变化曲线也引起了传感器响应21的不同形状。

这被用于根据本发明方法的下一步骤d)中，特别是通过评估步骤c)中得出的传感器响应21来使用，以便做出关于被检查的气体传感器20的功能状态的结论并且完成气体传感器20的测试。特别地，在评估的第一步骤中能够例如尝试在气体传感器20的传感器响应21中又发现所使用的测试顺序50的基本模式，例如鉴于所使用的测试气体浓度53的相对大小或者与气流中断55相对应的区域而导致的传感器响应21的存在。此外，也能够执行其它分析步骤，以便例如得出在测试顺序50与传感器响应21之间的时间关联、传感器响应21的强度或上升表现或衰减表现、或者极其普遍地得出传感器响应21的形状。

总之，通过根据本发明的方法、根据本发明的系统1或通过根据本发明的测试装置10能够改进气体传感器20的检查。特别地，本发明的基础是将使用的测试气体11以测试流52提供给气体传感器20，其中，在测试时长51期间改变测试气体浓度53。根据本发明，测试时长51和测试气体浓度53被概括在测试顺序50中。通过分析传感器响应21，特别是考虑到使用的测试顺序50，除了纯粹检查被检查的气体传感器20的功能状态以外，还能够做出关于被检查的气体传感器20的功能状态的定性和/或定量结论。

附图标记列表：

1 系统

2 壳体

3 气体体积

4 环境空气

10 测试装置

11 测试气体

20 气体传感器

21 传感器响应

30 气体发生器

40 控制单元

50 测试顺序

51 测试时长

52 测试流

53 测试气体浓度

54 测试气体浓度变化曲线

55 气流中断

56 测试顺序部段

57 测试部段时长

58 测试部段流

t 时间。

Claims (14)

1.一种用于通过借助测试装置(10)施加测试气体(11)来测试气体传感器(20)的方法，其特征在于以下步骤：

a)确定测试顺序(50)，其中，所述测试顺序(50)包括至少一个测试时长(51)和在所述测试时长(51)期间的所述测试气体(11)的测试流(52)，其中，所述测试流(52)在所述测试时长(51)期间还具有至少两个不同的测试气体浓度(53)，

b)根据在步骤a)中确定的所述测试顺序(50)，将所述测试气体(11)提供和供应给所述气体传感器(20)，

c)得出所述气体传感器(20)对步骤b)中供应的所述测试气体(11)的所述测试流(52)的传感器响应(21)，

d)评估在步骤c)中得出的所述传感器响应(21)以完成所述气体传感器(20)的测试。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，确定至少两个不同的所述测试气体浓度(53)中至少一个具有随时间变化的测试气体浓度变化曲线(54)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤a)中确定的所述测试气体浓度变化曲线(54)具有以下形状中的至少一个：

-三角形

-斜坡形

-矩形

-阶梯形

-梯形

-正弦形。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，利用不向所述气体传感器(20)供应所述测试气体(11)的气流中断(55)来确定所述测试顺序(50)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a)中确定具有两个或更多个测试顺序部段(56)的所述测试顺序(50)，其中，所述测试顺序部段(56)相关于所述测试时长(51)以时间先后依次布置，并且所述测试顺序部段分别包括至少一个测试部段时长(57)和在所述测试部段时长(57)期间的所述测试气体(11)的测试部段流(58)，其中，所述测试部段流(58)在所述测试部段时长(57)期间还具有至少两个不同的测试气体浓度(53)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，两个或更多个测试顺序部段(56)通过所述气流中断(55)被彼此分开地确定。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，两个或更多个所述测试顺序部段(56)被相同地确定。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了提供和供应所述测试气体(11)，在步骤b)中使用气体发生器(30)，特别是电化学气体发生器(30)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据在步骤a)中确定的所述测试顺序(50)来调节所述气体发生器(30)的气体产生电流和/或气体产生时长。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤d)中，在评估步骤c)中得出的所述传感器响应(21)时，执行用于寻找所述测试顺序(50)的基本模式的分析作为一步骤，特别是作为第一步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在步骤d)中，在评估步骤c)中得出的所述传感器响应(21)时，执行以下其它分析中的至少一个分析作为后续步骤：

-所述测试顺序(50)与所述传感器响应(21)之间的时间关联；

-所述传感器响应(21)的强度；

-所述传感器响应(21)的上升表现；

-所述传感器响应(21)的衰减表现；

-所述传感器响应(21)的一般形式。

12.一种测试装置(10)，用于通过施加所述测试气体(11)来测试所述气体传感器(20)，其特征在于，所述测试装置(10)被设计用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。

13.根据权利要求12所述的测试装置(11)，其特征在于，所述测试装置(10)具有用于产生所述测试气体(11)的气体发生器(30)和控制单元(40)，所述控制单元用于驱控所述气体发生器(30)以及用于得出所述气体传感器(20)的传感器响应(21)。

14.一种系统(1)，由气体传感器(20)和用于通过施加测试气体(11)来测试所述气体传感器(20)的测试装置(10)构成，其特征在于，所述测试装置(10)根据权利要求12或13来构成。

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