CN113406268B - 用于调整供气系统的方法和具有调整功能的供气系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调整供气系统(300、400)的方法(100)。该方法包括：校准步骤，即在第一校准时间点(t1)以限定浓度的检验气体校准(101)气体传感器(303、401)，其中在校准期间确定第一校准结果(S1)，并且其中在第一校准时间点(t1)之前的一个时间点(t2)确定至少一个供气测量值(M1)；确定步骤，即通过将至少一个供气测量值(M1)与第一校准结果(S1)和气体传感器(303、401)的在第一校准时间点(t1)之前的一个时间点(t0)确定的校准结果(S0)代入数学关系式确定(103)供气参考值(G1)；以及调整步骤，即按照供气参考值(G1)调整(105)供气系统。

Description

用于调整供气系统的方法和具有调整功能的供气系统

技术领域

本发明涉及用于调整供气系统的方法和具有调整功能的供气系统。

背景技术

电化学和催化传感器经常用于监视有毒或易爆炸的气体和蒸汽。已知的是，传感器、尤其电化学传感器在其使用寿命期间改变并因此必须经常检查、尤其校准其测量特性、特别是其敏感度、即其敏感性和/或其响应时间，直到测量值达到实际施加的气体浓度的90％。

通常以两步法完成校准或校正，其中在第一步骤中通过施加所谓的“零气”、即不含混合物的气体来确定零点。在第二步骤中通过施加检验气体、即具有限定浓度的混合物的气体来确定相应传感器的敏感度。

可以使用气体生成器来产生检验气体，气体生成器以常规的距离生产检验气体，以便例如自动检查或校准相应的传感器。可选地，可以用气体瓶来提供检验气体。

在没有气体生成器的校准中，操作者或使用者必须借助气体瓶在相应的传感器所在的现场手动实施校准，这一方面麻烦，另一方面在相应的气氛下可能对操作者有危险。

为了避免错误解读由传感器确定的测量值，通过根据在检查或校准期间识别的、传感器的当前状态与参考状态之间的偏差来适配或修正传感器的零点和敏感度，可以调整相应的测量系统。

如果气体生成器用于校准或调整，则气体生成器经历老化过程并在使用寿命期间在相同的激励下产生越来越少的气体，自动化系统将用于校准或调整传感器的越来越少的气体解读为传感器的响应表现的下降，从而会出现如下情况，其中传感器被无必要地更换或被报告为出错。传感器的敏感性相应地被低估。

发明内容

在之前描述的技术背景下，本发明的目的在于提出一种供气系统，其至少部分地不具有上述缺点。本发明的目的尤其在于，将用于气体测量设备的传感器的校准的两个校准过程之间的时间范围最大化。

上述目的由本发明的方法和供气系统解决。本发明其他特征和细节由说明书和附图得出。在此，结合根据本发明的方法描述的特征和细节当然适合结合根据本发明的供气系统，并且分别反之亦然，从而在本发明公开的各个方面相互参考或能相互参考。

因此提出一种用于调整供气系统的方法。该方法包括：校准步骤，即在第一校准时间点以限定浓度的检验气体校准气体传感器，其中在校准期间确定第一校准结果，并且其中在第一校准时间点之前的一个时间点确定至少一个供气测量值；确定步骤，即通过将至少一个供气测量值与第一校准结果以及气体传感器的在第一校准时间点之前的一个时间点确定的校准结果代入数学关系式，确定供气参考值；以及调整步骤，即按照供气参考值调整供气系统。

校准或调准或校正在本发明的范畴中能被理解为如下过程，其中相对于参考状态确定气体传感器的当前状态和/或设置的气体测量设备的供气。

调整或调节在本发明的范畴中能被理解为如下过程，其中根据气体传感器的当前确定的状态和/或供气来适配或驱控、也就是控制或调节设置的供气系统的气体传感器和/或供气。调整尤其能被理解为如下过程，其中在当前状态与参考状态之间的偏差方面将校准结果用于修正供气系统。例如能在调整时适配或修正相应的气体传感器的相应的测量值或响应表现。

在本发明的范畴中，计算单元能被理解为可编程的处理单元或子处理单元。计算单元可以实施为电脑、尤其是分布式计算系统并且与存储器、例如网络存储器或固体材料存储器通信连接。计算单元尤其可以是控制设备、例如微处理器。

在本发明的范畴中，限定浓度的检验气体能被理解为预设或已知浓度的检验气体，其例如在校准过程中由检验气体瓶或借助气体生成器手动提供。在此，检验气体的限定浓度能以一定误差量浮动。

提出的方法尤其用于调整供气装置、特别是用于校准或调整传感器的气体生成器。为此提出，在校准或调整相应传感器期间也调整供气装置。

通过使用调整后的供气，可以避免例如由错误驱控供气导致的传感器的错误检测。可以与供气装置的老化状态无关地相应选择并相应最大化传感器的两个校准过程之间的时间区域。

提出的方法基于使用传感器的当前或第一校准过程，以便推导出对传感器施加检验气体的供气装置的老化状态。为此，在第一校准过程期间、即在第一校准时间点确定传感器的第一校准结果，即通过施加检验气体确定传感器的敏感度。

除了确定第一校准结果，还在一个时间点确定至少一个供气测量值，该测量值尤其时间上直接在第一校准时间点之前由传感器检测。结合例如在第一校准时间点之前确定的另一校准结果，可以根据供气测量值和第一校准结果确定供气参考值。这表示，将两个校准过程之间的传感器敏感度的变化与在第一校准过程前确定的供气测量值、尤其是第一校准过程前最后一个供气测量值代入数学关系式，以便确定供气参考值。

只要已知供气参考值，则该供气参考值可以用于调整相应的供气装置，也就是设置待由供气装置产生的检验气体的量，或者使用供气参考值确定供气装置的激活时间。

为了确定供气测量值，可以提出通常、尤其在相应的校准过程之间对相应的传感器施加检验气体。

通过将传感器敏感度的改变或传感器的老化与供气测量值代入数学关系式，可以确定供气测量值与额定值的偏差的数量部分，额定值由供气装置的老化决定。一旦已知供气测量值与能由供气装置的老化决定的额定值的偏差的数量部分，则该部分可以用于调整供气装置，使得该部分被补偿或在其他校准过程中被考虑。

此外，可以根据供气测量值与额定值、也就是供气装置的老化的偏差的数量部分来确定何时必须更换供气装置的标准，因为其生成的气体量和相应的信噪比太小。

尤其可以借助提出的方法根据气体传感器的调整来确定气体传感器的老化，也就是确定在气体传感器之前的校准或调整以来根据气体传感器的物理特性的测量值下降。气体传感器的这种老化可以与供气装置的敏感度下降结果相比。气体生成器的相对老化对应于当前确定的参考值和老的或在当前确定的参考值之前有效的参考值的比值。如果在不同时间点确定的参考值恒定或不变，则气体生成器相应地未老化。

根据本发明提出的数学关系式的代入可以包括确定下降特性、例如多个供气测量值的斜率。相应地，可以在根据本发明的调整过程中通过将供气系统配置为用于补偿下降特性来修正确定的下降特性。为此，例如可以调节供气系统的供气参考值和/或适配或修正相应气体传感器的响应表现。

可以提出，在相对第一校准时间点较晚的时间点重复对气体传感器的校准和对供气参考值的确定，其中将第一校准结果用作另一校准结果，将在较晚时间点确定的校准结果用作第一校准结果，并且将至少一个在较晚时间点之前时间点确定的供气测量值用作至少一个供气测量值。

通过重复执行提出方法的相应步骤，可以连续监视并相应修正供气装置的相应老化过程。因此可以最小化供气装置的老化过程对校准过程的影响，并与供气装置的老化状态无关地调整相应的传感器。

此外可以提出，通过将另一校准结果和第一校准结果的比值与至少一个供气测量值相乘来确定供气参考值。

用于确定供气参考值的计算准则(1)已经被证明为特别有利的，其中规定如下：S1对应于第一校准结果，S0对应于另一校准结果，M1对应于供气测量值，并且G1对应于供气参考值。在此，M1例如可以是在第一校准过程之前用于确定第一校准结果S1的最后N个供气测量值的中间值或中位数。

G1＝M1·(S0/S1)

还能提出，使用以下确定步骤之一确定至少一个供气测量值(M1)：

a)确定气体传感器(303、401)的传感器响应的积分，

b)确定气体传感器(303、401)的传感器响应的斜率，

c)确定气体传感器(303、401)的传感器响应的响应时间，

d)确定气体传感器(303、401)的传感器响应的曲线变化。

还能提出，比较供气参考值与预设标准以确定是否必须更换供气装置。

尤其可以提出，如果供气测量值和供气参考值之间的差与预设阈值不同，则输出用于更换供气装置的警报。

由于供气测量值和供气参考值之间的差反映供气装置的老化状态，所以该差可以用作更换供气装置的标准。因此，如果例如该差大于预设阈值，可以得出供气装置过老或已关闭并且不再适用于传感器的校准。

还能提出，将检验气体的借助于供气装置提供的浓度值修正为供气参考值，也就是例如将浓度累加到供气参考值，或者使用供气参考值控制供气装置，使得检验气体的借助于供气装置提供的浓度符合预设额定值。

借助根据本发明计算的供气参考值可以驱控、也就是控制或调节供气装置，从而补偿供气装置的由老化决定的改变。

可以校准和调整供气系统的期望的检验气体曲线形状，以调整根据本发明提出的供气系统。在此，例如针对经由检验气体曲线形状来确定例如传感器输入的堵塞状态并检验气体曲线形状经过一段时间改变的情况，可以在校准传感器时也调整参考曲线的形状。

此外，可以借助提出的方法校准和/或调整供气信号、例如所谓的用于确定响应时间的“到检验气体脉冲峰值的时间”、例如所谓的相应传感器的“T90时间”。

在第二方面，本发明涉及具有调整功能的供气系统。供气系统包括用于气体传感器的接口、供气装置和计算单元。计算单元配置为在第一校准时间点以限定浓度的检验气体确定第一校准结果，以及在第一校准时间点之前的一个时间点确定至少一个供气测量值。此外计算单元还配置为，通过将至少一个供气测量值与第一校准结果以及气体传感器的在第一校准时间点之前的一个时间点已确定的另一校准结果代入数学关系式，确定供气参考值，并且按照供气参考值调整供气系统。

提出的方法尤其用于运行提出的供气系统。

提出的供气系统包括用于气体传感器的接口，以使供气系统的计算单元与气体传感器通信连接，并且例如可以接收气体传感器确定的测量值。在此，接口可以设计为有线连接或无线连接。气体传感器相应地可以设计为供气系统的集成的组成部分或作为外部模块仅经由接口与供气系统连接。这表示，供气系统可以配置为调整自身或调整外部的气体传感器。

供气系统可以包括气体瓶或用于产生检验气体的气体生成器，该气体瓶具有可控制或可调节的用于释放检验气体的阀门。

附图说明

从接下来对本发明的几个实施例的描述得出改进本发明的措施，这些措施在附图中示出。所有说明书或附图得出的特征和/或优点连同结构细节和空间布置能够单独以及以不同组合表示本发明的基本内容。附图分别示意性地示出：

图1示出提出的方法的可行设计方案的示意性流程；

图2示出具有用于执行提出的方法的测量值的图表；

图3示出提出的具有集成的气体传感器的供气系统的可行设计方案；

图4示出提出的具有外部气体传感器的供气系统的可行设计方案。

图1至图3分别以相同的附图标记标明有相同功能和作用方式的元件。

具体实施方式

图1示出方法100。方法100包括：在第一校准时间点以限定浓度的检验气体来校准气体传感器的校准步骤101，其中在校准期间确定第一校准结果，并且其中在第一校准时间点之前的一个时间点确定至少一个供气测量值；通过将至少一个供气测量值与第一校准结果以及气体传感器的在第一校准时间点之前的一个时间点已确定的另一校准结果代入数学关系式来确定供气参考值的确定步骤103；以及按照供气参考值调整供气系统的调整步骤105。

图2示出图表200。图表200在其关于时间的横坐标201和其关于以μA/ppm为单位的传感器敏感度的纵坐标203上延伸。

在第一校准时间点t1，供气系统的气体传感器例如由使用者利用包含限定浓度的目标气体或检验气体的检验气体瓶来校准。

从检验气体瓶排出的检验颗粒转移到气体传感器，使得气体传感器测得传感器敏感性例如为1.5μA/ppm的供气测量值，该测量值对应于第一校准结果S1。

在第一校准时间点t1，在供气系统上将供气参考值G0设为例如2000ppm·s，该值在第一校准时间点t1之前的一个时间点t0被确定或预设。在气体传感器和气体生成器的使用时间内得出下降的气体生成器信号205，从而使得在第一校准时间点之前的一个时间点(t2)确定的供气测量值(M1)例如对应于1000ppm·s。

从供气测量值(M1)出发，供气系统会将M1/G0＝1μA/ppm的敏感度配属于气体传感器，因为气体生成器信号205的下降会完全配属于气体传感器。

但是事实上气体生成器已老化，使得使用者以在第一校准时间点t1的校准得出S1＝1.5μA/ppm的“真实的”传感器敏感度。

这表示，气体传感器和气体生成器以相同的比值老化。从这个认知出发，可以借助于计算准则(1)确定新供气参考值G1，其中S1对应于第一校准结果，S0对应于另一校准结果，M1对应于供气测量值，并且G1对应于供气参考值。在此，M1可以是在第一校准过程之前用于确定第一校准结果S1的最后N个气体生成器信号的中间值或中位数。

G1＝ M1·(S0/ S1) (1)

可以例如以电化学传感器电流的传感器原始值或以已经计算的传感器的浓度值应用方法100。

在校准期间为了确定气体传感器的敏感度，可以使用气体实施“持久施加”。接下来期待稳定的测量值并确定敏感度。为此可以例如使用气体传感器对施加的检验气体的传感器响应的积分，使用气体传感器对施加检验气体的传感器响应的斜率，或使用直到气体传感器对施加的检验气体的传感器响应出现拐点的时间。

图3示出供气系统300。供气系统300包括连接气体传感器的接口301、气体传感器303、供气装置305和计算单元307。计算单元配置为在第一校准时间点确定第一校准结果，以用限定浓度的检验气体校准气体传感器。

此外，计算单元307配置为在第一校准时间点之前的一个时间点确定至少一个供气测量值。

此外，计算单元307配置为，通过将至少一个供气测量值与气体传感器的第一校准结果以及在第一校准时间点之前的一个时间点确定的另一校准结果代入数学关系式，确定供气参考值。

此外，计算单元307配置为按照供气参考值调整供气系统300。

在图3所示实例中，气体传感器303经由电连接、例如线缆或焊接连接与接口301进行通信连接。气体传感器303相应地经由接口301和计算单元307传输测量值。

图4示出供气系统400。供气系统400与根据图3的供气系统300相同，例外是接口301经由无线接口与例如气体测量设备407中的外部气体传感器401连接。相应地，供气系统400形成用于测试不同气体传感器的便携模块。

在此，接口301可以包括用于经由例如WLAN(无线局域网)、蓝牙、近场通信、紫蜂(Zigbee)或如5G的移动无线电信号进行无线通信的第一通信模块403、用于连接线缆、例如COM端口或USB端口的第二通信模块405。

可选地，供气系统400可以包括输出单元409、例如LED、扩音器和/或显示器，以便输出警报，例如输出更换气体传感器401的提示。

参考标号列表

100 方法

101 校准步骤

103 确定步骤

105 调整步骤

200 图表

201 横坐标

203 纵坐标

205 气体生成器信号

t1 第一校准时间点

S1 第一校准结果

M1 供气测量值

t2 之前的时间点

G0 供气参考值

G1 新供气参考值

300 供气系统

301 接口

303 气体传感器

305 供气装置

307 计算单元

400 供气系统

401 外部气体传感器

403 第一通信模块

405 第二通信模块

407 气体测量设备

409 输出单元。

Claims (7)

1.一种用于调整供气系统(300、400)的方法(100)，其中，所述方法(100)包括以下步骤：

在第一校准时间点(t1)以限定浓度的检验气体校准气体传感器(303、401)，其中，在校准期间确定第一校准结果(S1)，

并且其中，在所述第一校准时间点(t1)之前的一个时间点确定至少一个供气测量值(M1)；

通过将至少一个所述供气测量值(M1)与所述第一校准结果(S1)以及所述气体传感器(303、401)的在所述第一校准时间点(t1)之前的一个时间点已确定的校准结果代入数学关系式，确定供气参考值(G1)；

按照所述供气参考值(G1)调整所述供气系统，在与所述第一校准时间点(t1)相比以后的时间点重复对所述气体传感器(303、401)的校准和对所述供气参考值的确定，其中，随后将所述第一校准结果(S1)用作另一校准结果，将在所述以后的时间点确定的校准结果用作第一校准结果，并且将至少一个在所述以后的时间点之前的时间点确定的供气测量值用作至少一个供气测量值(M1)，通过将另一校准结果和所述第一校准结果(S1)的比值与至少一个所述供气测量值(M1)相乘，确定所述供气参考值(G1)。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，通过以下确定步骤之一来确定至少一个所述供气测量值(M1)：

确定所述气体传感器(303、401)的传感器响应的积分，

确定所述气体传感器(303、401)的传感器响应的斜率，

确定所述气体传感器(303、401)的传感器响应的响应时间，

确定所述气体传感器(303、401)的传感器响应的曲线变化。

3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，根据所述供气参考值(G1)与预设标准的比较输出警报。

4.根据权利要求3所述的方法(100)，其特征在于，如果所述供气测量值(M1)和所述供气参考值(G1)之间的差与预设阈值不同，则输出用于更换所述供气系统(300、400)的供气装置(305)的警报。

5.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，将检验气体的借助于所述供气系统的供气装置(305)提供的浓度的值修正为所述供气参考值，或者使用所述供气参考值控制所述供气系统的供气装置(305)，使得检验气体的借助于所述供气装置(305)提供的浓度符合预设额定值。

6.一种具有调整功能的供气系统(300、400)，其中，所述供气系统(300、400)包括：

用于气体传感器的接口(301)，

供气装置(305)，

计算单元(307)，

其中，所述计算单元(307)配置为，为了校准与所述接口连接的气体传感器，在第一校准时间点(t1)以限定浓度的检验气体确定第一校准结果(S1)，

在所述第一校准时间点(t1)之前的一个时间点确定至少一个供气测量值(M1)，并且

通过将至少一个所述供气测量值(M1)与所述第一校准结果(S1)以及所述气体传感器的在所述第一校准时间点(t1)之前的一个时间点已确定的另一校准结果代入数学关系式，确定供气参考值(G1)，并且

按照所述供气参考值(G1)调整所述供气系统(300、400)，所述计算单元(307)配置用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法(100)。

7.根据权利要求6所述的供气系统(300、400)，其特征在于，所述供气装置(305)具有气体生成器或气体瓶。