CN114965608A - 气体探测设备和利用该气体探测设备的气体探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体探测设备和利用该气体探测设备的气体探测方法，其中气体探测设备能够监控范围中的可燃的待探测的目标气体。在气体探测设备的壳体中布置有探测器，补偿器，传感器装置和评估单元。探测器包括具有加热段的导电线，围绕线的电绝缘体和在电绝缘体中的催化材料。补偿器在一个平面中延伸并且包括带有加热段印制导线和用于印制导线的承载板。气体探测设备向探测器和补偿器施加电压。探测器通过加热的加热段氧化目标气体。传感器装置为探测器和补偿器测量相应的探测参量。评估单元通过比较两个探测参量判断是否存在可燃的目标气体。

Description

气体探测设备和利用该气体探测设备的气体探测方法
技术领域
本发明涉及一种气体探测设备和气体探测方法，该方法能够用于监控关于范围中的至少一种特定气体、下文中待探测的目标气体，其中，目标气体在待监控的范围内能够出现的温度范围内是可燃的，并且由气体探测设备氧化并由此被探测。待监控的范围例如是矿山、炼油厂、仓库或利用可燃目标气体来运行的供暖系统或运输车辆。
背景技术
包括探测器和补偿器的气体探测设备已经为人所知。通过施加电压来加热探测器和补偿器。探测器能够氧化待探测的可燃目标气体，氧化过程中释放的热能使探测器的温度升高。具有这种探测器的气体探测设备也被称为“热效应传感器”。补偿器被设计为，使得其在加热时完全不氧化目标气体或比探测器更少地氧化目标气体。
气体探测设备通常暴露于变化的环境温度以及在许多情况下进一步变化的环境条件。变化的环境条件不仅会影响探测器而且会影响补偿器。补偿器的测量值用于计算补偿环境条件变化对探测器的测量值的影响。根据本发明的气体探测设备和根据本发明的气体探测方法也使用该原理。
在US2004/0241870A1的说明书摘要中描述了这种具有探测器(有源元件40)和补偿器(补偿元件50)的气体探测设备。补偿器50以与探测器40相同的方式构造，除了探测器40是催化活性的而补偿器50是非催化活性的。作为改进，在US2004/0241870A1中提出，通过具有热敏电阻器120或220和两个电阻器Rs和Rp的电路代替补偿器50，其中，电阻器Rs与热敏电阻器120串联连接并且与电阻器Rp并联连接。随着温度升高，热敏电阻器120的电阻和探测器140的电阻增加，并且探测器和带有热敏电阻器120的电路作为惠斯通测量电桥连接。相反，随着温度升高，热敏电阻器220的电阻减小，并且测量具有热敏电阻器220的电路的电压。
US 9228 967B2的气体传感器包括设计为两个微加热板装置的探测器和补偿器。探测器包括膜4，具有至少一个活性层8的非电连接活性区6和加热催化活性层8的加热结构10。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有探测器和补偿器的气体探测设备，其中，该气体探测设备在运行期间在具有大致相同的可靠性的情况下需要比已知气体探测设备更少的电能。本发明的目的还在于提供一种利用相应的气体探测设备执行的气体探测方法。
该目的通过具有权利要求1的特征的气体探测设备和具有权利要求12的特征的气体探测方法来实现。在从属权利要求中给出了有利的改进方案。根据本发明的气体探测设备的有利设计方案在适当情况下是根据本发明的气体探测方法的设计方案。
例如，根据本发明的气体探测设备和根据本发明的气体探测方法能够监控待探测的至少一种可燃目标气体的空间范围，并且优选地对该目标气体或某目标气体的探测做出反应，例如通过以人能够感知的形式发出警报和/或通过向远程接收者发送消息。该待探测的目标气体或某待探测的目标气体特别是甲烷(CH4)或长链烃，例如蒸发的汽油或蒸发的溶剂。
根据本发明的气体探测设备包括：
-具有开口的壳体，
-探测器，
-补偿器，
-传感器装置，和
-信号处理评估单元。
探测器和补偿器布置在壳体内。壳体中的开口释放到由气体探测设备监控的范围的流体连接，使得来自待监控范围的气体混合物能够流过开口并到达探测器和补偿器。如果待探测的目标气体存在于该范围中，则该目标气体因此作为气体混合物的一部分到达探测器并且可选地也到达补偿器。开口能够分成至少两个单独的开口。
探测器包括：
-带有螺旋形加热段的导电线，
-电绝缘体，其使电线电绝缘并且特别是避免不希望的短路，以及
-在电绝缘体中或电绝缘体处或电绝缘体上的催化材料。
如果将电压施加到导电线，那么电流流过该线并且电流加热螺旋形加热段。
探测器特别设计为催化氧化传感器并且包括用于导电线的电绝缘体。电绝缘体优选地具有球体或椭圆体的形状，其在内部容纳加热段。电绝缘体优选地由陶瓷材料制成并且围绕加热段。由催化材料构成的涂层优选施加到电绝缘体的外侧，和/或催化材料嵌入电绝缘体中。催化材料特别优选通向探测器的多孔表面。具有多孔表面的探测器比具有光滑表面的相同尺寸的探测器具有更大的作用面。
补偿器在一个平面内延伸。补偿器垂直于平面的最大尺寸优选为平面中最大尺寸的至多十分之一、特别优选至多二十分之一。补偿器包括：
-导电的电印制导线，带有加热段，以及
-承载板，补偿器的印制导线嵌入其中或补偿器的印制导线安装在其上。
承载板优选地对嵌入的印制导线进行热和/或电方面的绝缘。
气体探测设备能够向探测器施加电压并且向补偿器施加电压。向探测器施加电压会导致电流流过探测器的导线。电流的流动导致探测器导线的加热段被加热。向补偿器施加电压会导致电流流过补偿器的印制导线。电流的流动导致补偿器印制导线的加热段被加热。两个施加的电压能够彼此匹配或不同。施加的电压能够随时间保持恒定或随时间变化。
探测器设计如下：加热段的加热导致位于壳体的内部中的至少一种可燃目标气体被氧化(当然仅当这种可燃目标气体以足够高的浓度存在时)。目标气体的氧化释放热能，并且释放的热能作用在探测器上并使其温度升高。
传感器装置能够测量取决于气体探测设备的至少一个组件(探测器、补偿器)的温度的探测参量。该组件包括由电流流过的加热段。组件的“温度”被理解为该组件的加热段的平均温度，其中，平均值与该加热段的空间范围有关。温度能够随时间变化。
在本发明的第一替代方案中，传感器装置能够一方面测量取决于探测器温度的探测参量，另一方面测量取决于补偿器温度的探测参量。传感器装置优选地能够测量施加到探测器的电压和施加到补偿器的电压作为相应的探测参量。
在本发明的第二替代方案中，传感器装置能够测量探测参量，探测参量取决于探测器的温度和补偿器的温度，例如电压之间的差。
测量的探测参量优选地取决于温度。传感器装置也能够直接测量探测器的温度和/或补偿器的温度，并且相应的温度被用作为探测参量。
在第一种可行性中，评估单元能够自动判断在待监控的范围中是否存在至少一种预定的可燃目标气体，更准确地说，该目标气体的浓度是否高于预定的边界。在第二种可行性中，评估单元能够确定待监控范围中可燃目标气体的浓度，而不必预设一个边界。对于这两种可行性，评估单元使用探测参量的测量值或每个测量的探测参量的相应的值。
探测器和补偿器被设计成，使得相应加热段的加热连同催化材料引起可燃目标气体在壳体内部被氧化。然而，没有催化材料的情况下目标气体不会被氧化到任何显著程度。因此，只有探测器能够显著氧化目标气体，而补偿器则不能。相反，环境条件、特别是环境温度和湿度既作用于探测器又作用于补偿器。因为相应流动的电流加热探测器的加热段和补偿器的加热段，探测器和补偿器以相对相似的方式对变化的环境条件做出反应。更准确地说：只要不存在可燃的目标气体，取决于探测器温度的探测参量和取决于补偿器温度的探测参量变化大致相同。因此，能够在计算上补偿环境条件的影响。能够在初始调整中确定取决于构造条件的差异，并在计算补偿中予以考虑。
目标气体氧化时释放的热能会改变探测器的温度，从而也改变与探测器温度相关的探测参量。氧化过程中释放的热能不会影响补偿器，或者影响程度要小得多。因此，氧化引起探测器的探测参量呈现至少一个与补偿器显著不同的值。“显著不同”是指：两个探测参量之间的差异如此之大，只能够是因为加热的探测器而不是加热的补偿器氧化了足够大量的可燃目标气体。另一方面，探测器和补偿器之间的其他差异不会引起这种显著差异。
与没有补偿器的气体探测设备相比，由于补偿器，根据本发明的气体探测设备能够以更高的可靠性从变化的环境条件中区分可燃目标气体的出现。理想情况下，由于变化的环境条件，用于补偿器的探测参量的变化与探测器相同，但不是因为目标气体被氧化。待监控的范围中的温度和空气湿度尤其能够属于变化的环境条件。
根据本发明的气体探测设备不需要任何化学物质来探测燃烧的目标气体，除了氧气，氧气是氧化可燃的目标气体所必需的，并且通常存在于待监控的范围中，因此也存在于气体探测器装置的内部并不需要自身提供。特别地，根据本发明的气体探测设备不需要与目标气体发生化学反应并进而指示目标气体的存在的化学品。这种化学品可能会被消耗或在使用期间耗尽并需要更换。由于本发明的气体探测设备不需要这种消耗性化学品，因此通常比使用至少一种化学品探测目标气体的气体探测设备具有更长的使用寿命。
根据本发明，探测器包括线，其中，该线具有螺旋形加热段、电绝缘体和催化材料。探测器在所有三个方向都有相关的扩展。探测器在空间中的最小尺寸优选地至少是其最大尺寸的一半。在许多情况下，能够非常可靠地提供具有足够大量催化材料的电绝缘体，特别是通过被催化涂覆绝缘体。
探测器的根据本发明的设计方案通常使得更容易提供具有足够大的表面和足够大量的催化材料的探测器。之所以提出这两个要求是因为流动的电流会加热探测器的线，并且被加热的探测器会氧化可燃目标气体以及可选的另外的气体。因此，物质可能会沉积在探测器的表面上。如果探测器的表面太小或催化材料太少，可能会发生探测器不再能够氧化足够量的可燃目标气体并因此不再能够探测该目标气体的情况。
如根据本发明的补偿器那样在一个平面上延伸的探测器在许多情况下不能如此设有催化材料，以使得探测器能够充分氧化可燃目标气体并由此产生大量热能。特别地，通常不能够提供具有足够大的表面积和催化材料量的这种探测器。本发明避免了这个缺点。
此外，如果探测器在一个平面上延伸，则能够存在于待监控的范围中的一些目标气体或其他气体可能会损坏探测器的催化材料。这种潜在有害气体的例子是硫化氢和硅氧烷。根据本发明的探测器被目标气体或另外的气体损坏的风险明显低于在一个平面中延伸的探测器的情况。
能够想象如下防止损坏探测器的催化材料：将过滤器插入到在该范围与探测器之间建立流体连接的开口中，过滤器防止对催化材料有害的气体(例如硫化氢)进入壳体内部。
根据本发明的气体探测设备能够包括这样的过滤器。然而，具有这种过滤器的气体探测设备不能探测目标气体，该目标气体由于过滤器而不能进入壳体内部。根据本发明设计的探测器在许多情况下对能够出现在待监控的范围中的任何气体具有足够的抵抗力，从而通常不需要这种过滤器，并且根据本发明的气体探测设备因此用于探测许多可能的目标气体并且能够在许多不同的待监控的范围中使用。
根据本发明，补偿器在一个平面中延伸。补偿器不需要任何催化材料，从而补偿器不会出现在一个平面中延伸的探测器的刚刚描述的缺点。
因为补偿器在一个平面内延伸并且仅具有垂直于该平面的小尺寸，所以根据本发明的补偿器在许多情况下比除催化材料外设计得像检测器的补偿器消耗的电能更少。当气体探测设备未连接到固定电压供应网络并因此具有其自己的电压供应单元时，该优势尤其重要。
根据本发明，传感器装置测量取决于探测器温度的探测参量和取决于补偿器温度的探测参量、或者取决于探测器温度和补偿器温度两者的探测参量。优选地，该探测参量或每个探测参量与温度相同地变化。这意味着：如果探测器温度升高，则取决于探测器温度的探测参量也会升高。如果补偿器温度升高，取决于补偿器温度的探测参量也升高。
根据本发明，流过探测器线的电流加热其加热段。被加热的加热段能够氧化可燃的目标气体。流过补偿器印制导线的电流加热其加热段。在一个优选设计方案中，当气体探测设备工作时，探测器线的加热段被加热到至少300℃的温度。具有这种强加热段的探测器能够以足够的程度探测到作为目标气体的许多待探测的碳氢化合物，从而释放出足够量的热能并且能够探测到碳氢化合物。加热段优选甚至被加热到至少400℃。另一方面，探测器线的加热段的温度优选低于700℃，特别优选低于550℃。
根据该设计方案，补偿器印制导线的被加热的加热段的最高温度与探测器线的被加热的加热段的最高温度相差至多200℃，优选相差至多100℃，特别优选相差至多50℃。两个被加热的加热段的温度彼此之间仅相差很小。由于这种设计方案，气体探测设备能够以特别可靠的方式补偿环境温度对探测器的影响。如果不存在目标气体，探测器温度将以与补偿器温度类似的方式取决于环境温度。
根据本发明，补偿器的印制导线的加热段被永持续地或至少临时地加热。该加热段的最高温度优选比环境温度高至少100℃。由此，补偿器类似于探测器地对变化的环境条件做出充分的反应。该加热段的最高温度特别优选甚至比环境温度高至少150℃，尤其是至少200°。另一方面，补偿器印制导线的加热段的温度优选低于700℃，特别优选低于500℃。
补偿器优选地具有比探测器低的热质量。补偿器的热质量优选小于探测器的热质量的一半，特别优选小于四分之一，特别是小于十分之一。由于较低的热质量，在施加电压后，补偿器比探测器更快地达到热稳定状态。
换句话说：在将电压施加到补偿器之后，快速建立热稳定状态，特别是比除催化材料之外设计成类似于探测器的补偿器的情况更快。这使得向补偿器施加脉冲电压成为可能，其中，每个脉冲只需短到在脉冲结束时达到热稳定状态即可。在一个脉冲期间施加的电压高于一个脉冲外的电压。，脉冲的持续时间能够明显短于在除催化材料之外设计成类似于探测器的补偿器情况下的脉冲的持续时间。因为补偿器能够利用这种短脉冲运行，所以本发明在许多情况下提供一种气体探测设备，其在具有相同可靠性的情况下比传统的气体探测设备消耗更少的能量。可替换地，补偿器也能够在脉冲电压的情况下以高采样频率运行。
特别地，当气体探测设备具有自己的电压供应单元并且没有或不持续地连接到固定电压供应网络时，节能是重要的。如果节约了能量，则延长了气体探测设备的使用寿命。
一些气体探测设备节省了能量，使得它们能够可选择地在监控模式或测量模式中运行。在监控模式中，能耗较低，但可靠性也较低。如果在监控模式中探测到怀疑目标气体，则气体探测设备切换到测量模式。在测量模式中，可靠性和能耗更大。根据本发明的气体探测设备也能够在这两种模式中运行。然而，本发明在没有这两种模式的情况下也降低了能量消耗。
仅需要在气体探测设备的控制设备上的相对简单的电子设备和/或软件就能够实现本发明。
在许多情况下，本发明能够通过采用现有的气体探测设备来实现。用根据本发明的探测器或补偿器替换现有的探测器和/或现有的补偿器通常就足够了，并且在必要时调整控制设备上的软件和可选的电子设备。
根据本发明，评估单元使用探测参量的至少一个测量值。通常，如果待监控的范围中不存在可燃的目标气体并且因此探测器不会氧化任何目标气体，则探测器的探测参量也采用与补偿器不同的值。这尤其是由不同的电特性引起的。
在本发明的一个设计方案中，评估单元一方面使用探测参量针对探测器采用的至少一个测量值，另一方面使用探测参量针对补偿器采用的至少一个测量值。优选地，预先确定两个所谓的零点，例如在气体探测设备的校准或调整期间根据经验来确定。为了确定零点，气体探测设备暴露在没有可燃目标气体的环境中。确定探测器零点和补偿器零点。探测器零点是在不存在目标气体时探测参量针对探测器采用的值。补偿器零点是在不存在目标气体是探测参量针对补偿器采用的值。在使用气体探测设备时，评估单元使用探测参量针对探测器和补偿器采用的至少两个值，以及两个零点。换句话说：评估单元使用两个以相应的零点进行补偿的探测参量。
在本发明的另一个设计方案中，评估单元使用探测参量的至少一个测量值，其中，该探测参量既取决于探测器的温度又取决于补偿器的温度。例如，探测参量是两个施加的电压之间的差值，或者是探测器和补偿器的两个其他参量之间的差值，其中，这两个参量都与温度相关。优选预先确定零点，即当不存在目标气体时探测参量采用的值。当使用气体探测设备时，评估单元使用该探测参量的至少一个值和零点，即补偿的探测参量。
使用预先确定的零点设计方案避免了以如下方式设计探测器和补偿器的需要，即当不存在目标气体时，探测器和补偿器的探测参量在容差范围内一致，并且这在每个相关的环境条件的情况中都是如此。
在第一次使用气体探测设备之前，优选地根据经验确定该零点或每个零点，特别是在初始校准期间。该零点或每个零点优选地再次根据经验确定至少一次。例如，如果自上次零点确定以来气体探测设备已经暴露于高于预定负载边界的负载，则再次确定该零点或每个零点。负载可取决于先前作用于气体探测设备的可燃目标气体的量和/或气体探测设备的先前使用周期。如果自上次零点确定起已经过去预定时间段，则再次执行零点确定也是可行的。重复执行零点确定的设计方案在一定程度上补偿了气体探测设备在使用过程中的逐渐老化或其他变化。
在每次零点确定时都建立一种情况，在该情况中，在气体探测设备的壳体内部不存在可燃目标气体。将电压相应地施加到探测器和补偿器。测量探测参量。
在一个设计方案中，传感器装置在每个采样时间点为探测参量提供测量值。评估单元检查该采样时间点的探测参量的值或两个探测参量的值是否满足预定标准。例如，评估单元检查以零点校正的两个值之间的差是否位于零附近的预定容差带之内或之外。如果存在公差带之外的差，则探测到可燃的目标气体。或者评估单元根据该差确定当前的目标气体浓度。
还可行的是，评估单元为探测器和补偿器确定探测参量的在时间上的变化或两个探测参量的两个在时间上的变化，并且将预定标准应用于该在时间上的变化或这些在时间上的变化。在取决于探测器温度的探测参量随时间发生显著变化的情况下，探测到可燃的目标气体。随时间的变化也能够被用作为目标气体浓度的量度。
在一个设计方案中，评估单元能够确定至少一种目标气体的浓度。一方面目标气体浓度与另一方面探测参量之间的函数关系的计算机可评估的确定优选地存储在气体探测设备的数据存储器中。在使用气体探测设备时，评估单元将所存储的函数关系应用于探测参量的至少一个测量值或探测参量的相应至少一个测量值，以便至少近似地确定目标气体浓度。
在另一个设计方案中，气体探测设备自动判定在待监控的范围中是否存在高于预定浓度边界的目标气体。警报值范围的计算机可评估确定优选地存储在气体探测设备的数据存储器中，优选地作为该探测参量或某探测参量的值范围的子范围，可选地作为以零点补偿的探测参量的值范围的子范围。如果探测参量的至少一个测量值或探测参量的至少一个测量值对落入该报警值范围内，则探测到目标气体。
如果以零点补偿的施加电压之间的差被用作为探测参量，则评估单元例如根据计算规则Con＝F(ΔU-U0)确定目标气体的浓度。其中，Con是被搜索的目标气体的浓度，ΔU是施加的电压之间的差值，U0是零电压(零点)，即在没有目标气体的状态下出现的电压差，F是经验确定的关系。该关系能够具有F(x)＝α*x的形式，并具有根据经验确定的因子α。
在本发明的一个替代方案中，传感器装置能够测量取决于探测器温度的探测参量和取决于补偿器温度的探测参量。在另一个替代方案中，传感器装置既能够测量取决于探测器温度的探测参量，也能够测量取决于补偿器温度的探测参量。在一个设计方案中，温度本身就是这个探测参量。
在另一个设计方案中，探测参量是探测器或补偿器的电特性，该电探测参量取决于温度。探测参量特别优选地是以下电参量之一：
-施加到探测器或补偿器上的电压U，
-流经探测器或补偿器的电流的强度I，
-探测器或补偿器的电阻，
-由探测器或补偿器消耗的电功率P。
探测参量也能够是该电特性和预定的、例如经验确定的比例因子的乘积。该比例因子补偿探测器与补偿器的相应电特性之间的差异，当不存在可燃目标气体时会出现该差异。
众所周知，组件的电阻取决于该组件的温度。如果该组件是导电线或电印制导线，则温度越高在许多情况下电阻就越高。已知电压U、电流I和电阻R根据欧姆定律彼此相关。因此，上面作为示例提到的电探测参量取决于温度。
在一个优选的设计方案中，气体探测设备能够将第一脉冲持续时间的电压施加到补偿器。在该设计方案的进一步改进方案中，气体探测设备能够以第二脉冲持续时间向探测器施加电压。第二脉冲持续时间优选地大于第一脉冲持续时间。在一个脉冲期间，施加的电压大于一个脉冲之外的电压。在一个脉冲之外根本没有施加电压是可行的。与其中在相同探测器和相同补偿器的情况中将电压持续地施加到探测器并且可选地也施加到补偿器的设计方案相比，脉冲运行节省电能。能够将电压仅脉冲地施加到补偿器，但将其持续地施加到探测器。另一方面，由于脉冲运行，能够提供具有更大表面和/或具有相同能量消耗的更大量催化材料的探测器。与具有较小表面和/或较少催化材料的探测器相比，这种探测器受物质沉积在表面上的影响较小。
脉冲持续时间优选地设置为使得在脉冲结束时达到热稳定状态并且探测器或补偿器然后提供可靠的测量值。第二脉冲持续时间、即用于探测器的脉冲持续时间优选大于第一脉冲持续时间，即用于补偿器的脉冲持续时间。然而，第二脉冲持续时间也能够与第一脉冲持续时间一样大。如上所述，在施加电压之后，根据本发明的补偿器比探测器更快地达到热稳定状态。因此，补偿器的脉冲持续时间比探测器的脉冲持续时间更短。较短的脉冲持续时间节省电能。
用于探测器和补偿器的两个连续脉冲之间的时间间隔能够设置为，使得气体探测设备仍然达到足够高的采样频率，即能够足够快地探测目标气体的存在。补偿器的两个脉冲之间的时间间隔能够比探测器的短。
在一个优选的设计方案中，根据本发明的气体探测设备能够可选地以监控模式或以测量模式运行。在监控模式中，气体探测设备能够探测可燃目标气体存在的指示。通常可燃目标气体会导致此指示。然而，在相对较多的情况下，该指标是误报，即实际上不存在目标气体。
一旦气体探测设备探测到指示，它就会自动切换到测量模式或手动切换。气体探测设备不再探测到指示时，则优选地自动切换或手动切换回监控模式。在测量模式中，气体探测设备能够以较高的可靠性判断指示是否实际上是由可燃目标气体引起的。气体探测设备被设计成在监控模式中运行时比在测量模式中运行时消耗更少的电能。这优选地通过相应地改变施加到探测器和补偿器的电压来实现，特别是利用相应改变的脉冲持续时间和/或脉冲频率。
气体探测设备可选择地在监控模式或测量模式中运行的设计方案实现了以下效果：当气体探测设备在测量模式中运行时，探测器消耗的电功率随时间的平均值高于在监控模式中运行时。由此实现了以下优点：气体探测设备在监控模式中比在测量模式中消耗更少的电能。然而，当在测量模式中运行时，误报的风险很低，目标气体的探测可靠性更高。此外，在测量模式中运行时，在很多情况下不仅能够可靠地探测或可靠地排除目标气体的存在，而且还能够至少近似地确定目标气体的浓度。优选地，气体探测设备在测量模式中仅在必要时运行，但在监控模式中尽可能长时间运行，以节省能量。
如上所述，与除了催化材料之外构造成类似于探测器的补偿器相比，根据本发明的补偿器在施加电压后的较短的时间段之后达到热稳定状态。因此，根据本发明的气体探测设备能够以更高的采样频率或以更低的能量消耗以相同的采样频率在监控模式中运行。该优点能够通过以下实现，即施加到补偿器上的电压的两个脉冲之间的时间间隔能够大于补偿器除了催化材料之外构造成类似于探测器的情况。
在该设计方案的一个实施方案中，传感器装置能够测量两个探测参量，即一个取决于探测器温度的探测参量和一个取决于补偿器温度的探测参量。在监控模式中，评估单元仅使用取决于补偿器温度的探测参量的值，例如施加到补偿器的电压。在监控模式中，如果取决于补偿器温度的探测参量的至少一个值和/或在时间上的变化满足预定标准，则气体探测设备探测到可燃目标气体存在的指示。
该设计方案利用以下事实，即待探测的许多目标气体在至少一个物理特性上不同于空气，例如具有比空气更好(更高)的热导率。如果浓度足够高，这些目标气体会以可测量的方式改变加热补偿器的温度，这与空气不同。特别是，许多目标气体更强烈地冷却补偿器。能够在不氧化目标气体的情况下探测这种差异。处于监控模式的气体探测设备能够探测目标气体引起的补偿器温度的变化。
在该设计方案中，指示的探测仅取决于补偿器。如已经解释的那样，能够将脉冲电压施加到补偿器，其中，每个脉冲具有相对短的持续时间并且由此仅消耗很少的电能。然而，在每个脉冲结束时，补偿器达到热稳定状态，从而补偿器能够再次提供每个脉冲的测量值。脉冲频率能够确定为，使得能够获得足够高的采样频率来测量补偿器的探测参量。由此，气体探测设备能够在监控模式中足够快地探测目标气体存在的指示。同时，由于在监控模式中运行，在许多情况下能够实现相对较低的电能消耗。
在测量模式中，评估单元还使用取决于探测器温度的探测参量的值，例如施加到探测器的电压。
在具有监控模式和测量模式的设计方案的一个实现方式中，气体探测设备不向探测器施加电压或仅施加比补偿器低的电压，也就是说只要气体探测设备在监控模式中运行。相反地，当探测器在测量模式中运行时，电压高于探测器在监控模式中运行时的电压。可选地，仅在测量模式中向探测器施加电压。对探测器施加不同电压的设计方案导致能耗特别低。探测器被电流加热相对较少或根本不被加热。探测参量则仅取决于补偿器温度。
在该设计方案的另一改进方案中，气体探测设备不仅在测量模式中而且在监控模式中将脉冲电压施加到探测器。然而，在监控模式中，施加到探测器上的电压脉冲频率比在测量模式中低。换句话说：施加到探测器的两个连续电压脉冲之间的时间间隔在监控模式中比在测量模式中大。在此改进方案中，监控模式中探测器的平均功耗也比在测量模式中低。
在一个实现方式中，评估单元也在监控模式中使用取决于补偿器温度的探测参量的值和取决于探测器温度的探测参量的值。在另一个实现方式中，传感器装置测量取决于探测器温度和补偿器温度两者的探测参量。在两种实现方式中，评估单元优选以比测量模式更低的采样频率在监控模式中工作。
由于在监控模式中也对探测器施加电压的设计方案，评估单元还能够使用探测参量在监控模式中针对探测器和补偿器采用的值，以便探测目标气体。由此，即使在监控模式中，评估单元也能够以更高的可靠性探测目标气体的存在，并产生更少的错误警报。但是，可实现的采样频率比在测量模式中低。
在另一设计方案中，当气体探测设备在测量模式中运行时持续地将电压施加给探测器。
在一个设计方案中，气体探测设备能够可选择地在监控运行模式和测量运行模式中运行。用户能够优选地选择这两种运行模式之一。在监控模式中，气体探测设备如刚才所述自动或者手动地在监控模式与测量模式之间切换。只要没有探测到目标气体的指示，它就会保持在监控模式。在测量运行模式中，气体探测设备在测量模式中持续运行。该设计方案使得能够在监控运行模式中并且在目标气体相对很少逸出的范围中使用气体探测设备。在目标气体出现频率较高的范围中，能够更可靠地在测量运行模式中使用该气体探测设备。但是能量消耗更高。
在一个设计方案中，传感器装置直接测量温度作为探测参量。相反地，在另一设计方案中，传感器装置测量至少一个取决于温度的探测参量，例如电压或电流强度或电阻或电功率。在许多情况下，用于探测目标气体的探测参量与温度相关并且另外与随时间变化的另一参量相关。
众所周知，电阻取决于温度。众所周知，必须知道电压U和电流强度I或与电流强度相关的量，以便确定电阻R。如果电压被用作为探测参量，则还必须知道电流强度，以便能够根据探测器温度确定目标气体的存在和/或浓度。相反，如果电流强度I被用作为探测参量，则必须知道电压U。可行的是，传感器装置测量电压U和电流强度I并且评估单元使用电压U和电流强度I。
在一个设计方案中，该随时间可变的另一参量能够被调节，即能够被观察和控制，并且不同于探测参量。换句话说：气体探测设备能够测量这个可调节参量并直接或间接地改变它。在一个设计方案中，用于探测目标气体并与温度相关的探测参量是施加的电压U。可调节参量是电流强度I。还能够使用电流强度I作为探测参量并且使用电压U作为可调节参量。
在另一个设计方案中，电阻R或温度被用作为可调节参量。电流强度I和电压U被测量并且提供实际电阻R。电压U或电流强度I或消耗的电功率P被用作为探测参量。
如果温度被用作为可调节参量，则气体探测设备使用所确定的电阻R以及描述温度与电阻之间关系的预定特性曲线。优选预先确定该特性曲线。
在一个设计方案中，气体探测设备自动执行调节(闭环控制)。为作为指令参量的可调节参量指定所期望的在时间上的变化。一种特殊情况是，为可调节参量指定所期望的目标值，并且可调节参量应始终采用该期望值。另一个特殊情况是，所期望的在时间上的变化围绕指定的目标值振荡。
可调节参量(例如电流强度I)、特别是恒定目标值的所期望的在时间上的变化被指定。测量可调节参量的实际在时间上的变化。调节的目的是将调节偏差保持在较低的水平，该调节偏差是可调节参量的期望的变化与实际的变化之间的差异，理想情况下将其最小化。在一个设计方案中，可调节参量的实际值应该保持恒定并且应该与预定的期望目标值仅略微不同。
该调节自动补偿由于目标气体的氧化而导致到热能对可调节参量的影响。热能以及因此温度和电阻R然后仅与探测参量相关，例如与电压U相关，而不与其他能够调节的参量相关，例如电流强度I。
在许多情况下，探测参量的评估在一个范围中提供可燃目标气体浓度的信息。该调节引起可调节参量保持恒定，或者，更一般地，调节遵循预定的在时间上的变化。由于该调节，测量到的探测参量是目标气体氧化释放的热能的量度。温度对可调节参量的影响在很大程度上由该调节补偿。由此，温度仅对探测参量有影响。
在调节期间，气体探测设备驱控影响可调节参量的操纵参量，例如施加的电压U。或者气体探测设备驱控具有可变电阻R并且与探测器和/或补偿器并联的至少一个部件。
在一个设计方案中，探测器与补偿器电串联连接。因此，理想情况下，流经探测器和流经补偿器的电流始终具有相同的电流强度I。可调节参量为电流强度I或与电流强度I相关的参量。
在另一个设计方案中，执行两个调节，即在探测器调节电路中的调节和在补偿器调节电路中的调节。在调节探测器调节电路时，调节探测器的可调节参量，在调节补偿器调节电路时，调节补偿器的可调节参量。补偿器的可调节参量能够与探测器的可调节参量相同或不同。这两个可调节参量能够相互独立地被调节，并且指定这两个可调节参量的两个期望的在时间上的变化。在一个设计方案中，指定了两个期望的目标值，它们能够彼此相同或不同。可行的是，探测器和补偿器的相同的可调节参量能够相互独立地被调节。
由于使用了两个调节电路，可调节参量的两个指定值或在时间上的变化能够彼此不同或彼此一致。这种设计方案使得探测器和补偿器在电气上不同，特别是探测器的探测参量和补偿器的探测参量即使在没有目标气体存在时也能够采用明显不同的值。例如，即使不存在目标气体，探测器和补偿器也可能具有明显不同的电阻。这种设计方案无需在制造探测器和补偿器时遵守精确的规范。相反，探测器和补偿器能够不同地设计，特别是适应不同的要求，并且制造具有更大的电特性公差和/或不同的制造工艺和/或制造公差。根据另一设计方案的调节对这些差异和公差进行补偿。
在该另一设计方案的一个实现中，流过探测器的电流的电流强度能够不同于流过补偿器的电流的电流强度。在该实现中，流过探测器的电流强度和流过补偿器的电流强度被相互独立地调节。在时间上的变化再次被预定，使得当没有目标气体时，探测器和补偿器的探测参量采用近似相同的值。
在一个设计方案中的调节目标是，使得可调节参量分别采用预定的目标值。在一个设计方案中，该预定的目标值是凭经验确定的。为了确定目标值，构建在气体探测设备的壳体中没有可燃目标气体的情况。在这种没有可燃目标气体的情况中，测量该可调节参量或每个可调节参量的相应的值。以此方式使用的值或每个值被用作为目标值并且因此被用作为该调节或相应的调节的调节目标。
在一种设计方案中，为调节预定了可调节参量的至少一个在时间上的变化。在许多情况下，由于这种设计方案，根据本发明的气体探测设备对变化的环境条件的敏感度低于将恒定值用于调节的情况。
根据本发明的气体探测设备能够设计为固定式或便携式设备。便携式气体探测设备优选地包括保持器，使得用户能够将气体探测设备可拆卸地固定到其衣服上。在一个设计方案中，气体探测设备具有其自己的电压供应单元并且因此独立于固定电压供应网络。
在一个设计方案中，根据本发明的气体探测设备包括警报单元，该警报单元能够以人类可感知的形式输出警报，例如光学、听觉或触觉可感知的警报。气体探测设备在探测到至少一种可燃目标气体时激活该警报单元。例如，气体探测设备在探测到可燃性目标气体时振动。
在一个设计方案中，气体探测设备包括通信单元，该通信单元能够优选地借助于电磁无线电波或以某种其他无线的方式将消息传输至在空间上远离的接收器。气体探测设备探测到至少一种可燃目标气体的事件触发将带有相应警报的消息发送至远程接收者的步骤。该消息能够包括关于目标气体的测量浓度的信息。
附图说明
下面使用实施例描述本发明。图中示出：
图1示意性地示出了根据现有技术的气体探测设备，其中，探测器和补偿器都设计为催化氧化传感器；
图2示意性地示出了根据本发明的气体探测设备的补偿器的透视图；
图3以俯视图示出了图2的补偿器；
图4示意性地示出根据本发明的气体探测设备的一个设计方案，其中，探测器和补偿器的电流强度能够彼此独立地被改变；
图5示意性地示出了根据本发明的气体探测设备作为惠斯通测量电桥的一个设计方案；
图6a，图6b，图6c，图6d示出了探测器和补偿器如何脉冲地运行，以及如何在监控模式和测量模式中运行；
图7a,图7b示出了在运行过程中如何调节探测器和补偿器。
具体实施方式
根据实施例的气体探测设备监控空间范围中至少一种预定可燃目标气体并且使用现有技术中已知的原理来探测目标气体。气体探测设备包括探测器和补偿器，两者均布置在气体探测设备的壳体内部。来自待监控范围的气体混合物(可能包含目标气体)流入壳体内部并到达探测器和补偿器。泵能够吸入气体混合物。气体混合物也能够自行扩散到壳体内部。
该探测器能够氧化可燃目标气体。在氧化过程中，目标气体在探测器的作用下与氧气发生化学反应生成水和二氧化碳。在该化学反应过程中会释放热能，从而加热探测器，从而提高探测器的温度。这改变了探测器的电特性。例如，由于释放的热能，加热会导致探测器的电阻增加。如果没有可燃目标气体并因此没有被氧化，则温度和电阻不会升高。这种随时间变化的电阻能够通过测量电压和电流来测量。
注意：在下文中，术语“电阻”根据上下文一方面表示气体探测设备100的组件的电特性，另一方面表示用作为电阻的构件。
探测器的温度不仅受待探测目标气体氧化的影响，还受待监控范围中的温度和其他环境条件的影响。为了记录环境条件的影响在计算上对其进行补偿，探测器和补偿器同时暴露于来自待监控范围的相同气体或气体混合物中。因此，环境条件会影响探测器的温度和补偿器的温度。另一方面，补偿器不具有氧化目标气体的能力。在存在目标气体的情况下，只有探测器通过目标气体的氧化而被加热相当大的程度，而不是补偿器。通过补偿器，在许多情况下不需要测量环境温度。
在一个优选的设计方案中，探测参量是与电阻相关并因此与探测器或补偿器的温度相关的电参量。在探测器或补偿器的许多可行的实现方式中，温度越高电阻越高。温度与电阻之间的关系能够预先确定，并且在许多情况下能够假设为线性关系。取决于温度的探测参量优选地是施加到探测器或补偿器上的电压。如果流经探测器或补偿器的电流强度已知，则能够根据测量的电压计算电阻。如果电流强度保持恒定，则施加的电压是电阻的量度并进而是探测器或补偿器的温度的量度。如果电流强度恒定且温度与电阻之间呈线性关系，则电压与温度呈线性关系。
因为只有探测器会在很大程度上氧化可燃目标气体，并且因为当存在目标气体时只有探测器而不是补偿器会显著加热，所以目标气体的浓度只会在很大程度上影响探测器的探测参量。相反地，环境条件、特别是环境温度对探测器的探测参量和补偿器的探测参量都有影响。因此，补偿器的探测参量用于在计算上补偿环境条件对探测器探测参量的影响。现有技术中已知的许多气体探测设备和根据本发明的气体探测设备均使用该原理来探测目标气体和/或确定目标气体的浓度。在该实施例中，电压被用作为探测参量。
图1示意性地示出了根据现有技术的气体探测设备101，其使用刚刚描述的关于探测器和补偿器的原理。示出了以下组件：
-探测器10，
-补偿器11.2，
-壳体4，
-足够稳定的内部壳体1，其优选地由金属制成，其中，壳体1容纳探测器10和补偿器11.2并且能够承受壳体1内的目标气体的爆炸，
-自己的电压源42，使得气体探测设备101能够独立于固定电压供应网络运行，
-电线3，其将探测器10和补偿器11.2电与电压源42连接，
-两个电阻器R20和R21，
-电流传感器41和
-电压传感器40。
此外，气体探测设备101包括信号处理的评估单元，其评估来自传感器40，41的测量值并且在图1中未示出。
外部的壳体4容纳内部的壳体1连同探测器10和补偿器11.2以及电线3、电阻器R20和R21、传感器40和41以及电压源42。
在所示实例中，探测器10和补偿器11.2串联连接。两个电阻器R20和R21也串联连接。由探测器10和补偿器11.2组成的组件与由两个电阻器R20和R21组成的组件并联。此外，还标出了探测器10的电阻R10和补偿器11.2的电阻R11。电压U10施加到探测器10，电压U11施加到补偿器11.2。
在所示的实施方式中，探测器10和补偿器11.2都被设计为催化氧化传感器。在图1的下方，以放大的方式示意性地示出了探测器10。在一个实现方式中，螺旋缠绕的导电线20小于50μm，优选地不大于25μm，并且被用作为加热段。加热段20通过电线3和两个电连接部36连接到电压源42。在运行过程中，电流流过电线3并将加热段20加热到工作温度，工作温度能够在400℃与500℃之间。工作温度优选在400℃与450℃之间。在400℃以上的工作温度下，探测器10能够氧化足够量的待探测的甲烷和其他碳氢化合物，从而释放出足够量的热能。当加热到低于550℃的温度时，探测器10比更加强烈加热的探测器老化得更慢。
示意性示出的实心球形式的陶瓷护套21使线20电绝缘并且特别地防止短路。陶瓷护套21也能够形成围绕线20的线圈。安装板22保持线20和陶瓷护套21。电连接部36穿过安装板22。
陶瓷护套21在加热段20与环境之间产生热接触。一方面，由于热接触，电流流过的加热段20引起目标气体被氧化。另一方面，由于热接触，在氧化过程中释放的热能作用在加热段20上并继续加热它。在一个设计方案中，陶瓷护套21具有球体或椭圆体的形状。陶瓷护套21优选地完全围绕加热段20。
探测器10的电流穿过的线20能够产生的工作温度本身通常不足以氧化相关量的可燃目标气体。因此，将催化剂涂层施加到陶瓷护套21的外表面上，其中，该涂层引起目标气体的氧化。这种催化涂层由点23表示。例如，铂或钯或另一种金属被用作为催化材料。替代地或附加地，催化材料23也能够存在于陶瓷护套21中，特别是嵌入陶瓷护套21中。
陶瓷护套21上的涂层23优选是多孔的，因此与陶瓷护套21具有光滑表面的情况相比，探测器10具有更大的热有效表面。这个更大的表面改善了氧化过程。气体能够渗入陶瓷护套21的内部。
来自待监控范围的气体混合物通过壳体1中的开口O扩散到壳体1内部并到达探测器10和补偿器11.2。如果该气体混合物包含可燃目标气体，则加热的探测器10氧化该目标气体。如下图1示意性所示，探测器10氧化可燃目标气体，在此是甲烷(CH4)。在该示例中，探测器10将CH4和O2转化为CO2和H2O。
根据图1的设计方案中的补偿器11.2也具有导电线20、陶瓷护套21和安装板22，但是没有由催化材料制成的涂层。因此，补偿器11.2不能氧化燃烧的目标气体，即使它被加热到与探测器10相似的程度。
探测器10的电阻R10和补偿器11.2的电阻R11取决于线20的温度。该温度越高电阻R10或R11就越高。这些电阻R10和R11在图1中示意性地引入。电压源42产生的电压U42(除了小到能够忽略不计的电压损失)被分成施加到探测器10的电压U10和施加到补偿器11.2的电压U11。
所以大约适用于以下
U42＝U10+U11。
在所示实例中，探测器10和补偿器11.2串联连接。探测器10，补偿器11.2，两个电阻器R20和R21以及电压源42形成惠斯通测量电桥。电压传感器40测量电压差ΔU＝U10-U11的一半，即所谓的桥电压ΔU/2。由于串联，电流强度I在图1的整个电路中理想地相同。实际上，电流I在不同的测量点是不同的，主要是因为电压传感器40的最后才大的电阻。电流传感器41测量这个电流强度I。根据欧姆定律，两个电阻R10与R11之间的差ΔR因此适用于：ΔR＝(U10-U11)/I。电流强度I被测量并因此是已知的。测得的电压差ΔU因此是电阻差ΔR的量度。正如刚才所解释的，电阻差ΔR与探测器10与补偿器11.2之间的温度差相关。在许多情况下，温度与电阻之间的关系以及温度差与电阻差之间的关系能够假设为线性关系。因此电压差ΔU与温度差相关。
预定零电压ΔU0，即在没有目标气体的情况下电压差ΔU＝U10-U11。零电压的减法在计算上补偿探测器10和补偿器11.2的不同电特性通常导致电压差ΔU不等于零的事实。补偿电压差ΔU-ΔU0与待监控范围B中并进而在在壳体1的内部的待探测目标气体的浓度相关。评估单元9在计算上补偿电压差ΔU-ΔU0并检查该差值是否位于零点周围的指定公差带内。如果补偿电压差ΔU-ΔU0位于公差带之外，则探测到在范围B中存在浓度高于指示边界的目标气体的事件。评估单元9可选地将函数关系F应用于该差以确定目标气体浓度Con，即根据计算规则Con＝F(ΔU-ΔU0)。该函数关系优选地预先建立，优选地通过在目标气体的已知浓度下的多次测量凭经验确定。在一个简单的设计方案中，Con＝β*(ΔU-ΔU0)具有预定的、和例如通过经验确定的因子β。
壳体1足够稳定，即使壳体1内的可燃目标气体点燃甚至爆炸也不会破裂。壳体1优选地由金属制成。当然，应该避免来自壳体1内部的火焰进入环境并在那里点燃可燃目标气体。因此将阻火器2(例如金属格栅或烧结层)插入开口O中。金属格栅冷却到达金属格栅的火焰。在该实施例中，壳体1不包括能够防止目标气体进入壳体1内部的过滤器。
根据本发明的气体探测设备100还包括探测器10和补偿器。在该实施例中，探测器10以与参照图1描述的气体探测设备101的探测器10相同的方式构造。
相反地，补偿器不设计为催化氧化传感器，因此，参考符号11.1用于根据本发明的气体探测设备100的补偿器。除了补偿器11.1，根据本发明的气体探测设备100能够像图1中的气体探测设备101那样机械地构造。在一个设计方案中，根据本发明的气体探测设备100如所描述的那样确定补偿的电压差ΔU-ΔU0，并使用其判断可燃目标气体的存在和/或浓度。
图2以透视图示意性地示出了根据本发明的补偿器11.1的示意性实施方式。图3以俯视图示意性地示出了图2的补偿器11.1。图2和图3不一定是按比例的图示。
该实施例的补偿器11.1包括以下组件：
-包括加热段32和电连接部46的导电印制导线30，
-带有加热段32的印制导线30上的保护层35，
-承载板31，其在一个平面内延伸，该平面在图2的绘图平面上倾斜并且位于图3的绘图平面内，
-对承载板31进行承载的晶片基板33，以及
-用于电印制导线30的电接触点34。
电印制导线30能够由与探测器10的线20相同的材料制成。加热段32被实现为，使得印制导线30锯齿形地或以其他方式弯曲或呈波纹状和/或具有在其长度上变化的横截面，使得当电流流过印制导线30时，达到足够高的工作温度。印制导线30并且进而还有加热段32的最大尺寸在承载板31的平面中优选小于1mm，特别优选小于0.5mm，特别优选在0.1μm与0.9μm之间。
承载板31优选地具有小于10μm的厚度，特别优选地小于2μm，尤其是1μm的厚度，并且优选地由包含硅的材料制成，例如由类似于玻璃的材料制成。在该实施例中，承载板31借助于四个腹板固定在晶片基板33处。夹持器能够夹持并安装晶片基板33处的补偿器11.1。
导电的印制导线30施加到承载板31的表面上并且优选嵌入其中。承载板31将印制导线30与周围环境热地并且优选地还电地退耦。承载板31至少在一侧与周围空气接触，这导致良好的绝热。承载板31能够包含凹槽。凹槽能够导向带状承载板。承载板31也能够构造在整个表面上。
在一个实现方式中，晶片基板33的厚度小于1mm，特别优选地小于0.4mm，并且具有几毫米的最大直径。承载板31例如通过化学气相沉积或通过气相喷镀被施加到晶片基板33上。优选在晶片基板33的位于加热段32下方的范围中制造凹槽，使得加热段32在两侧被空气包围。这改进了热隔离。例如，通过在材料中蚀刻来产生凹部。
电连接部46将加热段32与承载板31上的电接触点34连接。保护层35将印制导线30电隔离并因此将加热段32与环境电隔离并降低损坏的风险。特别地，保护层35防止印制导线30与来自环境的气体接触，特别是与可能损坏印制导线30的气体(例如氢气)接触。就像图1中的补偿器11.2一样，图2和图3中的补偿器11.1也不包括任何催化材料。
虽然补偿器11.1不能够氧化任何燃烧的目标气体。然而，许多目标气体具有至少一种以可测量方式不同于空气的相应物理特性的物理特性。许多目标气体(特别是目标气体甲烷)具有以下特性：与目标气体的较低浓度的情况或完全没有目标气体的情况相比，目标气体的足够高浓度具有冷却电流流过的补偿器11.1的效果。进行冷却的一个原因是目标气体具有比环境空气更高的热导率和/或更高的热容，因此有目标气体的环境空气比没有目标气体的环境空气耗散更多的热能。这种冷却改变了补偿器11.1的电气特性，例如降低了电阻。通过测量补偿器11.1的探测参量并评估测量值，能够在许多情况下探测到在待监控的范围B中存在具有足够高的浓度的可燃目标气体(更准确地说：具有更高热导率或不同热容或不同于环境空气的其他物理性质)。
与如图1所示设计为催化氧化传感器的补偿器11.2相比，根据本发明设计的补偿器11.1消耗更少的电能。在连续运行中，探测器10和补偿器11.2两者都被设计为催化氧化传感器，分别消耗例如大约100mW的电功率，而补偿器11.1仅消耗60mW。另一个优点是在施加电压之后，根据本发明的补偿器11.1比补偿器11.2更快地达到稳定的热状态，即与补偿器11.2的2秒相比，在小于0.5秒内，通常在0.2秒或更短的时间内达到稳定的热状态。该优点源于，补偿器11.1具有小于探测器10的热质量的四分之一并且小于补偿器11.2的热质量的四分之一、优选地小于十分之一的热质量。如何利用这一优点将在下面描述。
图4示意性地示出了根据实施例的一个设计方案的气体探测设备100。相同的标号与图1具有相同的意义。气体探测设备100包括
-探测器10，其如图1所示地被设计为催化氧化传感器，
-补偿器11.1，其参照图2和图3所述地设计，
-电压源42，在这种情况下被设计为一组可充电电池并具有电压U42，
-具有电线3的装置，该电线将探测器10和补偿器11.1与电压源42连接，使得流过探测器10的电流的电流强度和流过补偿器11.1的电流的电流强度能够相互独立地改变，
-开关7.10，其可选择地通过探测器10桥接或中断电线3，从而使探测器10被脉冲地供应来自电压源42的电流，
-开关7.11，其可选择地通过补偿器11.1桥接或中断电线3，从而使补偿器11.1被脉冲地供应来自电压源42的电流，
-可控电压致动器8.10，其能够改变施加到探测器10的电压U10，
-可控电压致动器8.11，其能够改变施加到补偿器11.1的电压U11，
-电压传感器40.10，其能够测量施加到探测器10的电压U10，
-电压传感器40.11，其能够测量施加到补偿器11.1的电压U11，
-电流强度传感器41.10，其能够测量流过探测器10的电流的强度I10
-电流强度传感器41.11，其能够测量流过补偿器11.1的电流的强度I10，
-信号处理控制设备6，其接收来自传感器40.10，40.11和41.10，41.11的信号并且能够根据传感器信号控制开关7.10，7.11和电压致动器8.10，8.11，以及
-信号处理评估单元9，其在实施例中是控制设备6的一个组分并且在下面进一步描述。
此外，在图4中示出探测器10的电阻R10，补偿器11.1的电阻R11，施加到探测器10的电压U10和施加到补偿器11.1的电压U11。还示出了气体混合物如何从待监控的范围B通过开口
Figure BDA0003507524030000301
流入壳体1的内部。该气体混合物能够具有待探测的目标气体。
图5示出了替代设计方案，其中，探测器10，补偿器11.1，两个电阻器R20，R21和电压源42一起形成惠斯通测量电桥。正如在图1中一样，由探测器10和补偿器11.1组成的组件与由两个电阻器R20和R21组成的组件并联连接。控制设备6和致动器未在图5中示出。电压传感器40测量电压差ΔU＝U10-U11的量度。与部件10，11.1，R20和R21的电阻相比，电压传感器40的电阻较高。理想情况下，流经探测器10的电流强度I3等于流经补偿器11.1的电流强度I3。电流强度传感器41测量该电流强度I3。
在该实施例中，没有电压持续地施加到探测器10或补偿器11.1。相反，在图4和图5所示的电路中，借助于开关7.10和7.11施加脉冲电压并且由此产生脉冲电流，这与连续运行相比节省电能。探测器10和补偿器11.1的脉冲频率和脉冲持续时间彼此不同并且能够彼此独立地改变。这尤其通过用于探测器10的两个开关7.10和用于补偿器11.1的开关7.11来实现。
该实施例的气体探测设备100能够可选择地以监控模式或以测量模式运行。在监控模式中，气体探测设备100能够探测至少一种可燃目标气体存在的指示。在测量模式中，气体探测设备100能够大致确定该目标气体的浓度。测量模式中的误报数量通常低于监控模式。
在监控模式中，气体探测设备100比在测量模式中消耗更少的电能。因此，气体探测设备100优选地尽可能长时间地在监控模式中运行。一旦在监控模式中运行的气体探测设备100探测到目标气体存在的指示，它就切换到测量模式。一旦在测量模式中运行的气体探测设备100不再探测到目标气体，它就切换回监控模式。该切换优选地自动执行，但也能够由气体探测设备100的用户触发。
图6a，图6b，图6c，图6d示意性地示出了向探测器10和补偿器11.1施加电压的电脉冲。时间绘制在x轴上，施加的电压U10或U11绘制在y轴上。x轴上的名称n表示时间点n*Δt。y轴上的值1表示施加到探测器10的电压U10或施加到补偿器11.1的电压U11的最大值。图6a和图6b示出了监控模式中的脉冲，图6c和图6d示出了测量模式中的脉冲。在所示实例中，一个脉冲之外没有电压。与一个脉冲期间相比，在一个脉冲外部施加更低的电压也是可行的。
图6a和图6c示出了在补偿器11.1处施加的电压的电脉冲。补偿器11.1的脉冲频率和脉冲持续时间优选地在两种模式中彼此一致。图6b和图6d示出了探测器10的电脉冲。脉冲的脉冲持续时间匹配，而测量模式中的脉冲频率大于监控模式中的脉冲频率。在每个脉冲结束时，达到热稳定状态，并且补偿器11.1和探测器10分别提供测量值。
在作为示例所示的从0*Δt到40*Δt的时间段内，补偿器11.1提供二十个测量值。在监控模式中，探测器10在此期间提供两个测量值。在图6b中输入探测器10各自传送测量值的两个时间t1和t2。评估单元9针对两个时间t1和t2分别提供一个信号，该信号包含关于待监控范围B中的目标气体浓度的信息。
不管是在监控模式中还是在测量模式中，补偿器11.1仅在一半的时间内，即在长度Δt的每两个间隔中被供应电流。因此，与连续运行相比，补偿器11.1仅消耗一半的电能。
在图6a和图6b所示的监控模式中，探测器10在长度为6*Δt的间隔内被供电，然后在长度为18*Δt的间隔内不被供电，因此与连续运行相比，它仅消耗6/(6+18)＝1/4的电能。当然能够增加两个连续脉冲之间的持续时间并保持电脉冲的持续时间，这样能够节省电能。然而，测量值的传送频率会降低。
控制设备6控制图4所示装置的开关7.10和7.11，从而产生脉冲。评估单元9接收来自电压传感器40.10和40.11以及来自电流传感器41.10和41.11的信号并且判断目标气体是否存在。或者评估单元9确定目标气体浓度。
在监控模式中，补偿器11.1的探测参量U11以这样的方式被测量，即在两个连续的测量值之间存在2*Δt的时间间隔。该时间间隔能够选择得小到使得气体探测设备100能够在目标气体出现之后足够快地探测到该目标气体的指示。如上所述，许多目标气体具有使补偿器11.1冷却并因此其电阻降低的效果。该温度下降导致评估单元9探测到的电压下降。当然，环境条件的变化也会导致补偿器温度的下降。
在一个设计方案中，评估单元9在监控模式中还确定探测器10的电压U10与补偿器11.1的U11之间的差值ΔU＝U10-U11，根据计算规则ΔU＝U10-α*U11可选地通过校正因子α被校正。如果补偿电压差ΔU-ΔU0位于指定区间之外，则探测到可燃目标气体。补偿电压差ΔU-ΔU0也是该目标气体浓度的量度。大的补偿电压差ΔU-ΔU0是用于目标气体的、比温度下降以及进而补偿器11.1的电压U11下降更可靠的指示。然而，探测器10的探测参量U10在监控模式中以这样的方式被测量，即在两个连续的测量值之间存在24*Δt的时间间隔。因此，在监控模式中，电压差ΔU的采样频率为1/24*Δt。
图6c和图6d示出了到测量模式的切换。在所示的示例中，评估单元9在时间点tx在监控模式中探测到补偿器11.1的温度已经下降，这是目标气体的指示并且在图6c中通过！示出。响应于该探测，控制设备6将气体探测设备100切换到测量模式。在测量模式中，探测器10比在监控模式中更频繁地被供给电能。图6d示例性地示出，在测量模式中探测器10在长度为6*Δt的间隔中被供电，然后在长度为6*Δt的间隔中不被供电，然后再次在长度为6*Δt的间隔中被供电，依此类推。在图6d中，还输入时间点t1，t2，t3，在这些时间点探测器10分别提供测量值。在测量模式中，脉冲探测器10因此仅消耗一半能量(与连续运行相比)—而在监控模式中它甚至仅消耗四分之一的能量。因此，在测量模式中，电压差ΔU的采样频率为1/12*Δt，是监控模式中的两倍。然后探测器10也消耗两倍多的电能。
也能够在没有两个开关7.10和7.11的情况下运行气体探测设备100并且持续地为探测器10和补偿器11.1供电。在这种情况下，能耗较高。因为开关7.10和7.11不是绝对必要的，所以也能够将现有的具有探测器和补偿器的气体探测设备改造成通过该气体探测设备来实施本发明。例如，能够从图1的气体探测设备101产生如图5所示的根据本发明的气体探测设备100。在许多情况下，用根据本发明的补偿器11.1代替现有的补偿器11.2是足够的。
在根据本发明的气体探测设备100中，补偿器11.1还具有提供信号的任务，评估单元9能够利用该信号在计算上补偿环境对探测器10的温度的影响。如果待监控的范围B中没有目标气体并且流入壳体1的气体混合物因此不包含任何可燃目标气体，则探测器10和补偿器11.1的探测参量应具有相同的值。该探测参量与探测器10或补偿器11.1的温度相关。在所示的实施例中，施加的、并且通过零值校正(补偿)的电压U10或U11是该探测参量。
当没有目标气体时，本发明不必要求探测器10和补偿器11.1具有相同的电阻R10或R11，因此探测参量针对探测器10和补偿器11.1采用相同的值。这有利于两个部件10和11.1的生产。优选在第一次使用气体探测设备100之前进行初始校准。如有必要，将再次进行校准。
在这种初始校准的情况下，对图4的气体探测设备100执行以下步骤：
-至少产生一种情况，在该情况中壳体1的内部没有可燃目标气体并且环境条件对应于使用期间的典型环境条件。
-电压U10施加到探测器10，电压U11施加到补偿器11.1。例如，这些电压U10，U11被持续地施加或者如在参考图6c和图6d描述的测量模式中那样施加。
-电压传感器40.10，40.11测量各自实际施加的电压U10或U11。电流强度传感器41.10，41.11测量流过探测器10或流过补偿器11.1的电流的相应的电流强度I10，I11。
-控制设备6执行调节。在该调节时，调节目标是电压差ΔU＝U10-U11变为零。调节参量是实际电压差。调节参量是两个电压U10和U11，它们能够由两个致动器(调节机构)8.10和8.11改变。控制设备6控制这两个致动器8.10，8.11。
-在该调节时，还满足的预定边界条件，特别是探测器10的温度如此之高，使得如果目标气体存在于壳体1中(这在初始校准时不是这种情况)，则探测器10能够氧化目标气体。另一方面，探测器10的温度和电流强度I10不应高于所需，因此节省能量并实现尽可能长的使用寿命。
-一旦足够准确地达到调节目标并达到稳定状态，至少测量一次流过探测器10的电流的电流强度I10_ref和流过补偿器11.1的电流的电流强度I11_ref。这两个电流强度I10_ref和I11_ref是气体探测设备100后续使用的参考值。这两个参考值理想地导致电压差ΔU＝U10-U11变为零。
-能够设定具有不同环境条件的情况，其中，每次都没有目标气体存在。每个环境条件分别导致两个参考电流I10_ref和I11_ref。在这些值之间取一个合适的平均值。
-如果探测器10和补偿器11.1的电阻相差很大，也能够使用以下规范作为调节目标：ΔU＝U10-α*U11变为零，其中，α是预定的校正因子，其近似地补偿电探测器10和补偿器11.1不同电阻和/或其他不同的电特性。在该实施例中，电阻R10和R11也不需要精确地获知。
在对图5的气体探测设备100进行初始校准的情况下，电流强度I3优选地被用作为调节参量。该调节中的调节目标再次是电压差ΔU＝U10-U11变为零。例如，电压源42的可变电压U42被用作为调节参量。也能够改变两个电阻器R20和R21的阻值，由控制设备6控制这些电阻器。这两个电阻值则是调节的两个调节参量。
在气体探测设备100的使用中，控制设备6也执行调节。对于图4的气体探测设备100，下面参照图7a,图7b描述该调节。
图7a,图7b示意性地示出了两个调节电路，即图7a中所示的探测器调节电路和图7b中所示的补偿器调节电路。
探测器调节电路包括：
-探测器调节路径，
-作为调节参量U10的调节机构的电压致动器8.10和
-作为调节参量I10的传感器的电流传感器41.10。
探测器控制路径包括
-探测器10，
-电线3和
-电压传感器40.10，其测量施加到探测器10的电压U10。
补偿器调节电路包括
-补偿器调节路径，
-作为调节参量U11的调节机构的电压致动器8.11，和
-作为调节参量I11的传感器的电流传感器41.11。
补偿器调节路径包括
-补偿器11.1，
-电线3和
-电压传感器40.11，其测量施加到补偿器11.1的电压U11。
探测器调节电路以一个目标进行调节，使得流过探测器10的电流的实际电流强度I10等于参考电流强度I10_ref，该参考电流强度在刚刚描述的初始校准中确定并且优选地在如下描述的下一次校准中至少更新一次。控制设备6驱控电压致动器8.10，并且被驱控的电压致动器8.10将施加到探测器10的电压U10、并且进而将流过探测器10的电流的电流强度I10设定为相应的值。
补偿器调节电路以一个目标进行调节，使得流过补偿器11.1的电流的实际电流强度I11等于参考电流强度I11_ref，该参考电流强度在刚刚描述的初始校准中确定并且优选地至少更新一次。控制设备6控制电压致动器8.11，并且受控的电压致动器8.11将施加到补偿器11.1的电压U11、以及流经补偿器11.1的电流的电流强度I11设置为相应的值。
如上所述，评估单元9确定电压差ΔU＝U10-U11，或者更一般地确定具有指定校正因子α的电压差ΔU＝U10-α*U11。参照图7a,图7b描述的利用两个调节电路进行的调节确保当没有目标气体时使补偿的电压差ΔU-U0等于零，一般地：位于零附近的预定的容差带中。
在参照图7a,图7b描述的调节中，电流强度I10和I11是所示的两个调节电路中的两个调节参量。还能够在至少一个调节电路中使用与氧化的目标气体的浓度相关的不同的调节参量，例如电阻、温度、相应消耗的电功率或施加的电压。
在刚刚描述的调节中，调节目标是将相应的电流强度I10和I11保持在恒定的参考电流强度I10_ref或I11_ref。还能够预设电流强度I10或I11的在时间上的变化，例如围绕参考电流强度I10_ref或I11_ref的正弦、矩形或锯齿形变化。在一些应用中，这种设计方案改进了气体探测设备100测量目标气体浓度的可靠性。
如已经描述的，图5示出了替代设计方案，其中，探测器10和补偿器11.1属于惠斯通测量电桥。在这种情况下，也优选地执行调节，其中，将探测器10和补偿器11.1处的共同电流强度I3的所需值I3_ref或所需在时间上的变化被用作为指令参量。电流强度传感器41测量实际电流强度I3。控制设备6例如改变电压源42的电压U42作为调节参量。
刚刚描述的两个调节要求电流强度I3，I10，I11的值I3_ref，I10_ref，I11_ref被预设为指令参量。在一个设计方案中，该值通过上述初始校准来实现。气体探测设备100优选地在使用期间自己自动校准并自动更新值I3_ref，I10_ref，I11_ref，优选每当气体探测设备100在测量模式中运行并且没有探测到目标气体时。气体探测设备100确定电流强度I3，I10，I11的相应的实际值，其在没有目标气体的状态中被设定，并且使用该实际值作为新的参考值I3_ref，I10_ref，I11_ref，即在相应的调节时作为指令参量的新目标值。由于使用期间的这种自动校准，气体探测设备100自动适应变化的环境条件。这种改进进一步提高了气体探测设备100在探测实际存在的目标气体和尽可能避免误报警方面的可靠性。
除了这种自动校准之外，手动校准优选地定期执行，如从现有技术已知的。
对于在自动校准期间能够改变的每个参考值I3_ref，I10_ref，I11_ref，优选地预设至少一个改变边界。该边界确定了自上次手动校准以来此参考值I3_ref，I10_ref，I11_ref允许改变的最大量或百分比。该边界还能够确定每单位时间(例如每月)的最大允许绝对变化或相对变化。这种设计方案使气体探测设备100能够适应探测器10，补偿器11.1的逐渐变化或逐渐变化的环境条件，但不能适应通常突然出现的目标气体，使得气体探测设备100不能够探测该目标气体。
优选地，根据本发明的气体探测设备100还安置有保持器，从而用户能够将气体探测设备100携带在他的衣服上。气体探测设备100优选地还包括警报单元(未示出)，其能够以人类可感知的形式输出警报，例如光学/视觉，听觉或触觉，即，气体探测设备100的振动马达产生气体探测设备100的用户能够感知的振动。气体探测设备100可选地包括能够向在空间上远离的接收者发送消息的发送单元。该消息能够包括关于可燃目标气体的存在或不存在的信息和/或关于目标气体的测量浓度的信息。
1气体探测设备100的稳定内部壳体，容纳探测器10和补偿器11.1，11.2；
2在开口
Figure BDA0003507524030000391
中的阻火器，例如设计为金属网格和/或烧结板；
3将探测器10和补偿器11.1，11.2与电压源42连接并由此提供电能的电线或线路装置；
4气体探测设备100的外部壳体，容纳内部壳体1和可选的电阻器R20和R21以及传感器40和41，具有开口
Figure BDA0003507524030000401
6信号处理控制设备，从传感器40，40.10，40.11和41，41.10，41.11接收信号，根据传感器信号控制开关7.10，7.11和电压致动器8.10，8.11，包括评估单元9；
7.10使探测器10的电线3中的电流I10产生脉冲的开关；
7.11使补偿器11.1的电线3中的电流I11产生脉冲的开关；
8.10由控制设备6驱控的电压致动器改变施加到探测器10的电压U10；
8.11由控制设备6驱控的电压致动器改变施加到补偿器11.1的电压U11；
9信号处理评估单元，从传感器40，40.10和40.11接收测量值，确定电压差ΔU，探测可燃的目标气体或判断不存在可燃的目标气体，是控制设备6的一部分；
10探测器，包括线20，陶瓷护套21，由催化材料制成的涂层23和安装板22，优选设计为催化氧化传感器；
11.1根据本发明的补偿器，包括具有加热段32和连接部46的印制导线30，承载板31，晶片基板33，接触点34和保护层35，在一个平面内延伸；
11.2根据现有技术补偿器，设计为催化氧化传感器；
20螺旋形导电线，作为探测器的加热段10起作用；
21围绕线20的陶瓷护套，设有催化涂层23；
22探测器10的安装板，其用于保持线20和陶瓷护套21；
23陶瓷护套21的由催化材料构成的涂层优选导致探测器10的多孔表面；
30补偿器11的电印制导线，包括加热段32和电连接部46；
31晶片基板33上的承载板，承载印制导线30；
32印制导线的加热段30；
33晶片基板，承载承载板31，包括在加热段32下方的凹槽；
34用于印制导线30的电接触点，其与电连接部46连接；
35加热段上的保护层32；
36加热段20与电线路3之间的电连接部；
40电压传感器，测量电桥电压，即电压差的一半ΔU＝U10-U11；
40.10电压传感器，测量施加到探测器10的电压U10；
40.11电压传感器，测量施加在补偿器11.1上的电压U11；
41电流强度传感器，测量线路3中的电流I；
41.10电流强度传感器，测量为探测器10提供电流的线路3的部段中的电流强度I10；
41.11电流强度传感器，测量为补偿器11.1提供电流的线路3的部段中的电流强度I11；
42电压源，包括一组可充电电池，通过线路3为探测器10和补偿器11.1，11.2供电；
46加热段32与接触点34之间的电连接部，属于印制导线30；
100根据本发明的气体探测设备，包括壳体1，探测器10，补偿器11.1，电线路装置3，传感器40，40.10，40.11，41，41.10，41.11，开关7.10，7.11，致动器8.10，8.11，带有评估单元9的控制设备6，电压源42和可选的机械支架与范围B流体连接；
101根据现有技术的气体探测设备，包括壳体1，探测器10，补偿器11.2，电线路3和电压传感器40；
B需要监控是否出现可燃的目标气体的范围；
F目标气体浓度与补偿电压差的函数关系；
I3流经探测器10和补偿器11.1的匹配的电流强度；
I3_ref在校准中确定的流经探测器10和补偿器11.1的电流的强度I3的参考值是惠斯通测量电桥中调节时的指示参量；
I10流经探测器10的电流的强度；
I10_ref在校准中确定的流经探测器10的电流的强度的参考值是在探测器调节电路中调节时的指示参量；
I11流经补偿器的电流的强度11.1；
I11_ref在校准中确定的流经补偿器11.1的电流的强度的参考值是在补偿器控制电路中调节时的指示参量；
Figure BDA0003507524030000431
壳体1中的开口，气体混合物可通过该开口从范围B流入壳体1的内部，并且火焰保护装置2插入到该开口中；
R10探测器10的电阻，与探测器10的温度相关；
R11补偿器11.1，11.2的电阻，与补偿器11.1，11.2的温度相关；
R20设计为电阻器的组件，是惠斯通测量电桥的一部分；
R21设计为电阻器的组件，是惠斯通测量电桥的一部分；
t1，t2，…探测器10相应提供测量值的时间点；
U42电压源42的电压；
U10施加到探测器10的电压；
U11施加到补偿器11.1，11.2的电压；
ΔU施加在探测器10上的电压U10与施加在补偿器11上的电压U11之间的差值或电桥电压(U10-U11)/2；
ΔU0无可燃目标气体情况下的电压差ΔU作为零值。

Claims (12)

1.气体探测设备(100)，用于监控范围(B)中至少一种待探测的可燃目标气体(CH4)，
其中，所述气体探测设备(100)包括：
具有开口
Figure FDA0003507524020000011
的壳体(1)，
布置在所述壳体(1)中的探测器(10)，
布置在所述壳体(1)中的补偿器(11.1)，
传感器装置(40，40.10，40.11，41，41.10，41.11)，和
评估单元(9)，
其中，所述开口(O)在所述壳体(1)的内部与所述范围(B)之间建立流体连接，
其中，所述探测器(10)包括：
具有螺旋形加热段(20)的导电线(20，36)，
围绕所述加热段(20)的电绝缘体(21)，
在所述电绝缘体(21)中和/或所述电绝缘体上的催化材料(23)，
其中，所述补偿器(11.1)在一个平面内延伸并且包括：
具有加热段(32)的电印制导线(32，46)，和
承载板(31)，在所述承载板中嵌入所述印制导线(32，46)或在所述承载板上安置所述印制导线(32，46)，
其中，所述气体探测设备(100)被配置为，
将电压(U10)施加到所述探测器(10)上，使得电流(I3，I10)流过所述探测器(10)的线(20，36)并加热所述线(20，36)的加热段(20)，以及
将电压(U11)施加到所述补偿器(11.1)上，使得电流(I3，I11)流过所述补偿器(11.1)的印制导线(32，46)并加热所述印制导线(32，46)的加热段(32)，
其中，所述探测器(10)被设计为，使得通过加热段(20)的加热来氧化位于所述壳体(1)内部的可燃目标气体(CH4)，
其中，所述传感器装置(40，40.10，40.11，41，41.10，41.11)被设计用于测量：
取决于所述探测器的温度的探测参量(U10)和取决于所述补偿器(11.1)的温度的探测参量(U11)，或者
既取决于所述探测器(10)的温度又取决于所述补偿器(11.1)的温度的探测参量(ΔU)，
并且其中，所述评估单元(9)被设计为，根据一个或每个测量到的探测参量(ΔU，U10，U11)自动地判断在待监控的范围(B)中是否存在至少一种预定的可燃目标气体(CH4)，和/或
确定在待监控的范围(B)中的所述目标气体(CH4)的浓度或至少一种目标气体的浓度。
2.根据权利要求1所述的气体探测设备(100)，
其特征在于，
所述气体探测设备(100)被设计为，
使得探测器线(20，36)的螺旋形加热段(20)加热到至少300℃，优选地至少400℃，并且
使得所述印制导线(32，46)的加热段(32)加热到与所述探测器线(20，36)的加热段(20)的最大温度相差最大200℃、优选最大100℃的最大温度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的气体探测设备(100)，
其特征在于，
将所述印制导线(32，46)的加热段(32)加热至高于环境温度至少100℃、优选至少150℃的最高温度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的气体探测设备(100)，
其特征在于，
所述气体探测设备(100)被设计成以脉冲方式向所述补偿器(11.1)施加电压(U11)，
其中，用于向所述补偿器(11.1)施加电压(U11)的电脉冲具有第一脉冲持续时间。
5.根据权利要求3所述的气体探测设备(100)，
其特征在于，
所述气体探测设备(100)被设计为，以第二脉冲持续时间将电压(U10)以脉冲方式施加至所述探测器(10)，
其中，用于向所述探测器(10)施加电压(U10)的电脉冲具有第二脉冲持续时间，并且
其中，所述第二脉冲持续时间优选地大于第一脉冲持续时间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的气体探测设备(100)，
其特征在于，
所述气体探测设备(100)能够可选择地在监控模式或测量模式中运行，
其中，所述气体探测设备(100)被设计为，将电压(U10)施加至所述探测器(10)，使得当所述气体探测设备(100)在测量模式中运行时所述探测器(10)的能量消耗高于当所述气体探测设备在监控模式中运行时所述探测器的能量消耗，
其中，所述评估单元(9)被设计成，在监控模式中自动判断是否有目标气体(CH4)存在的指示，并且
其中，所述气体探测设备(100)被设计为，当所述评估单元(9)探测到所述指示时自动从监控模式切换到测量模式。
7.根据权利要求5所述的气体探测设备(100)，
其特征在于，
所述传感器装置(40，40.10，40.11，41，41.10，41.11)被设计为，测量取决于所述补偿器(11.1)的温度的探测参量(U11)，
其中，所述评估单元(9)被设计为，在监控模式中根据取决于补偿器温度的探测参量(U11)自动判断是否有目标气体(CH4)存在的指示。
8.根据权利要求5或权利要求6所述的气体探测设备(100)，
其特征在于，
所述气体探测设备(100)被设计为，
在监控模式中以脉冲方式将电压(U10)施加到所述探测器(10)上，并且
在测量模式中，利用第二脉冲频率以脉冲方式将电压(U10)施加到所述探测器(10)或持续地施加该电压(U10)，
其中，施加的电压在所述监控模式中具有第一脉冲频率并且在所述测量模式中具有第二脉冲频率，并且
其中，所述第二脉冲频率优选地大于所述第一脉冲频率。
9.根据前述权利要求中任一项所述的气体探测设备(100)，
其特征在于，
所述探测器(10)和所述补偿器(11.1)都具有可调节的参量(I3，I10，I11)，
在施加电压(U10，U11)时，所述可调节的参量与所述探测器(10)或所述补偿器(11.1)的温度相关，
特别地，所述探测器(10)和所述补偿器(11.1)具有相同的可调节的参量(I3，I10，I11)，
其中，一个或每个可调节的参量优选地是电参量，
其中，所述气体探测设备(100)被设计为自动执行调节，
其中，在所述调节中的调节目标是，使得用于所述探测器(10)的可调节的参量(I3，I10)和用于所述补偿器(11.1)的可调节的参量(I3，I11)分别遵循预定的在时间上的变化，尤其被分别设置到预定的目标值(I3_ref，I10_ref，I11_ref)。
10.根据权利要求8所述的气体探测设备(100)，
其特征在于，
所述探测器(10)的可调节的参量和所述补偿器(11.1)的可调节的参量都是流经所述探测器(10)或所述补偿器(11.1)的电流的电流强度(I10，I11)，
所述探测器(10)和所述补偿器(11.1)电串联连接，并且
在调节时的调节目标是，将用于所述探测器(10)和用于所述补偿器(11.1)的可调节的参量(I3，I10，I11)设置到相同的预定的目标值。
11.根据权利要求8或权利要求9所述的气体探测设备(100)，
其特征在于，
所述气体探测设备(100)被设计为，为所述探测器(10)和所述补偿器(11.1)自动确定一个或每个可调节的参量(I3，I10，I11)的、在调节时分别用于调节目标的值(I3_ref，I10_ref，I11_ref)，
其中，所述气体探测设备(100)被设计为，根据在没有探测到目标气体的情况下用于设定所述可调节的参量(I3，I10，I11)的相应的值，执行对目标值(I3_ref，I10_ref，I11_ref)的确定，尤其将在该情况下使用的值用作为所述调节目标的预定的目标值(I3_ref，I10_ref，I11_ref)。
12.一种在使用气体探测设备(100)的情况下自动监控范围(B)中至少一种待探测的目标气体(CH4)的方法，
所述气体探测设备包括：
具有开口
Figure FDA0003507524020000061
的壳体(1)，
布置在所述壳体(1)中的探测器(10)，
布置在所述壳体(1)中的补偿器(11.1)，和
传感器装置(40，40.10，40.11，41，41.10，41.11)，
其中，所述开口(O)在所述壳体(1)的内部与所述范围(B)之间建立流体连接，
其中，所述探测器(10)包括：
具有螺旋形加热段(20)的导电线(20，36)，
围绕所述加热段(20)的电绝缘体(21)，和
在所述电绝缘体(21)中和/或所述电绝缘体上的催化材料(23)，
其中，所述补偿器(11.1)在一个平面内延伸并且包括：
具有加热段(32)的电印制导线(32，46)，和
承载板(31)，在所述承载板中嵌入所述印制导线(32，46)或在所述承载板上安置所述印制导线(32，46)，
其中，所述承载板(31)优选地是热绝缘和/或电绝缘的，并且
其中，所述方法包括以下步骤：
将电压(U10)施加到所述探测器(10)上，使得电流(I3，I10)流过所述探测器(10)的线(20，36)并加热所述线(20，36)的加热段(20)，以及
将电压(U11)施加到所述补偿器(11.1)上，使得电流(I3，I11)流过所述补偿器(11.1)的印制导线(32，46)并加热所述印制导线(32，46)的加热段(32)，
如果存在所述目标气体，则所述探测器(10)通过所述加热段(20)的加热来氧化位于所述壳体(1)内部的可燃目标气体(CH4)，
所述传感器装置(40，40.10，40.11，41，41.10，41.11)测量：
取决于所述探测器的温度的探测参量(U10)和取决于所述补偿器(11.1)的温度的探测参量(U11)，或者
既取决于所述探测器(10)的温度又取决于所述补偿器(11.1)的温度的探测参量(ΔU)，
并且根据一个或每个测量到的探测参量(ΔU，U10，U11)自动地
判断在待监控的范围(B)中是否存在至少一种预定的可燃目标气体(CH4)，和/或
确定在待监控的范围(B)中的所述目标气体(CH4)的浓度或一种目标气体的浓度。
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