DE102008028682A1 - Method for measuring gas concentrations by means of a metal oxide gas sensor, sensor device for carrying out the method and use thereof - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines in einem Messraum (36) befindlichen Gassensors (16). Um auch kostengünstige Gassensoren in sensibler Umgebung mit einer größeren Funktionssicherheit und geringerem Aufwand betreiben zu können, wird vorgeschlagen, den Gassensor (16) in einem kleinen Messvolumen (14) in wenigstens zwei Betriebsmodi abwechselnd diskontinuierlich zu betreiben. Durch katalytische Reinigung in einem der Betriebsmodi und/oder eine Herausfilterung sich nur über einen längeren Zeitraum hinweg ändernder Signalanteile kann dann eine basislinien-unabhängige Vermessung erfolgen.The invention relates to a method for operating a gas sensor (16) located in a measuring space (36). In order to operate cost-effective gas sensors in a sensitive environment with greater reliability and lower cost, it is proposed to operate the gas sensor (16) in a small measuring volume (14) in at least two operating modes alternately discontinuous. By catalytic cleaning in one of the operating modes and / or filtering out only over a longer period of time changing signal components can then be a baseline-independent survey.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen von Gaskonzentrationen mittels eines in einem Messraum befindlichen Metalloxid-Gassensors sowie eine Sensorvorrichtung zum Erfassen von Stoffen in einem Fluid mit einem Messraum und einem Metalloxidsensor in dem Messraum. Außerdem betrifft die Erfindung vorteilhafte Verwendungen einer solchen Sensorvorrichtung.The The invention relates to a method for measuring gas concentrations by means of a metal oxide gas sensor located in a measuring chamber and a sensor device for detecting substances in a fluid with a measuring space and a metal oxide sensor in the measuring space. It also concerns the invention advantageous uses of such a sensor device.
Zur Detektion von unterschiedlichen Gasen und Dämpfen werden heutzutage in der Industrie kostengünstige Dickschichtmetalloxidsensoren verwendet. Metalloxidsensoren verändern allerdings ihren Basiswiderstand mit der Betriebsdauer und der Betriebstemperatur. Ein möglicher Einsatz dieser Gassensoren in Feueralarm- und Überwachungsanlagen ist somit problematisch, da ein durch eine Steuerung oder Software gesetzter Alarmschwellwert mit der Betriebszeit überschritten wird. Ein Einsatz von Metalloxidsensoren beinhaltet deshalb immer aufwändige Kalibrierungs- und Wartungsarbeiten.to Detection of different gases and vapors In the industry today, inexpensive thick film metal oxide sensors used. However, metal oxide sensors change theirs Base resistance with operating time and operating temperature. A possible use of these gas sensors in fire alarm and surveillance equipment is thus problematic as a by a control or software set alarm threshold with the Operating time is exceeded. A use of metal oxide sensors therefore always involves complex calibration and Maintenance work.
Beispiele
für Sensorvorrichtungen mit Metalloxid-Gassensoren sind
in der
Aus
Zur Detektion von unterschiedlichen Gasen und Dämpfen werden heutzutage in der Industrie relativ einfach und mit geringerem Kostenaufwand herstellbare Dickschichtmetalloxidsensoren verwendet. Um den Leistungsverbrauch dieser Sensoren zu reduzieren, geht der aktuelle Trend der Forschung allerdings in Richtung Dünnfilmtechnologie. Die sensitiven Schichten der Sensoren haben hier nur mehr eine nominelle Schichtdicke von wenigen 100 nm.to Detection of different gases and vapors Nowadays in the industry relatively easy and less expensive manufacturable Dickschichtmetalloxidsensoren used. To the power consumption To reduce these sensors, the current trend of research however in the direction of thin-film technology. The sensitive ones Layers of the sensors here only have a nominal layer thickness from a few 100 nm.
Ein großer Nachteil von Metalloxid(MOX)-Gassensoren ist die Drift des Sensorbasiswiderstandes. Durch Korngrößenwachstum steigt der Basiswiderstand der polykristallinen Sensormaterialien während der Betriebszeit langsam an. Dieser Effekt wird insbesondere durch die notwendigen hohen Sensortemperaturen (300°C–500°C) angetrieben.One big disadvantage of metal oxide (MOX) gas sensors is the Drift of the sensor base resistor. By grain size growth the base resistance of the polycrystalline sensor materials increases slowly during operation. This effect will in particular due to the necessary high sensor temperatures (300 ° C-500 ° C) driven.
Die
Drift des Sensorwiderstandes ist in
Eine bei einer Messung festgestellte Veränderung des Grundwiderstandes kann somit einerseits durch die Anwesenheit eines reaktiven Gases oder andererseits durch das Korngrößenwachstum verursacht werden.A change in the basic resistance detected during a measurement Thus, on the one hand by the presence of a reactive gas or on the other hand caused by the grain size growth become.
Die
Drift des Basiswiderstandes ist insbesondere für den Einsatz
in automatischen Feueralarmanlagen oder sonstigen automatischen Überwachungsanlagen
problematisch, wie nachfolgend anhand der
Aus den vorerwähnten Gründen benötigt man beim Einsatz von MOX-Gassensoren regelmäßig eine Kalibrierung des Basiswiderstandes unter Nullgasbedingungen. Dies ist aber bei offenen Systemen, wie sie insbesondere für Überwachungsaufgaben wünschenswert sind, nur mit großen Aufwand durchzuführen.For the reasons mentioned above, when using MOX gas sensors, regular calibration of the base resistor under zero-gas conditions is required. However, in open systems, as they are particularly desirable for monitoring tasks, this is only with great effort perform.
Im Allgemeinen ist eine solche Überprüfung mit personellem Aufwand und der Notwendigkeit von externen Referenzgasreservoiren verbunden.in the Generally, such a review is with human resources Expense and the need for external reference gas reservoirs connected.
Dieses aufwändige Prüfverfahren verhindert die Verwendung von MOX-Gassensoren in Anwendungsbereichen mit erhöhten Sicherheitsanforderungen. Zum Beispiel verwendet der Flugzeugbauer Airbus nur Sensoren, die ständig einen Selbsttest durchführen können, ohne dass zusätzliche Mittel (Gasreservoire, Personal) benötigt werden. Bis dato ist kein Verfahren bekannt, das eine Ermittlung des Basiswidertandes von MOX-Gassensoren ohne zusätzliche Referenzgasreservoire ermöglicht.This elaborate testing prevents use of MOX gas sensors in application areas with increased Safety requirements. For example, the aircraft manufacturer uses Airbus only sensors that constantly perform a self-test without additional resources (gas reservoirs, Staff) are needed. To date, no procedure It is known that a determination of the Basiswidertand of MOX gas sensors without additional reference gas reservoir allows.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines MOX-Gassensors derart bereit zu stellen, dass der MOX-Gassensor über einen längeren Zeitraum hinweg genauer und zuverlässiger arbeitet.task The invention is a method for operating a MOX gas sensor to provide such that the MOX gas sensor via a longer and more accurate and reliable.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Patentanspruch 1 gelöst.These The object is achieved by a method according to the attached Claim 1 solved.
Eine Sensorvorrichtung, mit welcher sich ein solches Verfahren durchführen lässt, ist in dem Nebenanspruch angegeben.A Sensor device with which perform such a process is, is specified in the secondary claim.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Vorteilhafte Verwendungen der Erfindung sind in dem weiteren Nebenanspruch angegeben.advantageous Uses of the invention are specified in the further independent claim.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Vermessung von Reaktivgaskonzentrationen mit Hilfe von MOX-Gassensoren ohne Bezug auf den Sensorbasiswiderstand ermöglicht.With the method according to the invention is the measurement of reactive gas concentrations using MOX gas sensors without Relation to the sensor base resistor allows.
Erfindungsgemäß werden zur Vermeidung einer Beeinflussung der Messung durch eine Drift des Sensorbasiswiderstandes zwei grundlegende Verfahrensprinzipien eingesetzt. Zum einen werden in einem Messraum, in dem der MOX-Gassensor betrieben wird, vorhandene Reaktivgase katalytisch zerlegt, um eine Nullgasatmosphäre in dem Messraum zu erzeugen, die zur Re-Kalibrierung des MOX-Gassensors herangezogen werden kann. Dies ist insbesondere bei einem kleinen Messraumvolumen durchführbar, weswegen der Messraum vorzugsweise als Mikrokammer ausgebildet ist. Zum anderen wird das Sensorsignal so verarbeitet, dass sich nur langsam über einen längeren Zeitraum hinweg verändernde Signalanteile herausgefiltert werden und nur sich in kleineren Zeiträumen, die der Durchführung von Messzyklen entsprechen, verändernde Signalanteile für die Messung beachtet werden.According to the invention to avoid influencing the measurement by a drift of the Sensor base resistor used two basic principles of operation. On the one hand, in a measuring room in which the MOX gas sensor is operated is catalytically decomposed existing reactive gases to a zero gas atmosphere in the measuring room, which is used to re-calibrate the MOX gas sensor can be used. This is especially true for a small one Measuring chamber volume feasible, which is why the measuring space preferably is designed as a micro-chamber. On the other hand, the sensor signal processed so that only slowly over a longer Periodically varying signal components filtered out be and only in smaller periods of time, the implementation of measuring cycles, changing signal components for the measurement is observed.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Vermessen von Gaskonzentrationen mittels eines in einem Messraum befindlichen Metalloxid-Gassensors, wobei ein Messzyklus wenigstens die folgende Schritte a) bis c) aufweist und mehrere solcher Messzyklen nacheinander durchgeführt werden:
- a) Ersetzen eines in dem Messraum befindlichen Gases mit dem zu untersuchenden Gas,
- b) Einschließen des zu untersuchenden Gases in dem Messraum und
- c) Vermessen der Gaskonzentration über Erfassen des elektrischen Widerstandes des Metalloxid-Gassensors während der Einschließphase in Schritt b),
- • nach Schritt c) und vor dem erneuten Schritt a) der Schritt d) katalytische Umsetzung von Gasen in dem Messraum in nicht-reaktive Produkte und Kalibrieren des Basiswiderstands für darauffolgende Mes sungen auf einen daraufhin erhaltenen elektrischen Widerstandswert des Metalloxid-Gassensors durchgeführt wird und/oder
- • von einem von dem Metalloxid-Gassensor (
16 ) während der Messzyklen erhaltenes primäres Sensorssignal sich nur langsam über eine Vielzahl von Messzyklen hinweg ändernde Signalanteile herausgefiltert werden und nur der verbleibende, auf Änderungen im Rhythmus der Messzyklen basierende Signalanteil zur Vermessung herangezogen wird.
- a) replacing a gas in the measuring space with the gas to be examined,
- b) enclosing the gas to be examined in the measuring space and
- c) measuring the gas concentration by detecting the electrical resistance of the metal oxide gas sensor during the containment phase in step b),
- After step c) and before the renewed step a) the step d) catalytic conversion of gases in the measurement space into non-reactive products and calibration of the base resistance for subsequent measurements to a subsequently obtained electrical resistance of the metal oxide gas sensor is carried out and / or
- • one of the metal oxide gas sensor (
16 ) obtained during the measuring cycles primary sensor signal are filtered out only slowly over a plurality of measuring cycles away changing signal components and only the remaining, based on changes in the rhythm of the measuring cycles signal component is used for the measurement.
Durch die mehrfache Durchführung mehrerer Messzyklen hintereinander ergibt sich einerseits die Möglichkeit, zwischen Messzyklen oder als Teil der Messzyklen eine Kalibrierung anhand eines gereinigten Messraumes durchzuführen. Zum anderen wird durch die Wiederholung der Messzyklen ein gewisser Zeitraum vorgegeben, innerhalb der sich das Sensorsignal verändern sollte. Dieser Zeitraum kann zur Signalverarbeitung herangezogen werden, indem längerfristige Veränderungen herausgefiltert werden.By the multiple execution of several measuring cycles in a row On the one hand there is the possibility of between measuring cycles or as part of the measurement cycles, a calibration based on a cleaned Perform the measuring room. On the other hand, through the repetition the measuring cycles given a certain period, within which should change the sensor signal. This period can be for Signal processing are used by longer-term Changes are filtered out.
Beide grundlegenden Verfahrensprinzipien können grundsätzlich alternativ durchgeführt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die beiden Verfahrensprinzipien gemeinsam durchgeführt, wobei ein mit dem ersten Verfahrensprinzip kalibrierter Basiswiderstand bei der Signalverarbeitung nach dem zweiten Verfahrensprinzip verwendet wird, um so ein größeres und gegebenenfalls genaueres Ausgangssignal zu erhalten.Both basic procedural principles can basically alternatively be performed. In a particularly preferred Embodiment be the two principles of the method carried out jointly, one with the first procedural principle Calibrated base resistor during signal processing after second process principle is used, so a larger one and possibly more accurate output signal.
In bevorzugter Ausgestaltung wird zur Ermittlung des Basiswiderstandes derart vorgegangen, dass der Sensor in ein kleines Kammervolumen (im Bereich von höchstens wenigen cm3, vorzugsweise weniger als 1 cm3, mehr bevorzugt weniger als 500 mm3) integriert wird, das zeitdiskret von der Umwelt abgetrennt werden kann. Aktiviert man nun einen ebenfalls in das Volumen eingebrachten Katalysator, werden sowohl an der Sensoroberfläche als auch durch den Katalysator die vorhandenen Gase in nicht reaktive Produkte umgesetzt. Beispielsweise werden Gase zu CO2 und H2O verbrannt. Das Gasvolumen hat nach der Verbrennungsphase keine reaktiven Gasanteile mehr (Nullgaskonzentration) und der dann gemessene Sensorwiderstand entspricht dem Basiswiderstand. Eine Sensorkalibrierung kann somit automatisch durchgeführt werden.In a preferred embodiment, the procedure for determining the base resistance is such that the sensor is placed in a small chamber volume (in FIG Area of at most a few cm 3 , preferably less than 1 cm 3 , more preferably less than 500 mm 3 ) is integrated, which can be separated from the environment time discrete. Activating a catalyst also introduced into the volume, the existing gases are converted into non-reactive products both on the sensor surface and through the catalyst. For example, gases are burned to CO 2 and H 2 O. The gas volume after the combustion phase no more reactive gas shares (zero gas concentration) and then measured sensor resistance corresponds to the base resistance. A sensor calibration can thus be carried out automatically.
Bei einer weiter vorgeschlagenen Vorgehensweise wird über eine geeignete Signalprozessierung eine Messung unabhängig vom Basiswiderstand erreicht.at a further proposed approach is via a appropriate signal processing a measurement independent of Base resistance achieved.
Es ergeben sich längere Austauschzyklen für die Sensoren. Weiter sind Fehlalarme vermeidbar. Die Sensorfunktion ist – auch über längere Zeiträume und Wartungsintervalle – sichergestellt. Die Wartungsintervalle lassen sich reduzieren. Außerdem sind die Verwendungsmöglichkeiten und Einsatzgebiete von Gassensoren, wie insbesondere Metalloxid-Sensoren weiter ausgedehnt.It result in longer replacement cycles for the sensors. Furthermore, false alarms are avoidable. The sensor function is - too over longer periods and maintenance intervals - guaranteed. The maintenance intervals can be reduced. Besides, they are the uses and applications of gas sensors, as in particular metal oxide sensors further extended.
Insbesondere ist ein Einsatz in Feuerdetektionssystemen in Luft- und Raumfahrtzeugen möglich.Especially is an employment in fire detection systems in aerospace vehicles possible.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:embodiments The invention will be described below with reference to the attached Drawings explained in more detail. It shows:
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Figuren eine Ausführungsform eines Betriebsverfahrens für einen Gassensor beschrieben, bei dem eine Mikrokammer zur Vermessung von Gaskonzentrationen mit dem als Metalloxid-Gassensors ausgebildeten Gassensor so verwendet wird, dass die Messung durch eine Sensorbasisliniendrift nicht beeinflusst wird.in the Below is an embodiment with reference to the accompanying figures an operating method for a gas sensor, in which a micro-chamber for measuring gas concentrations with used as the metal oxide gas sensor formed gas sensor so is that the measurement is not affected by a sensor baseline drift.
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Sensorvorrichtung
Das
in
Die
Mikrokammer
Der
MOX-Gassensor
Der
Katalysator
Die
Pumpe
Zum
Zweck der Gasanalyse wird das Mikroreaktorsystem
- 1)
in einem durchströmten Aktivzustand
28 (Pumpe an) – Pumpphase-; - 2) in einem Ruhezustand
34 (Pumpe aus) – Ruhephase oder Einschlussphase-.
- 1) in a flowed through active state
28 (Pump on) - Pumpphase-; - 2) in a dormant state
34 (Pump off) - resting phase or enclosure phase-.
In
einer Pumpphase (Aktivzustand
Daraufhin
folgt ein Ruhezustand
Nach
Abschluss der Gasmessung kann das eventuell immer noch vorhandene
Reaktivgas durch Beheizen des ebenfalls integrierten Katalysators
Der Messzyklus weist daher die folgenden Schritte auf:
- a) Einschalten der Pumpe
20 ; - b) Ausschalten der Pumpe
20 ; - c) Abfragen des Sensorsignals des MOX-Gassensors
16 ; - d) Beheizen des Katalysators
18 .
- a) switching on the pump
20 ; - b) Switch off the pump
20 ; - c) Querying the sensor signal of the MOX gas sensor
16 ; - d) heating the catalyst
18 ,
Nach
dem Ende dieses Messzyklus kann ein neuer Messzyklus mit Beginn
des Schrittes a) erneut durchgeführt werden. Solche Messzyklen
können in einem automatisierten Messverfahren periodisch nacheinander
durchgeführt werden. Hierzu ist die Sensorvorrichtung
Die
Steuerung
Bei
einem periodischen Durchführen der oben erwähnten
Messzyklen ergibt sich durch das Ein- und Ausschalten der Pumpe
Ausgehend
von der periodisch diskontinuierlichen Betriebsweise des Mikroreaktorsystems
Erstes Verfahren zur basislinien-unabhängigen Gasmessung:First procedure for baseline-independent Gas measurement:
Gasdetektion mit Hilfe des Mikroreaktorsystems und periodische Re-Kalibration durch Nullgas-Generierung:Gas detection with the help of the microreactor system and periodic re-calibration by zero-gas generation:
Zur
Illustration des Mikroreaktorsystem-basierten Gassensierungsverfahren
ist in
Bei
dem Messbeispiel von
Mit
Beginn der dritten Pumpphase wird jedoch von dem Mikroreaktorsystem
Durch
Nullgasexposition und Messung des MOX-Sensorwiderstandes zu Beginn
der nachfolgenden vierten Pumpphase kann somit eine Re-Kalibration
der Sensorbasislinie erhalten werden, relativ zu der das eventuell
nachfolgend eingesaugte Reaktivgas bewertet werden kann. Die Kalibriereinrichtung
Eine eventuell auftretende langsame Drift der Sensorbasislinie während des EMRS-Betriebes kann wegen der häufigen periodischen Re-Kalibrationsmessungen toleriert werden.A possibly occurring slow drift of the sensor baseline during of EMRS operation may be due to frequent periodic Re-calibration measurements are tolerated.
Implementieren einer Selbsttestfunktion:Implement a self-test function:
Als
weitere Beobachtung fällt in der
Da H2O-Moleküle aufgrund ihrer Größe dichte Oberflächenbelegungen diffusiv nicht durchdringen können, deutet die Abwesenheit eines unterschiedlichen MOX-Sensorresponse in den beiden Betriebsmodi auf die Abwesenheit passivierend wirkender Oberflächenbelegungen hin. Bezüglich dieser diffusiven Hemmung verhält sich H2O ähnlich wie eine große Anzahl anderer reaktiver Gase, wie sie z. B. im Falle eines Brandes oder eines anderen Störfalls in der Umgebung auftreten. Eine Ausnahme im Bereich der reaktiven Gase bildet allein H2, das aufgrund seiner geringen Größe auch relativ dicke, passivierend wirkende SiO2- und Al2O3-Schichten durchdringen kann. Da Luftfeuchte in allen Regionen der Erde vorhanden ist, ist das vorgeschlagene H2O-basierte Verfahren universell einsetzbar und insbesondere alternativ möglichen H2-basierten Verfahren überlegen.Since H 2 O molecules can not diffusively penetrate dense surface coverings due to their size, the absence of a different MOX sensor response in the two operating modes indicates the absence of passively acting surface coatings. With regard to this diffusive inhibition, H 2 O behaves similarly to a large number of other reactive gases, such as those described in US Pat. B. occur in the event of a fire or other accident in the area. An exception in the field of reactive gases is formed by H 2 alone, which due to its small size can also penetrate relatively thick, passively acting SiO 2 and Al 2 O 3 layers. Since atmospheric moisture is present in all regions of the earth, the proposed H 2 O-based process is universally applicable and, in particular, is superior to possible H 2 -based processes.
Im
Folgenden werden die physikalischen Hintergründe näher
erläutert. Die Sensorvorrichtung
- 1) Die in
2 dargestellte Mikrokammer14 ist aus Keramik oder einem anderen schlecht wärmeleitenden Material hergestellt. - 2) Der Messraum
36 ist durch die Gaseinlässe22 und Gasauslässe24 mit einem hohem Strömungswiderstand mit der Außenwelt verbunden. Diese Gaseinlässe22 und Gasauslässe24 behindern den diffusiven Gasaustausch mit der Umgebung so stark, dass bei abgeschalteter Pumpe20 die Luft im Inneren der Mikrokammer14 – also in dem Messraum36 – effektiv von der Außenluft getrennt ist. - 3) Im Inneren der Mikrokammer
14 wird der durch die Heizeinrichtung beheizbare MOX-Gassenor16 betrieben. Durch die Beheizung und die thermische Isolierung des Messraumes36 kommt es deshalb in dem Ruhezustand34 des Mikroreaktorsystems12 zu einem Hitzestau in dem Messraum36 .
- 1) The in
2 illustrated micro-chamber14 is made of ceramic or other poor thermal conductivity material. - 2) The measuring room
36 is through the gas inlets22 and gas outlets24 connected to the outside world with a high flow resistance. These gas inlets22 and gas outlets24 hinder the diffusive gas exchange with the environment so much that when the pump is switched off20 the air inside the micro chamber14 - in the measuring room36 - is effectively separated from the outside air. - 3) Inside the micro chamber
14 becomes the heated by the heater MOX-Gassenor16 operated. By the heating and the thermal insulation of the measuring room36 therefore it comes in the idle state34 of the microreactor system12 to a heat accumulation in the measuring room36 ,
Aus der thermischen und gaskinetischen Separation des Reaktorinneren von der Außenwelt ergeben sich die folgenden Konsequenzen für die beiden Betriebsmodi:
- – Nach
Ansaugen einer frischen Probe mit endlicher aber ansonsten unbekannter
Luftfeuchte wird bei Beginn des Ruhezustandes
34 das eingeschlossene Luftvolumen über die Umgebungstemperatur erhitzt. Durch den in dem Ruhezustand34 des Mikroreaktorsystems12 auftretenden Hitzestau wird die Absorption der eingetragenen Feuchte an den Redaktorinnenwänden reduziert und die Aufnahmefähigkeit der eingeschlossenen Luft für H2O-Moleküle erhöht. Im Ruhezustand34 sieht der eingeschlossene MOX-Gassensor16 deshalb eine gegenüber der Außenluft erhöhte Luftfeuchte. - – Im darauf folgenden durchströmten Zustand – Aktivzustand
28 – wird die feuchte Luft aus dem Reaktorinneren abgesaugt und durch kältere und weniger feuchte Außenluft ersetzt.
- - After aspiration of a fresh sample with finite but otherwise unknown humidity is at the beginning of the resting state
34 the trapped air volume is heated above ambient temperature. By in the resting state34 of the microreactor system12 occurring heat accumulation reduces the absorption of the registered moisture at the inner editor walls and increases the absorption capacity of the trapped air for H 2 O molecules. At rest34 sees the enclosed MOX gas sensor16 Therefore, compared to the outside air increased humidity. - - In the subsequent flow state - Active state
28 - The moist air is sucked out of the interior of the reactor and replaced by colder and less humid outside air.
Ein
MOX-Gassensor
Die
Selbsttesteinrichtung
Die
beschriebenen Mechanismen werden durch die in den
Insgesamt
belegen die in den
Das
hier verwendete Mikroreaktorsystem
Die abwechselnde, insbesondere periodische Betriebsweise bietet aber auch noch die folgende vorteilhaft Verfahrensweise für eine basislinien-unabhängige Gasmessung:The alternating, in particular periodic operation offers but also the following advantageous procedure for a baseline-independent gas measurement:
Zweites Verfahren zur basislinien-unabhängigen Gasmessung:Second method for baseline-independent gas measurement:
Neben
der oben beschriebenen Methode, den Sensorbasiswidertand nach jeder
einzelnen Gasmessung neu zu bestimmen und somit zu re-kalibrieren,
bietet das Mikroreaktorsystem
Durch
das periodische Umschalten zwischen Einschlussphase – Ruhephase
Die
Sensorvorrichtung
In
einem Ausführungsbeispiel weist die Signalverarbeitungseinrichtung
Das
RC-Netzwerk
Die
oben erwähnte abrupte Widerstandsänderung wird
per kapazitiver Kopplung auf das RC-Netzwerk
Das
erste RC-Glied
Die
einzige Bedingung für dieses Signalverarbeitungsverfahren,
welches die Sensordrift herausfiltert, ist, dass der Sensorbasiswiderstand
im Vergleich zu der Per odendauer des Mikroreaktorsystems
Die
in
Die
in dem RC-Netzwerk
Diese beiden Lösungen können zum Beispiel auch digital aus aufeinander folgenden diskreten Werten des primären Sensorsignals US(t) erzeugt werden.For example, these two solutions can also be generated digitally from successive discrete values of the primary sensor signal U S (t).
In
Der Vergleich zeigt, dass basislinien-unabhängige Ausgangssignale Uout auch bei signifikant kleineren (x 0,1) und größeren (x 10) Sensorbasiswiderständen RS_0 erhalten werden. Allerdings erkennt man auch, dass im Falle schlechter Anpassung (RL ungleich RS_0) kleinere Sensorausgangssignale Uout erhalten werden. Gravierende Abweichungen von der Bedingung RS_0 = RL reduzieren das primäre Sensorsignal US und das sekundäre Sensorsignal Uout.The comparison shows that baseline unab pending output signals U out can also be obtained at significantly smaller (x 0.1) and larger (x 10) sensor base resistances R S_0 . However, it can also be seen that in the case of poor adaptation (R L not equal to R S_0 ), smaller sensor output signals U out are obtained. Serious deviations from the condition R S_0 = R L reduce the primary sensor signal U S and the secondary sensor signal U out .
Dieser Nachteil kann bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kompensiert werden, indem man von der im ersten Verfahren beschriebenen Möglichkeit einer periodischen oder zumindest bei einigen der Messzyklen durchgeführten Nullgasmessung in dem Mikroreaktorsystem Gebrauch macht.This Disadvantage can in a preferred embodiment of the method be compensated for by the one described in the first method Possibility of a periodic or at least some the zero cycles measured in the microreactor system Use.
Zusammenfassend
kann festgestellt werden, dass sich durch die Verwendung einer Mikrokammer
Es
ist ein Verfahren zum Betreiben eines in einem Messraum (
- 1010
- Sensorvorrichtungsensor device
- 1212
- Mikroreaktorsystem (EMRS)Microreactor system (EMRS)
- 1414
- Mikrokammermicrochamber
- 1616
- MOX-GassensorMOX gas sensor
- 1818
- Katalysatorcatalyst
- 2020
- Pumpepump
- 2222
- Gaseinlassgas inlet
- 2424
- Gasauslassgas outlet
- 2626
- Mikrokanalmicrochannel
- 2828
- Aktivzustandactive state
- 3030
- Widerstandresistance
- 3232
- Pumpenspannungpump voltage
- 3434
- Ruhezustandhibernation
- 3636
- Messraummeasuring room
- 4040
- Kammertemperaturchamber temperature
- 4242
- Kammerfeuchtechamber humidity
- 5050
- Steuerungcontrol
- 5151
- Kalibriereinrichtungcalibration
- 5252
- Leitung zur Pumpemanagement to the pump
- 5454
- Signalleitungsignal line
- 5656
- Leitung zur Heizeinrichtung des Katalysatorsmanagement to the heater of the catalyst
- 5858
- HeizanschlüsseHeating connections
- 6060
- SelbsttesteinrichtungSelf-testing device
- 6262
- DurchflusseinrichtungFlow device
- 6464
- SignalverarbeitungseinrichtungSignal processing device
- 6666
- RC-NetzwerkRC network
- 6868
- erstes RC-Gliedfirst RC element
- 6969
- Treiberverstärkerdriver amplifier
- 7070
- zweites RC-Gliedsecond RC element
- 100100
- Basiswiderstandbase resistance
- 102102
- erste Brandsituationfirst fire situation
- 104104
- zweite Brandsituationsecond fire situation
- 106106
- fest eingestellter Feueralarmschwellwertfirmly set fire alarm threshold
- UB U B
- Basisspannungbase voltage
- RL R L
- Lastwiderstandload resistance
- RS R S
- Sensorwiderstandsensor resistance
- Us U s
- primäres Sensorsignalprimary sensor signal
- Cdiff C diff
- Kapazität des ersten RC-Gliedescapacity of the first RC element
- Rdiff R diff
- Widerstand des ersten RC-Gliedesresistance of the first RC element
- Cint C int
- Kapazität des zweiten RC-Gliedescapacity of the second RC element
- Rint R int
- Widerstand des zweiten RC-Gliedesresistance of the second RC element
- Udrive U drive
- zeitliche Ableitung des primären Sensorsignalstime Derivation of the primary sensor signal
- Uout U out
- Ausgangssignaloutput
- TT
- Transistor (regelbarer Lastwiderstand RL)Transistor (adjustable load resistance R L )
- Sreset S reset
- Integrator-ResetIntegrator reset
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - WO 01/65211 A2 [0003] WO 01/65211 A2 [0003]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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