DE102014009711A1

DE102014009711A1 - Verfahren zur Kalibrierung eines Messsystems

Info

Publication number: DE102014009711A1
Application number: DE102014009711.0A
Authority: DE
Inventors: Tobias Krannich
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2034-07-03
Also published as: DE102014009711B4

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zur Kalibrierung eines Messsystems mit einer Sensoreinheit und einem Controller. Die Sensoreinheit weist ein Sensorelement zur Erfassung eines Umgebungsparameters auf. Der Controller wird beabstandet von der Sensoreinheit angeordnet und über zumindest eine Leitung mit der Sensoreinheit verbunden, wobei über die Leitung ein Sensorsignal des Sensorelements und/oder eine Versorgungsspannung zwischen der Sensoreinheit und dem Controller übertragen wird. An der Sensoreinheit wird ein Anschluss vorgesehen, über den eine Kalibriereinheit mit der zumindest einen Leitung verbunden wird, wobei die Kalibriereinheit zur Kalibrierung des Messsystems aktiviert wird. Entweder wird nachdem die Kalibriereinheit aktiviert worden ist, ein digitales Startsignal von der Kalibriereinheit über den Anschluss und die Leitung an den Controller gesendet wird, woraufhin das Messsystem in einen Kalibriermodus versetzt wird, oder es wird nachdem das Messsystem in einen Kalibriermodus versetzt worden ist, ein digitales Startsignal über die Leitung und den Anschluss von dem Controller an die Kalibriereinheit gesendet, woraufhin die Kalibriereinheit aktiviert wird. Nachfolgend wird eine Kalibrierung des Messsystems automatisch durchgeführt. Weiterhin werden ein Messsystem, eine Kalibriereinheit und ein Kalibriersystem umfassend ein Messsystem und eine Kalibriereinheit dargestellt und beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Messsystems mit einer Sensoreinheit und einem Controller. Die Sensoreinheit weist ein Sensorelement zur Erfassung eines Umgebungsparameters auf. Der Controller wird beabstandet von der Sensoreinheit angeordnet und über zumindest eine Leitung mit der Sensoreinheit verbunden. Über die Leitung wird ein Sensorsignal des Sensorelements und/oder eine Versorgungsspannung zwischen der Sensoreinheit und dem Controller übertragen. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Messsystem, eine Kalibriereinheit sowie ein Kalibriersystem umfassend ein Messsystem und eine Kalibriereinheit.
Auf großen chemischen Anlagen wird die Zusammensetzung der Umgebungsluft fortlaufend großflächig auf explosionsgefährliche Bestandteile untersucht. Hierzu werden beispielsweise verteilt über das gesamte Betriebsgelände der Anlage Sensoreinheiten in Form von so genannten Explosimetern angeordnet. Diese Explosimeter umfassen Sensorelemente in Form von Wärmetönungssensoren, die über zumindest eine Leitung mit einem deutlich entfernt von dem Wärmetönungssensor angeordneten Controller verbunden sind. Der Abstand zwischen Controller und Sensoreinheit beträgt teilweise bis zu einem Kilometer. Von der Sensoreinheit wird in der Regel ein Sensorsignal über die Leitung an den Controller gesendet, das in einem bekannten Verhältnis zu einem Umgebungsparameter, wie beispielsweise die Konzentration eines explosionsgefährlichen Gases, steht. Handelte sich bei der Sensoreinheit beispielsweise um einen Wärmetönungssensor, so kann das der Konzentration entsprechende Sensorsignal beispielsweise als Spannungsdifferenz übertragen. Der Controller wandelt die Spannungsdifferenz dann entsprechend einer Kalibrierungstabelle in eine Konzentration eines explosionsgefährlichen Gases um und gibt diese oder beispielsweise bei Überschreitung eines Schwellwertes ein Alarmsignal aus. Die korrekte Funktion der Messsysteme, die den Controller und die Sensoreinheit umfassen, setzt jedoch voraus, dass sie in regelmäßigen Abständen kalibriert werden, da sich die Empfindlichkeit der Sensoreinheiten ständig verändert, genauer gesagt, nachlässt.
Die Kalibrierung der Messsysteme ist äußerst aufwändig. Zur Kalibrierung muss der Wärmetönungssensor nämlich mit einer vordefinierten Konzentration eines Kalibriergases beaufschlagt werden und gleichzeitig am Controller ein Kalibriermodus aufgerufen bzw. die Kalibrierung manuell durchgeführt werden. Aufgrund der oftmals großen Entfernung zwischen der Sensoreinheit und dem Controller sind hierzu zumindest zwei Personen notwendig, von denen eine die Begasung der Sensoreinheit übernimmt, während die andere den Controller steuert bzw. die Kalibrierung durchführt. Erschwerend kommt oftmals hinzu, dass die Sensoreinheiten an schlecht zugänglichen Stellen angeordnet sind und die Begasung mit einem Kalibriergas daher mit einem zusätzlichen erhöhten zeitlichen Aufwand verbunden ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Kalibrierung eines Messsystems sowie ein Messsystem und eine Kalibriereinheit bereitzustellen, die zumindest einige der aus dem Stand der Technik bekannten Probleme lösen. Insbesondere soll der personale und zeitliche Aufwand zur Kalibrierung eines Messsystems, bei dem ein Controller von der Sensoreinheit beabstandet angeordnet ist, deutlich verringert werden.
In einem ersten Aspekt wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem an der Sensoreinheit ein Anschluss vorgesehen wird, über den eine Kalibriereinheit mit der zumindest einen Leitung verbunden wird, wobei die Kalibriereinheit zur Kalibrierung des Messsystems aktiviert werden kann. Entweder wird, sobald die Kalibriereinheit aktiviert worden ist, ein digitales Startsignal von der Kalibriereinheit über den Anschluss und die Leitung an den Controller gesendet, woraufhin das Messsystem in einen Kalibriermodus versetzt wird, oder nachdem das Messsystem in einen Kalibriermodus versetzt worden ist, ein digitales Startsignal über die Leitung und den Anschluss von dem Controller an die Kalibriereinheit gesendet, woraufhin die Kalibriereinheit aktiviert wird. Nachfolgend wird automatisch eine Kalibrierung des Messsystems durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Kalibrierung von Messsystemen, die eine Sensoreinheit mit einem Sensorelement und einen deutlich beabstandet von dieser Sensoreinheit angeordneten Controller umfassen, der die Sensorsignale weiterverarbeitet. Beispielsweise kann es sich bei der Sensoreinheit um ein Explosimeter handeln, dessen Sensorelement von einem Wärmetönungssensor gebildet wird. Allerdings kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres auch zur Kalibrierung von andersartigen Messsystemen, beispielsweise von Messsystemen mit rein physikalischen Sensoren, verwendet werden. Die Sensoreinheit ist mit dem Controller über zumindest eine Leitung verbunden. Über die zumindest eine Leitung wird ein Sensorsignal des Sensorelements, zum Beispiel in Form einer Spannungsdifferenz, von der Sensoreinheit an den Controller und/oder eine Versorgungsspannung vom Controller an die Sensoreinheit übertragen.
In einer beispielhaften Ausführungsform, bei der es sich bei der Sensoreinheit um ein Explosimeter mit einem Wärmetönungssensor als Sensorelement handelt, werden der Controller und die Sensoreinheit beispielsweise über drei Leitungen verbunden, von denen über zwei eine Heizspannung zum Erwärmen einer Detektorkomponente, dem Pellistor, und einer Kompensatorkomponente, dem Kompensator, des Sensorelements vom Controller an die Sensoreinheit übertragen wird. Über die dritte Leitung wird eine Spannungsdifferenz von der Sensoreinheit an den Controller übertragen, die ein Maß für eine Konzentration eines explosionsgefährlichen Gases und damit eines Umgebungsparameters im Messbereich des Sensorelements darstellt. Allerdings ist das vorliegende Verfahren nicht auf derartige Messsysteme beschränkt. Insbesondere kann das vorliegende Verfahren auch verwendet werden, um Messsysteme zu kalibrieren, bei denen von dem Sensorelement erfasste Umgebungsparameter digital an den Controller übertragen werden.
An der Sensoreinheit wird ein Anschluss vorgesehen, über den eine Kalibriereinheit mit der zumindest einen Leitung, die den Controller mit der Sensoreinheit verbindet, verbunden wird. Der Anschluss kann so ausgestaltet sein, dass die Sensoreinheit permanent oder auch nur temporär mit der Kalibriereinheit verbunden werden kann. Um das Messsystem zu kalibrieren, muss die Kalibriereinheit aktiviert und das Messsystem in einen so genannten Kalibriermodus versetzt werden. Ist die Kalibriereinheit aktiviert worden und das Messsystem in den Kalibriermodus versetzt worden, wird die Kalibrierung des Messsystems nachfolgend automatisch durchgeführt.
Die automatische Durchführung der Kalibrierung wird durch ein digitales Startsignal ausgelöst. Das Startsignal kann erfindungsgemäß in zwei verschiedene Richtungen übertragen werden. Entweder wird das Startsignal von der Kalibriereinheit über den Anschluss und die Leitung an den Controller gesendet, nachdem die Kalibriereinheit aktiviert worden ist. In diesem Fall versetzt der Controller, nachdem er das Startsignal empfangen hat, das Messsystem in den Kalibriermodus. Alternativ kann das Startsignal von dem Controller über die Leitung und den Anschluss an die Kalibriereinheit gesendet werden, nachdem das Messsystem in den Kalibriermodus versetzt worden ist. In diesem Fall aktiviert das Startsignal die Kalibriereinheit. In beiden Fällen wird nachdem das Startsignal gesendet, das Messsystem in den Kalibriermodus versetzt und die Kalibriereinheit aktiviert worden ist, die automatische Kalibrierung des Messsystems durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es damit auf vorteilhafte Weise, eine Kalibrierung eines Messsystems mit erheblich geringerem Personalaufwand oder sogar vollständig automatisch durchzuführen. In einer Alternative kann beispielsweise eine Kalibriereinheit permanent mit dem Anschluss einer Sensoreinheit verbunden werden. In diesem Fall kann die Kalibrierung von dem Controller entweder manuell oder sogar automatisch in vordefinierten Zeitabständen ausgelöst werden, indem das Messsystem in den Kalibriermodus versetzt wird und das Startsignal an die Kalibriereinheit sendet. In diesem Fall ist es noch nicht einmal mehr notwendig, dass sich Personal Zugang zu der Sensoreinheit verschafft, da die Kalibriereinheit permanent an der Sensoreinheit angeordnet ist.
Alternativ wird die Kalibriereinheit nur temporär der Sensoreinheit verbunden. In diesem Fall muss die Person, die die Verbindung zwischen der Sensoreinheit und der Kalibriereinheit herstellt, lediglich die Kalibriereinheit aktivieren. Daraufhin wird das Startsignal an den Controller gesendet, das Messsystem in den Kalibriermodus versetzt und nachfolgend automatisch eine Kalibrierung des Messsystems durchgeführt wird. Auch so sinken der Personalaufwand und damit die Kosten zur Kalibrierung des Messsystems Falle deutlich.
Auf besonders vorteilhafte Weise greift das erfindungsgemäße Verfahren dabei auf bereits bestehende Infrastruktur zurück, in dem zur Übertragung des digitalen Startsignals bereits vorhandene Leitungen zwischen dem Controller und der Sensoreinheit verwendet werden und keine zusätzlichen Übertragungsmittel vorgesehen werden müssen. Eine Nachrüstung bestehender Systeme ist damit möglich, indem die Sensoreinheit bei einem sowieso regelmäßig notwendigen Wechsel ausgetauscht und der Controller um ein Kommunikationsmodul zur Übertragung digitaler Signale über die zumindest eine Leitung ergänzt oder ebenfalls ausgetauscht wird. Die besonders aufwendige Verlegung von neuen Leitungen zur Kommunikation zwischen dem Controller und der mit der Sensoreinheit verbundenen Kalibriereinheit ist hingegen nicht notwendig.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Kalibriereinheit eine Gasquelle auf. Nachdem die Kalibriereinheit aktiviert und das Messsystem in den Kalibriermodus versetzt worden ist, sendet der Controller ein digitales Signal an die Kalibriereinheit, woraufhin das Sensorelement mit einer vordefinierten Konzentration eines Kalibriergases aus der Gasquelle beaufschlagt wird. So wird auf vorteilhafte Weise eine Steuerung der Kalibriereinheit durch das Messsystem ermöglicht. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Kalibriereinheit, sobald das Sensorelement mit der vordefinierten Konzentration des Kalibriergases aus der Gasquelle beaufschlagt wird, ein digitales Signal über den Anschluss und die zumindest eine Leitung an den Controller sendet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine Kalibrierung des Messsystems erst erfolgt, wenn das Sensorelement auch tatsächlich mit einer bekannten Konzentration eines Kalibriergases beaufschlagt wird. Vorzugsweise wird der Controller nach Abschluss der Kalibrierung das Messsystem in einen normalen Messbetrieb versetzen und ein digitales Endsignal über die zumindest eine Leitung an die Kalibriereinheit senden, woraufhin die Kalibriereinheit deaktiviert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die digitalen Signale als frequenzmodulierte Wechselspannungssignale übertragen. Hierzu kann beispielsweise das dauerhaft über die Leitung übertragene Sensorsignal mit einem Wechselspannungssignal moduliert werden, dessen Frequenz deutlich über der Frequenz liegt, mit der sich das Sensorsignal ändert. So wird der Mittelwert des Sensorsignals nicht verändert und das übertragene Wechselspannungssignal kann auf einfache Weise im Controller bzw. in der Kalibriereinheit aus dem Sensorsignal herausgefiltert werden.
In einem zweiten Aspekt wird das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem von einem Messsystem mit einer Sensoreinheit und einem Controller gelöst. Die Sensoreinheit weist ein Sensorelement zur Erfassung eines Umgebungsparameters auf. Der Controller ist beabstandet von der Sensoreinheit angeordnet und über zumindest eine Leitung mit der Sensoreinheit verbunden, wobei die zumindest eine Leitung zur Übertragung eines Sensorsignals des Sensorelements und/oder einer Versorgungsspannung zwischen der Sensoreinheit und dem Controller vorgesehen ist. Die Sensoreinheit weist einen Anschluss auf, über den eine Kalibriereinheit mit der zumindest einen Leitung verbunden werden kann. Das Messsystem ist dazu eingerichtet, zu einer Kalibrierung in einen Kalibriermodus versetzt zu werden, in dem eine Kalibrierung des Messsystems automatisch durchgeführt wird. Der Controller ist dazu eingerichtet, nachdem das Messsystem in den Kalibriermodus versetzt worden ist, ein digitales Startsignal über die zumindest eine Leitung und den Anschluss an eine mit der Sensoreinheit verbundene Kalibiereinheit zu senden, und/oder ein von einer mit der Sensoreinheit verbundenen Kalibriereinheit über den Anschluss und die zumindest eine Leitung gesendetes digitales Startsignal zu empfangen und nach dem Empfang des digitalen Startsignals das Messsystem in den Kalibriermodus zu versetzen.
Vorzugsweise ist der Controller zudem dazu eingerichtet ist, nachdem das Messsystem in einen Kalibriermodus versetzt und eine mit der Sensoreinheit verbundene Kalibriereinheit aktiviert worden ist, ein digitales Signal an die mit der Sensoreinheit verbundene Kalibriereinheit zu senden, um die Kalibriereinheit zur Abgabe eines Kalibriergases mit einer vordefinierten Konzentration aufzufordern. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Controller dazu eingerichtet ist, nach Abschluss einer Kalibrierung des Messsystems das Messsystem in einen Normalbetrieb zu versetzen und ein digitales Endsignal über die zumindest eine Leitung und den Anschluss an eine mit der Sensoreinheit verbundene Kalibriereinheit zu senden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Messsystem dazu eingerichtet, die digitalen Signale als frequenzmoduliertes Wechselstromsignal zu übertragen.
Die verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Messsystems sind aus den gleichen Gründen vorteilhaft, wie die verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die den Vorrichtungsmerkmalen der verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Messsystems entsprechende Verfahrensmerkmale aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch eine Kalibriereinheit gelöst, die dazu eingerichtet ist, zur Kalibrierung eines Messsystems aktiviert zu werden. Die Kalibriereinheit ist dazu eingerichtet, mit einem Anschluss an einer Sensoreinheit eines Messsystems verbunden zu werden. Weiterhin ist die Kalibriereinheit dazu eingerichtet, ein digitales Startsignal über einen mit der Kalibriereinheit verbundenen Anschluss einer Sensoreinheit eines Messsystems zu empfangen, das die Kalibriereinheit aktiviert, und/oder nachdem die Kalibriereinheit aktiviert worden ist, ein digitales Startsignal über einen Anschluss einer Sensoreinheit eines mit der Kalibriereinheit verbunden Messsystems zu senden, das das Messsystem in einen Kalibriermodus versetzt.
Vorzugsweise weist die Kalibriereinheit eine Gasquelle auf und ist dazu eingerichtet, nachdem die Kalibriereinheit aktiviert und ein mit der Kalibriereinheit verbundenes Messsystem in einen Kalibriermodus versetzt worden ist, ein weiteres digitales Signal über den Anschluss eines mit der Kalibriereinheit verbundenen Messsystem zu empfangen und daraufhin aus der Gasquelle ein Kalibriergas mit einer vordefinierten Konzentration zur Beaufschlagung eines Sensorelements des mit der Kalibriereinheit verbundenen Messsystems abzugeben. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Kalibriereinheit dazu eingerichtet ist, ein digitales Signal an ein mit der Kalibriereinheit verbundenes Messsystem über einen Anschluss des Messsystem zu senden, das die Abgabe einer vordefinierten Konzentration des Kalibriergases bestätigt. Zudem ist die Kalibriereinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, ein von einem mit der Kalibriereinheit verbundenen Messsystem gesendetes digitales Endsignal zu empfangen und nach dem Empfang des digitalen Endsignals die Kalibriereinheit zu deaktivieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist Kalibriereinheit dazu eingerichtet, das Startsignal als frequenzmoduliertes Wechselspannungssignal zu übertragen.
Auch die verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kalibriereinheit sind aus den gleichen Gründen vorteilhaft, wie die bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Messsystems, die den Vorrichtungsmerkmalen der verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kalibriereinheit entsprechende Verfahrens- bzw. Vorrichtungsmerkmale aufweisen.
Schließlich wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Kalibriersystem gelöst, dass ein Messsystem gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen und eine Kalibriereinheit gemäß einer der vorausgehenden Ausführungsformen aufweist, wobei die Kalibriereinheit permanent oder temporär mit dem Anschluss der Sensoreinheit verbunden ist. Dabei ist insbesondere die permanente Anordnung einer Kalibriereinheit an dem Anschluss der Sensoreinheit bevorzugt, da diese eine regelmäßige, zeitgesteuerte Kalibrierung des Messsystems ermöglicht. Aus regelmäßig durchgeführten Kalibriermessungen kann zudem auf vorteilhafte Weise auf die noch verbleibende Lebensdauer der Kalibriereinheit geschlossen werden. Im Übrigen weist das erfindungsgemäße Kalibriersystem zusätzlich die Vorteile der entsprechenden Ausführungsformen des Messsystems und der Kalibriereinheit auf, die in dem Kalibriersystem Verwendung finden.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens sowie je ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems, einer erfindungsgemäßen Kalibriereinheit und eines erfindungsgemäßen Kalibriersystem beschrieben, wobei
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kalibriersystems mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems und einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kalibriereinheit zeigt und
2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
Im Folgenden wird zunächst unter Bezugnahme auf 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kalibriersystems 1 mit seinen Komponenten beschrieben, bevor unter Bezugnahme auf 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wird.
Das Kalibriersystem 1 umfasst ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems 3 und ein Ausführungsbeispiel einer findungsgemäßen Kalibriereinheit 5. Das Messsystem 3 wird von einer Sensoreinheit 7 und einem Controller 9 gebildet, die beabstandet voneinander angeordnet sind. Die in 1 dargestellte Sensoreinheit 7 ist ein Explosimeter, das ein Sensorelement 11 in Form eines Wärmetönungssensors aufweist, mit dem als Umgebungsparameter eine Konzentration eines explosionsgefährlichen Gases erfasst werden kann. Das Sensorelement 11 wird von zwei Heizelementen 13, 15 gebildet, die über drei Leitungen 17, 19, 21 mit dem Controller 9 verbunden sind. Über die Leitungen 17, 21 wird über die in Serie geschalteten Heizelemente 13, 15 eine Versorgungsspannung angelegt, die so gewählt wird, dass die Heizelemente 13, 15 im Betrieb auf Temperaturen von ungefähr 500°C erwärmt werden. Das eine Heizelement 13, das auch als Pellistor 13 bezeichnet wird, ist mit einem Katalysator beschichtet, der dazu führt, dass ein mit dem Pellistor 13 in Kontakt kommendes explosionsgefährliches Gas sich bereits bei niedrigen Temperaturen entzündet. Das zweite Heizelement 15, der so genannte Kompensator 15, ist mit einem inerten Material beschichtet.
Ist ein explosionsgefährliches Gas in der Umgebung des Sensorelements 11 vorhanden und kommt dieses Gas mit dem Pellistor 13 in Berührung, so verbrennt es und die Temperatur des Pellistors 13 steigt an. Je mehr explosionsgefährliches Gas in der Umgebung des Sensorelements 11 vorhanden ist, umso mehr Gas verbrennt in der Sensoreinheit 7 und umso stärker steigt die Temperatur des Pellistors 13 an. Durch die Temperaturänderung verändert sich der Widerstand des Pellistors 13, während die Temperatur des Kompensators 15 im Wesentlichen konstant bleibt, so dass sich das Verhältnis des Spannungsabfalls über den Pellistor 13 und über den Kompensator 15 verschiebt. Die Veränderung des Verhältnisses des Spannungsabfalls ist damit ein Maß für die Temperatur des Pellistors 13 und damit für die Konzentration des explosionsgefährlichen Gases in der Umgebung der Sensoreinheit 7.
Um die Temperaturänderung des Pellistors 13 und damit die Konzentration des explosionsgefährlichen Gases zu erfassen, ist die dritte Leitung 19 so zwischen den beiden Heizelementen 13, 15, d. h. zwischen dem Pellistor 13 und dem Kompensator 15, angeordnet, dass der sich ändernde relative Spannungsabfall am Controller 9 gemessen werden kann. Die hierzu verwendeten Kompensationsschaltungen sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Die bisher beschriebene Anordnung umfassend den Controller 9 und die Sensoreinheit 7 sind so weit aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Sie finden unter anderem Einsatz in großflächigen Chemieanlagen Verwendung, in denen zwischen dem Controller 9 und der Sensoreinheit 7 teilweise Entfernungen von bis zu einem Kilometer durch die Leitungen 17, 19, 21 überbrückt werden müssen. Wie bereits beschrieben wurde, muss das Messsystem 3 regelmäßig kalibriert werden, da die Reaktionsfähigkeit des Katalysators auf dem Pellistor 13 mit der Zeit nachlässt und der Wärmetönungssensor damit weniger empfindlich ist. Nicht zuletzt aufgrund des großen Abstandes zwischen Controller 9 und Sensoreinheit 7 sowie der oftmals schwer zugänglichen Anordnung der Sensoreinheit 7, ist die Kalibrierung äußerst personal- und zeitaufwändig und damit kostenintensiv.
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eines Messsystems 3 wird der Aufwand zur Kalibrierung des Messsystems 3 deutlich verringert, indem an der Sensoreinheit 7 ein Anschluss 23 vorgesehen ist, über den eine Kalibriereinheit 5 mit zumindest einer der Leitungen 17, 19, 21 und in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit allen drei Leitungen 17, 19, 21 verbunden werden kann. Die Kalibriereinheit 5 und der Controller 9 weisen jeweils ein Kommunikationsmodul 25, 27 auf, über die Daten oder digitale Signale zwischen dem Controller 9 und der Kalibriereinheit 5 übertragen werden können. In 1 nicht dargestellt, aber ebenfalls denkbar, ist die digitale Übertragung von Signalen oder Daten zwischen dem Controller 9 und der Sensoreinheit 7.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Datenübertragung zwischen Controller 9 und Kalibriereinheit 5 in Form von frequenzmodulierter Wechselspannung, die auf das Sensorsignal, das über die Leitung 19 übertragen wird, oder die Versorgungsspannung, die über die Leitungen 17, 21 an den Heizelementen 13, 15 anliegt, aufgeprägt wird. Dabei wird zur Übertragung der digitalen Signale oder Daten eine Wechselspannung mit Frequenzen verwendet, die mehrere Größenordnungen über den Frequenzen liegt, mit der sich der Spannungsabfall zwischen den beiden Heizelemente 13, 15 ändert. Beispielsweise können Wechselspannungen mit einer Frequenz zwischen 1 kHz und 10 kHz verwendet werden. Die Verwendung eines hochfrequenten Wechselspannungssignals ist vorteilhaft, da die hochfrequente Wechselspannung den Mittelwert des Sensorsignals nicht verändert. Zudem können mit einem Eingangsmodul 29 des Controllers 9 die zwischen dem Controller 9 und der Kalibriereinheit 5 übertragenen Daten oder digitalen Signale auf einfache Weise mittels geeigneter Hoch- und Tiefpassfiltern von den ebenfalls über die Leitungen 17, 19, 21 übertragenen Sensorsignalen getrennt werden. Je nach Frequenzbereich werden die empfangenen Änderungen der Spannung von Eingangsmodul 29 an das Kommunikationsmodul 27 oder ein Auswertungsmodul 31 des Controllers 9 weitergeleitet, wobei das Auswertungsmodul 31 dazu eingerichtet ist, aus dem von der Sensoreinheit 7 empfangenen Sensorsignal eine Konzentration eines explosionsgefährlichen Gases zu bestimmen.
Die Kalibriereinheit 5 umfasst neben dem Kommunikationsmodul 25 eine Gasquelle 33, die ein Kalibriergas enthält. Die Abgabe des Kalibriergases aus der Gasquelle 33 kann von dem Kommunikationsmodul 25 gesteuert werden.
Die Kalibrierung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt in mehreren Schritten und kann auf verschiedene Weisen ausgelöst werden. Die Beschreibung des Ablaufs der Kalibrierung erfolgt nachfolgend unter Bezugnahme auf das in 2 dargestellte Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens, das mit dem erfindungsgemäßen Kalibriersystem 1 durchgeführt werden kann. Es ist allerdings darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur mit dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kalibriersystem 1 durchgeführt werden kann.
In einem ersten Schritt 37 des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung des Messsystems 3 wird zunächst die Kalibriereinheit 5 mit dem Anschluss 23 der Sensoreinheit 7 verbunden. Die Verbindung zwischen der Kalibriereinheit 5 und der Sensoreinheit 7 kann dabei zeitlich direkt vor Durchführung der Kalibrierung hergestellt werden. Ebenso gut ist es allerdings möglich, dass zwischen der Verbindung der Kalibriereinheit 5 mit der Sensoreinheit 7 und einer Kalibrierung des Messsystems 3 größere Zeiträume vergehen. Beispielsweise kann die Kalibriereinheit 5 permanent mit einer Sensoreinheit 7, die zur Überwachung einer Konzentration eines explosionsgefährlichen Gases verwendet wird, verbunden sein.
Im nachfolgenden zweiten Schritt 39 kann alternativ zunächst das Messsystem 3 in einen Kalibriermodus versetzt werden oder die Kalibriereinheit 5 aktiviert werden. Ist die Kalibriereinheit 5 dauerhaft mit der Sensoreinheit 7 verbunden, so ist es beispielsweise vorstellbar, in regelmäßigen zeitlichen Abständen das Messsystem 3 in den Kalibriermodus zu versetzen. Ebenso gut ist es allerdings auch denkbar, dass ein Verwender des Messsystems 3 dieses manuell in den Kalibriermodus versetzt. Umgekehrt ist es bei einer nicht dauerhaften Verbindung zwischen Sensoreinheit 7 und Kalibriereinheit 5 bevorzugt, wenn ein Verwender, der die Kalibriereinheit 5 soeben mit der Sensoreinheit 7 verbunden hat, diese im zweiten Schritt 39 manuell aktivieren kann.
Unabhängig davon, ob zunächst die Kalibriereinheit 5 aktiviert oder das Messsystem 3 in den Kalibriermodus versetzt wird, wird im dritten Schritt 41 zwischen dem Controller 9 und der Kalibriereinheit 5 über die Leitungen 17, 19, 21 und den Anschluss 23 ein digitales Startsignal übertragen. Wird im zweiten Schritt 39 zunächst die Kalibriereinheit 5 aktiviert, so erfolgt die Übertragung des digitalen Startsignals, indem die Kalibriereinheit 5, genauer gesagt, dass Kommunikationsmodul 25 der Kalibriereinheit 5, das digitale Startsignal über den Anschluss 23 und die Leitungen 17, 19, 21 an den Controller 9 sendet. Dort wird das Startsignal von dem Eingangsmodul 29 empfangen und an das Kombinationsmodul 27 des Controllers 9 weitergeleitet. Wird umgekehrt zunächst das Messsystem 3 in den Kalibriermodus versetzt, so wird das Startsignal von dem Controller 9 über die Leitungen 17, 19, 21 und den Anschluss 23 an die Kalibriereinheit 5 gesendet. Die Übertragung des digitalen Startsignals erfolgt dabei als frequenzmodulierte Wechselspannungsmodulation der dauerhaft auf den Heizelementen 13, 15 anliegenden Versorgungsspannung oder des Sensorsignals, das über die Leitung 19 zwischen der Sensoreinheit 7 und dem Controller 9 übertragen wird.
Empfängt der Controller 9 ein Startsignal von der Kalibriereinheit 5, so wird das Messsystem 3 im nachfolgenden vierten Schritt 43 in den Kalibriermodus versetzt. Umgekehrt wird die Kalibriereinheit 5 im vierten Schritt 43 aktiviert, wenn die Kalibriereinheit 5 im dritten Schritt 41 ein Startsignal vom Controller 9 empfängt. Im dritten und vierten Schritt 41, 43 kann somit auf vorteilhafte Weise entweder das Messsystem 3 ausgehend von der bis zu einem Kilometer beabstandet von dem Controller 9 angeordneten Kalibriereinheit 5 in den Kalibriermodus versetzt werden oder umgekehrt die Kalibriereinheit 5 von dem Controller 9 aktiviert werden. Auf diese Weise ist es nicht mehr notwendig, mehrere Personen einzusetzen, um eine Kalibrierung des Messsystems 3 durchzuführen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, bei der die Kalibriereinheit 5 permanent mit der Sensoreinheit 7 verbunden ist, kann die Kalibrierung sogar vollautomatisch von dem Messsystem 3 bzw. dem Controller 9 eingeleitet und damit in regelmäßigen Abständen automatisch durchgeführt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Übertragung des digitalen Startsignals über die bereits vorhandenen Leitungen 17, 19, 21 erfolgt, die den Controller 9 mit der Sensoreinheit 7 verbinden. So ist die Nachrüstung von bestehenden Systemen auf kostengünstiger Weise durch Ergänzung oder Austausch des Controllers 9 und Austausch der Sensoreinheit 7 möglich.
Die weitere Kalibrierung des Messsystems 3 erfolgt indem in einem fünften Schritt 45 die Sensoreinheit 7, genauer gesagt, das Sensorelement 11, aus der Gasquelle 33 mit einer vordefinierten Konzentration eines Kalibriergases nach Empfang eines entsprechenden Signals des Controllers 9 beaufschlagt wird. In einem sechsten Schritt 47 sendet die Kalibriereinheit 5 ein weiteres digitales Signal an den Controller 9, mit dem die Kalibriereinheit 5 die Abgabe des Kalibriergases meldet. In einem siebten Schritt 49 überprüfte der Controller 9 daraufhin die Empfindlichkeit der Sensoreinheit 7 und kalibriert das Messsystem 3 derart neu, dass die Konzentration eines explosionsgefährlichen Gases, die das Auswertungsmodul 31 aus dem Sensorsignal bestimmt, der vordefinierten Konzentration des Kalibriergases entspricht. In einem achten und abschließenden Schritt kehrt das Messsystem 3 wieder in den normalen Messbetrieb zurück und sendet ein abschließendes Signal an die Kalibriereinheit 5, die daraufhin deaktiviert wird und die Sensoreinheit 7 nicht weiter mit dem Kalibriergas beaufschlagt.
Das erfindungsgemäße Kalibriersystem 1 lässt sich bei einer permanenten Verbindung zwischen Kalibriereinheit 5 und Sensoreinheit 7 so einrichten, dass eine verbleibende Lebensdauer des Sensorelements 11 aus regelmäßigen Kalibrierungen des Messsystems 3 abgeschätzt werden kann. Dabei wird bei jeder Kalibrierung des Messsystems 3 die verbleibende Empfindlichkeit des Sensorelements 11 aufgezeichnet und aus dem Verlauf der Empfindlichkeit über die Zeit eine verbleibende Lebensdauer interpoliert. Dabei hatte sich als vorteilhaft erwiesen, zunächst einige Zeit abzuwarten, bis die Empfindlichkeit des Sensorelements 11 nicht mehr wie anfänglich exponentiell sondern nur noch linear abnimmt. Die verbleibende Lebensdauer kann dann berechnet werden, in dem eine Mindestempfindlichkeit festgelegt wird, die nicht unterschritten werden darf. Aus der linearen Interpolation kann der zeitliche Abstand zu dieser Mindestempfindlichkeit berechnet und als verbleibende Lebensdauer einem Verwender des Messsystems 3 angezeigt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kalibriersystem
3: Messsystem
5: Kalibriereinheit
7: Sensoreinheit
9: Controller
11: Sensorelement
13: Heizelement/Pellistor
15: Heizelement/Kompensator
17: Leitung
19: Leitung
21: Leitung
23: Anschluss
25: Kommunikationsmodul
27: Kommunikationsmodul
29: Eingangsmodul
31: Auswertungsmodul
33: Gasquelle
37–51: erster bis achter Verfahrensschritt

Claims

Verfahren zur Kalibrierung eines Messsystems (3) mit einer Sensoreinheit (7) und einem Controller (9), wobei die Sensoreinheit (7) ein Sensorelement (11) zur Erfassung eines Umgebungsparameters aufweist und der Controller (9) beabstandet von der Sensoreinheit (7) angeordnet und über zumindest eine Leitung (17, 19, 21) mit der Sensoreinheit (7) verbunden wird, wobei über die Leitung (17, 19, 21) ein Sensorsignal des Sensorelements (11) und/oder eine Versorgungsspannung zwischen der Sensoreinheit (7) und dem Controller (9) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass an der Sensoreinheit (7) ein Anschluss (23) vorgesehen wird, über den eine Kalibriereinheit (5) mit der zumindest einen Leitung (17, 19, 21) verbunden wird, wobei die Kalibriereinheit (5) zur Kalibrierung des Messsystems (3) aktiviert werden kann, dass entweder nachdem die Kalibriereinheit (5) aktiviert worden ist, ein digitales Startsignal von der Kalibriereinheit (5) über den Anschluss (23) und die zumindest eine Leitung (17, 19, 21) an den Controller (9) gesendet wird, woraufhin das Messsystem (3) in einen Kalibriermodus versetzt wird, oder nachdem das Messsystem (3) in einen Kalibriermodus versetzt worden ist, ein digitales Startsignal über die zumindest eine Leitung (17, 19, 21) und den Anschluss (23) von dem Controller (9) an die Kalibriereinheit (5) gesendet wird, woraufhin die Kalibriereinheit (5) aktiviert wird, und dass nachfolgend eine Kalibrierung des Messsystems (3) automatisch durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinheit (5) eine Gasquelle (33) aufweist, wobei nachdem die Kalibriereinheit (5) aktiviert worden ist und das Messsystem (3) in den Kalibriermodus versetzt worden ist, der Controller (9) ein digitales Signal an die Kalibriereinheit (5) sendet, woraufhin das Sensorelement (11) mit einer vordefinierten Konzentration eines Kalibriergases aus der Gasquelle (33) beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinheit (5) sobald das Sensorelement (11) mit der vordefinierten Konzentration des Kalibriergases aus der Gasquelle (33) beaufschlagt wird, ein digitales Signal über den Anschluss (23) und die zumindest eine Leitung (17, 19, 21) an den Controller (9) sendet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (9) nach Abschluss der Kalibrierung das Messsystem in einen normalen Messbetrieb versetzt und ein digitales Endsignal über die zumindest eine Leitung (17, 19, 21) an die Kalibriereinheit (5) sendet, woraufhin die Kalibriereinheit (5) deaktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die digitalen Signale als frequenzmodulierte Wechselspannungssignale übertragen werden.
Messsystem (3) mit einer Sensoreinheit (7) und einem Controller (9), wobei die Sensoreinheit (7) ein Sensorelement (11) zur Erfassung eines Umgebungsparameters aufweist und der Controller (9) beabstandet von der Sensoreinheit (7) angeordnet und über zumindest eine Leitung (17, 19, 21) mit der Sensoreinheit (7) verbunden ist, wobei die zumindest eine Leitung (17, 19, 21) zur Übertragung eines Sensorsignals des Sensorelements (11) und/oder einer Versorgungsspannung zwischen der Sensoreinheit (7) und dem Controller (9) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (7) einen Anschluss (23) aufweist, über den eine Kalibriereinheit (5) mit der zumindest einen Leitung (17, 19, 21) verbunden werden kann, dass das Messsystem (3) dazu eingerichtet ist, zu einer Kalibrierung in einen Kalibriermodus versetzt zu werden, in dem eine Kalibrierung des Messsystems (3) automatisch durchgeführt wird, und dass der Controller (9) dazu eingerichtet ist, nachdem das Messsystem (3) in den Kalibriermodus versetzt worden ist, ein digitales Startsignal über die zumindest eine Leitung (17, 19, 21) und den Anschluss (23) an eine mit der Sensoreinheit (7) verbundene Kalibiereinheit (5) zu senden, und/oder ein von einer mit der Sensoreinheit (7) verbundenen Kalibriereinheit (5) über den Anschluss (23) und die zumindest eine Leitung (17, 19, 21) gesendetes digitales Startsignal zu empfangen und nach dem Empfang des digitalen Startsignals das Messsystem (3) in den Kalibriermodus zu versetzen.
Messsystem (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (9) dazu eingerichtet ist, nachdem das Messsystem (3) in einen Kalibriermodus versetzt und eine mit der Sensoreinheit (7) verbundene Kalibriereinheit (5) aktiviert worden ist, ein digitales Signal an die mit der Sensoreinheit (7) verbundenen Kalibriereinheit (5) zu senden, mit dem die Kalibriereinheit (5) zur Abgabe eines Kalibriergases mit einer vordefinierten Konzentration aufgefordert wird.
Messsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (9) dazu eingerichtet ist, nach Abschluss einer Kalibrierung des Messsystems (3) das Messsystem (3) in einen Normalbetrieb zu versetzen und ein digitales Endsignal über die zumindest eine Leitung (17, 19, 21) und den Anschluss (23) an eine mit der Sensoreinheit (7) verbundene Kalibriereinheit (5) zu senden.
Messsystem (3) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (3) dazu eingerichtet ist, die digitalen Signale als frequenzmoduliertes Wechselstromsignal zu übertragen.
Kalibriereinheit (5), die dazu eingerichtet ist, zur Kalibrierung eines Messsystems (3) aktiviert zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinheit (5) dazu eingerichtet ist, mit einem Anschluss (23) an einer Sensoreinheit (7) eines Messsystems (3) verbunden zu werden, und dass die Kalibriereinheit (5) dazu eingerichtet ist, ein digitales Startsignal über einen mit der Kalibriereinheit (5) verbundenen Anschluss (23) einer Sensoreinheit (7) eines Messsystems (3) zu empfangen, das die Kalibriereinheit (5) aktiviert, und/oder nachdem die Kalibriereinheit aktiviert worden ist, ein digitales Startsignal über einen Anschluss (23) einer Sensoreinheit (7) eines mit der Kalibriereinheit (5) verbunden Messsystems (3) zu senden, das das Messsystem (3) in einen Kalibriermodus versetzt.
Kalibriereinheit (5) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinheit (5) eine Gasquelle (33) aufweist und dazu eingerichtet ist, nachdem die Kalibriereinheit (5) aktiviert worden ist und ein mit der Kalibriereinheit (5) verbundenes Messsystem (3) in einen Kalibriermodus versetzt worden ist, ein weiteres digitales Signal über den Anschluss (23) eines mit der Kalibriereinheit verbundenen Messsystem (3) zu empfangen und daraufhin das Sensorelement (11) des mit der Kalibriereinheit (5) verbundenen Messsystems (3) mit einer vordefinierten Konzentration eines Kalibriergases aus der Gasquelle (33) zu beaufschlagen.
Kalibriereinheit (5) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinheit (5) dazu eingerichtet ist, ein digitales Signal an ein mit der Kalibriereinheit (5) verbundenes Messsystem (3) über einen Anschluss (23) des Messsystem (3) zu senden, das die Abgabe eines Kalibriergases mit einer vordefinierten Konzentration bestätigt.
Kalibriereinheit (5) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinheit (5) dazu eingerichtet ist, ein von einem mit der Kalibriereinheit (5) verbundenen Messsystem (3) gesendetes digitales Endsignal zu empfangen und nach dem Empfang des digitalen Endsignals die Kalibriereinheit (5) zu deaktivieren
Kalibriereinheit (5) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibriereinheit (5) dazu eingerichtet ist, das Startsignal als frequenzmoduliertes Wechselspannungssignal zu übertragen.
Kalibriersystem (1) umfassend ein Messsystem (3) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 und eine Kalibriereinheit (5) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Kalibriereinheit (5) fest oder lösbar mit dem Anschluss (23) der Sensoreinheit (7) verbunden ist.