DE102015015152A1

DE102015015152A1 - Verfahren zur Überprüfung eines Gassensors in einem Gasmesssystem

Info

Publication number: DE102015015152A1
Application number: DE102015015152.5A
Authority: DE
Inventors: Kai EINECKE; Hans-Ulrich Hansmann; Karsten Hiltawsky; Matthias Martens
Original assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Current assignee: Draeger Safety AG and Co KGaA
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2035-11-26
Also published as: US9945827B2; US20170146501A1; DE102015015152B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Gassensors (5) in einem Gasmesssystem (1) mit einer Prüfgasquelle (8) und einer Pumpeinrichtung (9). In dem Verfahren wird aus der Prüfgasquelle (8) eine vorbestimmte Menge eines Gases oder eines Gasgemisches für eine vorbestimmte Zeit zu dem Gassensor (5) hin gefördert und dosiert. Die Reaktion eines Messsignals (51) des Gassensors (5) wird als Sensorantwort erfasst und aus der Sensorantwort werden charakteristische Größen ermittelt, aus denen ein Maß für die Funktionsfähigkeit des Gassensors (5) bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gasmesssystem mit einer Gasmessvorrichtung und mit einer Pumpeinrichtung. Gasmesssysteme und Gasmessvorrichtungen werden zur technischen Gasmessung eingesetzt und schützen Personen, welche sich in Arealen oder Räumen aufhalten, vor Gefahren für Gesundheit und Leben. Im Umfeld der Industrie, wie petrochemischer Industrie, Raffinerien, chemischer Industrie ist die technische Gasmessung von Bedeutung zur Überwachung explosiver oder giftiger Gase oder Dämpfe. Zum Einsatz kommen dabei sowohl mobile, wie auch stationäre Geräte. Es werden auch Kombinationen aus mobilen oder stationären Geräten eingesetzt, um Gaskonzentrationen oder Gasanalysen in Langertanks, Bohrlöchern, oder Silos vornehmen zu können. So ist aus der DE 10 2005 045 272 B4 eine Kombination aus einem mobilen Gasmessgerät mit einer Aufladestation zur Versorgung mit elektrischer Energie sowie mit einer Pumpe bekannt. Damit ist es möglich, mobile Gasmessgeräte auch zu einer Messung von Gaskonzentrationen in einem Förderschacht oder in einem Bohrloch einzusetzen, in dem mittels der Pumpe über einen langen Schlauch die Gaskonzentration aus dem Bohrloch an die Oberfläche zu dem mobilen Gasmessgerät gefördert werden kann. Die Steuerung der Pumpe mit Förderbeginn, Fördermenge, Förderende und weiteren Betriebseigenschaften der Pumpe erfolgt dabei durch das mobile Gasmessgerät, bzw. dessen Steuerung. Eine solche Gerätekombination ist für einen zeitweisen, mobilen Einsatz gut geeignet. Für einen dauerhaften Einsatz ergeben sich Nachteile hinsichtlich einer kontinuierlichen Energieversorgung. Zudem ist eine Einbindung in ein Datennetzwerk zur Weiterleitung von Messwerten und Alarmen relativ aufwendig, da diese gleichsam für jeden zeitweisen mobilen Einsatz erneut vorgenommen, bzw. konfiguriert werden müsste. Als Datennetzwerk wäre in einer solchen Ausgestaltung auch lediglich eine drahtlose Variante sinnvoll einsetzbar, da die erforderliche Netzwerk-Infrastruktur für die Kombination aus Gasmessgeräten und Pumpe nicht in jeder Industrieanlage bereits vorhanden ist.
Stationäre Gasmesseinrichtungen sind oftmals und üblicherweise in Industrieanlagen als eine Vielzahl von Sensoreinheiten zur Gasmessung über eine Mehrzahl von Räumen oder größere Areale verteilt. Die US 6,182,497 B1 beschriebt ein Gasmesssystem, das ausgebildet ist, eine Vielzahl von Sensoren an einer zentralen Auswerteeinheit anzuschließen. Der Anschluss der Sensoren kann dabei über einen universellen, seriellen Bus (USB) erfolgen.
Aus der US 7,406,854 B2 ist ein Gassensor mit einem Adapter bekannt. Der Adapter ist zu einem Anschluss einer Schlauchleitung ausgebildet. Über diese Schlauchleitung ist es möglich, Gas von einem entfernt liegenden Messort oder ein Messgas oder ein Kalibriergas an den Gassensor heranzuführen. Diese Heranführung von Messgas oder Kalibriergas kann dabei beispielsweise mittels einer Förderpumpe vorgenommen werden.
Aus der WO 199 917 110 A1 , wie auch aus der US 7,645,367 sind Gasmesssysteme, bestehend aus einem Gassensor und einem Gasgenerator bekannt. Solcherlei Kombinationen von Gasgeneratoren und Gassensoren ermöglichen eine Überprüfung der Messeigenschaften der Gassensoren, insbesondere dahingehend, ob der Gassensor auf eine Beaufschlagung mit einer vorgegebenen Messgaskonzentration sensitiv reagiert.
Insbesondere für bereits bestehende Anlagen oder Installationen von Gasmesssystemen ist ein Bedürfnis vorhanden, die Funktionsfähigkeit der Gassensoren im Betrieb regelmäßig zu überprüfen. Insbesondere ist ein Bedürfnis vorhanden, die Überprüfung der Gassensoren vornehmen zu können, ohne, dass ein Ausbau oder eine Demontage der Gassensoren am jeweiligen Messort, der in der Anlage erforderlich ist, erfolgt.
Die vorliegende Erfindung hat sich in Kenntnis des zuvor angeführten bekannten Standes der Technik und Analyse der Nachteile des bekannten Standes der Technik daher die Aufgabe gestellt, für ein Gasmesssystem ein Verfahren für eine Überprüfung von Gassensoren mittels einer Prüfgasquelle bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für ein Gasmesssystem mit einer Pumpeinrichtung, ein Verfahren für eine Überprüfung von Gassensoren mittels einer Prüfgasquelle anzugeben, dass es ermöglicht, Veränderungen in Betriebseigenschaften der Gassensoren zu erkennen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für ein Gasmesssystem mit einer Pumpeinrichtung ein Verfahren für eine Überprüfung von Gassensoren mittels einer Prüfgasquelle anzugeben, die es ermöglicht, erkannte Veränderungen in den Betriebseigenschaften der Gassensoren in einem nachfolgenden Betrieb der Gassensoren und/oder des Gasmesssystems berücksichtigen zu können.
Diese und weitere Aufgaben werden mit einem Verfahren zum Betrieb eines Gasmesssystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweise Bezugnahme der Figuren näher erläutert.
Grundlage der vorliegenden Erfindung ist, dass eine in einem Gasmesssystem an einem Gassensor zugeordnete oder angeordnete Prüfgasquelle von einer Kontrolleinheit derart von einer Kontrolleinheit betrieben, kontrolliert, gesteuert oder geregelt wird, um die Funktionsfähigkeit des Gassensors zu detektieren. In dem Gasmesssystem ist eine Pumpeinrichtung zu einer Förderung von zu analysierendem Gas (Messgas) aus einer Messumgebung oder einem Messort zu dem Gassensor angeordnet. Eine solche Prüfgasquelle ist mit einem Gaseinlass des Gassensors derart verbunden, dass ein Prüfgas von der Prüfgasquelle an den Gassensor strömen kann, welches am Gassensor messtechnisch erfasst wird.
Als Prüfgasquellen sind beispielsweise Gasgeneratoren oder Ausgestaltungen von Tankbehältnissen in Kombination mit Ventilen oder Schaltmitteln geeignet, welche mit einer der Prüfgasquelle zu- oder angeordneten Pumpeinrichtung von einer Kontrolleinheit derart betrieben, kontrolliert, gesteuert oder geregelt werden, dass definierte Mengen eines, von der Prüfgasquelle bereitgestellten Prüfgases, für in Beginn und Ende definierte Zeitintervalle dem Gassensor zugeführt werden können.
Zu Beginn werden einige der im Rahmen dieser Patentanmeldung verwendeten Begrifflichkeiten näher erläutert.
Unter einem Steuersignal wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein einzelnes Steuersignal, ein Steuersignal als Teil einer Menge von Steuersignalen, wie auch eine Vielzahl oder eine Menge von Steuersignalen verstanden. Unter einem Datensignal wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein einzelnes Datensignal, ein Datensignal als Teil einer Menge von Datensignalen, wie auch eine Vielzahl oder eine Menge von Datensignalen verstanden. Unter einem Ausgabesignal wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein einzelnes Ausgabesignal, ein Ausgabesignal als Teil einer Menge von Ausgabesignalen, wie auch eine Vielzahl oder eine Menge von Ausgabesignalen verstanden. Eine Datenverbindung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Verbindung von mindestens zwei Teilnehmern mittels einer drahtgebundenen, drahtlosen oder optischen Verbindung, welche zu einer Übermittlung von Steuersignalen, Datensignalen oder Ausgabesignalen geeignet ist. Dabei sind sowohl direkte physikalische Verbindungen (Kabelverbindungen, Funkverbindungen, Lichtleiterverbindungen), wie auch indirekte oder logische Verbindungen zur Übermittlung von Informationen, Steuersignalen, Datensignalen oder Ausgabesignalen mit physikalischen oder datentechnischen Wandlungen oder Umwandlungen von Signalen, Spannungen, Strömen mit umfasst.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einem Prüfgas ein Gas oder ein Gasgemisch zu verstehen, das derart beschaffen ist, dass der Gassensor der Gasmessvorrichtung auf eine Änderung einer Gaskonzentration dieses Gases oder Gasgemisches empfindlich ist und auf Änderungen in der Gaskonzentration dieses Prüfgases mit Änderungen des Gaskonzentrationsmesswertes reagiert.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einem Nullungsgas ein Gas oder Gasgemisch zu verstehen, das derart beschaffen ist, dass der Gassensor der Gasmessvorrichtung auf eine Änderung einer Gaskonzentration dieses Gases oder Gasgemisches nicht empfindlich ist und auf Änderungen in der Gaskonzentration dieses Nullungsgases nicht mit Änderungen des Gaskonzentrationsmesswertes reagiert.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einem Messgas ein Gas oder ein Gasgemisch zu verstehen, das derart beschaffen ist, dass der Gassensor der Gasmessvorrichtung auf eine Änderung einer Gaskonzentration dieses Messgases empfindlich ist und auf Änderungen in der Gaskonzentration dieses Messgases mit Änderungen des Gaskonzentrationsmesswertes reagiert.
Die Kontrolleinheit ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überprüfung eines Gassensors in einem Gasmesssystem ausgebildet. Die Kontrolleinheit ist üblicherweise als eine zu einer Programmierung ausgestaltete programmierbare oder speicherprogrammierbare Einheit, beispielsweise in Form eines Microprozessors (μP), Mikrocomputers, Microcontrollers (μC) oder in vergleichbarer Form einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder eines programmierbaren Logikbaustein (ASIC, FPGA, PAL, GAL) ausgestaltet. Die Kontrolleinheit kann im Sinne der vorliegenden Erfindung in oder an der Prüfgasquelle angeordnet, in oder an dem Gassensor angeordnet oder als Teil eines externen Kontroll- oder Auswertesystems ausgestaltet oder dem externen Kontroll- oder Auswertesystem zugeordnet sein. Die Kontrolleinheit weist Elemente zur Datenspeicherung und Bereitstellung auf, welche üblicherweise in Form von flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicherbausteinen (RAM, ROM, EEPROM) oder Wechselmedien zur Datenspeicherung (SD-Card, CF-Card, USB-Stick) ausgebildet sind. Weiterhin weist die Kontrolleinheit mindestens eine Schnittstelle, beispielsweise zu einer Verbindung mit dem externen Kontroll- oder Auswertesystem oder dem Gassensor, wie auch weitere und optionale Schnittstellen zur Verbindung mit weiteren Geräten oder Komponenten auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überprüfung eines Gassensors in einem Gasmesssystem und/oder zur Überprüfung des Gasmesssystems stellt sich als eine Schrittabfolge dar, welche mittels der Kontrolleinheit koordiniert wird. Diese Schrittabfolge startet aus einem ersten Betriebszustand mit einem kontinuierlichen Messbetrieb heraus, in welchem von der Pumpeinrichtung kontinuierlich eine vorbestimmte Menge eines Gases oder eines Gasgemisches aus der Messumgebung zu dem Gassensor gefördert wird. In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überprüfung eines Gassensors in einem Gasmesssystem und/oder zur Überprüfung des Gasmesssystems wird von der Kontrolleinheit in der Schrittabfolge:

– in einem zweiten Betriebszustand eine von der Pumpeinrichtung geförderte Menge an Gas zu dem Gassensor vermindert wird,
– in einem dritten Betriebszustand die Prüfgasquelle zu einem Aktivierungszeitpunt (t_activate) aktiviert wird,
– in dem dritten Betriebszustand die von der Pumpeinrichtung geförderte Menge an Gas für eine vorbestimmte Zeit zu dem Gassensor erhöht wird,
– in einem vierten Betriebszustand nach Ablauf der vorbestimmten Zeit die Prüfgasquelle zu einem Deaktivierungszeitpunkt (t_deactivate) deaktiviert wird,
– in dem vierten Betriebszustand das zu dem Gassensor geförderte Gas vom Gassensor messtechnisch erfasst wird und als eine Menge von Messwerten über einen Zeitverlauf aufgezeichnet wird,
– in dem vierten Betriebszustand aus der Menge von Messwerten mindestens eine charakteristische Größe bestimmt wird,
- in dem vierten Betriebszustand aus der mindestens einen charakteristischen Größe ein Maß für eine Funktionsbereitschaft des Gassensors in dem Gasmesssystem und/oder des Gasmesssystems bestimmt wird,
– aus dem vierten Betriebszustand heraus der erste Betriebszustand mit kontinuierlichem Messbetrieb mit fortwährender Förderung der vorbestimmten Menge an Gas oder Gasgemisch aus der Messumgebung durch die Pumpeinrichtung wieder aufgenommen wird.

Die im ersten Betriebszustand kontinuierlich geförderte, vorbestimmte Menge des Gases oder des Gasgemisches wird beispielsweise als eine Durchflussmenge in Form eines Massendurchflusses ṁ, oder Volumendurchflusses V ., oder mittels einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit V realisiert.
Im zweiten Betriebszustand wird der Gassensor in einen Zustand gebracht, in welchem kein Gas, weder Messgas aus der Messumgebung, noch Prüfgas von der Prüfgasquelle zum Gassensor gefördert wird und somit auch eine Änderungen des Messwertes hervorrufen können. Dies stellt somit gleichsam eine Initialisierung dar, mit der für die folgenden Messwerte des Gassensors ein Bezugspunkt festgelegt wird.
Im dritten Betriebszustand wird nach oder bei Aktivierung der Prüfgasquelle zu einem Aktivierungszeitpunkt t_activate für eine vorbestimmte Zeit t_generate bis zu einer Deaktivierung der Prüfgasquelle zu einem Deaktivierungszeitpunkt t_deactivate im vierten Betriebszustand eine vorbestimmte Menge an Gas oder Gasgemisch V ._generate mit bekannter Gaskonzentration c_generate als eine Bolusgabe zu dem Gassensor gefördert oder gleichsam dosiert. Dieser Bolus an Gas bewirkt im Gassensor eine Reaktion. Ist der Gassensor beispielsweise als ein elektrochemischer Gassensor ausgestaltet und der dosierte Bolus ist ein Bolus eines Prüfgases, so ergibt sich aufgrund chemischer und/oder elektrochemischer Reaktion eine Änderung des Messwertes. Ist der Gassensor beispielsweise als ein optischer Gassensor mit einer Messküvette ausgestaltet und der dosierte Bolus ist ein Bolus eines Prüfgases, so ergibt sich in einem Wellenlängenbereich des optischen Gassensors bedingt durch die Absorptionseigenschaften des Prüfgases eine Bedämpfung der Lichtausbreitung in der Messküvette eine Änderung des Messwertes. Ist der Gassensor beispielsweise als ein katalytischer Gassensor ausgestaltet und der dosierte Bolus ist ein Bolus eines Prüfgases, so ergibt sich aufgrund von Verbrennungsreaktionen und/oder chemischen Reaktionen am Messelement (Pellistor) des katalytischen Gassensors mit dem Prüfgas eine Änderung des Messwertes.
Im vierten Betriebszustand werden die Messwerte des Gassensors, wie auch Veränderungen der Messwerte des Gassensors messtechnisch erfasst und als eine Menge von Messwerten über einen Zeitverlauf, beispielsweise als eine Kurve oder Kurvenverlauf aufgezeichnet. Ein solcher, typischer Verlauf der Kurve als Reaktion auf eine Bolusgabe wird als Sensorantwort t_response bezeichnet lässt sich zeitlich in drei wesentliche Phasen einteilen:

– Eine Messwert-Anstiegsphase mit einer starken Änderung der Amplitude ΔA des Messwertes über einer Zeitdifferenz Δt, wobei sich, beispielsweise mittels einer linearen Approximation, ein mittlerer Anstiegsgradient ΔA/Δt mit positivem Vorzeichen ergibt,
– Eine Messwert-Plateau-Phase mit einer geringen Veränderung der Amplitude ΔA des Messwertes über einer Zeitdifferenz Δt, wobei sich, beispielsweise mittels einer linearen Approximation, eine mittlere Amplitude A_Average ergibt. Diese Messwert-Plateau-Phase weist typischerweise einen Maximalwert der Amplitude A_Peak auf, welcher die maximale Reaktion des Gassensors auf die Bolusgabe repräsentiert.
– Eine Messwert-Abfallphase, in welcher die Reaktion des Gassensors mit Ende der Bolusgabe verzögert abklingt, verbunden mit einer starken Änderung der Amplitude ΔA des Messwertes über einer Zeitdifferenz Δt, wobei sich, beispielsweise mittels einer linearen Approximation, ein mittlerer Abfallgradient ΔA/Δt mit negativem Vorzeichen ergibt.

Nach dem Ende der Sensorantwort wird aus dem vierten Betriebszustand der erste Betriebszustand wieder aufgenommen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem fünften oder einem weiteren Betriebszustand vor, nach oder bei der Wiederaufnahme des kontinuierlichem Messbetriebes mit fortwährender Förderung, der vorbestimmten Menge an Gas durch die Pumpeinrichtung auf Basis des Maßes für die Funktionsbereitschaft des Gassensors mittels der Kontrolleinheit oder einer mit der Kontrolleinheit verbundenen Ausgabeeinheit ein Satz von Meldungen erzeugt, welche von der Ausgabeeinheit bereitgestellt werden. Solche Meldungen auf Basis des Maßes für die Funktionsbereitschaft können dabei in Form von Zustandsmeldungen, Fehlermeldungen, Hinweisen, Warnungen, Anweisungen zu Wartung oder Austausch oder auch in Form von optischen, akustischen oder visuellen Alarmen an einen Anwender von der Ausgabeeinheit bereitgestellt oder ausgegeben werden.
Solche Meldungen, wie Zustandsmeldungen, Fehlermeldungen, Hinweise, Warnungen, Anweisungen zu Wartung oder Austausch, wie auch das Maß für die Funktionsbereitschaft, die charakteristischen Größen oder die Menge von Messwerten selbst können in dem fünften oder weiteren Betriebszustand in einer bevorzugten Ausführungsform auch an ein zentrales Auswertesystem, an ein Datenbanksystem oder zu einer Speicherung auf einem mobilen Datenträger von der Kontrolleinheit und/oder der Ausgabeeinheit bereitgestellt werden.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform analysiert die Kontrolleinheit im vierten Betriebszustand die Menge der Messwerte des Gassensors und/oder die Sensorantwort und teilt die Sensorantwort t_response in die drei Phasen Messwert-Anstiegsphase t_rise, Messwert-Plateau-Phase t_plateau, Messwert-Abfallphase t_fall ein.
Beginn und Ende der Sensorantwort lassen sich typischerweise aus dem Signalverlauf derart ermitteln, dass als Beginn der Anstiegszeit ein Zeitpunkt t_start gewählt wird, zu dem die aktuelle Amplitude A_start des Messwerts einen Wert von 10% der maximalen Amplitude A_peak oder der mittleren Amplitude A_average erreicht hat und als Ende der Abfallzeit ein Zeitpunkt t_end gewählt wird zu dem die Sensorantwort soweit abgeklungen ist, dass die aktuelle Amplitude A_end des Messwerts wieder einen Wert von 10% der maximalen Amplitude A_peak oder der mittleren Amplitude A_average unterschritten hat. Die Zeitdifferenz aus Zeitpunkt t_end und Zeitpunkt t_start bildet die Zeitdauer der Sensorantwort t_response = t_end – t_start. Zu einer Definition der Zeitdauer der Messwert-Anstiegsphase ist eine Anwendung der in der Messtechnik gebräuchlichen sogenannten t_10-90-Anstiegszeit geeignet, das entspricht der Zeitdauer, während derer die Amplitude der Messwerte während der Messwert-Anstiegsphase Werte in einem Wertebereich zwischen 10% bis 90% der maximalen Amplitude A_peak oder der mittleren Amplitude A_average aufweist.
Zu einer Definition der Zeitdauer der Messwert-Abfallphase ist eine Anwendung der in der Messtechnik gebräuchlichen sogenannten t_90-10-Abfallzeit geeignet, das entspricht der Zeitdauer, während derer die Amplitude der Messwerte während der Messwert-Abfallphase Werte in einem Wertebereich zwischen 90% bis 10% der maximalen Amplitude A_peak oder der mittleren Amplitude A_average aufweist.
Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt auf, welche Zustände oder Eigenschaften aus dem Zeitverlauf der Messwerte des Gassensors als charakteristische Größen in den einzelnen Phasen der Sensorantwort von der Kontrolleinheit, zum Teil in Vergleich zu einer Vergleichsgröße, analysiert werden können und welche Schlussfolgerungen und Folgen sich für eine Charakterisierung der Funktionsbereitschaft und/oder Zustandsbewertung als mögliches Maß oder als Maße bezüglich der Funktionsfähigkeit des Gassensors, wie auch des Gasmesssystems mit Gassensor ergeben. Geeignete Vergleichsgrößen liegen beispielsweise in Form von in den der Kontrolleinheit zugeordneten Elementen zur Datenspeicherung und Bereitstellung (Datenspeicher) hinterlegten Vergleichswerten, welche beispielsweise aus Messwerten oder Zeitverläufen der Messwerte zeitlich vorheriger Messungen, insbesondere bei Inbetriebnahmen, Justierungen, Initialisierungen oder anderen Überprüfungen des Gassensors zum Vergleich vor. Daneben zeigt die Tabelle 1 auf, welche Meldungen in einer bevorzugten Ausführungsform mittels einer mit der Kontrolleinheit verbundenen Ausgabeeinheit in Form von Hinweisen, Warnungen oder Alarmen an einen Anwender auf Basis der charakteristischen Größe als Charakterisierung der Funktionsbereitschaft und/oder Zustandsbewertung ausgegeben werden können.
Tabelle 1
Aus den in der Tabelle 1 aufgelisteten Zustandsbewertungen auf Basis von Signalen des Gassensors ergeben sich weitere bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens zur Überprüfung des Gassensors und zur Charakterisierung der Funktionsbereitschaft des Gassensors. Des Weiteren ergeben sich aus der Tabelle 1 weitere bevorzugte Ausführungsformen, zusätzlich zu Zustandsbewertungen des Gassensors, auf Basis von Signalen des Gassensors die. Funktionsbereitschaft der Pumpeinrichtung oder des pneumatischen Systems mit Zuleitungen, Verbindungselementen, Abschaltelementen, beispielsweise Ventilen, zu überprüfen und die Funktionsbereitschaft der Pumpeinrichtung zu charakterisieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird von der Kontrolleinheit im vierten Betriebszustand der Maximalwert der Amplitude A_peak des Messsignals des Gassensors im Vergleich zur maximalen Soll-Amplitude A_{peak_soll} als Vergleichsgröße ausgewertet, um die mindestens eine charakteristische Größe zur Bestimmung des Maßes für die Funktionsbereitschaft des Gassensors in dem Gasmesssystem und/oder des Gasmesssystems zu bestimmen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird von der Kontrolleinheit im vierten Betriebszustand die mittlere Amplitude A_average des Messsignals des Gassensors im Vergleich zur mittleren Soll-Amplitude A_{average_soll} als Vergleichsgröße ausgewertet, um die mindestens eine charakteristische Größe zur Bestimmung des Maßes für die Funktionsbereitschaft des Gassensors in dem Gasmesssystem und/oder des Gasmesssystems zu bestimmen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird von der Kontrolleinheit im vierten Betriebszustand die Anstiegszeitdauer der Sensorantwort t_rise des Messsignals des Gassensors im Vergleich zur erwarteten Anstiegszeitdauer der Sensorantwort t_{rise_soll} als Vergleichsgröße ausgewertet, um die mindestens eine charakteristische Größe zur Bestimmung des Maßes für die Funktionsbereitschaft des Gassensors in dem Gasmesssystem und/oder des Gasmesssystems zu bestimmen. Die Zeitdauer der Sensorantwort t_rise wird von der Kontrolleinheit auf Basis erfasster Werte der Messwert-Anstiegsphase, insbesondere aus dem Signalverlauf nach Aktivierung der Prüfgasquelle ermittelt.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird im vierten Betriebszustand der Anstiegsgradient (ΔA/Δt) des Messsignals des Gassensors als Änderung der Amplitude ΔA des Messwertes als Funktion der Zeitdifferenz Δt im Vergleich zum erwarteten Soll-Anstiegsgradienten (ΔA/Δt)_soll als Vergleichsgröße ausgewertet, um die mindestens eine charakteristische Größe zur Bestimmung des Maßes für die Funktionsbereitschaft des Gassensors in dem Gasmesssystem und/oder des Gasmesssystems zu bestimmen. Der Anstiegsgradient der Sensorantwort (ΔA/Δt) wird von der Kontrolleinheit auf Basis erfasster Werte der Messwert-Anstiegsphase, insbesondere aus dem Signalverlauf nach Aktivierung der Prüfgasquelle ermittelt.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird im vierten Betriebszustand ein Integral der Amplitude ∫A(t)dt des Messsignals des Gassensors der Sensorantwort über die Messwert-Anstiegsphase, die Messwert-Plateau-Phase und die Messwert-Abfallphase im Vergleich zu einem vorbestimmten Messsignal-Integral ∫A(t)dt_{_soll} als Vergleichsgröße ausgewertet, um die mindestens eine charakteristische Größe zur Bestimmung des Maßes für die Funktionsbereitschaft des Gassensors in dem Gasmesssystem und/oder des Gasmesssystems zu bestimmen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird im vierten Betriebszustand die Dauer der Sensorantwort t_response des Messsignals des Gassensors im Vergleich zur Aktivierungszeit der Prüfgasquelle (t_activate – t_deactivate) als Vergleichsgröße ausgewertet, um die mindestens eine charakteristische Größe zur Bestimmung des Maßes für die Funktionsbereitschaft des Gassensors indem Gasmesssystem und/oder des Gasmesssystems zu bestimmen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform sind beispielsweise Undichtigkeiten oder auch Blockaden in den Zuleitungen, Verbindungselementen, Abschaltelementen von Fehlfunktionen des Gassensors durch die Kontrolleinheit unterscheidbar, dass eine kombinierte Auswertung der unterschiedlichen Messgrößen und/oder charakteristischen Größen der zuvor beschrieben Ausführungsformen zu- und/oder miteinander erfolgt.
Dabei wird im vierten Betriebszustand von der Kontrolleinheit zur Bestimmung des Maßes für die Funktionsbereitschaft des Gassensors in dem Gasmesssystem und/oder des Gasmesssystems als charakteristische Größe vorzugsweise eine Kombination von mindestens zweien der charakteristischen Größen der zuvor beschrieben Ausführungsformen ausgewertet.
Daraus ergibt sich als ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass eine Prüfung auf Plausibilität dadurch ermöglicht ist, dass auf die Gabe des Prüfgasbolus erwartete oder vorbestimmte Reaktionen in der Sensorantwort t_response des Gassensors als Sollwerte (∫A(t)dt_{_soll}, t_{rise_soll}, (ΔA/Δt)_{_Soll}, A_{average_soll}, A_{peak_Soll}, t_activate – t_deactivate) in Kombination zu- und/oder miteinander und mit den ermittelten charakteristischen Größen, welche von der Kontrolleinheit von den tatsächlich messtechnisch erfassten Messwerten abgeleitet sind, mögliche Fehlfunktionen des Gassensors in von Fehlfunktionen der Pumpeinrichtung oder des pneumatischen Systems oder des Gasmesssystems insgesamt zu unterscheiden. Dabei werden beispiels- und vorzugsweise, insbesondere der Anstiegsgradient (ΔA/Δt) des Messsignals des Gassensors und/oder der Maximalwert der Amplitude A_peak des Messsignals des Gassensors und/oder die mittlere Amplitude A_average des Messsignals des Gassensors und/oder die Anstiegszeitdauer der Sensorantwort t_rise des Messsignals des Gassensors und/oder das Integral ∫A(t)dt der Amplitude des Messsignals der Sensorantwort des Messsignals des Gassensors und/oder die Dauer der Sensorantwort t_response des Messsignals des Gassensors durch die Kontrolleinheit miteinander kombiniert ausgewertet.
Ein Beispiel für eine solche Überprüfung auf Plausibilität ist es, dass die Aktivierungszeit der Prüfgasquelle (t_activate – t_deactivate) nicht zeitlich länger dauern kann als die Gesamtdauer der Sensorantwort t_response.
Zusammenfassend ergibt sich damit als wesentlicher Vorteil der Erfindung, dass der Gassensor im laufenden Betrieb regelmäßig überprüft werden kann. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass dazu die Pumpeinrichtung, die im Messbetrieb den Gassensor mit zu analysierendem Gas aus der Messumgebung versorgt mittels der Prüfgasquelle auch eine Überprüfung des Gasmesssystems und/oder des Gassensors ermöglicht. Dadurch wird insgesamt die Zuverlässigkeit des Gasmesssystems und/oder des Gassensors verbessert. Weiterhin ist ein Vorteil der Erfindung, dass neben der Überprüfung des Gassensors auch Fehlfunktionen der Pumpeinrichtung oder des pneumatischen Systems erkennbar sind und verschiedene Fehlfunktionen voneinander unterscheidbar sind.
Die vorliegende Erfindung wird mit Hilfe folgender Figuren und den zugehörigen Figurenbeschreibungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens in einer gemeinsamen Figurenbeschreibung näher erläutert.
Es zeigen in schematischer oder vereinfachter Darstellung:
1 eine Pumpeinrichtung mit einer Prüfgasquelle und mit einem Gassensor in einem Gasmesssystem,
2 einen schematischen Ablauf eines Verfahrens zur Überprüfung eines Gassensors mit einer Pumpeinrichtung und einer Prüfgasquelle in einem Gasmesssystem.
Die 1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung ein Gasmesssystem 1 mit einer Pumpeinrichtung 9, einer Prüfgasquelle 8 und einem Gassensor 5. Es ist im Gasmesssystem 1 eine Kontrolleinheit 910 mit einem Datenspeicher 920 vorgesehen, welche in dieser Ausführung nach der 1, gezeigt als eine separate Einheit, die Zusammenwirkung mit der Pumpeinrichtung 9 und dem Gassensor 5 allgemein und prinzipiell darstellt. Als weitere Varianten der Anordnung der Kontrolleinheit 910 sind beispielsweise eine Anordnung in/an dem Gassensor 5, in/an der Pumpeinrichtung 9 oder in/an einem, in dieser 1 nicht mit gezeigten Kontroll- und Auswertesystem. Die Kontrolleinheit 910, z. B. ausgestaltet als Prozessoreinheit (μP, μC) ermöglicht in Verbindung mit dem Datenspeicher 920 eine Umsetzung eines schematischen Ablaufs 100 (2) zur Überprüfung des Gassensors 5. Weitere, konstruktive Details, welche zur Zuführung von Gasmengen in den Gassensor, wie beispielsweise Gaszutritts-Membrane, Flammschutz, erforderlich sind, sind in dieser schematischen Darstellung in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit dargestellt.
Für den Betrieb der Pumpeinrichtung 9 üblicherweise erforderliche Elektronik-Komponenten, Spannungsversorgungs-Elemente, wie auch konstruktive Details zu den Gasfördernden Komponenten, wie beispielsweise Pumpe, Pumpenmotor, Ventile, Temperatur-, Druck- und/oder Durchfluss-Sensorik, sind in dieser schematischen Darstellung aus Gründen der Übersichtlichkeit in dieser 1 nicht mit dargestellt.
Die Ausgestaltung der Prüfgasquelle 8 im Detail mit Mitteln zur Aktivierung/Deaktivierung, Art und Typ des Prüfgases, Ausgestaltung als Gasgenerator mit elektrischer Aktivierung oder als oder Ausgestaltungsvariante in Form eines Tankbehältnisses in Kombination mit Ventilen, Schaltmitteln, wie auch Sensorik (Druck, Temperatur, Durchfluss) wie auch konstruktive Details der Art der Erzeugung, Bereithaltung und Dosierung der Prüfgase erforderlich sind, sind in 1 in dieser schematischen Darstellung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit dargestellt.
Ein Gaszuleitungssystem 901, welches in dieser 1 nur schematisch dargestellt ist, verbindet Prüfgasquelle 8, Gassensor 5, Pumpeinrichtung 9 in einer Weise miteinander, dass von der Kontrolleinheit 910 wahlweise Gas oder Luft aus einer Messumgebung 39 oder von der Prüfgasquelle 8 mittels der Pumpeinrichtung 9 zu dem Gassensor 5 gefördert werden kann. Die Kontrolleinheit 910 steuert sowohl die Prüfgasquelle 8 mit Aktivierungssignalen 703, 704, 81, wie auch die Pumpeinrichtung 9 mit Fördermengen-Steuersignalen 601, 602, 603, 91. Zusätzlich erhält die Kontrolleinheit 910 Messsignale, Zeitverläufe von Messsignalen 51 vom Gassensor 5 als Daten übermittelt. An die Kontrolleinheit 910 ist optional eine Ausgabeeinheit 930 angebunden, welche zu einer Darstellung eines Ablaufs 100 (2) des Verfahrens zur Überprüfung eines Gassensors 5, Darstellung von Zuständen der Pumpeinrichtung 9, der Kontrolleinheit 910, der Prüfgasquelle 8 und des Gassensors 5 ausgestaltet ist, wie auch zu einer Darstellung von Messsignalen, Zeitverläufen von Messsignalen 51 des Gassensors 5 in Form mindestens eines Ausgabesignals 88 ausgestaltet ist.
An dieser Ausgabeeinheit 930 ist optional eine, zu einer Bereitstellung 933 des Ausgabesignals im Datenaustausch ausgebildete Datenschnittstelle 931, angebunden.
Die in dieser 1 gezeigte Pumpeinrichtung 9 mit Prüfgasquelle 8 und Gassensor 5 dient als ein Beispiel für Ausgestaltungsvarianten und Kombinationsmöglichkeiten, wie Kontrolleinheit 910, Datenspeicher 920, Prüfgasquelle 8, Gaszuleitungssystem 901, Pumpeinrichtung 9 und Gassensor 5 miteinander und zueinander seriell im Gaszuleitungssystem 901 angeordnet werden können, um das Verfahren (2) zur Überprüfung des Gassensors 5 im Gasmesssystem 1 durchzuführen. Ausgestaltungen, in denen die Pumpeinrichtung 9 als ein Teil des Gassensors 5 ausgestaltet ist, sind ebenso vom Erfindungsgedanken der Überprüfung des Gassensors 5 im Gasmesssystem umfasst, wie Ausgestaltungen, in denen Komponenten, wie Datenspeicher 920, Kontrolleinheit 930, Ausgabeeinheit 930, Datenausgabeeinheit 931 als Teiles des Gasmesssystems 1 zueinander oder miteinander angeordnet sind, zusammenwirken, um das Verfahren (2) zur Überprüfung des Gassensors 5 im Gasmesssystem 1 durchzuführen.
Das Gaszuleitungssystem 901 kann zudem Komponenten im Innern der Pumpeinrichtung 9, Prüfgasquelle 8, von oder zum Gassensor 5 von der Pumpeinrichtung 9 oder der Prüfgasquelle 8, wie auch Zuleitungen außerhalb der Pumpeinrichtung 9, Prüfgasquelle 8 zur Ausgestaltung gasführender Verbindungen im Gasmesssystem 1 aufweisen. Die Ausgabeeinheit 930 kann das Ergebnis der Überprüfung des Gasmesssystems 1 mittels der optionalen Datenschnittstelle 931 nach Extern auf verschiedene Weise bereitstellen. Die Datenschnittstelle 931 kann zur Bereitstellung 933 zu einer optischen Datenübermittlung (IrDa), drahtlosen Datenübermittlung (WLAN, Bluetooth), drahtgebundenen Datenübermittlung (Ethernet, LAN, USB, Industrie-Kommunikationsbus) ausgestaltet sein. Beispielsweise ist eine Bereitstellung 933 auf einem mobilen Datenspeicher 932 (Memory-Stick, z. B. CF-Card, SD-Card, Diskette, USB-Stick, externe Festplatte), eine Bereitstellung 933 in ein zentrales oder dezentrales Datennetzwerk (LAN, WLAN), vorzugsweise ausgestaltet als eine Datenbank 934, oder eine Bereitstellung 933 an ein zentrales oder dezentrales Auswertesystem 935 in einer Industrie-Automatisierungsumgebung möglich.
Auf diese Weise ist es möglich, die Ergebnisse der Überprüfung des Gasmesssystem 1 zur Verfügung zu stellen, um Wartungs- oder Reparaturmaßnahmen zentral oder dezentral organisieren zu können. Die Ausgabeeinheit 930 kann dabei auch als eine abgesetzte mobile Einheit ausgestaltet sein, mit deren Hilfe vom Wartungspersonal die Überprüfungsergebnisse der Gassensoren 5 oder des Gasmesssystems 1 mobil zusammengetragen und im Anschluss an ein zentrales Auswertesystem, beispielsweise als Datentransfer (Upload) mit Hilfe einer Daten-Leseeinrichtung und eines Personal-PC bereitgestellt werden.
Die 2 zeigt einen schematischen Ablauf 100 des Verfahrens mit einem beginn 60 und einem Ende 66 und einer Schrittabfolge von Schritten 61, 62, 63, 64, 65 zur Überprüfung eines Gassensors 5 in einem Gasmesssystem 1 (1) mit einer Kontrolleinheit 910 und einem Datenspeicher 920. Gleiche Komponenten in der 1 und in der 2 sind in der 2 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet wie in der 1. Die Kontrolleinheit 910, z. B. ausgestaltet als Prozessoreinheit (μP, μC) ermöglicht in Verbindung mit dem Datenspeicher 920 eine Umsetzung des schematischen Ablaufs 100. Der schematische Ablauf 100 beginnt nach einem Start 60 aus einem ersten Betriebszustand 61 (Schritt 1) mit einem kontinuierlichen Messbetrieb heraus, in welchem die Pumpeinrichtung 9 über ein erstes Fördermengen-Steuersignal V1 601 dazu veranlasst wird über ein Gaszuleitungssystem 901 fortwährend eine bestimmte Menge oder ein bestimmtes Volumen an Gas aus der Messumgebung 39 zu dem Gassensor 5 zu fördern. In einem auf den ersten Betriebszustand 61 folgenden zweiten Betriebszustand 62 (Schritt 2) wird die Pumpeinrichtung 9 über ein zweites Fördermengen-Steuersignal V0 602, veranlasst, die zu dem Gassensor 5 geförderte Menge an Gas zu vermindern. Die Menge an Gas wird vorzugsweise soweit reduziert, dass sich am Gassensor 5 ein Zustand ohne Gasbewegung oder Gaszufuhr ergibt und das vom Gassensor somit gleichsam ein Messsignal 51 ausgibt, welches als eine Art Nullwert als Bezugspunkt für weitere und folgende Messungen im Ablauf 100 dient und mittels der Kontrolleinheit 910 im Datenspeicher 920 abgelegt wird. In einem auf den zweiten Betriebszustand 62 folgenden dritten Betriebszustand 63 (Schritt 3) wird die Prüfgasquelle 8 über eine Aktivierungssignal 703 zu einer Abgabe eines Prüfgases aktiviert, zeitgleich oder anschließend wird die Pumpeinrichtung 9 über ein drittes Fördermengen-Steuersignal V3 603, veranlasst, die zu dem Gassensor 5 geförderte Menge an Gas auf eine vorbestimmte Menge zu erhöhen, so dass somit ein von der Prüfgasquelle 8 erzeugtes oder bereitgestelltes Prüfgas zum Gassensor 5 gefördert wird. In einem auf den dritten Betriebszustand 63 folgenden vierten Betriebszustand 64 (Schritt 4) wird die Abgabe des Prüfgases von der Prüfgasquelle 8 über ein Deaktivierungssignal 704 deaktiviert. In dem vierten Betriebszustand 64 wird das zu dem Gassensor 5 geförderte Gas vom Gassensor 5 von der Kontrolleinheit 910 messtechnisch erfasst und als eine Menge von Messwerten oder Messsignalen über einen Zeitverlauf aufgezeichnet. Weiterhin wird vierten Betriebszustand 64 aus der Menge von Messwerten mindestens eine charakteristische Größe 641 bestimmt und aus der mindestens einen charakteristischen Größe 641 ein Maß 642 für eine Funktionsbereitschaft des Gassensors 5 in dem Gasmesssystem 1 (1) und/oder des Gasmesssystems (1) bestimmt und bereitgestellt. Aus dem vierten Betriebszustand 64 heraus wird anschließend der erste Betriebszustand 61 mit kontinuierlichem Messbetrieb mit fortwährender Förderung der vorbestimmten Menge an Gas aus der Messumgebung 39 durch die Pumpeinrichtung 9 an den Gassensor 5 wieder aufgenommen.
Am linken Rand der 2 sind drei Zeitverläufe schematisch dargestellt:

• eine Amplitude A 50 des Messsignals 51 des Gassensors 5 im Verlauf der Zeit t 30,
• eine Amplitude 80 des Aktivierungssignals 81 der Prüfgasquelle 8 im Verlauf der Zeit t 30,
• eine Amplitude 90 der Fördermenge der Pumpeinrichtung 9 im Verlauf der Zeit t 30.

Diese drei Zeitverläufe 50, 80, 90 zeigen jeweils zueinander zeitlich synchronisiert, den zeitlichen Verlauf der Fördermenge der Pumpeinrichtung 9, der Aktivierung der Prüfgasquelle 8 und die resultierende Reaktion im Messsignal des Gassensors 5 als sogenannte Sensorantwort, auf die Beeinflussung und Steuerung 601, 602, 603, 703, 704 von Pumpeinrichtung 9 und Prüfgasquelle 8 durch die Kontrolleinheit 910.
Charakteristische Größen während der sogenannten Sensorantwort ergeben sich beispielsweise:

• während einer Phase 511 einer Messsignal-Anstiegszeit vom Nullwert des Messsignals 51 des Gassensors 5 bis zu einer Erreichung eines eingeschwungenen, annähernd stabilen Messsignal-Maximalwertes unmittelbar nach der Aktivierung 703 der Prüfgasquelle 8,
• während einer Phase 512 (Plateau-Phase) mit eingeschwungenem, annähernd stabilem Messsignal-Maximalwert,
• während einer Phase 513 einer Messsignal-Abfallzeit aus dem eingeschwungenen, annähernd stabilen Messsignal (Phase 512) bis zum Nullwert des Messsignals 51 des Gassensors 5 nach Deaktivierung 704 der Prüfgasquelle 8.

An dieser Stelle sei auf die Auflistung der charakteristischen Größen 641, aus denen das Maß 642 für die Funktionsbereitschaft des Gassensors 5 beispielsweise ermittelt werden kann, auf die Tabelle 1 mit den zugehörigen Erläuterungen zur Sensorantwort Bezug genommen und verwiesen. Aus dieser Tabelle 1 lassen sich mögliche Reaktionen auf die Aktivierung der Prüfgasquelle 8, zu den drei Phasen 511, 512, 513 zugehörige charakteristische Größen 641, Anstiegsgradient (ΔA/Δt) des Messsignals 51 des Gassensors 5, Maximalwert der Amplitude A_peak des Messsignals 51 des Gassensors 5, mittlere Amplitude A_average des Messsignals 51 des Gassensors 5, Anstiegszeitdauer der Sensorantwort t_rise des Messsignals 51 des Gassensors 5, Integral der Amplitude ∫A(t)dt des Messsignals 51 des Gassensors 5 oder Dauer der Sensorantwort t_response des Messsignals 51 des Gassensors 5 entnehmen.
Die Ermittlung des Maßes 642 für die Funktionsbereitschaft des Gassensors 5 im vierten Betriebszustand 64 (Schritt 4) erfolgt vorzugsweise auf Basis eines Vergleichs mit Vergleichsgrößen 466, wie sie ebenfalls in der Tabelle 1 aufgelistet sind.
Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des Maßes 642 für die Funktionsbereitschaft des Gassensors 5 im vierten Betriebszustand 64 (Schritt 4) ergibt sich bei einer kombinierten Auswertung der unterschiedlichen Messgrößen und/oder charakteristischen Größen:
Anstiegsgradient (ΔA/Δt) des Messsignal 51 des Gassensors 5, Maximalwert der Amplitude A_peak des Messsignals 51 des Gassensors 5, mittlere Amplitude A_average des Messsignals 51 des Gassensors 5, Anstiegszeitdauer der Sensorantwort t_rise des Messsignals 51 des Gassensors 5, Integral ∫A(t)dt der Amplitude des Messsignals 51 des Gassensors 5, Dauer der Sensorantwort t_response des Messsignals 51 des Gassensors 5 durch die Kontrolleinheit 910.
Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des Maßes 642 für die Funktionsbereitschaft des Gassensors 5 im vierten Betriebszustand 64 (Schritt 4) besteht darin, dass die Kontrolleinheit 910 bestimmte Manöver bei der Steuerung der Pumpeinrichtung 9 durchführt, beispielsweise im dritten Betriebszustand 63 (Schritt 3) die Prüfgasquelle 8 die Abgabe des Prüfgases verzögert oder mit unterschiedlichen Förderraten aktiviert, so dass unterschiedliche Arbeitspunkte der Fördermenge von der Pumpeinrichtung 9 mittels der Kontrolleinheit 910 angefahren werden können, was eine differenzierte Diagnose zur Ermittlung des Maßes 642 für die Funktionsbereitschaft des Gassensors 5 ermöglicht. Solche Manöver können auch in programmierten Zyklen ausgeführt werden. Die Manöver betreffen das pneumatische System und schalten die Pumpe in der Pumpeinrichtung 9 auf andere Arbeitspunkte mit verändertem Volumenstrom. Eine Reaktion der für den Betrieb der Pumpeinrichtung 9 üblicherweise erforderlichen Druck- und/oder Durchfluss-Sensorik und gegebenenfalls die Reaktion des Gassensors 5 auf den veränderten Volumenstrom liefern Hinweise auf eine korrekte Ausführung des Manövers im Vergleich mit einer hinterlegten Sollreaktion.
Ein Beispiel für ein solches Manöver ist ein von der Kontrolleinheit 910 initiierter kurzfristiger Stopp der Pumpe in der Pumpeinrichtung 9. Mit einem solchen Stopp-Manöver kann von der Kontrolleinheit 910 aus der Sensorantwort eine Zeitkonstante des pneumatischen Systems 9, 901 ermittelt werden, ein Fördervolumen abgeschätzt und mittels eines zuvor bestimmten und im Datenspeicher 920 (1) hinterlegten Referenzvolumens kann ein Ort einer Leckage geschätzt werden.
In einem optionalen fünften Betriebszustand 65 (Schritt 5) des Verfahrens im Ablauf 100 kann eine Ausgabe des Maßes 642 für die Funktionsbereitschaft des Gassensors 5 als ein Ausgabewert 88 mittels einer, in dieser 2 nicht näher dargestellten Ausgabeeinheit 930 (1) erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Gasmesssystem
5: Gassensor
8: Prüfgasquelle
9: Pumpeinrichtung
30: Zeit t, x-Achse
39: Umgebung, Messumgebung (Luft)
50: Amplitude A des Messsignals des Gassensors 5, y-Achse
51: Zeitverlauf des Messsignals des Gassensors 5
60: START
61: erster Betriebszustand/Schritt 1
62: zweiter Betriebszustand/Schritt 2
63: dritter Betriebszustand/Schritt 3
64: vierter Betriebszustand/Schritt 4
65: fünfter Betriebszustand/Schritt 5
66: STOPP
80: Aktivierungssignal der Prüfgasquelle 8, y-Achse
81: Zeitverlauf des Aktivierungssignals der Prüfgasquelle 8,
88: Ausgabewert
90: Fördermenge der Pumpeinrichtung 9, y-Achse
91: Zeitverlauf der Fördermenge der Pumpeinrichtung 9
511: Phase Anstiegszeit
512: Phase mit stabilem Messsignal (Plateau)
513: Phase Abfallzeit
601: erstes Fördermengen-Steuersignal V1
602: zweites Fördermengen-Steuersignal V0
602: drittes Fördermengen-Steuersignal V3
641: charakteristische Größe
642: Maß für eine Funktionsbereitschaft des Gassensors 5
703: Aktivierungssignal für die Prüfgasquelle
704: Deaktivierungssignal für die Prüfgasquelle
901: Gaszuleitungssystem
910: Kontrolleinheit
920: Datenspeicher
930: Ausgabeeinheit
931: Datenschnittstelle
932: mobiler Datenspeicher
933: Bereitstellung als Datensignal
934: Datenbank
935: Auswertesystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005045272 B4 [0001]
US 6182497 B1 [0002]
US 7406854 B2 [0003]
WO 199917110 A1 [0004]
US 7645367 [0004]

Claims

Verfahren zur Überprüfung eines Gassensors (5) in einem Gasmesssystem (1) und/oder zur Überprüfung des Gasmesssystems (1), mit einer Kontrolleinheit (910), mit einer Pumpeinrichtung (9) und mit einer Prüfgasquelle (8), wobei von der Kontrolleinheit (910) aus einem ersten Betriebszustand (61) mittels einer Abfolge weiterer Betriebszustände (62, 63, 64) heraus ein Maß (462) für eine Funktionsbereitschaft des Gassensors (5) in dem Gasmesssystem (1) und/oder des Gasmesssystems (1) bestimmt wird, wobei die Kontrolleinheit (910) die Abfolge der Betriebszustände (61, 62, 63, 64) derart koordiniert, dass: – in einem ersten Betriebszustand (61) mit einem kontinuierlichen Messbetrieb, die Pumpeinrichtung (9) kontinuierlich eine vorbestimmte Menge eines Gases oder eines Gasgemisches aus einer Messumgebung (39) kontinuierlich zu dem Gassensor (5) fördert, – in einem zweiten Betriebszustand (62) die von der Pumpeinrichtung (9) geförderte Menge an Gas zu dem Gassensor (5) vermindert wird, – in einem dritten Betriebszustand (63) die Prüfgasquelle (8) aktiviert wird, – in dem dritten Betriebszustand (63) die von der Pumpeinrichtung (9) geförderte Menge an Gas für eine vorbestimmte Zeit zu dem Gassensor (5) Menge an Gas erhöht wird, – in einem vierten Betriebszustand (64) nach Ablauf der vorbestimmten Zeit die Prüfgasquelle (8) deaktiviert wird, – in dem vierten Betriebszustand (64) das zu dem Gassensor (5) geförderte Gas vom Gassensor (5) messtechnisch erfasst wird und als eine Menge von Messwerten (51) über einen Zeitverlauf (30) aufgezeichnet wird, – in dem vierten Betriebszustand (64) aus der Menge von Messwerten (51) mindestens eine charakteristische Größe (641) bestimmt wird, – in dem vierten Betriebszustand (64) aus der mindestens einen charakteristischen Größe (641) das Maß (642) für eine Funktionsbereitschaft des Gassensors (5) in dem Gasmesssystem (1) und/oder des Gasmesssystems (1) bestimmt wird, – aus dem vierten Betriebszustand (64) heraus der erste Betriebszustand (61) mit kontinuierlichem Messbetrieb mit fortwährender Förderung der vorbestimmten Menge an Gas oder Gasgemisch aus der Messumgebung (39) durch die Pumpeinrichtung (9) wieder aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem fünften oder einem weiteren Betriebszustand auf Basis des Maßes (642) für die Funktionsbereitschaft des Gassensors (5) mittels der Kontrolleinheit (910) oder mittels einer mit der Kontrolleinheit (910) verbundenen Ausgabeeinheit (930) ein Satz von Meldungen (88) erzeugt wird, welcher von der Ausgabeeinheit (930) bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei von der Kontrolleinheit (910) im vierten Betriebszustand (64) die Menge der Messwerte (51) des Gassensors (5) analysiert wird und die Sensorantwort in eine Messwert-Anstiegsphase t_rise (511), eine Messwert-Plateau-Phase t_plateau (512), eine Messwert-Abfallphase t_fall (513) eingeteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei von der Kontrolleinheit (910) im vierten Betriebszustand (64) als mindestens eine charakteristische Größe (641) zur Bestimmung des Maßes (642) für die Funktionsbereitschaft des Gassensors (5) in dem Gasmesssystem (1) und/oder des Gasmesssystems (1) ein Maximalwert einer Amplitude A_peak des Messsignals (51) des Gassensors (5) im Vergleich zu einer erwarteten oder vorbestimmten maximalen Soll-Amplitude A_{peak_soll} als Vergleichsgröße ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei von der Kontrolleinheit (910) im vierten Betriebszustand (64) als mindestens eine charakteristische Größe (641) zur Bestimmung des Maßes (642) für die Funktionsbereitschaft des Gassensors (5) in dem Gasmesssystem (1) und/oder des Gasmesssystems (1) eine mittlere Amplitude A_average des Messsignals (51) des Gassensors (5) im Vergleich zu einer erwarteten oder vorbestimmten mittleren Soll-Amplitude A_{average_soll} als Vergleichsgröße ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei von der Kontrolleinheit (910) im vierten Betriebszustand (64) als mindestens eine charakteristische Größe (641) zur Bestimmung des Maßes (642) für die Funktionsbereitschaft des Gassensors (5) in dem Gasmesssystem (1) und/oder des Gasmesssystems (1) die Anstiegszeitdauer der Sensorantwort t_rise des Messsignals (51) des Gassensors (5) im Vergleich zu einer erwarteten oder vorbestimmten Anstiegszeitdauer der Sensorantwort t_{rise_soll} als Vergleichsgröße ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei von der Kontrolleinheit (910) im vierten Betriebszustand (64) als mindestens eine charakteristische Größe (641) zur Bestimmung des Maßes (642) für die Funktionsbereitschaft des Gassensors (5) in dem Gasmesssystem (1) und/oder des Gasmesssystems (1) ein Anstiegsgradient (ΔA/Δt) des Messsignals des Gassensors (5) als Änderung der Amplitude ΔA des Messwertes als Funktion der Zeitdifferenz Δt im Vergleich zu einem erwarteten oder vorbestimmten Soll-Anstiegsgradienten (ΔA/Δt)_soll als Vergleichsgröße ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei von der Kontrolleinheit (910) im vierten Betriebszustand (64) als mindestens eine charakteristische Größe (641) zur Bestimmung des Maßes (642) für die Funktionsbereitschaft des Gassensors (5) in dem Gasmesssystem (1) und/oder des Gasmesssystems (1) das Integral der Amplitude ∫A(t)dt des Messsignals des Gassensors (5) der Sensorantwort im Vergleich zu einem erwarteten oder vorbestimmten Messsignal-Integral ∫A(t)dt_Soll als Vergleichsgröße ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei von der Kontrolleinheit (910) im vierten Betriebszustand (64) als mindestens eine charakteristische Größe (641) zur Bestimmung des Maßes (642) für die Funktionsbereitschaft des Gassensors (5) in dem Gasmesssystem (1) und/oder des Gasmesssystems (1) eine Dauer der Sensorantwort t_response des Messsignals des Gassensors (5) im Vergleich zur Aktivierungszeit der Prüfgasquelle (t_activate – t_deactivate) als Vergleichsgröße ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im vierten Betriebszustand (64) von der Kontrolleinheit (910) zur Bestimmung des Maßes (642) für die Funktionsbereitschaft des Gassensors (5) in dem Gasmesssystem (1) und/oder des Gasmesssystems (1) als charakteristische Größe (641) eine Kombination von mindestens zweien der charakteristischen Größen nach einem der Ansprüche 4 bis 9 ausgewertet wird.