Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein korrespondierendes System zum Sensieren eines Gases sowie eine Steuerungseinrichtung mit einer Implementation des Verfahrens.The invention relates to a method and a corresponding system for sensing a gas as well as a control device with an implementation of the method.
Die Verwendung eines sogenannten Pellistors oder allgemein eines katalytischen Messelements als Gassensor zum Detektieren brennbarer Gase ist an sich bekannt. Problematisch ist jedoch eine mitunter ungünstig lange Dauer (Ansprechverhalten), bis mittels eines Pellistors ein zu detektierendes Gas erkannt wird.The use of a so-called pellistor or generally a catalytic measuring element as a gas sensor for detecting combustible gases is known per se. However, the sometimes unfavorably long duration (response behavior) is problematic until a gas to be detected is detected by means of a pellistor.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend davon darin, ein Verfahren zum Sensieren eines Gases mit einem verbesserten Ansprechverhalten des katalytischen Messelements sowie ein nach dem Verfahren arbeitendes System anzugeben.It is an object of the present invention to provide a method for sensing a gas with an improved response of the catalytic measuring element as well as a system operating according to the method.
Die hier vorgeschlagene Neuerung löst die oben genannte Aufgabe, indem ein als Gassensor fungierendes katalytisches Messelement, zum Beispiel ein Pellistor, mit einem mittels einer Gasfördereinheit modulierten Messgasstrom beaufschlagt wird.The innovation proposed here achieves the above-mentioned object in that a catalytic measuring element acting as a gas sensor, for example a pellistor, is acted upon by a measuring gas stream modulated by means of a gas delivery unit.
Der Vorteil der Neuerung besteht darin, dass mittels der Gasfördereinheit aktiv ein Messgasstrom zum katalytischen Messelement gefördert wird. Der Messgasstrom umfasst üblicherweise Umgebungsluft oder die sonstige in der Umgebung des Messelements herrschende Atmosphäre sowie eventuell ein zu sensierendes Gas. Ein von dem Messgasstrom umfasstes zu sensierendes Gas gelangt mit dem Messgasstrom sehr viel schneller als durch Diffusion zum Messelement. Wenn der Messgasstrom das zu sensierende Gas umfasst, kann dieses sehr schnell erkannt werden.The advantage of the innovation is that a gas flow is actively conveyed to the catalytic measuring element by means of the gas delivery unit. The sample gas stream usually comprises ambient air or the other atmosphere prevailing in the vicinity of the measuring element and possibly a gas to be sensed. A gas to be sensed, which is included in the sample gas flow, reaches the measurement element with the sample gas flow much faster than by diffusion. If the sample gas flow includes the gas to be sensed, this can be recognized very quickly.
Aus der EP 0 157 237 A2 ist ein Verfahren zum Nachweis von reduzierenden Gasen in einem Gasgemisch bekannt, bei welchem das zu untersuchende Gasgemisch periodisch wenigstens teilweise gegen ein Referenzgas mit keinem oder einem geringeren Gehalt an reduzierenden Gasen ausgetauscht wird und der Gassensor somit periodisch einerseits mit dem Gasgemisch und andererseits mit dem Referenzgas beaufschlagt wird. Bei der gegenständlichen Neuerung erfolgt dagegen eine Beaufschlagung des Messelements nur mit dem Messgas, nämlich in Form eines modulierten Messgasstroms.From the EP 0 157 237 A2 A method for the detection of reducing gases in a gas mixture is known, in which the gas mixture to be examined is periodically at least partially exchanged for a reference gas with no or a lower content of reducing gases, and the gas sensor thus periodically on the one hand with the gas mixture and on the other hand with the reference gas is applied. In the present innovation, on the other hand, the measuring element is only exposed to the measuring gas, namely in the form of a modulated measuring gas flow.
Indem das Messelement mit einem modulierten Messgasstrom beaufschlagt wird, berücksichtigt die Neuerung, dass der aktiv geförderte Messgasstrom zu einer lokalen Wärmeabfuhr beim katalytischen Messelement führt. Diese Wärmeabfuhr beeinflusst das vom katalytischen Messelement erhältliche Messergebnis. Die Modulation des Messgasstroms, derart, dass der Messgasstrom alternierend entweder auf das Messelement wirkt oder nicht auf das Messelement wirkt, erlaubt eine Aufnahme eines Messwerts zu einem Zeitpunkt, zu dem keine Wärmeabfuhr aufgrund eines aktiv erzeugten Messgasstroms stattfindet. Dadurch wird der Effekt der Wärmeabfuhr bei einem auf das Messelement wirkenden Messgasstrom ausgeblendet. Die Verwendbarkeit des Messergebnisses zur eventuellen Signalisierung einer Erkennung eines zu detektierenden Gases bleibt erhalten.By applying a modulated sample gas flow to the measuring element, the innovation takes into account that the actively promoted sample gas flow leads to local heat dissipation in the catalytic measuring element. This heat dissipation influences the measurement result available from the catalytic measuring element. The modulation of the sample gas flow in such a way that the sample gas flow alternately either acts on the measuring element or does not act on the measuring element allows a measured value to be recorded at a point in time at which heat is not removed due to an actively generated sample gas flow. This eliminates the effect of heat dissipation in a sample gas flow acting on the measuring element. The usability of the measurement result for the possible signaling of a detection of a gas to be detected is retained.
Die Modulation des Messgasstroms wird mittels einer alternierenden Abfolge von Betriebsphasen der Gasfördereinheit erzeugt, wobei in einer aktiven Phase die Gasfördereinheit den Messgasstrom zum katalytischen Messelement fördert (aktive Förderung des Messgasstroms zum katalytischen Messelement) und wobei in einer passiven Phase die Gasfördereinheit inaktiv ist (keine aktive Förderung des Messgasstroms zum Messelement). Aufgrund der aktiven und passiven Phasen der Gasfördereinheit ergibt sich eine definierte Modulation des Messgasstroms. Speziell mit der passiven Phase, insbesondere mit einem bevorstehenden Ende der passiven Phase, kann eine Messwertaufnahme beim Messelement koordiniert werden, um - wie oben beschrieben - eine Aufnahme eines Messwerts zu einem Zeitpunkt zu gewährleisten, zu dem keine Wärmeabfuhr aufgrund eines aktiv erzeugten Messgasstroms stattfindet. Entsprechend wird bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens oder des Systems ein Temperaturwert, welcher während einer passiven Phase der Gasfördereinheit auf Basis eines vom katalytischen Messelement erhältlichen Messwerts ermittelt wird, als Maß für eine Konzentration eines mittels des katalytischen Messelements zu sensierenden Gases ausgewertet.The modulation of the sample gas flow is generated by means of an alternating sequence of operating phases of the gas delivery unit, the gas delivery unit conveying the sample gas flow to the catalytic measuring element in an active phase (active delivery of the sample gas flow to the catalytic measuring element) and the gas delivery unit being inactive in a passive phase (no active Promotion of the sample gas flow to the measuring element). The active and passive phases of the gas delivery unit result in a defined modulation of the sample gas flow. Especially with the passive phase, in particular with an impending end of the passive phase, a measured value recording can be coordinated with the measuring element in order to ensure - as described above - that a measured value is recorded at a point in time at which heat is not dissipated due to an actively generated sample gas flow. Accordingly, in a further embodiment of the method or the system, a temperature value, which is determined during a passive phase of the gas delivery unit on the basis of a measurement value obtainable from the catalytic measuring element, is evaluated as a measure for a concentration of a gas to be sensed by means of the catalytic measuring element.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin und sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche sowie der Beschreibung ist bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen sowie einer allgemeineren Ausführungsform des gegenständlichen Verfahrens zum Sensieren eines Gases oder des korrespondierenden Systems nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Beschreibung auf Aspekte nachgeordneter Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrücklich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen. Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass das hier angegebene System auch entsprechend der abhängigen Verfahrensansprüche weitergebildet sein kann und umgekehrt. Eine Weiterbildung des Systems zum Sensieren eines Gases entsprechend abhängiger Verfahrensansprüche zeichnet sich zum Beispiel dadurch aus, dass das System Mittel zur Ausführung des jeweiligen Verfahrensschritts oder der jeweiligen Verfahrensschritte umfasst.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. The relationships used here refer to the further development of the subject matter of the main claim through the features of the respective subclaim and are not to be understood as a waiver of the achievement of independent, objective protection for the combinations of features of the related subclaims. With regard to an interpretation of the claims and the description, a more detailed specification of a feature in a subordinate claim can be assumed to be such Limitation in the respective preceding claims and a more general embodiment of the subject method for sensing a gas or the corresponding system is not present. Any reference in the description to aspects of subordinate claims is therefore to be read expressly as a description of optional features, even without specific reference. Finally, it should be pointed out that the system specified here can also be developed in accordance with the dependent method claims and vice versa. A further development of the system for sensing a gas in accordance with dependent method claims is characterized, for example, in that the system comprises means for executing the respective method step or the respective method steps.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens oder des Systems wird ein Maß für einen auf das katalytische Messelement wirkenden Volumenstrom Qist ermittelt. In one embodiment of the method or the system, a measure for a volume flow acting on the catalytic measuring element is used Q is determined.
Dies erfolgt, indem eine Differenz aus einem ersten Temperaturwert und einem zweiten Temperaturwert ermittelt wird. Der erste Temperaturwert ist ein Temperaturwert, welcher auf einem während einer passiven Phase der Gasfördereinheit vom katalytischen Messelement erhältlichen Messwert basiert. Der zweite Temperaturwert ist ein Temperaturwert, welcher auf einem während einer aktiven Phase der Gasfördereinheit vom katalytischen Messelement erhältlichen Messwert basiert. Nur mit auf von dem katalytischen Messelement erhältlichen Messwerten basierenden Temperaturwerten kann demnach ein Maß für den wirkenden Volumenstrom Qist (Volumenstrom-Istwert) ermittelt werden. Das katalytische Messelement fungiert damit als Volumenstromsensor.This is done by determining a difference between a first temperature value and a second temperature value. The first temperature value is a temperature value which is based on a measurement value obtainable from the catalytic measuring element during a passive phase of the gas delivery unit. The second temperature value is a temperature value which is based on a measurement value obtainable from the catalytic measuring element during an active phase of the gas delivery unit. Only with temperature values based on measured values obtainable from the catalytic measuring element can a measure of the effective volume flow accordingly Q is (Actual volume flow value) can be determined. The catalytic measuring element thus functions as a volume flow sensor.
Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens oder des Systems, bei dem der Volumenstrom-Istwert ermittelt wird, ist vorgesehen, dass dieser zur Regelung der Gasfördereinheit verwendet wird. Zur Regelung der Gasfördereinheit ist ein Regler vorgesehen. Mittels des Reglers werden in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise Stellsignale zur Ansteuerung der Gasfördereinheit generiert. Dem Regler wird als auszuregelnde Regelabweichung eingangsseitig eine Differenz aus einem vorgegebenen oder vorgebbaren Sollwert für einen auf das katalytische Messelement wirkenden Volumenstrom QSoll (Volumenstrom-Sollwert) und dem jeweils ermittelten Volumenstrom-Istwert, insbesondere dem mittels des katalytischen Messelements ermittelten Volumenstrom-Istwert, zugeführt. Die Regelung der Gasfördereinheit bewirkt die möglichst genaue Einhaltung des auf das Messelement einwirkenden Volumenstroms.In a particular embodiment of the method or system in which the actual volume flow value is determined, it is provided that this is used to regulate the gas delivery unit. A controller is provided to regulate the gas delivery unit. Using the controller, actuating signals for controlling the gas delivery unit are generated in a manner known per se. On the input side, the controller receives a difference from a specified or predefinable setpoint for a volume flow acting on the catalytic measuring element as the control deviation to be corrected Q target (Nominal volume flow value) and the respectively determined actual volume flow value, in particular the actual volume flow value determined by means of the catalytic measuring element. The regulation of the gas delivery unit ensures that the volume flow acting on the measuring element is adhered to as precisely as possible.
Bei einer nochmals weiteren Ausführungsform des Verfahrens oder des Systems wird während aufeinanderfolgender aktiver und passiver Phasen der Gasfördereinheit zumindest ein charakteristischer Wert eines Verlaufs eines vom katalytischen Messelement erhältlichen Messwerts ermittelt. Mit dem ermittelten charakteristischen Wert wird eine Abweichung des ermittelten charakteristischen Werts von einem vorgegebenen oder vorgebbaren Erwartungswert ermittelt wird. Diese Abweichung wird mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert verglichen. Bei einer den Schwellwert überschreitenden Abweichung wird ein Fehlersignal erzeugt. Eine auf diesem Wege ermittelte Abweichung kann ein Indiz für eine Beschädigung und/oder Verschmutzung des Messelements oder ein Leck im System sein. Durch die Ermittlung einer jeweiligen Abweichung und Überwachung der Abweichung in Relation zu einem Schwellwert ist eine automatische Überwachung des Messelements und des Systems mit dem Messelement möglich.In yet another embodiment of the method or system, at least one characteristic value of a profile of a measured value obtainable from the catalytic measuring element is determined during successive active and passive phases of the gas delivery unit. The determined characteristic value is used to determine a deviation of the determined characteristic value from a predetermined or predeterminable expected value. This deviation is compared with a predefined or predefinable threshold value. If the deviation exceeds the threshold value, an error signal is generated. A deviation determined in this way can be an indication of damage and / or contamination of the measuring element or a leak in the system. By ascertaining a respective deviation and monitoring the deviation in relation to a threshold value, automatic monitoring of the measuring element and the system with the measuring element is possible.
Bei einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform des Verfahrens oder des Systems wird ebenfalls während aufeinanderfolgender aktiver und passiver Phasen der Gasfördereinheit zumindest ein charakteristischer Wert eines Verlaufs eines vom katalytischen Messelement erhältlichen Messwerts ermittelt. Auch hier wird mit dem ermittelten charakteristischen Wert eine Abweichung des ermittelten charakteristischen Werts von einem vorgegebenen oder vorgebbaren Erwartungswert ermittelt. Auch diese Abweichung wird mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert verglichen. Hier ist jedoch vorgesehen, dass im Falle einer den Schwellwert unterschreitenden Abweichung der jeweils ermittelte charakteristische Wert als neuer Erwartungswert übernommen wird. Dies ermöglicht eine dynamische Anpassung der Prüfung zum Beispiel an Alterungsvorgänge.In an additional or alternative embodiment of the method or the system, at least one characteristic value of a profile of a measured value obtainable from the catalytic measuring element is likewise determined during successive active and passive phases of the gas delivery unit. Here, too, the determined characteristic value is used to determine a deviation of the determined characteristic value from a predefined or predeterminable expected value. This deviation is also compared with a predefined or predefinable threshold value. However, it is provided here that in the event of a deviation below the threshold value, the characteristic value determined in each case is adopted as the new expected value. This enables the test to be dynamically adapted to aging processes, for example.
Insgesamt ist die hier vorgeschlagene Neuerung auch ein zum Sensieren eines Gases bestimmtes System der hier und im Folgenden beschriebenen Art, welches eine Steuerungseinrichtung umfasst, die als Mittel zur automatischen Ausführung des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens fungiert und/oder Mittel zur Ausführung des hier und im Folgenden beschriebenen Verfahrens umfasst.Overall, the innovation proposed here is also a system for sensing a gas of the type described here and below, which comprises a control device which functions as a means for automatically executing the method described here and below and / or means for executing the here and includes the method described below.
Die Steuerungseinrichtung umfasst in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise eine Verarbeitungseinheit in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors sowie einen Speicher, in den ein mittels der Verarbeitungseinheit ausführbares und als Steuerungsprogramm fungierendes Steuerungsprogramm geladen ist. Beim Betrieb der Steuerungseinrichtung wird das Steuerungsprogramm ausgeführt. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Steuerungsprogramm in Form eines Computerprogramms mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Steuerungsprogramm, also ein Steuerungsprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, sowie schließlich auch eine Steuerungseinrichtung, in deren Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Steuerungsprogramm geladen oder ladbar ist.The control device comprises, in a manner known per se, a processing unit in the form of or in the manner of a microprocessor and a memory into which a control program executable by means of the processing unit and functioning as a control program is loaded is. The control program is executed when the control device is operated. The invention is therefore on the one hand also a control program in the form of a computer program with program code instructions that can be executed by a computer, and on the other hand a storage medium with such a control program, i.e. a control program product with program code means, and finally also a control device, in the memory of which as means for carrying out the method and its Such a control program is loaded or loadable.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided with the same reference symbols in all figures.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand führen.The or each exemplary embodiment is not to be understood as a limitation of the invention. Rather, within the scope of the present disclosure, changes and modifications are possible, in particular those variants and combinations which, for example, by combining or modifying individual elements in conjunction with the features described in the general or special description part and contained in the claims and / or the drawing for the A person skilled in the art can be found with regard to the solution of the problem and can lead to a new object through combinable features.
Es zeigen:
- 1 eine Pumpe und einen Pellistor in einem Hohlkörper sowie eine zur Ansteuerung und Überwachung des Pellistors bestimmte Steuerungseinrichtung,
- 2 einen eine Pumpe und einen Pellistor gemäß 1 umfassenden Regelkreis,
- 3 das Blockschaltbild aus 2 ohne Rückführung,
- 4 einen mittels einer Pumpe und eines Pellistors gemäß 1 erhältlichen Temperaturmesswertverlauf am Pellistor sowie ein zur Aktivierung der Pumpe ausgegebenes Pumpenaktivierungssignal,
- 5 den Temperaturmesswertverlauf ähnlich wie in 4 im Falle einer Sensierung eines zu detektierenden Gases,
- 6 einen Verlauf eines Ausgangssignals der Steuerungseinrichtung,
- 7 den Temperaturmesswertverlauf gemäß 4 und einzelne, den Verlauf des Signals charakterisierende Zeitwerte sowie
- 8 den Temperaturmesswertverlauf gemäß 4 und einen Zeitversatz zwischen dem Temperaturmesswertverlauf und einem Pumpenaktivierungssignal.
Show it: - 1 a pump and a pellistor in a hollow body and a control device intended for controlling and monitoring the pellistor,
- 2 a a pump and a pellistor according to 1 comprehensive control loop,
- 3 the block diagram 2 without return,
- 4 one according to a pump and a pellistor 1 available temperature measured value curve on the pellistor and a pump activation signal output to activate the pump,
- 5 the temperature measurement curve similar to that in 4 in the event of a gas being detected,
- 6 a course of an output signal of the control device,
- 7 the temperature measurement curve according to 4 and individual time values characterizing the course of the signal and
- 8th the temperature measurement curve according to 4 and a time offset between the temperature measured value curve and a pump activation signal.
Die Darstellung in 1 zeigt in schematisch sehr stark vereinfachter Weise eine Ausführungsform eines Systems zum Sensieren eines Gases. Das System umfasst einen Pellistor 10, welcher sich im Innern eines im Längsschnitt gezeigten Hohlkörpers 12 befindet, hier beispielhaft in einem Hohlzylinder. Das Innere des Hohlkörpers 12 fungiert als Messkammer.The representation in 1 shows in a schematically very simplified manner an embodiment of a system for sensing a gas. The system includes a pellistor 10 , which is located inside a hollow body shown in longitudinal section 12 is, for example in a hollow cylinder. The inside of the hollow body 12 acts as a measuring chamber.
Ein Pellistor 10 wird in an sich bekannter Art und Weise als katalytischer Gassensor zum Detektieren eines (brennbaren) Gases verwendet. Die nachfolgende Beschreibung wird anhand eines Pellistors 10 als katalytischer Gassensor fortgesetzt. Andere Ausführungsformen eines katalytischen Gassensors sind jeweils stets mitzulesen und sollen mit diesem Hinweis als von der hier vorgelegten Beschreibung umfasst gelten.A pellistor 10 is used in a manner known per se as a catalytic gas sensor for detecting a (combustible) gas. The following description is based on a pellistor 10 continued as a catalytic gas sensor. Other embodiments of a catalytic gas sensor are always to be read and should be regarded as included in the description presented here with this reference.
Ein Pellistor 10 umfasst in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise einen üblicherweise zu einer Spule gewickelten Widerstandsdraht 14, der zur besseren Wärmeverteilung in eine Vergussmasse eingebettet ist, welche insgesamt von einem Katalysator 16, zum Beispiel Platinoxid, umgeben ist. Beim Betrieb wird der Widerstandsdraht 14 durch einen Stromfluss auf eine Arbeitstemperatur erwärmt. Der elektrische Widerstand des Widerstandsdrahts 14 ändert sich mit der Temperatur und auch die Umgebungstemperatur beeinflusst den elektrischen Widerstand. Die Umgebungstemperatur ändert sich vor allem dann, wenn ein zu detektierendes Gas mit dem Katalysator 16 in Kontakt kommt und sich dabei eine exotherme Reaktion ergibt.A pellistor 10 comprises, in a manner known per se, a resistance wire which is usually wound into a coil 14 , which is embedded in a casting compound for better heat distribution, which is supported by a catalyst 16 , for example platinum oxide. In operation, the resistance wire 14 heated to a working temperature by a current flow. The electrical resistance of the resistance wire 14 changes with the temperature and the ambient temperature also influences the electrical resistance. The ambient temperature changes especially when a gas to be detected with the catalyst 16 comes into contact and there is an exothermic reaction.
Eine aufgrund einer solchen exothermen Reaktion resultierende Änderung der Umgebungstemperatur führt zu einer Änderung des elektrischen Widerstands des Widerstandsdrahts 14. Diese Widerstandsänderung ist in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise messtechnisch erfassbar. Darauf basiert die Gasdetektion mittels eines Pellistors 10.A change in the ambient temperature resulting from such an exothermic reaction leads to a change in the electrical resistance of the resistance wire 14 , This change in resistance can be measured in a manner known per se. Gas detection is based on this using a pellistor 10 ,
Es gibt verschiedene Betriebsmodi für einen Pellistor 10. Häufig wird die Temperatur des Widerstandsdrahts 14 konstant gehalten (zum Beispiel 500 °C) und die Leistung, die für die Aufrechterhaltung der Temperatur nötig ist, beobachtet. Der eingebrachten Leistung steht eine Wärmeabfuhr durch die Wärmeleitfähigkeit des Gases gegenüber. Tritt nun eine exotherme Reaktion ein, so sorgt diese für eine zusätzliche Wärmezufuhr und die zur Aufrechterhaltung der konstanten Temperatur des Widerstandsdrahts 14 benötigte Leistung sinkt. Analog dazu gibt es auch eine Betriebsart, bei welcher die Leistung konstant gehalten wird und die Temperatur des Widerstandsdrahts 14 beobachtet wird. Diverse andere Formen sind möglich. Auf die konkrete Betriebsart des Pellistors 10 kommt es nicht an und für mögliche andere Betriebsarten wird auf die entsprechende Fachliteratur verwiesen. Jedenfalls sollen alle möglichen Betriebsarten eines Pellistors 10 als von der hier vorgelegten Beschreibung umfasst gelten. There are different operating modes for a pellistor 10 , Often the temperature of the resistance wire 14 kept constant (for example 500 ° C) and observed the power required to maintain the temperature. The power input is offset by heat dissipation due to the thermal conductivity of the gas. If an exothermic reaction now occurs, this provides additional heat and maintains the constant temperature of the resistance wire 14 required power drops. Analogously, there is also an operating mode in which the power is kept constant and the temperature of the resistance wire 14 is observed. Various other shapes are possible. On the specific operating mode of the pellistor 10 it does not matter and for other possible operating modes, reference is made to the corresponding specialist literature. In any case, all possible modes of operation of a pellistor 10 are deemed to be included in the description presented here.
Damit der Pellistor 10 auf das zu detektierende (zu sensierende) Gas reagieren kann, muss dieses zum Pellistor 10 gelangen. Dies geschieht bisher durch Diffusion und aufgrund eines Konzentrationsgefälles. Der Pellistor 10 befindet sich im Innern des Hohlkörpers 12 zumindest zunächst in einer Umgebung ohne das zu detektierende Gas. Wenn in der Umgebung des Hohlkörpers 12 das zu detektierende Gas austritt, gelangt dieses erst nach geraumer Zeit in den Bereich des Pellistors 10. Die Zeit, die verstreicht, bis mittels des Pellistors 10 ein ausgetretenes, potentiell gefährliches Gas detektiert wird, ist dann mitunter recht lang und ganz grundsätzlich bestimmen die Diffusionsstrecke, also die Strecke vom Ort des Gasaustritts bis zum Ort des Pellistors 10, sowie das Diffusionsverhalten des jeweiligen Gases das Ansprechverhalten des Pellistors 10.So the pellistor 10 can react to the gas to be detected (sensed), this must go to the pellistor 10 reach. So far, this has been done by diffusion and due to a concentration gradient. The pellistor 10 is located inside the hollow body 12 at least initially in an environment without the gas to be detected. If in the vicinity of the hollow body 12 If the gas to be detected emerges, it only reaches the area of the pellistor after some time 10 , The time that passes until by means of the pellistor 10 A leaked, potentially dangerous gas is then sometimes quite long and fundamentally determine the diffusion distance, i.e. the distance from the location of the gas outlet to the location of the pellistor 10 , and the diffusion behavior of the respective gas, the response behavior of the pellistor 10 ,
Eine Verbesserung des Ansprechverhaltens kann grundsätzlich erreicht werden, indem das zu sensierende Gas in Form eines dieses umfassenden Gasstroms 18 zum Pellistor 10 gefördert wird. Bei dem hier vorgeschlagenen System zum Sensieren eines Gases erfolgt dies mittels einer von dem System umfassten und im Folgenden kurz als Pumpe 20 bezeichneten Gasfördereinheit 20, welche Umgebungsluft aus einem Bereich außerhalb des Hohlkörpers 12 ansaugt und die angesaugte Umgebungsluft als Gasstrom 18 in das Innere des Hohlkörpers 12 und dort in Richtung auf den Pellistor 10 fördert. Wenn sich in einem Bereich außerhalb des Hohlkörpers 12 das zu sensierende Gas befindet, umfasst der zum Pellistor 10 geförderte Gasstrom 18 das zu sensierende Gas. Indem auf diese Weise das zu sensierende Gas aktiv zum Pellistor 10 befördert wird, lässt sich potentiell das Ansprechverhalten des Pellistors 10 deutlich verbessern (reduzierte Ansprechdauer).An improvement in the response behavior can in principle be achieved by the gas to be sensed in the form of a gas stream comprising this 18 to the pellistor 10 is promoted. In the system proposed here for sensing a gas, this is done by means of a system which is included in the system and hereinafter briefly as a pump 20 designated gas delivery unit 20 what ambient air from an area outside the hollow body 12 sucks in and the sucked in ambient air as a gas stream 18 inside the hollow body 12 and there towards the pellistor 10 promotes. If in an area outside the hollow body 12 the gas to be sensed includes that to the pellistor 10 promoted gas flow 18 the gas to be sensed. In this way, the gas to be sensed actively to the pellistor 10 the response of the pellistor can potentially be promoted 10 improve significantly (reduced response time).
In der Darstellung in 1 stellt der von der Pumpe 20 zum Pellistor 10 weisende Blockpfeil den mittels der Pumpe 20 generierten Gasstrom 18 dar. In Strömungsrichtung des Gasstroms 18 stromaufwärts der Pumpe 20 und stromabwärts des Pellistors 10 können als Flammsperren fungierende Schutzgitter 22 oder dergleichen vorgesehen sein.In the representation in 1 provides the from the pump 20 to the pellistor 10 pointing arrow by means of the pump 20 generated gas flow 18 in the direction of flow of the gas stream 18 upstream of the pump 20 and downstream of the pellistor 10 can act as protective barriers 22 or the like may be provided.
Ein mittels der Pumpe 20 generierter und hier und im Folgenden kurz als Gasstrom 18 bezeichneter Messgasstrom 18 führt allerdings beim Pellistor 10 zu einer lokalen Wärmeabfuhr. Je nach Betriebsart führt dies zum Beispiel zu einer Abkühlung des Pellistors 10 (Konstant-Strom-Anemometrie; CCA - Constant Current Anemometry) oder zu einer Erhöhung des Leistungsbedarfs (KonstantTemperatur-Anemometrie; CTA - Constant Temperature Anemometry).One by means of the pump 20 generated and here and below briefly as a gas stream 18 designated sample gas flow 18 leads however with the pellistor 10 to local heat dissipation. Depending on the operating mode, this leads to a cooling of the pellistor, for example 10 (Constant current anemometry; CCA - constant current anemometry) or to increase the power requirement (constant temperature anemometry; CTA - constant temperature anemometry).
Ein Pellistor 10 und eine diesem zugeordnete Auswerteelektronik (nicht gezeigt) ist üblicherweise auf eine Situation ohne einen eine lokale Wärmeabfuhr bewirkenden Gasstrom 18 im Bereich des Pellistors 10 kalibriert. Wenn der Volumenstrom Q des mittels der Pumpe 20 generierten Gasstroms 18 messtechnisch erfassbar ist, kann mittels eines Messwerts für den Volumenstrom Q die Kalibrierung des Pellistors 10 auf eine Situation bei einem auf den Pellistor 10 einwirkenden Gasstrom 18 angepasst werden. Dafür wäre allerdings ein Volumenstromsensor erforderlich.A pellistor 10 and an evaluation electronics (not shown) assigned to it is usually for a situation without a gas flow causing local heat dissipation 18 in the area of the pellistor 10 calibrated. If the volume flow Q of the pump 20 generated gas flow 18 is measurable, the pellistor can be calibrated by means of a measured value for the volume flow Q. 10 to a situation with one on the pellistor 10 acting gas flow 18 be adjusted. However, a volume flow sensor would be required for this.
Das Ansprechverhalten eines Pellistors 10 lässt sich damit zwar mittels einer Pumpe 20 verbessern, macht aber eine zusätzliche Sensorik erforderlich, nämlich eine als Volumenstromsensor fungierende Sensorik.The response behavior of a pellistor 10 can be done with a pump 20 improve, but requires an additional sensor system, namely a sensor system functioning as a volume flow sensor.
Bei der hier vorgeschlagenen Neuerung ist vorgesehen, dass der mittels der Pumpe 20 erzeugte Gasstrom 18 zyklisch moduliert wird, zum Beispiel durch zyklisches Ein- und Ausschalten der Pumpe 20. Dadurch ergeben sich zwei unterschiedliche Zustände, nämlich ein erster Zustand, bei dem kein Gasstrom 18 auf den Pellistor 10 wirkt (passive Phase; Pumpe 20 läuft nicht; kein Gasstrom 18) und ein zweiter Zustand, bei dem ein Gasstrom 18 auf den Pellistor 10 wirkt (aktive Phase; Pumpe 20 läuft und erzeugt einen Gasstrom 18). Zwischen den bei diesen beiden Zuständen resultierenden Temperaturen ergibt sich ein messbarer Temperaturunterschied. Bei einem sich an den ersten Zustand anschließenden zweiten Zustand ergibt sich (beim CCA-Betrieb) eine Abkühlung des Pellistors 10. Auf Basis der Situation beim CCA-Betrieb wird die weitere Beschreibung fortgesetzt. Die entsprechenden Verhältnisse bei anderen Betriebsarten sind jeweils stets mitzulesen.The innovation proposed here provides that the pump 20 generated gas flow 18 is cyclically modulated, for example by cyclically switching the pump on and off 20 , This results in two different states, namely a first state in which there is no gas flow 18 on the pellistor 10 acts (passive phase; pump 20 not running; no gas flow 18 ) and a second state where a gas flow 18 on the pellistor 10 acts (active phase; pump 20 runs and generates a gas stream 18 ). There is a measurable temperature difference between the temperatures resulting from these two conditions. In the case of a second state following the first state, Operation) cooling the pellistor 10 , Based on the situation with CCA operation, the further description is continued. The corresponding conditions for other operating modes must always be read.
Eine Dauer der aktiven Phase wird bevorzugt in Abhängigkeit einerseits von einer jeweiligen Zeitkonstante des Pellistors 10 und andererseits von einem Volumen der Messkammer festgelegt. Während der aktiven Phase kommt es darauf an, dass das Volumen der Messkammer (das Volumen des Hohlkörpers 12) ausreichend „gespült“ wird, so dass ein vollständiger oder möglichst vollständiger Gasaustausch im Bereich des Pellistors 10 stattfindet.A duration of the active phase is preferred depending on the one hand on a respective time constant of the pellistor 10 and on the other hand determined by a volume of the measuring chamber. During the active phase, it is important that the volume of the measuring chamber (the volume of the hollow body 12 ) is "flushed" sufficiently so that a complete or as complete a gas exchange as possible in the area of the pellistor 10 takes place.
Ein ausreichendes Spülen der Messkammer, in der sich der Pellistor 10 befindet und dort dem Messgasstrom 18 ausgesetzt ist, ist zum Beispiel gegeben, wenn das Zweifache des Volumens der Messkammer in Form von Messgas durch diese hindurchgeströmt ist. Bei einem Messkammervolumen von zum Beispiel 2 ml und einem Volumenstrom von 100 ml/min ergibt sich, dass für ein im o.g. Sinne ausreichendes Spülen (zweifaches Kammervolumen) eine Zeit von 4 ml / 100 ml x 60 s = 2,4 Sekunden notwendig ist. Bei einer solchen oder vergleichbaren Dauer der aktiven Phase sowie einem Pellistor 10 mit einer Zeitkonstante von ca. 3 Sekunden ist damit ein Ansprechen des Pellistors 10 auf ein zu sensierendes Gas in der Größenordnung seiner eigenen Zeitkonstante möglich. Bei anderen Kammervolumina, Fördermengen der Pumpe 20 und/oder Zeitkonstanten des Pellistors 10 ergeben sich jeweils andere Werte.Sufficient rinsing of the measuring chamber in which the pellistor is located 10 and there the sample gas flow 18 is exposed, for example, when twice the volume of the measuring chamber in the form of measuring gas has flowed through it. With a measuring chamber volume of, for example, 2 ml and a volume flow of 100 ml / min, it results that a time of 4 ml / 100 ml x 60 s = 2.4 seconds is necessary for a sufficient rinsing (twice the chamber volume). With such or a comparable duration of the active phase and a pellistor 10 With a time constant of approx. 3 seconds, the pellistor is activated 10 possible for a gas to be sensed in the order of its own time constant. For other chamber volumes, delivery rates of the pump 20 and / or time constants of the pellistor 10 there are different values.
Bei einem als Messelement fungierenden Pellistor 10 eines „klassischen Typs“ mit nahezu runder Form und einem Durchmesser im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm ist von einer Zeitkonstante des Pellistors 10 von 3 Sekunden auszugehen. Dann kommen als Dauer der aktiven Phase 5 Sekunden und als Dauer der passiven Phase ebenfalls 5 Sekunden in Betracht.With a pellistor functioning as a measuring element 10 of a "classic type" with an almost round shape and a diameter in the range from 0.5 mm to 3 mm is of a time constant of the pellistor 10 to assume 3 seconds. Then come as the duration of the active phase 5 Seconds and also 5 seconds as the duration of the passive phase.
Bei einem als aktives Messelement fungierenden katalytischen Messelement 10 in Form eines flachen mikrostrukturierten Halbleiter-Elements (MEMS) mit einer zum Beispiel rechtwinkligen Form mit einer Höhe im Bereich von 300 µm bis 3 mm sowie einer Länge und Breite im Bereich von 300 µm bis 3 mm und mit einer katalytisch wirksamen reaktiven, bzw. sensitiven Beschichtung mit einem Katalysatormaterial ist von einer Zeitkonstante des katalytischen Messelement 10 im Bereich von 50 Millisekunden bis 100 Millisekunden auszugehen.With a catalytic measuring element functioning as an active measuring element 10 in the form of a flat microstructured semiconductor element (MEMS) with, for example, a rectangular shape with a height in the range from 300 μm to 3 mm and a length and width in the range from 300 μm to 3 mm and with a catalytically active reactive or sensitive coating with a catalyst material is of a time constant of the catalytic measuring element 10 in the range of 50 milliseconds to 100 milliseconds.
Dann kommen als Dauer der aktiven Phase 200 Millisekunden und als Dauer der passiven Phase ebenfalls 200 Millisekunden in Betracht. Generell sollte die Dauer der aktiven Phase in der Größenordnung der Zeitkonstante des Pellistors 10 liegen, insbesondere zumindest der Zeitkonstante des Pellistors 10 entsprechen. Ebenso sollte die Dauer der passiven Phase in der Größenordnung der Zeitkonstante des Pellistors 10 liegen, insbesondere zumindest der Zeitkonstante des Pellistors 10 entsprechen. Wenn die Dauer der aktiven Phase wesentlich geringer ist, ist ein Spülen der Messkammer zwar zumindest teilweise gegeben, aber das zu sensierende Gas wird ggf. erst später an das Messelement herangeführt. Wenn die Dauer der aktiven Phase wesentlich höher ist, ergibt sich ein stark verändertes Temperaturverhalten des Pellistors 10, was zu hohen Temperatur-Gradienten und damit zu hohem mechanischem Stress im Messelement führt.Then come as the duration of the active phase 200 Milliseconds and also 200 milliseconds as the duration of the passive phase. Generally, the duration of the active phase should be of the order of the time constant of the pellistor 10 lie, in particular at least the time constant of the pellistor 10 correspond. Likewise, the duration of the passive phase should be of the order of the time constant of the pellistor 10 lie, in particular at least the time constant of the pellistor 10 correspond. If the duration of the active phase is significantly shorter, there is at least partial purging of the measuring chamber, but the gas to be sensed may not be brought to the measuring element until later. If the duration of the active phase is significantly longer, the temperature behavior of the pellistor changes considerably 10 , which leads to high temperature gradients and thus to high mechanical stress in the measuring element.
Wenn ein mikrostrukturiertes Halbleiter-Element (MEMS) ohne eine katalytisch wirksame Schicht als ein sogenanntes passives Element, beispielsweise als ein Referenzelement bei der Messung der Gaskonzentration in einer Messbrückenschaltung eingesetzt, so weist dies passive Element in einer typischen Ausgestaltung eine Zeitkonstante im Bereich von ungefähr 3 Millisekunden bis 5 Millisekunden auszugehen.If a microstructured semiconductor element (MEMS) without a catalytically active layer is used as a so-called passive element, for example as a reference element in the measurement of the gas concentration in a measuring bridge circuit, then this passive element in a typical embodiment has a time constant in the range of approximately 3 Go out milliseconds to 5 milliseconds.
Wenn die Dauer der aktiven Phase der Dauer der passiven Phase entspricht, ergibt sich bezüglich der Modulation des Messgasstroms 18 ein Tastverhältnis von 1:1. Die Dauer der aktiven Phase kann auch länger als die Dauer der passiven Phase sein, so dass sich zum Beispiel eine Dauer der passiven Phase von 200 Millisekunden und eine Dauer der aktiven Phase von 800 Millisekunden oder allgemein ein Tastverhältnis von 3:1 bis 5:1 ergibt. Die jeweilige Dauer der aktiven Phase bestimmt jedenfalls den mittels der Pumpe 20 aufzubringenden notwendigen Volumenstrom.If the duration of the active phase corresponds to the duration of the passive phase, the result is regarding the modulation of the sample gas flow 18 a duty cycle of 1: 1. The duration of the active phase can also be longer than the duration of the passive phase, so that, for example, a duration of the passive phase of 200 milliseconds and a duration of the active phase of 800 milliseconds or generally a pulse duty factor of 3: 1 to 5: 1 results. In any case, the duration of the active phase determines that by means of the pump 20 necessary volume flow to be applied.
Die nachfolgende Tabelle umfasst die erwähnten Zahlenwerte, wobei sich „Typ 1“ und „Typ 2“ beispielhaft auf die erwähnten Varianten des Messelements (Pellistor 10, katalytisches MEME- Messelement 10) und „Konstellation 1“ sowie „Konstellation 2“ auf unterschiedliche Ansteuerungen der Pumpe 20 zum Erhalt eines symmetrischen bzw. unsymmetrischen Tastverhältnisses beziehen:
Zeitkonstante („Tau“) Messelement Dauer aktive Phase (T Pumpe „aus“) Dauer aktive Phase (T Pumpe „ein“)
Typ 1 3s 5s 5s
Typ 2 / Konstellation 1 100 ms 200 ms 200 ms
Typ 2 / Konstellation 2 100 ms 200 ms 800 ms
The table below includes the numerical values mentioned, whereby "Type 1" and "Type 2" refer to the variants of the measuring element (pellistor 10 , catalytic MEME measuring element 10 ) and "Constellation 1" and "Constellation 2" on different controls of the pump 20 to obtain a symmetrical or asymmetrical duty cycle: Time constant ("Tau") measuring element Duration of active phase (T pump "off") Duration active phase (T pump "on")
Type 1 3s 5s 5s
Type 2 / constellation 1 100 ms 200 ms 200 ms
Type 2 / constellation 2 100 ms 200 ms 800 ms
Die Ansteuerung der Pumpe 20 zur Erzeugung eines zyklisch modulierten Gasstroms 18 mittels einer alternierenden Abfolge von aktiven und passiven Phasen sowie die - grundsätzlich an sich bekannte - Ansteuerung und Überwachung des Pellistors, bzw. katalytischen Messelements 10 erfolgen mittels einer nur schematisch vereinfacht gezeigten, ebenfalls von dem hier vorgeschlagenen System zum Sensieren eines Gases umfassten und im Folgenden kurz als Steuerungseinrichtung 30 bezeichneten Steuerungs- und Überwachungseinrichtung 30. Mittels der Steuerungseinrichtung 30 wird ein Ausgangssignal 32 generiert. Das Ausgangssignal 32 kann als digitales oder als analoges Ausgangssignal 32 generiert werden. Ein digitales Ausgangssignal 32 kodiert zum Beispiel, ob eine Sensierung eines mittels des Pellistors 10 zu detektierenden Gases in einem kritischen und potentiell gefährlichen Bereich liegt oder nicht. Ein analoges Ausgangssignal 32 kodiert unmittelbar eine jeweilige Sensierung eines mittels des Pellistors 10 zu detektierenden Gases und ein hoher Wert des Ausgangssignals 32 zeigt eine hohe Konzentration des jeweiligen Gases an, während ein geringer Wert des Ausgangssignals 32 eine geringe Konzentration des Gases anzeigt. Ein solches analoges Ausgangssignal 32 wird optional mittels einer nicht gezeigten nachfolgenden Einheit verarbeitet und ausgewertet. Die nachfolgende Einheit nimmt in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise eine qualitative Bewertung des Ausgangssignals 32 vor und bewirkt zum Beispiel im Falle eines Ausgangssignals 32, welches eine Sensierung eines mittels des Pellistors 10 zu detektierenden Gases anzeigt, die Generierung eines Alarmsignals anhand des Ausgangssignals 32. Die Funktionalität einer solchen nachfolgenden Einheit kann auch von der Steuerungseinrichtung 30 umfasst sein. Eine solche Steuerungseinrichtung 30 generiert entweder das Ausgangssignal 32 und ein Alarmsignal oder lediglich das Alarmsignal.The control of the pump 20 to generate a cyclically modulated gas flow 18 by means of an alternating sequence of active and passive phases as well as the control and monitoring of the pellistor or catalytic measuring element, which is known per se 10 are carried out by means of a system for sensing a gas, which is shown only in a schematically simplified manner and is also included in the system proposed here and briefly below as a control device 30 designated control and monitoring device 30 , By means of the control device 30 becomes an output signal 32 generated. The output signal 32 can be used as a digital or as an analog output signal 32 to be generated. A digital output signal 32 encodes, for example, whether a sensing by means of the pellistor 10 gas to be detected is or is not in a critical and potentially dangerous area. An analog output signal 32 directly encodes a respective sensation by means of the pellistor 10 gas to be detected and a high value of the output signal 32 indicates a high concentration of the respective gas, while a low value of the output signal 32 indicates a low concentration of the gas. Such an analog output signal 32 is optionally processed and evaluated using a subsequent unit, not shown. The following unit takes a qualitative evaluation of the output signal in a manner known per se 32 before and causes, for example, in the case of an output signal 32 which is a sensation by means of the pellistor 10 gas to be detected indicates the generation of an alarm signal based on the output signal 32 , The functionality of such a subsequent unit can also be performed by the control device 30 be included. Such a control device 30 either generates the output signal 32 and an alarm signal or only the alarm signal.
Die Steuerungseinrichtung 30 umfasst in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise zum Beispiel eine Verarbeitungseinheit 34 in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors sowie einen Speicher 36, in den ein als Steuerungsprogramm 38 fungierendes Computerprogramm ladbar ist und beim Betrieb der Steuerungseinrichtung 30 geladen ist, das mittels der Verarbeitungseinheit 34 ausführbar ist und beim Betrieb der Steuerungseinrichtung 30 ausgeführt wird.The control device 30 comprises, for example, a processing unit in a manner known per se 34 in the form of or in the manner of a microprocessor and a memory 36 , in the one as a control program 38 functioning computer program is loadable and during operation of the control device 30 is loaded by means of the processing unit 34 is executable and in the operation of the control device 30 is performed.
Alternativ zu einem Mikroprozessor oder dergleichen sowie einem Speicher 36 und einem Steuerungsprogramm 38 kommt auch eine Implementation des hier vorgeschlagenen Ansatzes in Form eines ASICs, FPGA oder dergleichen in Betracht. Eine solche Vorrichtung fungiert dann als Verarbeitungseinheit 34 oder unmittelbar als Steuerungseinrichtung 30, umfasst als Steuerungsprogramm 38 eine für eine solche Verarbeitungseinheit 34 passende Implementation des hier vorgeschlagenen Ansatzes und fungiert als Speicher 36. im Interesse einer besseren Lesbarkeit der weiteren Beschreibung wird diese auf Basis eines als Steuerungsprogramm 38 fungierenden Computerprogramms fortgesetzt. Die alternative Implementationsmöglichkeit in Form eines ASICs, FPGA oder dergleichen ist dabei stets mitzulesen und sollen mit diesem Hinweis als von der hier vorgelegten Beschreibung umfasst gelten.As an alternative to a microprocessor or the like and a memory 36 and a control program 38 an implementation of the approach proposed here in the form of an ASIC, FPGA or the like is also possible. Such a device then functions as a processing unit 34 or directly as a control device 30 , includes as a control program 38 one for such a processing unit 34 appropriate implementation of the approach proposed here and acts as a memory 36 , In the interest of better readability, the further description is based on a control program 38 operating computer program continued. The alternative implementation option in the form of an ASIC, FPGA or the like is always to be read and should be regarded as included in the description presented here with this reference.
Die Steuerungseinrichtung 30 ist dafür bestimmt und eingerichtet, die Pumpe 20 entsprechend der Implementation des hier vorgeschlagenen Ansatzes anzusteuern, so dass sich eine Modulation des zum Pellistor 10 gelangenden Gasstroms 18 ergibt. Dies ist durch den von der Steuerungseinrichtung 30 zur Pumpe 20 weisenden Pfeil veranschaulicht. Des Weiteren ist die Steuerungseinrichtung 30 dafür bestimmt und eingerichtet, den Pellistor 10 entsprechend der Implementation des hier vorgeschlagenen Ansatzes anzusteuern, also insbesondere dessen Widerstandsdraht 14 mit einem elektrischen Strom zu beaufschlagen. Dies ist durch den von der Steuerungseinrichtung 30 zum Pellistor 10 weisenden Pfeil veranschaulicht. Schließlich ist die Steuerungseinrichtung 30 dafür bestimmt und eingerichtet, den Pellistor 10 zu überwachen, also zum Beispiel die zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Widerstandsdrahts 14 notwendige Leistung zu überwachen. Dies ist durch den vom Pellistor 10 zur Steuerungseinrichtung 30 weisenden Pfeil veranschaulicht.The control device 30 is designed and set up for the pump 20 according to the implementation of the approach proposed here, so that there is a modulation of the pellistor 10 incoming gas flow 18 results. This is due to that of the control device 30 to the pump 20 Illustrated arrow pointing. Furthermore, the control device 30 destined and furnished for it, the pellistor 10 to drive in accordance with the implementation of the approach proposed here, in particular its resistance wire 14 to apply an electric current. This is due to that of the control device 30 to the pellistor 10 Illustrated arrow pointing. Finally, the control device 30 destined and furnished for it, the pellistor 10 to monitor, for example, to maintain the temperature of the resistance wire 14 monitor necessary performance. This is due to that of the pellistor 10 to the control device 30 Illustrated arrow pointing.
Die jeweils beobachtete Abkühlung des Pellistors 10 ist ein Maß für die Menge (Volumen) des Gasstroms 18, welche in einer bestimmten Zeitspanne durch einen Querschnitt des Hohlkörpers 12 im Bereich des Pellistors 10 strömt, also ein Maß für den Volumenstrom Q im Bereich des Pellistors 10. Die beobachtete Abkühlung kann damit - insbesondere in einem Regelkreis 40 (2) - als Istwert für einen jeweils herrschenden Volumenstrom Qist verwendet werden.The cooling of the pellistor observed in each case 10 is a measure of the amount (volume) of the gas flow 18 which in a certain period of time through a cross section of the hollow body 12 in the area of the pellistor 10 flows, i.e. a measure of the volume flow Q in the area of the pellistor 10 , The watched This can be used to cool down - especially in a control loop 40 ( 2 ) - as the actual value for a prevailing volume flow Q is be used.
Die Darstellung in 2 zeigt beispielhaft eine mögliche Ausführungsform eines solchen Regelkreises 40. Der Regelkreis 40 umfasst die Pumpe 20 und den Pellistor 10. Ein Regler 42, zum Beispiel ein PI-Regler 42, wirkt auf die Pumpe 20. Mittels eines vom Regler 42 im Betrieb ausgegebenen Stellsignals 44 wird der mittels der Pumpe 20 erzeugte Gasstrom 18 beeinflusst.The representation in 2 shows an example of a possible embodiment of such a control loop 40 , The control loop 40 includes the pump 20 and the pellistor 10 , A regulator 42 , for example a PI controller 42 , acts on the pump 20 , Using one from the controller 42 control signal output during operation 44 the pump 20 generated gas flow 18 affected.
Als Pumpe 20 fungiert zum Beispiel ein drehzahlveränderliches Gebläse oder eine Piezopumpe, wie sie zum Beispiel in den deutschen Patentanmeldungen mit den amtlichen Aktenzeichen 10 2016 009 833.3 (Anmeldetag: 15.08.2016) sowie 10 2017 009 606.6 (Anmeldetag: 18.02.2016) beschrieben ist. Die Beeinflussung des mittels einer solchen Pumpe 20 erzeugten Gasstroms 18 erfolgt durch Erhöhung oder Verringerung einer Drehzahl des Gebläses bzw. Erhöhung oder Verringerung einer Frequenz, mittels derer die Piezopumpe angesteuert wird.As a pump 20 for example, a variable-speed blower or a piezo pump, such as that used in the German patent applications with the official file number 10 2016 009 833.3 (Filing date: 15.08.2016) and 10 2017 009 606.6 (filing date: 18.02.2016). Influencing of such a pump 20 generated gas flow 18 takes place by increasing or decreasing a speed of the fan or increasing or decreasing a frequency by means of which the piezo pump is controlled.
Die Pumpe 20 wirkt mittels des jeweils erzeugten Gasstroms 18 auf den Pellistor 10. Der Pellistor 10 erzeugt ein Pellistor-Ausgangssignal 46. Dieses wird mittels einer Umrechnungseinheit 48 in einen korrespondierenden Temperaturwert 50 umgerechnet. Mittels der Umrechnungseinheit 48 wird aus der über dem Pellistor 10, nämlich über dem Widerstandsdraht 14, anliegenden Spannung und dem Strom durch den Pellistor 10, nämlich dem Strom durch den Widerstandsdraht 14, ein zur Temperatur am Pellistor 10 proportionaler Widerstandswert ermittelt. Dies ist der vorgenannte korrespondierende Temperaturwert 50.The pump 20 acts by means of the gas flow generated in each case 18 on the pellistor 10 , The pellistor 10 generates a pellistor output signal 46 , This is done using a conversion unit 48 into a corresponding temperature value 50 converted. Using the conversion unit 48 becomes from the above the pellistor 10 , namely over the resistance wire 14 , applied voltage and the current through the pellistor 10 , namely the current through the resistance wire 14 , one on the temperature at the pellistor 10 proportional resistance value determined. This is the aforementioned corresponding temperature value 50 ,
Der resultierende Widerstands- / Temperaturwert 50 wird zwei Speichergliedern (erstes Speicherglied 52, zweites Speicherglied 54) zugeführt. Jedes Speicherglied 52, 54 gibt an seinem Ausgang einen jeweils mittels des Speicherglieds 52, 54 gespeicherten Temperaturwert (erster Temperaturwert 56, zweiter Temperaturwert 58) aus.The resulting resistance / temperature value 50 becomes two memory elements (first memory element 52 , second storage element 54 ) fed. Each memory element 52 . 54 gives at its output one each by means of the memory element 52 . 54 stored temperature value (first temperature value 56 , second temperature value 58 ) out.
Eines der beiden Speicherglieder 52, 54 - zum Beispiel das erste Speicherglied 52 - speichert zum Ende der passiven Phase der Pumpe 20 den dann von der Umrechnungseinheit 48 erhaltenen Temperaturwert 50. Ein zuvor gespeicherter Temperaturwert wird dabei überschrieben, so dass jeweils nur der zuletzt gespeicherte Temperaturwert am Ausgang erscheint. Indem das Speicherglied 52, 54 - hier also zum Beispiel das erste Speicherglied 52 - den zum Ende der passiven Phase der Pumpe 20 gültigen Temperaturwert 50 speichert (festhält), erfolgt dessen Speicherung zu einem Zeitpunkt, zu dem am Pellistor 10 keine Wärmeabfuhr aufgrund eines aktiv erzeugten Gasstroms 18 stattfindet.One of the two storage elements 52 . 54 - For example, the first memory element 52 - saves at the end of the passive phase of the pump 20 then from the conversion unit 48 obtained temperature value 50 , A previously saved temperature value is overwritten so that only the last saved temperature value appears at the output. By adding the memory element 52 . 54 - So here, for example, the first memory element 52 - the end of the passive phase of the pump 20 valid temperature value 50 saves (holds), it is saved at a point in time at the pellistor 10 no heat dissipation due to an actively generated gas flow 18 takes place.
Das andere Speicherglied 52, 54 - entsprechend also zum Beispiel das zweite Speicherglied 54 - speichert zum Ende der aktiven Phase der Pumpe 20 den dann von der Umrechnungseinheit 48 erhaltenen Temperaturwert 50. Auch hier wird ein zuvor gespeicherter Temperaturwert dabei überschrieben.The other storage element 52 . 54 - accordingly, for example, the second storage element 54 - saves at the end of the active phase of the pump 20 then from the conversion unit 48 obtained temperature value 50 , A previously saved temperature value is also overwritten here.
Eine Differenz der beiden Temperaturwerte 56, 58 (erster Temperaturwert 56, zweiter Temperaturwert 58) ist eine Temperaturdifferenz ΔT und damit ein Maß für die Abkühlung des Pellistors 10 aufgrund des von der Pumpe 20 erzeugten Gasstroms 18. Diese Differenz entspricht dem aktuellen Volumenstrom des Gasstroms 18. Jedenfalls ist die Temperaturdifferenz ΔT ein Maß für den Istwert des in der Zeit zwischen der Erfassung der beiden Temperaturwerte 56, 58 auf den Pellistor 10 einwirkenden Volumenstroms 60. Im Folgenden wird kurz vom jeweils ermittelten aktuellen Volumenstrom Qist 60 gesprochen. Durch Auswertung des Pellistor-Ausgangssignals 46 ergibt sich also ein Wert für den jeweils aktuellen Volumenstrom Qist 60. Folglich fungiert der Pellistor 10 hier als Volumenstromsensor.A difference between the two temperature values 56 . 58 (first temperature value 56 , second temperature value 58 ) is a temperature difference ΔT and thus a measure of the cooling of the pellistor 10 due to that from the pump 20 generated gas flow 18 , This difference corresponds to the current volume flow of the gas flow 18 , In any case, the temperature difference ΔT is a measure of the actual value in the time between the acquisition of the two temperature values 56 . 58 on the pellistor 10 acting volume flow 60 , The following is briefly the current volume flow determined Q is 60 spoken. By evaluating the pellistor output signal 46 this results in a value for the current volume flow Q is 60 , Hence the pellistor acts 10 here as a volume flow sensor.
Mit dem Pellistor-Ausgangssignal 46 und dem zum Ende der passiven Phase der Pumpe 20 resultierenden ersten Temperaturwert 56 wird mittels einer Umwandlungseinheit 62 das Ausgangssignal 32 generiert. Dazu umfasst die Umwandlungseinheit 62 eine Implementation, zum Beispiel in Form einer Lookup-Tabelle, eines grundsätzlich an sich bekannten Zusammenhangs zwischen einem Widerstandswert des Pellistors 10 (und damit der am Pellistor 10 herrschenden Temperatur) sowie einem jeweils zu dem Widerstandswert gehörigen prozentualen Anteil einer sogenannten unteren Explosionsgrenze (UEG) des zu sensierenden Gases. Die der Umwandlung mittels der Umwandlungseinheit 62 zugrunde liegenden Daten sind spezifisch für den Typ des Pellistors 10 sowie das jeweils zu sensierende Gas. Solche Daten liegen grundsätzlich in Tabellenform oder dergleichen vor. Die Umwandlungseinheit 62 umfasst diese Daten oder eine geeignete Repräsentation dieser Daten und liefert zu einem eingangsseitig zugeführten Temperatur- / Widerstandswert einen zugehörigen prozentualen Anteil der unteren Explosionsgrenze. Der Umwandlungseinheit 62 wird auf dessen Eingangsseite der erste Temperaturwert 56 zugeführt, also der während der passiven Phase der Pumpe 20 erfasste Temperaturwert 56. Die Umwandlungseinheit 62 wandelt diesen in einen auf die untere Explosionsgrenze bezogenen Prozentwert (%UEG) um und gibt diesen ausgangsseitig als Ausgangssignal 32 aus.With the pellistor output signal 46 and that at the end of the passive phase of the pump 20 resulting first temperature value 56 is by means of a conversion unit 62 the output signal 32 generated. For this purpose, the conversion unit includes 62 an implementation, for example in the form of a lookup table, of a relationship, known per se, between a resistance value of the pellistor 10 (and thus the one on the pellistor 10 prevailing temperature) as well as a percentage of a so-called lower explosion limit (LEL) of the gas to be sensed which belongs to the resistance value. The conversion by means of the conversion unit 62 underlying data is specific to the type of pellistor 10 as well as the gas to be sensed in each case. Such data are generally in tabular form or the like. The conversion unit 62 comprises this data or a suitable representation of this data and supplies an associated percentage of the lower explosion limit for a temperature / resistance value supplied on the input side. The conversion unit 62 becomes the first temperature value on its input side 56 supplied, i.e. during the passive phase of the pump 20 recorded temperature value 56 , The conversion unit 62 converts this into a percentage value related to the lower explosion limit (% LEL) and outputs this as an output signal on the output side 32 out.
Das mittels der Umwandlungseinheit 62 generierte Ausgangssignal 32 ist auch das Ausgangssignal 32 der Steuerungseinrichtung 30 (1). Optional können auch das Pellistor-Ausgangssignal 46, der ermittelte aktuelle Volumenstrom Qist 60 und/oder der mittels der Umrechnungseinheit 48 gebildete Temperaturwert 50 als weiteres Ausgangssignal oder weitere Ausgangssignale der Steuerungseinrichtung 30 ausgegeben werden.That by means of the conversion unit 62 generated output signal 32 is also the output signal 32 the control device 30 ( 1 ). You can also optionally use the pellistor output signal 46 , the determined current volume flow Q is 60 and / or by means of the conversion unit 48 formed temperature value 50 as a further output signal or further output signals of the control device 30 be issued.
Bei einem geschlossenen Regelkreis 40 wird der ermittelte aktuelle Volumenstrom Qist 60 auf dessen eingangsseitige Summationsstelle zurückgeführt. Dort wird eine Differenz aus einem aus einem Sollwertspeicher 64 abrufbaren Sollwert für den Volumenstrom (Volumenstrom-Sollwert Qsoll 66) und dem ermittelten aktuellen Volumenstrom Qist 60 gebildet und diese Differenz wird als Regelabweichung 68 dem Regler 42 zugeführt. Der Regler 42 ist in an sich bekannter Weise dafür ausgelegt, in Abhängigkeit von einer jeweiligen Regelabweichung 68 Stellsignale 44 zu generieren, welche zu einem Verschwinden oder zumindest zu einer Verringerung der Regelabweichung 68 führen. Bei einer verschwindenden oder minimalen Regelabweichung 68 ist die Situation erreicht, dass der Volumenstrom eines mittels der Pumpe 20 erzeugten Gasstroms 18 dem jeweiligen Sollwert (Volumenstrom-Sollwert QSoll 66) entspricht oder zumindest im Wesentlichen entspricht. Der Volumenstrom-Sollwert QSoll 66 ergibt sich insbesondere anhand der Zeitkonstante T des Pellistors 10, dem Volumen V der Messkammer sowie der gewünschten „Spülrate“ r (zum Beispiel zweifaches Spülen): QSoll >= r x V / T.With a closed control loop 40 becomes the determined current volume flow Q is 60 attributed to the input-side summation point. There is a difference from a setpoint memory 64 Callable setpoint for the volume flow (volume flow setpoint Q should 66 ) and the determined current volume flow Q is 60 is formed and this difference is called the control deviation 68 the controller 42 fed. The regulator 42 is designed in a manner known per se, depending on a respective control deviation 68 control signals 44 to generate, which lead to a disappearance or at least to a reduction in the control deviation 68 to lead. With a disappearing or minimal control deviation 68 is the situation that the volume flow is achieved by means of the pump 20 generated gas flow 18 the respective setpoint (volume flow setpoint Q target 66 ) corresponds or at least essentially corresponds. The volume flow setpoint Q target 66 results in particular from the time constant T of the pellistor 10 , the volume V the measuring chamber and the desired "rinsing rate" r (e.g. double rinsing): Q target > = rx V / T.
Ein Gasstrom 18, dessen Volumenstrom dem Volumenstrom-Sollwert QSoll 66 möglichst genau entspricht, bewirkt einerseits die gewünschte „Spülung“ des Bereichs um den Pellistor 10 im Innern des Hohlkörpers 12und gewährleistet andererseits reproduzierbare Verhältnisse.A gas stream 18 whose volume flow is the volume flow setpoint Q target 66 corresponds as closely as possible, on the one hand causes the desired “flushing” of the area around the pellistor 10 inside the hollow body 12and, on the other hand, ensures reproducible conditions.
Die oben einkopierte Ungleichung definiert ein offenes Werteintervall mit G1 = r × V / T als dem kleinsten Wert des Intervalls. Ein Volumenstrom-Sollwert QSoll 66 im Bereich dieses kleinsten Werts, zum Beispiel in einem Bereich von G1 bis n × G1; n = [ 2 .. 5 ], und ein resultierender Gasstrom 18, dessen Volumenstrom diesem Volumenstrom-Sollwert QSoll 66 entspricht, verhindern eine zu hohe Wärmeabfuhr am Pellistor 10, wobei eine zu hohe Wärmeabfuhr das Ansprechverhalten des Systems verschlechtert, weil es zu lange dauert, bis sich am Widerstandsdraht 14 erneut die Arbeitstemperatur eingestellt hat.The inequality copied in above defines an open value interval with G1 = r × V / T as the smallest value of the interval. A volume flow setpoint Q target 66 in the range of this smallest value, for example in a range from G1 to n × G1; n = [2 .. 5], and a resulting gas flow 18 whose volume flow corresponds to this volume flow setpoint Q target 66 corresponds to prevent excessive heat dissipation from the pellistor 10 , too high a heat dissipation deteriorates the response of the system because it takes too long for the resistance wire 14 has set the working temperature again.
Da es sich bei der Regelstrecke mit Pumpe 20, Pellistor 10, Signalverarbeitung und Schaltelementen zur Pumpenaktivierung und Deaktivierung systematisch um eine serielle Kombination von Verzögerungs-Zeitgliedern erster Ordnung (PT1) handelt, kann für diese Regelstrecke mit Hilfe üblicher und gebräuchlicher Ansätze zur Auslegung von Regelkreisen ein geeigneter Reglertyp ausgewählt und dimensioniert werden. Danach erfolgt die Regelung der Pumpe 20 vorzugsweise mittels eines PI-Reglers 42, welcher beispielsweise mittels der Methodik der sogenannten „Kompensation der größten Zeitkonstanten“ in den Reglerkenngrößen Kp und Tn dimensioniert wird.Since it is the controlled system with a pump 20 , Pellistor 10 , Signal processing and switching elements for pump activation and deactivation systematically involves a serial combination of first-order delay timers (PT1), a suitable controller type can be selected and dimensioned for this controlled system with the help of customary and customary approaches for the design of control loops. The pump is then regulated 20 preferably by means of a PI controller 42 , which is dimensioned in the controller parameters Kp and Tn, for example, using the so-called "compensation of the largest time constants" method.
Der Regler 42 wird dabei vorzugsweise mittels aus der Fachliteratur bekannter typischer Verfahren zu Auslegung von Reglern in Regelkreisen mit PT1 - Verhalten an die Regelungsaufgabe, also der Regelung der Durchflussmenge der Pumpe 20 auf Basis des Maßes für den Volumenstrom Q im Bereich des Pellistors 10, bzw. katalytischen Messelementes 10 angepasst. Weitere geeignete Methoden sind - neben der „Kompensation der größten Zeitkonstanten“, beispielsweise die Methode von Ziegler und Nichols oder die Methode von Chien, Hrones und Reswick, wie auch empirische Verfahren oder auch Verfahren nach der sogenannten T- Summen- Regel.The regulator 42 is preferably used by means of typical methods known from the specialist literature for designing controllers in control loops PT 1 - Behavior to the control task, i.e. the regulation of the flow rate of the pump 20 based on the measure for the volume flow Q in the area of the pellistor 10 , or catalytic measuring element 10 customized. Other suitable methods are - in addition to the "compensation of the greatest time constants", for example the method by Ziegler and Nichols or the method by Chien, Hrones and Reswick, as well as empirical methods or methods based on the so-called T-sum rule.
Die Methode der Kompensation der größten Zeitkonstanten kann dabei auf recht einfache Art und Weise auch an verschiedene Bauformen (MEMS, Pellistoren) und Baugrößen und deren jeweilige thermischen Massen angepasst werden.The method of compensating for the largest time constants can also be adapted in a very simple manner to different designs (MEMS, pellistors) and sizes and their respective thermal masses.
So kann auch für katalytische Messelemente des Typs 1 in kleinerer Bauform als der Typ 1b, welche z.B. nur 1/3 bis 1/2 der thermischen Masse wie der Typ 1 aufweisen und insbesondere für Anwendungen in portablen Messgeräten unter Betrachtung des für die Messung erforderlichen Energieverbrauches vorteilhaft sein können, die Auslegung des PI- Reglers mit Anpassung der größten Zeitkonstante nach der „Methode mit Kompensation der größten Zeitkonstanten“ auf relative einfache Weise auf das katalytische Messelement vom Typ 1b angepasst werden.For example, for catalytic measuring elements of type 1 in a smaller design than type 1b, which e.g. have only 1/3 to 1/2 of the thermal mass as type 1 and can be particularly advantageous for applications in portable measuring devices considering the energy consumption required for the measurement, the design of the PI controller with adaptation of the greatest time constant according to the “method with compensation of the greatest time constants ”can be adapted to the type 1b catalytic measuring element in a relatively simple manner.
In der nachfolgenden Tabelle sind Wertebereiche für die Reglerkenngrößen Kp (Übertragungsbeiwert des Reglers 42) und Tn (Nachstellzeit des Reglers 42) für die drei Fälle, sowie davon abgeleitete Varianten der weiter oben einkopierten Tabelle aufgeführt, wie sie sich beispielsweise mit Hilfe der Methodik „Kompensation der größten Zeitkonstanten“ ergeben, wobei Ks jeweils den Übertragungsbeiwert der Strecke bedeutet:
Kp Tn
Typ 1 0,9 * Ks 3,5s
Typ 1b 0,9 * Ks 1,2s - 1,8s
Typ 2 / Konstellation 1 aktives Element 0,9 * Ks 120ms
Typ 2 / Konstellation 2 aktives Element 0,9 * Ks 150ms
Typ 2 / Konstellation 1 passives Element 0,9 * Ks 6ms
Typ 2 / Konstellation 2 passives Element 0,9 * Ks 8ms
The following table shows value ranges for the controller parameters Kp (transmission coefficient of the controller 42 ) and Tn (reset time of the controller 42 ) for the three cases, as well as the derived variants of the table copied in above, as they result, for example, using the method "compensation of the largest time constants", where Ks means the transmission coefficient of the route: kp Tn
Type
1 0.9 * Ks 3.5s
Type 1b 0.9 * Ks 1.2s - 1.8s
Type 2 / constellation 1 active element 0.9 * Ks 120ms
Type 2 / constellation 2 active element 0.9 * Ks 150ms
Type 2 / constellation 1 passive element 0.9 * Ks 6ms
Type 2 / constellation 2 passive element 0.9 * Ks 8ms
In der in der ersten Zeile erfassten Situation bestimmt die Zeitkonstante des Pellistors 10 maßgeblich die Dimensionierung der Reglerkenngrößen Kp und Tn. In den in der zweiten und dritten Zeile erfassten Situationen fließt eine Zeitkonstante der Pumpe 20 wesentlich mit in die Dimensionierung der Reglerkenngrößen Kp und Tn ein.In the situation recorded in the first line, the time constant of the pellistor determines 10 the dimensioning of the controller parameters Kp and Tn is decisive. In the situations recorded in the second and third lines, a time constant of the pump flows 20 essential in the dimensioning of the controller parameters Kp and Tn.
Bei einer bevorzugten Implementation des hier vorgeschlagenen Ansatzes in Software umfasst das Steuerungsprogramm 38 die Funktionalität der Umrechnungseinheit 48, des ersten Speicherglieds 52 und der Umwandlungseinheit 62. Der Sollwertspeicher 64 ist eine Speicherstelle im Speicher 36 der Steuerungseinrichtung 30. Das Steuerungsprogramm 38 bestimmt die Verarbeitung des Pellistor-Ausgangssignals 46 sowie die Weiterleitung der aufgrund der Verarbeitung resultierenden Zwischenergebnisse, insbesondere die Weiterleitung des ersten Temperaturwerts 56. Das Steuerungsprogramm 38 bestimmt darüber hinaus die Zeitpunkte, zu denen die Speicherglieder 52, 54 einen eingangsseitig (von der Umrechnungseinheit 48) zugeführten Temperaturwert festhalten (sample-and-hold-Glied; Abtast-HalteGlied) sowie optional die Zeitpunkte der Umschaltung zwischen einer aktiven und einer passiven Phase der Pumpe 20 und umgekehrt.In a preferred implementation of the approach proposed here in software, the control program comprises 38 the functionality of the conversion unit 48 , the first memory element 52 and the conversion unit 62 , The setpoint memory 64 is a memory location in memory 36 the control device 30 , The control program 38 determines the processing of the pellistor output signal 46 and the forwarding of the intermediate results resulting from the processing, in particular the forwarding of the first temperature value 56 , The control program 38 also determines the times at which the memory elements 52 . 54 one on the input side (from the conversion unit 48 ) record the supplied temperature value (sample-and-hold element; sample-and-hold element) and optionally the times of switching between an active and a passive phase of the pump 20 and vice versa.
Bei einer Ausführungsform mit einem geschlossenen Regelkreis 40 umfasst das Steuerungsprogramm 38 optional auch die Funktionalität der beiden Speicherglieder 52, 54 und des Reglers 42. Das Steuerungsprogramm 38 bestimmt dann die Verarbeitung des Pellistor-Ausgangssignals 46 und die Weiterleitung der aufgrund der Verarbeitung resultierenden Zwischenergebnisse (insbesondere erster Temperaturwert 56, zweiter Temperaturwert 58, Volumenstrom Qist 60) und umfasst die Funktionalität der beschriebenen Differenzbildungen.In one embodiment with a closed control loop 40 includes the control program 38 optionally the functionality of the two memory elements 52 . 54 and the controller 42 , The control program 38 then determines the processing of the pellistor output signal 46 and the forwarding of the intermediate results resulting from the processing (in particular the first temperature value 56 , second temperature value 58 , Volume flow Qist 60 ) and includes the functionality of the described differences.
Alternativ können die Umrechnungseinheit 48, die Speicherglieder 52, 54, die Umwandlungseinheit 62 und ggf. der Regler 42 sowie deren Verschaltung untereinander auch diskret aufgebaut sein. Dann umfasst die Steuerungseinrichtung 30 eine entsprechende diskrete Schaltung.Alternatively, the conversion unit 48 , the memory links 52 . 54 , the conversion unit 62 and possibly the controller 42 and their interconnection can also be constructed discretely. Then the control device comprises 30 a corresponding discrete circuit.
Eine Geschwindigkeit der Modulation des Gasstroms 18 und eine Geschwindigkeit der zugrunde liegenden Umschaltung der Pumpe 20 zwischen einem aktiven Zustand und einem passiven Zustand (Modulationsgeschwindigkeit) sollte ungefähr in der Größenordnung der thermischen Zeitkonstante des Pellistors 10 liegen. Eine schnellere Modulation verringert die gemessene Amplitude der Abkühlung und verfälscht den Temperaturwert ohne Gasstrom 18. Eine langsamere Modulation führt zwar zu korrekten Ergebnissen, erzeugt aber unnötig lange Auswertezeiten.A rate of modulation of the gas flow 18 and a speed of the underlying switching of the pump 20 between an active state and a passive state (modulation speed) should be approximately in the order of the thermal time constant of the pellistor 10 lie. Faster modulation reduces the measured cooling amplitude and falsifies the temperature value without gas flow 18 , Slower modulation leads to correct results, but generates unnecessarily long evaluation times.
Die Darstellung in 3 zeigt - im Interesse der Vollständigkeit - das Blockschaltbild aus 2 ohne Rückführung. Die Funktion der bisher als Regler 42 bezeichneten Einheit ist jetzt auf eine Funktion zur Umwandlung des Volumenstrom-Sollwerts Qsoll 66 in ein Stellsignal 44 für die Pumpe 20 beschränkt. Auch wenn bei einer solchen Ausführungsform keine Regelung der Pumpe 20 mehr stattfindet, sondern nur noch eine Steuerung, wird die Bezeichnung als Regelkreis 40 beibehalten.The representation in 3 shows - in the interest of completeness - the block diagram 2 without return. The function of previously as a controller 42 designated unit is now on a function to convert the volume flow setpoint Q should 66 into a control signal 44 for the pump 20 limited. Even if there is no regulation of the pump in such an embodiment 20 more takes place, but only a controller, is called a control loop 40 maintained.
Im Falle einer Rückführung und einer Ausführung des Regelkreises 40 gemäß 2 ergibt sich der Vorteil, dass der zurückgeführte Wert für den aktuellen Volumenstrom Qist 60 auf Basis von Messwerten (Pellistor-Ausgangssignal 46) vom Pellistor 10 selbst ermittelt wird. Der Pellistor 10 fungiert also in einem entsprechenden Regelkreis 40 (2) selbst als Volumenstromsensor. Ein separater Volumenstromsensor ist damit nicht erforderlich. Grundsätzlich ist aber auch die Verwendung eines dedizierten Volumenstromsensors zum Erhalt des aktuellen Volumenstroms Qist 60 möglich. Dann kann auf ein zweites Speicherglied 54 und eine Differenzbildung am Ausgang der Speicherglieder 52, 54 verzichtet werden. In the case of feedback and execution of the control loop 40 according to 2 there is the advantage that the returned value for the current volume flow Q is 60 based on measured values (pellistor output signal 46 ) from the pellistor 10 itself is determined. The pellistor 10 thus functions in a corresponding control loop 40 ( 2 ) itself as a volume flow sensor. A separate volume flow sensor is therefore not necessary. In principle, however, the use of a dedicated volume flow sensor is also required to maintain the current volume flow Q is 60 possible. Then you can go to a second memory element 54 and forming a difference at the output of the memory elements 52 . 54 to be dispensed with.
Die Darstellung in 4 zeigt exemplarisch über der Zeit t den Verlauf eines zum Beispiel mittels der Steuerungseinrichtung 30 erzeugten und von der Steuerungseinrichtung 30 an die Pumpe 20 ausgegebenen Pumpenaktivierungssignals 70 sowie den Verlauf (Messwertverlauf 72, Temperaturmesswertverlauf) des Pellistor-Ausgangssignals 46 oder des Temperaturwerts 50.The representation in 4 shows an example of the course of a time t, for example by means of the control device 30 generated and by the control device 30 to the pump 20 output pump activation signal 70 as well as the course (measured value course 72 , Temperature measured value curve) of the pellistor output signal 46 or the temperature value 50 ,
Der Messwertverlauf 72 folgt erkennbar der Periode des Pumpenaktivierungssignals 70 und die verschiedenen wiederkehrenden Abschnitte im Messwertverlauf 72 gehören jeweils entweder zu einer Phase mit einer aktiven Pumpe 20, also einer Phase, während derer die Pumpe 20 einen Gasstrom 18 erzeugt, oder zu einer Phase mit einer passiven (inaktiven) Pumpe 20, also einer Phase während derer kein entlang des Pellistors 10 strömender Gasstrom 18 erzeugt wird. Die verschiedenen Phasen sind in der Darstellung in 4 symbolisch mit „--“ (passive Pumpe 20) und mit „++“ (aktive Pumpe 20) bezeichnet und werden hier und im Folgenden auch als aktive Phase und passive Phase bezeichnet; die jeweiligen Abschnitte des Pumpenaktivierungssignals 70 werden entsprechend als aktiver Signalabschnitt bzw. passiver Signalabschnitt bezeichnet. Zwei aufeinanderfolgende komplementäre Phasen bilden zusammen einen Pumpenzyklus, also zum Beispiel eine aktive Phase und eine unmittelbar anschließende passive Phase.The course of the measured values 72 clearly follows the period of the pump activation signal 70 and the different recurring sections in the measured value history 72 either belong to a phase with an active pump 20 , i.e. a phase during which the pump 20 a gas flow 18 generated, or to a phase with a passive (inactive) pump 20 , i.e. a phase during which none along the pellistor 10 flowing gas stream 18 is produced. The different phases are shown in 4 symbolically with "-" (passive pump 20 ) and with "++" (active pump 20 ) referred to and are also referred to here and below as the active phase and passive phase; the respective sections of the pump activation signal 70 are referred to as the active signal section or passive signal section. Two successive complementary phases together form a pump cycle, for example an active phase and an immediately following passive phase.
Die Dauer der einzelnen Phasen ist bekannt (das Pumpenaktivierungssignal 70 wird zum Beispiel durch die Steuerungseinrichtung 30 erzeugt) und entsprechend kann jeweils kurz vor dem Ende einer Phase ein Pellistor-Ausgangssignal 46 (2, 3) aufgenommen werden und in einen jeweiligen Temperaturwert 56, 58 umgewandelt werden, zum Beispiel mittels zweier synchron zum Verlauf des Pumpenaktivierungssignals 70 getriggerter Speicherglieder 52, 54 (2).The duration of the individual phases is known (the pump activation signal 70 is, for example, by the control device 30 generated) and accordingly a pellistor output signal can be given shortly before the end of a phase 46 ( 2 . 3 ) are recorded and in a respective temperature value 56 . 58 be converted, for example by means of two synchronized with the course of the pump activation signal 70 triggered memory elements 52 . 54 ( 2 ).
Die Differenz zwischen den Temperaturwerten 56, 58 - oder allgemein eine Differenz oder im Wesentlichen eine Differenz zwischen den Scheitelpunkten des Messwertverlaufs 72 - ist die oben im Zusammenhang mit der Erläuterung der Funktion des Regelkreises 40 erwähnte Temperaturdifferenz und ist in der Darstellung in 3 mit ΔT bezeichnet.The difference between the temperature values 56 . 58 - or generally a difference or essentially a difference between the vertices of the measured value curve 72 - is the above in connection with the explanation of the function of the control loop 40 mentioned temperature difference and is in the representation in 3 With .DELTA.T designated.
Das Pumpenaktivierungssignal 70 ist nur beispielhaft als symmetrisches Rechtecksignal gezeigt. Ebenso ist ein nicht-symmetrisches Rechtecksignal möglich. Andere periodische Signalformen (Sägezahn, Sinus etc.) sind ebenso möglich und auch für diese gilt, dass eine symmetrische Form nur eine optionale Möglichkeit ist und genauso auch eine unsymmetrische Form möglich ist. Bei einer unsymmetrischen Form ist bevorzugt der eine Aktivierung der Pumpe 20 bewirkende Signalabschnitt (aktiver Signalabschnitt) länger als der komplementäre, eine Inaktivierung der Pumpe 20 bewirkende Signalabschnitt (passiver Signalabschnitt). Dabei muss die Dauer des aktiven Signalabschnitts länger als die thermische Zeitkonstante des Pellistors 10 sein.The pump activation signal 70 is only shown as an example as a symmetrical square wave signal. A non-symmetrical square wave signal is also possible. Other periodic waveforms (sawtooth, sine, etc.) are also possible and also for these applies that a symmetrical shape is only an optional possibility and an asymmetrical shape is also possible. In the case of an asymmetrical shape, activation of the pump is preferred 20 effecting signal section (active signal section) longer than the complementary, inactivation of the pump 20 effecting signal section (passive signal section). The duration of the active signal section must be longer than the thermal time constant of the pellistor 10 his.
Die Darstellung in 5 zeigt eine Situation mit einem Pumpenaktivierungssignal 70 und einem Messwertverlauf 72 wie 4. Im Unterscheid zu der Situation in 4 ist ein steigender Messwertverlauf 72 gezeigt. Ein solcher steigender Messwertverlauf 72 ergibt sich im Falle einer exothermen Reaktion am Pellistor 10, also wenn ein zu sensierendes Gas mittels eines modulierten Gasstroms 18 zum Pellistor 10 gelangt. Der am Scheitelpunkt oder im Bereich des Scheitelpunkts der steigenden Flanken des Messwertverlaufs 72 liegende, in jedem Pumpenzyklus für dessen passive Phase ermittelte erste Temperaturwert 56 (nur einzelne eingezeichnet) steigt. Der erste Temperaturwert 56 ist - siehe oben die entsprechende Beschreibung im Zusammenhang mit der Erläuterung der Darstellung in 2; für die Darstellung in 3 gilt Entsprechendes - die Basis für das mittels der Umwandlungseinheit 62 gebildete Ausgangssignal 32. Das Ausgangssignal 32 bildet den steigenden ersten Temperaturwert 56 zum Beispiel in Form eines steigenden und auf die untere Explosionsgrenze bezogenen Prozentwerts ab (%UEG). Ein über der Zeit t aufgetragener Verlauf eines im Falle einer Situation gemäß 5 resultierenden Ausgangssignals 32 ist in der Darstellung in 6 gezeigt.The representation in 5 shows a situation with a pump activation signal 70 and a measurement history 72 how 4 , Unlike the situation in 4 is an increasing measured value curve 72 shown. Such an increasing measured value curve 72 results in the case of an exothermic reaction at the pellistor 10 , ie when a gas to be sensed by means of a modulated gas flow 18 to the pellistor 10 arrives. The one at the vertex or in the region of the vertex of the rising flanks of the measured value curve 72 lying first temperature value determined in each pump cycle for its passive phase 56 (only a few are shown) increases. The first temperature value 56 is - see above the corresponding description in connection with the explanation of the representation in 2 ; for representation in 3 The same applies - the basis for that by means of the conversion unit 62 formed output signal 32 , The output signal 32 forms the rising first temperature value 56 for example in the form of a rising percentage value based on the lower explosion limit (% LEL). A curve plotted over time t in the event of a situation 5 resulting output signal 32 is in the representation in 6 shown.
Die Darstellung in 7 zeigt den Messwertverlauf 72 aus 4. Der Messwertverlauf 72 ergibt sich anhand des Temperaturwerts 50. Diesem liegt das Pellistor-Ausgangssignal 46 zugrunde. Im Folgenden kommt es nicht darauf an, ob als Messwertverlauf 72 der Verlauf des Pellistor-Ausgangssignals 46 oder der Verlauf des Temperaturwerts 50 betrachtet wird. Anstiegs- und Abfallzeiten innerhalb des Messwertverlaufs 72 ergeben sich im Wesentlichen aufgrund der thermischen Masse (Wärmekapazität) des Pellistors 10 und der Bilanz der Wärmemengen (Wärmeabfuhr aufgrund des Gasstroms 18, Wärmezufuhr aufgrund einer exothermen Reaktion am Pellistor 10, Wärmezufuhr aufgrund des Stromflusses durch den Widerstandsdraht 14). Gleichmäßige und reproduzierbare Anstiegs- und Abfallzeiten ergeben sich insbesondere bei einer Regelung des auf den Pellistor 10 wirkenden Volumenstroms Qist 60. Zur Bewertung der Anstiegs- und Abfallzeiten kann zum Beispiel die Anstiegszeit T und/oder eine Zeit für das Durchschreiten einer 10%-Grenze und einer 90%-Grenze betrachtet werden. Die Darstellung in 4 zeigt zum einen die Anstiegszeit T und zum anderen die t10/90-Zeit.The representation in 7 shows the measured value history 72 out 4 , The course of the measured values 72 results from the temperature value 50 , This is the pellistor output signal 46 based. In the following, it does not matter whether the measured value curve 72 the course of the pellistor output signal 46 or the course of the temperature value 50 is looked at. Rise and fall times within the course of the measured value 72 result essentially from the thermal mass (heat capacity) of the pellistor 10 and the balance of the heat quantities (heat dissipation due to the gas flow 18 , Heat supply due to an exothermic reaction at the pellistor 10 , Heat supply due to the current flow through the resistance wire 14 ). Uniform and reproducible rise and fall times result in particular when the pellistor is regulated 10 acting volume flow Qist 60 , For example, the rise time can be used to evaluate the rise and fall times T and / or a time for crossing a 10% limit and a 90% limit can be considered. The representation in 4 shows the rise time T on the one hand and the t10 / 90 time on the other.
Eine automatische Prüfung auf eine eventuelle Veränderung einer dieser Zeiten oder eines anderen, den Messwertverlauf 72 charakterisierenden Werts bildet die Basis für eine automatische Bewertung einer eventuellen Veränderung des Pellistors 10. Eine Verkürzung der betrachteten Zeit deutet auf eine Reduktion der thermischen Masse des Pellistors 10 hin (Materialbruch). Eine Verlängerung der betrachteten Zeit deutet auf einen Belag auf der Oberfläche der Katalysatorschicht 16 des Pellistors 10 hin (Verschmutzung).An automatic check for a possible change in one of these times or another, the measured value history 72 The characteristic value forms the basis for an automatic evaluation of a possible change in the pellistor 10 , A reduction in the time considered indicates a reduction in the thermal mass of the pellistor 10 there (material breakage). An increase in the time under consideration indicates a coating on the surface of the catalyst layer 16 of the pellistor 10 out (pollution).
Auch die Darstellung in 8 zeigt den Messwertverlauf 72 aus 3. Des Weiteren ist auch das Pumpenaktivierungssignal 70 aus 3 gezeigt. Erkennbar liegt hier ab einem bestimmten Zeitpunkt eine symbolisch mit d bezeichnete Phasenverschiebung zwischen dem Pumpenaktivierungssignal 70 und dem Messwertverlauf 72 vor (allgemein geht es um die Erkennung einer sich ändernden Phasenverschiebung; die Überwachung ist also nicht auf eine Erkennung einer erstmaligen Phasenverschiebung beschränkt).Also the representation in 8th shows the measured value history 72 out 3 , Furthermore, the pump activation signal is also 70 out 3 shown. From a certain point in time there can be seen a phase shift, symbolically denoted by d, between the pump activation signal 70 and the measured value history 72 (generally it is about the detection of a changing phase shift; the monitoring is therefore not limited to the detection of a first phase shift).
Eine automatische Prüfung auf eine eventuelle Veränderung der Phasenlage des Messwertverlaufs 72 zum Pumpenaktivierungssignal 70 bildet die Basis für eine automatische Bewertung einer eventuellen Behinderung des Gasstroms 18. Die Pumpe 20 selbst kann die Ursache für eine solche Behinderung sein. Weitere infrage kommende Möglichkeiten sind Zugänge und Abgänge innerhalb des Hohlkörpers 12 („Lecks“).An automatic check for a possible change in the phase position of the measured value curve 72 to the pump activation signal 70 forms the basis for an automatic assessment of a possible obstruction of the gas flow 18 , The pump 20 itself can be the cause of such a disability. Other possible options are entrances and exits within the hollow body 12 ( "Leaks").
Bei einer regelmäßigen Überprüfung eines Pellistors 10 mittels eines Prüfgases wird optional automatisch - insbesondere mittels und unter Kontrolle der Steuerungseinrichtung 30 - zumindest eine der nachfolgenden Prüfungen durchgeführt:With a regular check of a pellistor 10 by means of a test gas is optionally automatic - in particular by means of and under the control of the control device 30 - carried out at least one of the following tests:
Zu zumindest einer der oben genannten charakteristischen Zeiten (Anstiegszeit T, t10/90-Zeit) oder einem sonstigen, den Messwertverlaufs 72 beschreibenden charakteristischen Wert wird ein Aktualwert 74 ermittelt und mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Erwartungswert 76 verglichen. Der Erwartungswert 76 ist zum Beispiel im Speicher 36 der Steuerungseinrichtung 30 hinterlegt.At least one of the above-mentioned characteristic times (rise time T, t10 / 90 time) or another, the measured value course 72 Descriptive characteristic value becomes an actual value 74 determined and with a predetermined or predeterminable expected value 76 compared. The expected value 76 is in memory for example 36 the control device 30 deposited.
Zur Phasenverschiebung zwischen dem Pumpenaktivierungssignal 70 und dem Messwertverlauf 72 wird ein Aktualwert 74' ermittelt und mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Erwartungswert 76' verglichen. Auch dieser Erwartungswert 76' ist zum Beispiel im Speicher 36 der Steuerungseinrichtung 30 hinterlegt.For the phase shift between the pump activation signal 70 and the measured value history 72 becomes an actual value 74 ' determined and with a predetermined or predeterminable expected value 76 ' compared. This expected value too 76 ' is in memory for example 36 the control device 30 deposited.
Zum Vergleich wird zum Beispiel eine Abweichung des jeweiligen Aktualwerts 74, 74' vom jeweiligen Erwartungswert 76, 76' ermittelt. Dazu wird zum Beispiel der Betrag der Differenz aus dem jeweiligen Aktualwert 74, 74' sowie dem jeweiligen Erwartungswert 76, 76' gebildet. Die Differenzbildung erfolgt mittels eines Subtrahierers 78 oder dergleichen, zum Beispiel mittels einer Implementierung eines Subtrahierers in Soft- oder Firmware. Wenn sich eine einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert überschreitende Abweichung zwischen einem jeweils aufgenommenen Aktualwert 74, 74' und einem zugehörigen Erwartungswert 76, 76' ergibt, ist automatisch eine Fehlersituation erkannt. Dann wird automatisch, zum Beispiel durch die Steuerungseinrichtung 30, ein die jeweilige Fehlersituation anzeigendes Fehlersignal erzeugt. Mittels des Fehlersignals erfolgt zum Beispiel die Aktivierung eines optischen und/oder akustischen Signalelements oder es erfolgt eine sonstige Notifizierung eines Benutzers.For example, a deviation of the respective actual value is used for comparison 74 . 74 ' of the respective expected value 76 . 76 ' determined. For this purpose, for example, the amount of the difference from the respective actual value 74 . 74 ' as well as the respective expected value 76 . 76 ' educated. The difference is formed using a subtractor 78 or the like, for example by means of an implementation of a subtractor in software or firmware. If there is a deviation between a currently recorded actual value that exceeds a predetermined or predeterminable threshold value 74 . 74 ' and an associated expected value 76 . 76 ' results, an error situation is automatically recognized. Then automatically, for example by the control device 30 , generates an error signal indicating the respective error situation. The error signal is used, for example, to activate an optical and / or acoustic signal element or to otherwise notify a user.
Weiter optional ist vorgesehen, dass im Falle einer Abweichung zwischen einem jeweils aufgenommenen Aktualwert 74, 74' und einem zugehörigen Erwartungswert 76, 76', welche den oben genannten Schwellwert nicht überschreitet, der jeweilige Aktualwert 74, 74' als neuer Erwartungswert 76, 76' übernommen wird. Dies ermöglicht eine dynamische Anpassung an zum Beispiel Alterungsvorgänge. Eine solche Prüfung erfolgt bevorzugt in regelmäßigen Abständen, zum Beispiel alle sechs Monate, jährlich usw. Immer dann, wenn eine im Rahmen der Prüfung ermittelte Abweichung unterhalb des Schwellwerts verbleibt, erfolgt automatisch eine Aktualisierung des Erwartungswerts 76, 76'. Immer dann, wenn eine im Rahmen der Prüfung ermittelte Abweichung den Schwellwert überschreitet, wird automatisch das Fehlersignal erzeugt.It is also optionally provided that in the event of a discrepancy between an actual value recorded in each case 74 . 74 ' and an associated expected value 76 . 76 ' , which does not exceed the above-mentioned threshold value, the respective actual value 74 . 74 ' as a new expected value 76 . 76 ' is taken over. This enables dynamic adaptation to, for example, aging processes. Such a check is preferably carried out at regular intervals, for example every six months, annually etc. Whenever a deviation determined during the check remains below the threshold value, the expected value is updated automatically 76 . 76 ' , Whenever a deviation determined during the test exceeds the threshold value, the error signal is generated automatically.
Bei einer bevorzugten Implementation des hier vorgeschlagenen Ansatzes in Software umfasst das Steuerungsprogramm 38 die Funktionalität des Subtrahierers 78 und generiert in Abhängigkeit vom Ergebnis des o.g. Vergleichs ein eventuelles Fehlersignal und/oder bewirkt eine Aktualisierung eines jeweiligen Erwartungswerts 76, 76'. In a preferred implementation of the approach proposed here in software, the control program comprises 38 the functionality of the subtractor 78 and generates a possible error signal and / or effects an update of a respective expected value depending on the result of the above comparison 76 . 76 ' ,
Abschließend lassen sich einzelne zentrale Aspekte des hier vorgeschlagenen neuen Ansatzes kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben werden ein Verfahren und ein System zum Sensieren eines Gases, wobei als Gassensor ein katalytisches Messelement 10 fungiert, wobei sich das Verfahren bzw. das System dadurch auszeichnet, dass das katalytische Messelement 10, zum Beispiel ein Pellistor 10, mit einem mittels einer Gasfördereinheit 20 modulierten Messgasstrom 18 beaufschlagt wird. Bei Ausführungsformen der Neuerung fungiert das Messelement 10 als Volumenstromsensor und mittels eines davon erhältlichen Volumenstrom-Istwerts QIst 60 erfolgt eine Regelung der Gasfördereinheit 20 in Bezug auf einen Volumenstrom-Sollwert QSoll 66. Zur Implementation des vorgeschlagenen Ansatzes, also zur Ansteuerung und Überwachung des Messelements 10 sowie zur Ansteuerung der Gasfördereinheit 20 zur Erzeugung eines modulierten Messgasstroms 18 ist bevorzugt eine Steuerungseinrichtung 30 vorgesehen. In einen Speicher der Steuerungseinrichtung 30 ist zum Beispiel ein Steuerungsprogramm 38 mit einer Implementation des hier vorgeschlagenen Verfahrens geladen, so dass die Steuerungseinrichtung 30 und das mittels der Steuerungseinrichtung 30 ausgeführte Steuerungsprogramm 38 als Mittel zur automatischen Ausführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens fungieren.In conclusion, individual key aspects of the new approach proposed here can be briefly summarized as follows: A method and a system for sensing a gas are specified, with a catalytic measuring element as the gas sensor 10 acts, the method or the system being characterized in that the catalytic measuring element 10 , for example a pellistor 10 , with a by means of a gas delivery unit 20 modulated sample gas flow 18 is applied. The measuring element functions in embodiments of the innovation 10 as a volume flow sensor and by means of a volume flow actual value available from it Q is 60 the gas feed unit is regulated 20 in relation to a volume flow setpoint Q target 66 , To implement the proposed approach, i.e. to control and monitor the measuring element 10 and to control the gas delivery unit 20 to generate a modulated sample gas flow 18 is preferably a control device 30 intended. In a memory of the control device 30 is for example a control program 38 loaded with an implementation of the method proposed here, so that the control device 30 and that by means of the control device 30 executed control program 38 act as a means for automatically executing the method proposed here.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
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Pellistor, katalytisches MEMS- MesselementPellistor, catalytic MEMS measuring element
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1212
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Hohlkörper, HohlzylinderHollow body, hollow cylinder
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1414
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Widerstandsdrahtresistance wire
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1616
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Katalysator, KatalysatorschichtCatalyst, catalyst layer
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1818
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Messgasstrom ,GasstromSample gas flow, gas flow
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2020
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Gasfördereinheit, PumpeGas delivery unit, pump
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2222
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Schutzgitterguard
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24 bis 2824 to 28
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(frei)(free)
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3030
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Steuerungseinrichtungcontrol device
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3232
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Ausgangssignaloutput
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3434
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Verarbeitungseinheitprocessing unit
-
3636
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SpeicherStorage
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3838
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Steuerungsprogrammcontrol program
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4040
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Regelkreisloop
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4242
-
Reglerregulator
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4444
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Stellsignalactuating signal
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4646
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Pellistor-AusgangssignalPellistor output signal
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4848
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Umrechnungseinheitconversion unit
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5050
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Temperaturwerttemperature value
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5252
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(erstes) Speicherglied(first) storage element
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5454
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(zweites) Speicherglied(second) storage element
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5656
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(erster) Temperaturwert(first) temperature value
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5858
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(zweiter) Temperaturwert(second) temperature value
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6060
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Volumenstrom Qist flow Q is
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6262
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Umwandlungseinheitconversion unit
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6464
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SollwertspeicherSetpoint memory
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66 66
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Volumenstrom-Sollwert Qsoll Volume flow setpoint Q should
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6868
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Regelabweichungdeviation
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7070
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PumpenaktivierungssignalPump activation signal
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7272
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MesswertverlaufReading History
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74, 74'74, 74 '
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AktualwertActual
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76, 76'76, 76 '
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Erwartungswertexpected value
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7878
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Subtrahierersubtractor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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EP 0157237 A2 [0006]EP 0157237 A2 [0006]
