DE102021213477A1 - Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum - Google Patents

Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum Download PDF

Info

Publication number
DE102021213477A1
DE102021213477A1 DE102021213477.7A DE102021213477A DE102021213477A1 DE 102021213477 A1 DE102021213477 A1 DE 102021213477A1 DE 102021213477 A DE102021213477 A DE 102021213477A DE 102021213477 A1 DE102021213477 A1 DE 102021213477A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
parameters
model
fluid medium
detecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021213477.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Ingo Brauer
Tobias Lang
Johannes Muellers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102021213477.7A priority Critical patent/DE102021213477A1/de
Publication of DE102021213477A1 publication Critical patent/DE102021213477A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0006—Calibrating gas analysers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/005—H2
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N20/00—Machine learning
    • G06N20/10—Machine learning using kernel methods, e.g. support vector machines [SVM]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors (10) zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums (12) in einem Messraum (14), insbesondere zur Erfassung eines H2-Anteils in einem Messgas (16), vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst Bereitstellen eines Sensors (10) zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum, Bereitstellen eines ersten Modells (28) mit einer ersten Mehrzahl von Parametern in einer Datenbank, wobei das erste Modell (28) Messspannungen mit Konzentrationen des fluiden Mediums korreliert, Erstellen eines zweiten Modells (30) mit der ersten Mehrzahl an Parametern und der zweiten Mehrzahl an Parametern, wobei die zweite Mehrzahl an Parametern kleiner als die erste Mehrzahl an Parametern ist, Ermitteln der zweiten Mehrzahl an Parametern des Sensors (10) durch Messungen an vorbestimmten Messpunkten, und Kalibrieren des Sensors (10) mittels des zweiten Modells.

Description

  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensoren, Sensorelementen und Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige Eigenschaften eines gasförmigen oder flüssigen fluiden Mediums handeln, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer Ausführungsformen und Anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Sensorelemente zur Erfassung eines Gases, insbesondere eines H2-Anteils in einem Messgas, beschrieben.
  • Sensorelemente der hier beschriebenen Art finden Anwendung in einer Vielzahl von Gebieten, beispielsweise in der Automobiltechnik, der Verfahrenstechnik, der Chemie und dem Maschinenbau, insbesondere zur Bestimmung von Gaskonzentrationen. So spielt beispielsweise die Bestimmung von Wasserstoffkonzentrationen, beispielsweise in einem Luft-Wasserstoff-Gemisch, bei der Anwendung von Wasserstoff-Brennstoffzellen-Systemen eine große Rolle. Hierbei sind auch sicherheitsrelevante Anwendungen zu nennen. Ein Luft-Wasserstoff-Gemisch wird etwa bei einem Wasserstoffanteil von 4 % zündungsfähig. Sensorelemente zur Erfassung von Wasserstoff können beispielsweise in Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen zum Einsatz kommen, um beispielsweise aufgrund von Beschädigung oder Defekt austretenden Wasserstoff zu detektieren und, durch eine Kopplung an entsprechende Systeme, Warnsignale und/oder Schutzmaßnahmen auszulösen. Daher werden pro Brennstoffzellenfahrzeug mehrere Wasserstoffsensoren benötigt, die entweder im Abgasstrang angebracht werden (exhaust) oder unter atmosphärischen Bedingungen arbeiten (ambient).
  • Für derartige Wasserstoffsensoren kann man auf eine Vielzahl von Messprinzipien zurückgreifen. Dazu gehören u.a. folgende Messprinzipien: Wärmeleitung, katalytischer Pellistor, elektrochemische Zelle, halbleitendes Metalloxid, Chemiresistor, Feldeffekt Transistor.
  • Sensorelemente zum Messen einer Wärmeleitfähigkeit sind beispielsweise aus der DE 10 2005 058 832 A1 und DE 10 2014 202 169 A1 bekannt.
  • Die Umrechnung von Sensorsignalen auf die gemessene Größe wird durch die Kalibrierung bereitgestellt. Die Sensoren unterliegen einer Fertigungsstreuung, dadurch ergibt sich für jeden Sensor ein anderes Kennfeld, die jedoch in ihrer Form einander ähnelt.
  • Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Infolge der Teile-Teile-Streuung (Geometrie-Toleranzen) muss in der Serie jedes einzelne Teil kalibriert werden, um die Anforderung an die Messgenauigkeit zu erfüllen. So ist es für eine hinreichend große Messgenauigkeit des Sensors („genauer Sensor“) also erforderlich, jeden Sensor einzeln zu kalibrieren.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird daher ein Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum vorgeschlagen, welches die Nachteile bekannter Verfahren zum Kalibrieren dieser Sensoren zumindest weitgehend vermeidet und bei dem der Aufwand zum Kalibrieren deutlich verringert ist.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum, insbesondere zur Erfassung eines H2-Anteils in einem Messgas, umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
    • - Bereitstellen eines Sensors zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum,
    • - Bereitstellen eines ersten Modells mit einer ersten Mehrzahl von Parametern aus einer Datenbank, wobei das erste Modell Messspannungen mit Konzentrationen des fluiden Mediums korreliert,
    • - Ermitteln einer zweiten Mehrzahl an Parametern des Sensors an vorbestimmten Messpunkten, wobei die zweite Mehrzahl an Parametern kleiner als die erste Mehrzahl an Parametern ist,
    • - Erstellen eines zweiten Modells mit der ersten Mehrzahl an Parametern und der zweiten Mehrzahl an Parametern, und
    • - Kalibrieren des Sensors mittels des zweiten Modells.
  • Infolge der Teile-Teile-Streuung (Geometrie-Toleranzen) muss bislang in der Serie jedes einzelne Teil kalibriert werden, um die Anforderung an die Messgenauigkeit zu erfüllen. Die streuenden Parameter, wie beispielsweise Membrandicke, können dabei nicht direkt vermessen werden („verborgene Variablen“). Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich stattdessen die Tatsache zu Nutze, dass, sofern die Zahl der streuenden („verborgenen“) Variablen deutlich kleiner ist als die eigentliche Zahl der Modellparameter, das Modell für die Kalibrierung zunächst vortrainiert werden kann. In der Serienfertigung genügen dann wenige Messungen, um die endgültige Parametrisierung für die Kalibrierung zu finden, d.h. es müssen keine aufwendigen Kalibrierungsmessungen für jedes Serienteil durchgeführt werden.
  • Der Sensor kann ein Sensorelement aufweisen, das zum Erfassen einer Wärmeleitfähigkeit des fluiden Mediums und zum Ausgeben eines Messsignals ausgebildet ist. Damit kann die Eigenschaft des fluiden Mediums, wie beispielsweise eine Wasserstoffkonzentration, zuverlässig gemessen werden.
  • Die erste Mehrzahl von Parametern kann durch Vermessen von mehreren Sensoren an einer Mehrzahl von Messpunkten vorab ermittelt worden sein. Es wird somit auf der Erkenntnis aufgebaut, dass von Sensor zu Sensor nur wenige Bauteil-Toleranzen wirklich für die Messgenauigkeit relevant sind, so dass man durch Training an Musterteilen (insbesondere Grenzmuster) ein Meta-Modell derart erzeugen kann und damit für die Serienkalibrierung nur noch wenige Meta-Parameter zu bestimmen sind.
  • Das zweite Modell kann mittels Hauptkomponentenanalyse aus dem Meta-Modell erstellt werden. Mathematisch kann das Verfahren somit beispielsweise mit der „principal component analysis“ (PCA, Hauptkomponentenanalyse) umgesetzt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Modell mittels maschinellen Lernens erstellt werden. Alternativ oder zusätzlich sind somit auch Ansätze des maschinellen Lernens einsetzbar.
  • Die die Parameter für das erste Modell des Sensors kann bspw. an 500 vorbestimmten Messpunkten (für jeden einzelnen Sensor) bestimmt werden. Für eine zufriedenstellende Kalibrierung genügen dann nach Voraberstellung des ersten Modells entsprechend wenige Messungen, z.B. 2-15, bevorzugt 2-10. Noch bevorzugter ist die Anzahl an Messungen kleiner als 10.
  • Die zweite Mehrzahl an Parametern kann als Korrekturgröße für die erste Mehrzahl an Parametern verwendet werden. Somit kann die Kalibrierung mit geringem Aufwand durchgeführt werden.
  • Weiterhin wird ein Sensor zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum, insbesondere zur Erfassung eines H2-Anteils in einem Messgas, vorgeschlagen, wobei der Sensor mittels eines Verfahrens nach einer der zuvor oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen kalibriert ist.
  • Es wird zudem ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
  • Weiterhin wird ein elektronisches Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem ein Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gespeichert ist.
  • Unter Kalibrieren wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Messprozess zur Feststellung und Dokumentation der Abweichung eines Messgerätes oder einer Maßverkörperung gegenüber einem anderen Gerät oder einer anderen Maßverkörperung, die in diesem Fall als Normal bezeichnet werden. In der Definition des VIM von JCGM 2008 gehört zur Kalibrierung ein zweiter Schritt, nämlich die Berücksichtigung der ermittelten Abweichung bei der anschließenden Benutzung des Messgerätes zur Korrektur der abgelesenen Werte. Im deutschen Sprachgebrauch und nach DIN1319-1 beinhaltet die Kalibrierung keinen Eingriff, der das Messgerät verändert. Die Anpassung des Messgerätes auf Basis der Ergebnisse aus der Kalibrierung wird hier als „Justierung“ definiert.
  • Unter einem Sensor wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche mittels eines Sensorelements die mindestens eine Eigenschaft des fluiden Mediums erfassen kann und welche beispielsweise mindestens ein Messsignal entsprechend der erfassten Eigenschaft erzeugen kann, beispielsweise ein elektrisches Messsignal wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Bei der Eigenschaft kann es sich beispielsweise um eine physikalische und/oder eine chemische Eigenschaft handeln. Auch Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Insbesondere kann das Sensorelement ausgestaltet sein zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases, insbesondere eines H2-Anteils in einem Messgas. Auch andere Eigenschaften und/oder Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Der Sensor kann insbesondere zum Einsatz in einem Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug eingerichtet sein.
  • Das Sensorelement ist beispielsweise als Sensorchip mit einer beheizbaren Messmembran ausgebildet. Beispielsweise umfasst der Sensorchip eine Chipoberfläche. Die Chipoberfläche weist eine mit dem fluiden Medium beaufschlagbare Messoberfläche und eine Festlandsoberfläche auf. Auf der Messoberfläche sind Leiterbahnen einer Sensorschaltung mit mindestens einem Heizelement aufgebracht. Auf der Festlandsoberfläche sind Leiterbahnen der Sensorschaltung mit mindestens einem Temperaturfühler aufgebracht.
  • Der Sensorchip kann auf einem Sockel, insbesondere einem Glassockel oder einem Siliziumsockel angeordnet sein. Eine Verbindung zwischen dem Sensorchip und dem Sockel kann mittels anodischen Bondens realisiert werden. In dem Sockel kann auch ein Zugangskanal ausgebildet werden. Beispielsweise wird der Zugangskanal in Form einer Bohrung realisiert. Der Zugangskanal kann durch Ritz- oder Sägeprozesse oder durch Ätzprozesse hergestellt werden. Bei einer derartigen Ausführung ist es möglich, auf der dem Sockel zugewandten Seite der Messoberfläche, d.h. der Unterseite der Messoberfläche, einen Raum zu bilden. Dieser Raum kann beispielsweise ähnlich einer Kaverne ausgebildet sein.
  • Unter einer Membran kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine dünne Struktur verstanden werden, die wie eine Haut oder Folie im Verhältnis zu ihrer Dicke eine große flächige Ausdehnung hat.
  • Unter einer Messspannung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine elektrische Spannung verstanden, die gemessen wird und an eine beheizbare Messmembran angelegt wird, um deren Temperatur konstant zu halten.
  • Figurenliste
  • Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
  • Es zeigen:
    • 1 eine Querschnittsansicht eines Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in mindestens einem Messraum; und
    • 3 eine schematische Darstellung eines ersten Modells.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines Sensors 10 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums 12 in mindestens einem Messraum 14, insbesondere zur Erfassung eines H2-Anteils in einem Messgas 16. Der Sensor 10 kann insbesondere zum Einsatz in einem Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug eingerichtet sein. Auch andere Anwendungen sind jedoch möglich. Der Sensor 10 kann insbesondere ein oder mehrere in den Figuren nicht dargestellte, weitere Funktionselemente umfassen, wie beispielsweise Elektroden, Elektrodenzuleitungen und Kontakte, mehrere Schichten oder andere Elemente. Entsprechend kann der Sensor 10 im Abgasstrang des Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugs angebracht werden (exhaust) oder unter atmosphärischen Bedingungen arbeiten (ambient). Folglich kann es sich bei dem Messraum um einen Abgasstrang oder Innenraum des Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugs handeln. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es bei dem Messraum 14 um ein Strömungsrohr in Form eines Abgasrohrs 18. Der Sensor 10 ist an dem Abgasrohr 18 angebracht, wie beispielsweise verschraubt, eingesteckt oder verschweißt. In dem Abgasrohr 18 strömt das fluide Medium in Form eines Gases oder einer Gasmischung, die Wasserstoff enthält, in einer Hauptströmungsrichtung 20. Die Strömungsgeschwindigkeit kann dabei bis zu 100 m/s betragen.
  • Der Sensor 10 weist ein Sensorelement 22 auf. Das Sensorelement 22 ist zum Erfassen einer Wärmeleitfähigkeit des fluiden Mediums und zum Ausgeben eines Messsignals ausgebildet ist. Zu diesem Zweck ist das Sensorelement 22 als Sensorchip 24 mit einer beheizbaren Membran 26 ausgebildet. Das Beheizen der Membran 26 erfolgt mittels eines nicht näher gezeigten Heizelements, das auf der Membran 26 angeordnet ist. Das Ausgeben des Messsignals erfolgt mittels einer nicht näher gezeigten Temperaturfühlerleiterbahn, die auf einer Festlandsoberfläche des Sensorchips 24 angeordnet ist.
  • Die Betriebsweise eines solchen Sensors 10 ist dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2005 058 832 A1 und DE 10 2014 202 169 A1 , auf die explizit für die Betriebsweise verwiesen wird. Kurz zusammengefasst, macht man sich zur Detektion von Wasserstoff zunutze, dass Wasserstoff eine wesentlich bessere Wärmeleitfähigkeit als Luft aufweist. Bei einem Sensoraufbau ähnlich den oben beschriebenen Sensoren gelangt ein Luft-Wasserstoff-Gemisch in den Messraum, beispielsweise durch eine dünne Membran oder ein enges Gitter. Das Vorhandensein von Wasserstoff verändert dann die Temperatur einer beheizten Messmembran beziehungsweise die Wärmeleistung, die an die Umgebungsluft abgegeben wird, was wiederum das Messsignal ergibt. Üblicherweise liegt bei diesen Ausführungsvarianten die Chip- beziehungsweise die Gehäusetemperatur in der Umgebung der Raumtemperatur, wobei Membranübertemperaturen in der Regel zwischen 80 K und 120 K eingestellt werden.
  • Zur Vereinfachung der Kalibrierung eines Sensors bei der Serienfertigung unter Berücksichtigung der Serienstreuung (Bauteil-Toleranzen) ohne Verlust an Messgenauigkeit wird erfindungsgemäß nachstehend beschriebenes Verfahren vorgeschlagen.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren eines Sensor 10 zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums 12 in einem Messraum 14. Das Verfahren beginnt mit Schritt S10, in dem mehrere Sensoren 10 zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums 12 in einem Messraum 14 bereitgestellt werden. In einem Schritt S12, nachfolgend zu Schritt S10 erfolget, wird ein erstes Modell 28 mit einer ersten Mehrzahl von Parametern pik für eine Datenbank bereitgestellt („Meta-Modell“). Das erste Modell 28 korreliert für jedes gemessene Teil k Messspannungen UBi mit Konzentrationen des fluiden Mediums 12.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung des ersten Modells 28. Die erste Mehrzahl von Parametern pik wurde durch Vermessen von mehreren Sensoren (Index k) an einer Mehrzahl von Messpunkten (Index i) vorab ermittelt. Um eine hinreichende Messgenauigkeit für H2 zu erzielen, müssen die Einflüsse von Wasserstoff und anderen Gasbestandteilen, wie beispielsweise Feuchte oder Sauerstoff, separiert werden, was durch die Messung bei verschiedenen Heizerspannungen geschieht. In das thermische und elektrische System gehen dabei diverse Systemgrößen ein, wie beispielsweise Membrandicke, elektrische Widerstände, und dergleichen. Zur Kalibrierung müssen zahlreiche Messungen mit verschiedenen Gas-Zusammensetzungen bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden. Im Ergebnis entsteht ein mathematisches erstes Modell 28, das zu gemessenen Spannungen UB die Wasserstoffkonzentration liefert. Die zahlreichen Modell-Parameter pi werden durch die aufwendige Kalibrierung, d.h. Modell-Training, ermittelt. Aufgrund der Bauteil-Toleranzen ändern sich diese Parameter aber von Sensor zu Sensor. Beispielsweise werden für das erste Modell 100 oder 200 Sensoren genau vermessen. Daraus ergibt sich die Parameter-Matrix Pik.
  • In einem nachfolgenden Schritt S14 wird ein zweites Modell 30 mit der ersten Mehrzahl an Parametern pik und einer zweiten Mehrzahl an Parametern q erstellt. 4 zeigt eine schematische Darstellung des zweiten Modells 30. Mathematisch kann dies beispielsweise mit der Hauptkomponentenanalyse (auch bekannt als „principal component analysis“ PCA) umgesetzt werden. Alternativ sind auch Ansätze des maschinellen Lernens einsetzbar. Die zweite Mehrzahl an Parametern q wird dabei als Korrekturgröße innerhalb der ersten Mehrzahl an Parametern pik verwendet. In einem vereinfachten Beispiel gibt es nur einen toleranzbehafteten Parameter q und einen linearen Zusammenhang in der Form pi = pi0 + pi1 * q. Das initiale Modell-Training liefert die 2 N Modell-Parameter pi0 und pi1. Zur Erstellung des zweiten Modells 30 bleibt dann lediglich noch der Parameter q zu bestimmen. Grundlage dieses Vorgehens ist die Annahme, dass sich die vermessenen Sensoren k nur geringfügig in Ihrem Verhalten unterscheiden, so dass die Matrix pik in ihrer Dimension reduziert werden kann.
  • Wie weiter in 2 gezeigt ist, wird in einem Schritt S16 eine die zweite Mehrzahl an Parametern q des Sensors 10 durch Messung an vorbestimmten Messpunkten ermittelt. Die zweite Mehrzahl an Parametern q ist deutlich kleiner als die erste Mehrzahl an Parametern pi. Die zweite Mehrzahl an Parametern q des Sensors 10 wird beispielsweise durch Messung an 2 bis 15 und bevorzugt 2 bis 10 vorbestimmten Messpunkten ermittelt. Wenn man davon ausgeht, dass von Sensor zu Sensor nur wenige Bauteil-Toleranzen wirklich für die Messgenauigkeit relevant sind, kann man durch Training einiger Musterteile, insbesondere Grenzmuster, ein Meta-Modell p = p(q) derart erzeugen, dass für die Serienkalibrierung nur noch wenige Meta-Parameter q zu bestimmen sind. Hierfür genügen dann entsprechend wenige Messungen, z.B. nur noch im Grundzustand (Spannungsoffset) und bei maximalen Wasserstoff für 2 bis 3 verschiedene Temperaturen. Bei diesem Schritt handelt es sich um das Kalibrieren des Sensors 10 mittels des zweiten Modells 10. Das Verfahren kann durch Einblick in die Fertigung nachgewiesen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102005058832 A1 [0004, 0029]
    • DE 102014202169 A1 [0004, 0029]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors (10) zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums (12) in einem Messraum (14), insbesondere zur Erfassung eines H2-Anteils in einem Messgas (16), umfassend: - Bereitstellen eines Sensors (10) zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum, - Bereitstellen eines ersten Modells (28) mit einer ersten Mehrzahl von Parametern in einer Datenbank, wobei das erste Modell (28) Messspannungen mit Konzentrationen des fluiden Mediums korreliert, - Erstellen eines zweiten Modells (30) mit der ersten Mehrzahl an Parametern und einer zweiten Mehrzahl an Parametern, wobei die zweite Mehrzahl an Parametern kleiner als die erste Mehrzahl an Parametern ist, - Ermitteln der zweite Mehrzahl an Parametern des Sensors (10) durch Messungen an vorbestimmten Messpunkten, und - Kalibrieren des Sensors (10) mittels des zweiten Modells.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Sensor (10) ein Sensorelement (22) aufweist, das zum Erfassen einer Wärmeleitfähigkeit des fluiden Mediums und zum Ausgeben eines Messsignals ausgebildet ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Mehrzahl von Parametern durch Vermessen von mehreren Sensoren an einer Mehrzahl von Messpunkten vorab ermittelt wurde.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Modell mittels Hauptkomponentenanalyse erstellt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Modell mittels maschinellen Lernens erstellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Mehrzahl an Parametern des Sensors (10) an 2 bis 15 und bevorzugt 2 bis 10 vorbestimmten Messpunkten ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Mehrzahl an Parametern als Korrekturgröße für die erste Mehrzahl an Parametern verwendet wird.
  8. Sensor (10) zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum, insbesondere zur Erfassung eines H2-Anteils in einem Messgas, wobei der Sensor (10) mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche kalibriert ist.
  9. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
  10. Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorhergehenden Anspruch gespeichert ist.
DE102021213477.7A 2021-11-30 2021-11-30 Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum Pending DE102021213477A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021213477.7A DE102021213477A1 (de) 2021-11-30 2021-11-30 Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021213477.7A DE102021213477A1 (de) 2021-11-30 2021-11-30 Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021213477A1 true DE102021213477A1 (de) 2023-06-01

Family

ID=86317285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021213477.7A Pending DE102021213477A1 (de) 2021-11-30 2021-11-30 Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021213477A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005058832A1 (de) 2005-12-09 2007-06-14 Robert Bosch Gmbh Beheizter H2-Sensor
DE102014202169A1 (de) 2014-02-06 2015-08-20 Robert Bosch Gmbh Fluidsensor zur Detektion von fluiden Medien

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005058832A1 (de) 2005-12-09 2007-06-14 Robert Bosch Gmbh Beheizter H2-Sensor
DE102014202169A1 (de) 2014-02-06 2015-08-20 Robert Bosch Gmbh Fluidsensor zur Detektion von fluiden Medien

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69414258T2 (de) Überwachung von mehrfachelektroden gassensoren
DE102016216556B4 (de) Feinstaubsensor und messverfahren dafür
DE102019113539B9 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Multigassensors
DE102018122860A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Sensorvorrichtung
DE10115872A1 (de) Gassensor
DE19845927A1 (de) Verfahren zum Prüfen eines Meßfühlers
DE9103547U1 (de) Vorrichtung zum kontinuierlichen Überwachen der Konzentrationen von gasförmigen Bestandteilen in Gasgemischen
DE102021213477A1 (de) Verfahren zum Kalibrieren eines Sensors zur Erfassung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in einem Messraum
DE102016200270A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren eines Fluids
EP1621882B1 (de) Verfahren zur Erfassung brennbarer Gase, insbesondere zur Erfassung von Wasserstoff
DE102016202537A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration mindestens einer Gaskomponente in einem Gasgemisch
EP4248198A1 (de) Sensor zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines fluiden mediums in einem messraum
EP4427015A1 (de) Sensor zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines fluiden mediums in einem messraum
DE102013206637A1 (de) Verfahren zum Analysieren eines Gases
DE102015200217A1 (de) Sensorvorrichtung und Verfahren zum Erfassen zumindest eines gasförmigen Analyten sowie Verfahren zum Herstellen einer Sensorvorrichtung
DE10003676B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentrationen eines H2/He-Gasgemisches
DE102020211102A1 (de) Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in mindestens einem Messraum
DE102011085747A1 (de) Verfahren zur Überprüfung und/oder Justierung eines Dünnfilm-pH-Sensors und Selbstüberwachender und/oder -justierender Dünnfilm-pH-Sensor
DE102020211893A1 (de) Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines fluiden Mediums in mindestens einem Messraum
DE102014205383A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Sensorvorrichtung
DE102013227014A1 (de) Fluidsensor zur Detektion von fluiden Medien
DE3213286A1 (de) Gaserfassungsvorrichtung und verfahren zur gaserfassung
DE19901041A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Messen von Meßgrößen in einer Flüssigkeit
DE102021133958A1 (de) Verfahren zum Kalibrieren einer Messschaltung, Messschaltung für einen elektrochemischen Sensor
DE19514215C2 (de) Verfahren zur Bestimmung von Art und Menge einer elektrochemisch umsetzbaren Substanz in einer Gasprobe