DE102023110687A1 - Gasdetektionsvorrichtung und Gasdetektionsverfahren mit automatischer Störgrößen-Kompensation - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, um einen räumlichen Bereich automatisch auf ein Zielgas zu überwachen. Ein Sensor der verwendeten Gasdetektionsvorrichtung weist eine Detektionsgröße (ΔUkorr,0) auf, die von der Konzentration von Zielgas beeinflusst wird. Ein Detektionsgrößen-Sensor misst diese Detektionsgröße (ΔUkorr,0). Der Einfluss einer langsameren Einflussgröße und der Einfluss einer schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔUkorr,0) werden rechnerisch kompensiert, sodass eine einfluss-korrigierte Detektionsgröße (ΔUkorr,1) ermittelt wird. Abhängig von der einfluss-korrigierten Detektionsgröße (ΔUkorr,1) wird die Zielgas-Konzentration ermittelt. Zum rechnerischen Kompensieren wird der zeitliche Verlauf (Dr[ΔUkorr,0]) des jeweiligen Einflusses der beiden Einflussgrößen geschätzt, wofür eine Messwertreihe vom Detektionsgrößen-Sensor verwendet wird. Der zeitliche Verlauf (Dr[ΔUkorr,0]) wird so ermittelt, dass die Veränderung pro Zeiteinheit des Einflusses in einem vorgegebenen Veränderungs-Toleranzband (Dr'[ΔUkorr,0]min, Dr'[ΔUkorr,0]max) für diese Einflussgröße liegt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, um einen räumlichen Bereich automatisch auf mindestens ein vorgegebenes Zielgas zu überwachen. Das oder wenigstens ein Zielgas ist insbesondere ein brennbares Zielgas.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasdetektionsvorrichtung und ein Gasdetektionsverfahren bereitzustellen, welche dazu ausgestaltet sind, einen räumlichen Bereich auf mindestens ein vorgegebenes Zielgas zu überwachen, und welche mit größerer Zuverlässigkeit als bekannte Vorrichtungen und Verfahren funktionieren.
• Die Aufgabe wird durch eine Gasdetektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Gasdetektionsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gasdetektionsvorrichtung sind, soweit sinnvoll, auch vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gasdetektionsverfahren, und umgekehrt sind vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gasdetektionsverfahren auch vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gasdetektionsvorrichtung.
• Die erfindungsgemäße Gasdetektionsvorrichtung und das erfindungsgemäße Gasdetektionsverfahren vermögen einen räumlichen Bereich auf mindestens ein vorgegebenes Zielgas zu überwachen. Der zu überwachende räumliche Bereich ist beispielsweise eine Produktionsanlage oder das Innere eines Gebäudes oder Fahrzeugs oder Flugzeugs. Das zu detektierende Zielgas ist insbesondere ein brennbares Zielgas, beispielsweise Methan (CH₄). Im Folgenden wird abkürzend die Bezeichnung Ziel Gas verwendet. Diese Bezeichnung kann auch mehrere Zielgase bezeichnen, die gleichzeitig im zu überwachenden räumlichen Bereich auftreten oder auftreten können.
• Die Gasdetektionsvorrichtung umfasst eine Sensoreinheit mit einem Sensor. Der Sensor weist eine messbare Detektionsgröße auf, insbesondere die elektrische Spannung oder Stromstärke oder elektrische Ladung des Sensors oder eine sonstige elektrische Detektionsgröße. Diese Detektionsgröße wird von der Konzentration von Zielgas in dem zu überwachenden räumlichen Bereich beeinflusst. Die Detektionsgröße lässt sich als ein Maß für die Zielgas-Konzentration bezeichnen. Im Falle von mehreren Zielgases wird die Detektionsgröße von der Summe der Zielgas-Konzentrationen beeinflusst.
• Die Sensoreinheit umfasst weiterhin einen Detektionsgrößen-Sensor. Der Detektionsgrößen-Sensor vermag ein Maß für die Detektionsgröße des Sensors zu messen, wobei diese Detektionsgröße von der Zielgas-Konzentration beeinflusst wird. Der Detektionsgrößen-Sensor vermag weiterhin automatisch eine Messwertreihe zu erzeugen, welche den zeitlichen Verlauf der Detektionsgröße beschreibt, also eine Abfolge von Werten der Detektionsgröße umfasst. Zur Erzeugung verwendet der Detektionsgrößen-Sensor das Ergebnis von mehrere Messungen der Detektionsgröße zu unterschiedlichen Abtast-Zeitpunkten, verwendet also Messwerte.
• Im Folgenden werden die Bezeichnungen „Einflussgröße“, „langsamere Einflussgröße“ und „schnellere Einflussgröße“ verwendet. Unter einer „Einflussgröße“ wird eine physikalische Größe verstanden, die in dem zu überwachenden räumlichen Bereich oder in der Gasdetektionsvorrichtung selber auftritt oder auftreten kann, und zwar unabhängig von dem oder einem zu detektierenden Zielgas, und die auf die Detektionsgröße Einfluss nimmt oder nehmen kann. Beispiele für Einflussgrößen sind die Temperatur, die Feuchte und der Druck im Bereich oder eine Veränderung (Drift) der Sensoreinheit, beispielsweise aufgrund von Alterung oder Sensorvergiftung. Der jeweilige Einfluss jeder Einflussgröße überlagert sich additiv mit dem Einfluss der Zielgas-Konzentration auf die Detektionsgröße. Mit „schneller“ und „langsamer“ ist gemeint, dass die eine Einflussgröße langsamer auf die Detektionsgröße wirkt als die andere Einflussgröße, also die langsamere Einflussgröße pro Zeiteinheit eine geringere maximale Veränderung als die schnellere Einflussgröße zu bewirken vermag.
• Die Gasdetektionsvorrichtung umfasst weiterhin einen signalverarbeitenden Einflussgrößen-Schätzer. Bevorzugt ist dieser Einflussgrößen-Schätzer als Software realisiert. Der Einflussgrößen-Schätzer vermag sowohl den Einfluss einer langsameren Einflussgröße als auch den Einfluss einer schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße wenigstens näherungsweise rechnerisch zu kompensieren, und zwar automatisch. Diese beiden Einflussgrößen treten im zu überwachenden räumlichen Bereich unabhängig von dem oder jedem zu detektierenden Zielgas auf und nehmen bevorzugt unabhängig voneinander Einfluss auf die Detektionsgröße. Zur rechnerischen Kompensation verwendet der Einflussgrößen-Schätzer die Messwertreihe, die vom Detektionsgrößen-Sensor erzeugt wird. Durch die rechnerische Kompensation erzeugt der Einflussgrößen-Schätzer eine einfluss-korrigierte Detektionsgröße, also eine Detektionsgröße, in der der jeweilige Einfluss beider Einflussgrößen auf die gemessene Detektionsgröße wenigstens näherungsweise rechnerisch kompensiert ist.
• Weiterhin umfasst die Gasdetektionsvorrichtung eine signalverarbeitende Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit vermag automatisch zu entscheiden, ob im zu überwachenden Bereich das oder mindestens ein zu detektierendes Zielgas vorhanden ist. Alternativ oder zusätzlich vermag die Auswerteeinheit die Konzentration von dem oder mindestens einem zu detektierenden Zielgas im zu überwachenden räumlichen Bereich zu ermitteln, im Falle von mehreren Zielgasen mindestens die Summe der Zielgas-Konzentrationen. Für diese Entscheidung und / oder Konzentrations-Ermittlung verwendet die Auswerteeinheit automatisch mindestens einen Wert der einfluss-korrigierten Detektionsgröße, optional mehrere Werte der einfluss-korrigierten Detektionsgröße für verschiedene Abtast-Zeitpunkte.
• Das erfindungsgemäße Gasdetektionsverfahren wird unter Verwendung einer derartigen Gasdetektionsvorrichtung durchgeführt.
• Vorgegeben sind folgende Parameter:
• - ein schmaleres Veränderungs-Toleranzband, welches eine mögliche Veränderung pro Zeiteinheit der Detektionsgröße aufgrund des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße beschreibt, und
• - ein breiteres Veränderungs-Toleranzband, welches eine mögliche Veränderung pro Zeiteinheit der Detektionsgröße aufgrund des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße beschreibt.
• Beide Veränderungs-Toleranzbänder sind oder umfassen jeweils ein Intervall. Die beiden Grenzen dieses Intervalls haben bevorzugt als Maßeinheit die Veränderung pro Zeiteinheit der Maßeinheit der Detektionsgröße. Das schmalere Veränderungs-Toleranzband ist schmaler als das breitere Veränderungs-Toleranzband, d.h. der Abstand zwischen den beiden Intervallgrenzen ist geringer. Das schmalere Veränderungs-Toleranzband ist im breiteren Veränderungs-Toleranzband enthalten, d.h. ist eine Teilmenge.
• Außerdem wird ein Wertebereich vorgegeben, nämlich ein Wertebereich für die schnellere Einflussgröße. Der Wertebereich ist oder umfasst ebenfalls ein Intervall. Dieser Wertebereich wird auch als der schmalere Wertebereich bezeichnet. Der schmalere Wertebereich ist so vorgegeben, dass die Werte der Auswirkung der schnelleren Einflussgröße in diesem Wertebereich liegen. Mit anderen Worten: Die mögliche Veränderung der Detektionsgröße aufgrund des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße liegt im schmaleren Wertebereich.
• Die erfindungsgemäße Gasdetektionsvorrichtung ist dazu ausgestaltet, die folgenden Schritte durchzuführen, und das erfindungsgemäße Gasdetektionsverfahren umfasst die folgenden Schritte:
• - Der Einflussgrößen-Schätzer ermittelt einen geschätzten zeitlichen Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße - oder auf die bereits um den Einfluss der schnelleren Einflussgröße bereinigten Detektionsgröße. Die zeitliche Veränderung pro Zeiteinheit des geschätzten Verlaufs liegt im vorgegebenen schmaleren Veränderungs-Toleranzband.
• - Der Einflussgrößen-Schätzer ermittelt einen geschätzten zeitlichen Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße - oder auf die bereits um den Einfluss der langsameren Einflussgröße bereinigten Detektionsgröße. Die zeitliche Veränderung pro Zeiteinheit des geschätzten Verlaufs liegt im vorgegebenen breiteren Veränderungs-Toleranzband. Außerdem liegt jeder Wert des geschätzten Verlaufs des Einflusses der schnelleren Einflussgröße im vorgegebenen Wertebereich für die schnellere Einflussgröße (schmalerer Wertebereich).
• - Für diese beiden Ermittlungen verwendet der Einflussgrößen-Schätzer die Messwertreihe vom Detektionsgrößen-Sensor - oder eine Messwertreihe, die von der Messwertreihe vom Detektionsgrößen-Sensor abgeleitet ist, wobei Ausgestaltungen der Ableitung in Ausgestaltungen spezifiziert wird.
• - Um den Einfluss der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße zu kompensieren, subtrahiert der Einflussgrößen-Schätzer den geschätzten zeitlichen Verlauf der langsameren Einflussgröße von der ursprünglichen Detektionsgröße oder von der um den Einfluss der schnelleren Einflussgröße bereinigten Detektionsgröße.
• - Um den Einfluss der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße zu kompensieren, subtrahiert der Einflussgrößen-Schätzer den geschätzten zeitlichen Verlauf der schnelleren Einflussgröße von der ursprünglichen Detektionsgröße oder von der um den Einfluss der langsameren Einflussgröße bereinigten Detektionsgröße.
• Insgesamt führt der Einflussgrößen-Schätzer also nacheinander oder parallel zwei Kompensationsschritte durch.
• Bestimmungsgemäß wird die Detektionsgröße von der Konzentration des oder mindestens eines Zielgases beeinflusst. In der Regel lässt es sich nicht vermeiden, dass die Detektionsgröße auch von anderen Einflussgrößen beeinflusst wird. Zu diesen Einflussgrößen gehören beispielsweise eine Alterung (Drift) des Sensors, der Umgebungsdruck (Luftdruck), die Umgebungsfeuchte (Luftfeuchte) und / oder eine variable Umgebungstemperatur (Lufttemperatur). Welche Einflussgrößen tatsächlich die Detektionsgröße in relevanter Weise beeinflussen können, hängt oft davon ab, welches Messprinzip der Sensor für die Detektionsgröße anwendet, und manchmal auch davon, in welcher Umgebung die Gasdetektionsvorrichtung eingesetzt wird. Erfindungsgemäß wird der Einfluss von mindestens zwei Einflussgrößen auf die Detektionsgröße wenigstens näherungsweise rechnerisch kompensiert, optional zusätzlich der Einfluss mindestens einer weiteren Einflussgröße. Der Schritt, den Einfluss einer Einflussgröße rechnerisch zu kompensieren, wird auch als der Schritt bezeichnet, die Detektionsgröße um diese Einflussgröße rechnerisch zu bereinigen (den Einfluss zu kompensieren).
• Erfindungsgemäß wird für jede Einflussgröße, deren Einfluss rechnerisch kompensiert wird, jeweils ein zeitlicher Verlauf der Einflussgröße geschätzt. Unter dem zeitlichen Verlauf einer Einflussgröße auf die Detektionsgröße wird die Abweichung zwischen dem tatsächlichen zeitlichen Verlauf der Detektionsgröße und dem zeitlichen Verlauf, den die Detektionsgröße dann hätte, wenn diese Einflussgröße nicht vorliegen und daher nicht auf die Detektionsgröße einwirken würde oder könnte, verstanden. Diese Abweichung und die Schätzung beziehen sich auf eine Situation, in der kein vorgegebenes Zielgas die Detektionsgröße beeinflusst.
• Dieser zeitliche Verlauf einer Einflussgröße wird erfindungsgemäß geschätzt, wofür eine Messwertreihe mit gemessenen Werten der tatsächlichen Detektionsgröße verwendet wird. Alternativ wird eine Messwertreihe mit gemessenen Werten der Detektionsgröße, die bereits um den Einfluss einer anderen Einflussgröße bereinigt ist, verwendet. Das erfindungsgemäße Merkmal, den Einfluss einer Einflussgröße zu schätzen, erspart die Notwendigkeit, einen Sensor für diese Einflussgröße vorzusehen und ein Signal dieses Sensors zu verwenden, um den Einfluss einer Einflussgröße auf die Detektionsgröße rechnerisch oder anderweitig zu beseitigen. Ein Beispiel: Um die Einflussgröße Umgebungstemperatur erfindungsgemäß zu kompensieren, ist es zwar möglich, aber dank der Erfindung in vielen Fällen nicht erforderlich, dass die Gasdetektionsvorrichtung einen Sensor für die Umgebungstemperatur umfasst.
• In der Regel umfasst eine Gasdetektionsvorrichtung einen Sensor in Form eines Mess-Bauteil, an dem die Detektionsgröße auftritt. Bekannt geworden sind Gasdetektionsvorrichtungen, die zusätzlich zum Mess-Bauteil ein Referenz-Bauteil umfassen, wobei auch das Referenz-Bauteil die Detektionsgröße aufweist. Die Detektionsgröße des Mess-Bauteils wird von dem oder mindestens einem Zielgas sowie von mindestens einer Einflussgröße beeinflusst. Die Detektionsgröße des Referenz-Bauteils wird von denselben Einflussgrößen wie die des Mess-Bauteils beeinflusst, aber idealerweise nicht von einem zu detektierenden Zielgas. Idealerweise wird die Differenz zwischen den beiden Detektionsgrößen daher nur von dem Zielgas beeinflusst, aber nicht von einer Einflussgröße. Insbesondere wirkt die Umgebungstemperatur idealerweise gleichartig auf die beiden Detektionsgrößen. In der Praxis lässt es sich aber meistens nicht vermeiden, dass mindestens eine Einflussgröße unterschiedlich auf die beiden Bauteile einwirkt und / oder das oder ein Zielgas auch auf die Detektionsgröße des Referenz-Bauteils nimmt..
• Die Erfindung lässt sich auch für eine Gasdetektionsvorrichtung mit einem Referenz-Bauteil zusätzlich zum Mess-Bauteil verwenden. In diesem Falle ermöglicht die Erfindung es, rechnerisch solche Einflüsse von Einflussgrößen zu kompensieren, die auf die Detektionsgröße des Referenz-Bauteils anders einwirken oder einwirken können als auf die Detektionsgröße des Mess-Bauteils. Insbesondere ermöglicht die Erfindung es, rechnerisch den Einfluss zu kompensieren, der daraus resultiert, dass das Referenz-Bauteil sich konstruktionsbedingt von dem Mess-Bauteil unterscheidet und / oder anders altert als das Mess-Bauteil. Falls die Erfindung in Verbindung mit einem Referenzbauteil verwendet wird, ermöglicht die Erfindung es in vielen Fällen also, größere Materialtoleranzen und / oder größere Fertigungstoleranzen zuzulassen.
• Die Veränderung der Detektionsgröße aufgrund einer Einflussgröße muss von der Veränderung der Detektionsgröße aufgrund mindestens eines vorgegebenen Zielgases unterschieden werden. Das Zielgas soll detektiert werden, der Einfluss der Einflussgröße ist hingegen zwar unerwünscht, aber häufig unvermeidlich. Für dieses rechnerische Kompensieren einer Einflussgröße wird die Tatsache ausgenutzt, dass sich die Detektionsgröße unter dem Einfluss des oder eines Zielgas in der Regel rascher ändert als unter dem Einfluss einer zu kompensierenden Einflussgröße. Daher wird für jede Einflussgröße, deren Einfluss rechnerisch kompensiert werden soll, jeweils ein Veränderungs-Toleranzband vorgegeben. Das Veränderungs-Toleranzband für eine Einflussgröße legt eine obere Grenze und eine untere Grenze für eine mögliche Veränderung pro Zeiteinheit des Einflusses der Einflussgröße fest. Die Grenzen gelten wenigstens dann, wenn kein Zielgas vorhanden ist. Die Maßeinheit der beiden Grenzen ist bevorzugt die Maßeinheit der Detektionsgröße pro Zeiteinheit, beispielsweise mV / sec oder mΩ / sec. Falls eine Detektionsgröße sich schneller ändert, die Veränderung also außerhalb des Veränderungs-Toleranzbands liegt, so wird diese schnellere Änderung durch mindestens ein Zielgas und nicht oder wenigstens nicht allein von einer Einflussgröße verursacht. Die Verwendung eines Veränderungs-Toleranzbands reduziert also die Gefahr, dass ein Zielgas deshalb nicht detektiert wird, weil eine Einflussgröße zu stark oder auf andere Weise fehlerhaft kompensiert wird.
• Erfindungsgemäß werden der Einfluss einer langsameren Einflussgröße, der Einfluss einer schnelleren Einflussgröße sowie optional der Einfluss mindestens einer dritten Einflussgröße auf die Detektionsgröße wenigstens näherungsweise rechnerisch kompensiert. Die schnellere Einflussgröße bewirkt mindestens dann, wenn kein Zielgas vorhanden ist, eine schnellere zeitliche Veränderung der Detektionsgröße als die langsamere Einflussgröße, und die oder mindestens eine berücksichtigte optionale dritte Einflussgröße bewirkt eine schnellere Veränderung der Detektionsgröße als die schnellere und damit auch als die langsamere Einflussgröße.
• Ob mindestens ein Zielgas vorhanden ist oder nicht und optional welche Konzentration dieses Zielgas hat, wird abhängig von Werten einer Detektionsgröße entschieden. Als diese Detektionsgröße wird bevorzugt eine Größe verwendet, die nach einer rechnerischen Kompensation beider Einflussgrößen erzeugt wird, optional zusätzlich nach einer rechnerischen Kompensation der oder jeder dritten berücksichtigten Einflussgröße. Ein erfindungsgemäßes Merkmal reduziert das Risiko, dass der Schritt, den Einfluss der beiden Einflussgrößen auf eine Ausgangs-Detektionsgröße rechnerisch zu kompensieren, dazu führt, dass ein vorgegebenes Zielgas nicht detektiert wird. Idealerweise wird dieses Risiko völlig ausgeschlossen. Erfindungsgemäß werden nämlich Veränderungs-Toleranzbänder für die beiden zu kompensierenden Einflussgrößen vorgegeben, und zwar unterschiedliche Veränderungs-Toleranzbänder. Das schmalere Veränderungs-Toleranzband ist schmaler als das breitere Veränderungs-Toleranzband und vollständig im breiteren Veränderungs-Toleranzband enthalten. Dies bedeutet: Der Abstand zwischen den beiden Schranken des schmaleren Veränderungs-Toleranzbands ist kleiner als der Abstand zwischen den beiden Schranken des breiteren Veränderungs-Toleranzbands.
• Das schmalere Veränderungs-Toleranzband ist so gewählt, dass auch ein langsamer Anstieg der Konzentration des oder eines Zielgases zu einer Veränderung der Detektionsgröße führt, die außerhalb des schmaleren Veränderungs-Toleranzbands liegt. Daher wird auch ein langsamer Anstieg der Zielgas-Konzentration vom Einfluss der langsameren Einflussgröße unterschieden, und die Gasdetektionsvorrichtung vermag auch einen langsamen Anstieg zu detektieren. Diese Wirkung ist insbesondere dann erwünscht, wenn aus einem Leck oder einer sonstigen Öffnung eine relativ geringe Menge pro Zeiteinheit des Zielgases austritt und sich im räumlichen Bereich ansammelt.
• Um den Einfluss der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße von dem Einfluss mindestens eines Zielgases zu unterscheiden, wird erfindungsgemäß zusätzlich für die schnellere Einflussgröße ein Wertebereich (schmalerer Wertebereich) vorgegeben. Optional wird auch für die langsamere Einflussgröße ein Wertebereich vorgegeben. Bevorzugt liegt der Wertebereich für die schnellere Einflussgröße im Wertebereich für die langsamere Einflussgröße. Möglich ist auch, nur für die schnellere Einflussgröße einen Wertebereich vorzugeben, aber nicht für die langsamere Einflussgröße.
• Der geschätzte Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße wird dergestalt geschätzt, dass jeder Wert im vorgegebenen Wertebereich für die schnellere Einflussgröße liegt. Das entsprechende gilt für den Einfluss der langsameren Einflussgröße und für den optionalen Wertebereich der langsameren Einflussgröße. Das Merkmal mit den Wertebereichen reduziert weiter das Risiko, dass als Folge des rechnerischen Kompensierens mindestens ein Zielgas in fehlerhafter Weise nicht detektiert wird. Außerdem ermöglicht diese Ausgestaltung es in vielen Fällen , dass ein Defekt oder eine große Alterung der Gasdetektionsvorrichtung erkannt und eine Meldung über diesen Defekt generiert und in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form ausgegeben wird.
• In einer Alternative der Erfindung vermag die Auswerteeinheit automatisch zu entscheiden, ob in dem zu überwachenden Bereich mindestens ein zu detektierendes Zielgas vorhanden ist oder nicht. Optional erzeugt die Auswerteeinheit dann einen Alarm, wenn das Zielgas detektiert ist. In einer Fortbildung dieser Alternative führt die Auswerteeinheit diese Entscheidung für mindestens einen Abtast-Zeitpunkt durch, bevorzugt erneut für jeden Abtast-Zeitpunkt einer Abfolge von Abtast-Zeitpunkten. Die Messwertreihe umfasst eine Abfolge von Messwerten, wobei jeder Messwert sich auf jeweils einen Abtast-Zeitpunkt bezieht, also beschreibt, welchen Wert die Detektionsgröße zu diesem Abtast-Zeitpunkt hat.
• Die Fortbildung mit den Abtast-Zeitpunkten umfasst die folgenden Schritte, die für mindestens einen Abtast-Zeitpunkt durchgeführt werden, bevorzugt für mehrere Abtast-Zeitpunkte, besonders bevorzugt laufend wiederholt:
• - Die Auswerteeinheit entscheidet automatisch, ob an diesem Abtast-Zeitpunkt mindestens ein zu detektierendes Zielgas in dem zu überwachenden Bereich vorhanden ist oder nicht. Hierfür verwendet sie den Wert zu diesem Abtast-Zeitpunkt der erfindungsgemäß ermittelten einfluss-korrigierten Detektionsgröße.
• - Der Einflussgrößen-Schätzer verwendet den Messwert der Messwertreihe für diesen Abtast-Zeitpunkt nur dann dafür, den zeitlichen Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße und den zeitlichen Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße zu kompensieren, wenn die Auswerteeinheit entschieden hat, dass an diesem Abtast-Zeitpunkt kein Zielgas vorhanden ist. Ein Messwert, der unter dem Einfluss von Zielgas entstanden ist, wird also nicht verwendet.
• Die Fortbildung sieht also vor, probeweise den Wert der einfluss-korrigierten Detektionsgröße zu diesem Abtast-Zeitpunkt zu ermitteln. Falls gemäß diesem Wert mindestens ein Zielgas vorhanden ist, so wird der Wert der Messwertreihe nicht dafür verwendet, den jeweiligen Einfluss der beiden Einflussgrößen an diesem Abtast-Zeitpunkt zu kompensieren.
• Diese Fortbildung erhöht die Zuverlässigkeit, dass die Einflüsse der beiden Einflussgrößen sicher von dem Einfluss von Zielgas auf die Detektionsgröße unterschieden werden.
• Falls die Auswerteeinheit entscheidet, dass zu einem Abtast-Zeitpunkt ein zu detektierendes Zielgas vorhanden ist, so wird der jeweilige Wert zu diesem Abtast-Zeitpunkt des zeitlichen Verlaufs des Einflusses der beiden Einflussgrößen bevorzugt durch Interpolation oder Extrapolation ermittelt.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein kaskadiertes Vorgehen angewendet, um rechnerisch den Einfluss der beiden Einflussgrößen auf die Detektionsgröße zu kompensieren. Folgende beiden Alternativen dieses kaskadierten Vorgehens sind möglich:
• - In einer ersten Alternative dieser Ausgestaltung wird in einem ersten Schritt der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße von der Detektionsgröße subtrahiert. In einem nachfolgenden zweiten Schritt wird der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße von der um den Einfluss der langsameren Einflussgröße korrigierten Detektionsgröße subtrahiert, also von der im ersten Schritt gewonnenen korrigierten Detektionsgröße.
• - In einer zweiten Alternative dieser Ausgestaltung wird in einem ersten Schritt der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße von der Detektionsgröße subtrahiert. In einem nachfolgenden zweiten Schritt wird der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße von der um den Einfluss der schnelleren Einflussgröße korrigierten Detektionsgröße subtrahiert, also von der im ersten Schritt gewonnenen korrigierten Detektionsgröße.
• In vielen Fällen führen beide Alternativen des kaskadierten Vorgehens dazu, dass der Einfluss der beiden Einflussgrößen relativ zuverlässig rechnerisch kompensiert wird. Idealerweise führen diese beiden Alternativen zu demselben Ergebnis, in der Praxis aber in der Regel zu unterschiedlichen Ergebnissen.
• Bevorzugt umfasst die erste Alternative die folgende Realisierungsformen:
• - Der erste Schritt, also der Schritt, den zeitlichen Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße von der Detektionsgröße zu subtrahieren, liefert eine kompensierte Messwertreihe, also eine um den Einfluss der langsameren Einflussgröße auf die Messwertreihe kompensierten Messwertreihe.
• - Beim nachfolgenden zweiten Schritt wird der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße unter Verwendung dieser kompensierten Messwertreihe ermittelt.
• Bevorzugt umfasst die zweite Alternative die folgende Realisierungsformen:
• - Der erste Schritt, also der Schritt, den zeitlichen Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße von der Detektionsgröße zu subtrahieren, liefert eine kompensierte Messwertreihe, also eine um den Einfluss der schnelleren Einflussgröße auf die Messwertreihe kompensierte Messwertreihe.
• - Beim nachfolgenden zweiten Schritt wird der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße unter Verwendung dieser kompensierten Messwertreihe ermittelt.
• Die ursprüngliche Messwertreihe, die vom Detektionsgrößen-Sensor erzeugt wird, wird also bei beiden Realisierungsformen indirekt verwendet, nämlich zum Herleiten der kompensierten Messwertreihe.
• In einer Alternative zu diesem kaskadierten Vorgehen werden eine erste Phase und eine nachfolgende zweite Phase durchgeführt. In der ersten Phase wird sowohl der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße als auch der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße ermittelt. Hierfür wird die Messwertreihe vom Detektionsgrößen-Sensor verwendet. In der zweiten Phase wird sowohl der geschätzte zeitliche Verlauf der langsameren Einflussgröße als auch der geschätzte zeitliche Verlauf der schnelleren Einflussgröße von der Detektionsgröße subtrahiert, und dadurch wird der die einfluss-kompensierte Detektionsgröße ermittelt.
• Erfindungsgemäß wird ein Wertebereich für die schnellere Einflussgröße vorgegeben. Dieser Wertebereich wird beim Schritt, den Einfluss der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße zu ermitteln, verwendet. In einer Ausgestaltung wird für die langsamere Einflussgröße kein Wertebereich vorgegeben. In einer anderen Ausgestaltung wird ein weiterer Wertebereich vorgegeben, nämlich ein Wertebereich für die langsamere Einflussgröße, genannt breiterer Wertebereich. Der Wertebereich für die schnellere Einflussgröße ist enger als der Wertebereich für die langsamere Einflussgröße und ist im Wertebereich für die langsamere Einflussgröße enthalten. Diese Ausgestaltung trägt dem Umstand Rechnung, dass in vielen Fällen die langsamere Einflussgröße im Laufe der Zeit einen stärkeren Einfluss auf die Detektionsgröße nehmen kann als die schnellere Einflussgröße.
• Erfindungsgemäß wird der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße dergestalt ermittelt, dass die Veränderung pro Zeiteinheit des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße im vorgegebenen schmaleren Veränderungs-Toleranzband liegt. Gemäß der Ausgestaltung mit dem breiteren Wertebereich wird der geschätzte zeitliche Verlauf zusätzlich dergestalt ermittelt, dass jeder Wert des geschätzten Verlaufs des Einfluss der langsameren Einflussgröße im breiteren Wertebereich, also im Wertebereich für die langsamere Einflussgröße liegt. In vielen Fällen erhöht diese Ausgestaltung weiter die Zuverlässigkeit, dass der Einfluss der langsameren Einflussgröße von dem Einfluss von Zielgas auf die Detektionsgröße unterschieden wird.
• In einer Ausgestaltung wird automatisch geprüft, ob das Ereignis eingetreten ist, dass eine vordefinierte Anzahl von Werten des geschätzten zeitlichen Verlaufs der langsameren Einflussgröße gleich der oberen Grenze oder der unteren Grenze des vorgegebenen Wertebereichs für die langsamere Einflussgröße sind.
• Falls dieses Ereignis detektiert wird, so wird eine entsprechende Nachricht erzeugt und in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form ausgegeben. Dieses Ereignis ist nämlich ein Indiz dafür, dass der Einfluss der langsameren Einflussgröße nicht mehr ausreichend zuverlässig rechnerisch kompensiert werden kann. Diese Ausgestaltung ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die langsamere Einflussgröße eine Alterung der Sensoreinheit, insbesondere des Detektionsgrößen-Sensors, bewirkt, also nicht direkt auf einen externen Einfluss zurückzuführen ist. Die Nachricht ermöglicht es einem Benutzer, die Gasdetektionsvorrichtung zu überprüfen und bei Bedarf die Sensoreinheit oder die gesamte Gasdetektionsvorrichtung auszutauschen.
• Erfindungsgemäß werden sowohl der Einfluss einer langsameren als auch der Einfluss einer schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße rechnerisch kompensiert. In einer Ausgestaltung wird zusätzlich der Einfluss einer dritten Einflussgröße rechnerisch kompensiert. Diese dritte Einflussgröße ist noch schneller als die schnellere Einflussgröße. Der Einfluss der dritten Einflussgröße wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Vorgehen rechnerisch kompensiert. Ein drittes Veränderungs-Toleranzband wird vorgegeben. Das breitere Veränderungs-Toleranzband, also das für die schnellere Einflussgröße, ist schmaler als das dritte Veränderungs-Toleranzband. Außerdem wird als dritter Wertebereich ein Wertebereich für die dritte Einflussgröße vorgegeben. Das dritte Veränderungs-Toleranzband und der dritte Wertebereich werden entsprechend dem Veränderungs-Toleranzband und dem Wertebereich für die schnellere Einflussgröße verwendet. Möglich ist auch, zusätzlich den Einfluss mindestens einer vierten Einflussgröße auf die gleiche Weise rechnerisch zu kompensieren.
• Erfindungsgemäß weist der Sensor eine Detektionsgröße auf, die von der Konzentration von zu detektierendem Zielgas in dem zu überwachenden Bereich beeinflusst wird. Diese Detektionsgröße weist einen Nullpunkt (Referenzpunkt)auf, das ist ein Wert, den die Detektionsgröße dann annimmt, wenn in dem zu überwachenden Bereich kein Zielgas vorhanden ist. In der Regel liefert der Sensor dann, wenn kein Zielgas vorhanden ist, einen Nullpunkt, der von null verschieden ist. Diese Unterschied des Nullpunkts von Null kann durch die Konstruktion, die Fertigung und / oder durch eine Alterung des Sensors verursacht sein. Als Detektionsgröße wird in einer Ausgestaltung eine nullpunkt-korrigierte Detektionsgröße ermittelt, das ist die Differenz zwischen der Ausgangs Detektionsgröße und einem Nullpunkt, der bei einer Justierung (Kalibrierung) ermittelt wurde. Bei dieser Justierung wird die Gasdetektionsvorrichtung in einer Umgebung eingesetzt, in der kein zu detektierendes Zielgas vorhanden ist. Falls kein Zielgas vorhanden ist, wird idealerweise als Wert für die nullpunkt-korrigierte Detektionsgröße Null gemessen. Insbesondere aufgrund eines Sensor-Drifts nimmt in der Praxis auch bei Abwesenheit von Zielgas die nullpunkt-korrigierte Detektionsgröße einen von Null abweichenden Wert an.
• Möglich ist, diese Justierung mindestens einmal erneut durchzuführen. Dadurch lässt sich bis zu einem gewissen Grad ein Nullpunkt-Drift, insbesondere aufgrund eines Sensor-Drifts, rechnerisch kompensieren. Die Erfindung reduziert die Anzahl der erforderlichen Justierungen.
• Der Einflussgrößen-Schätzer kann ein Bestandteil der Auswerteeinheit sein. In einer Ausgestaltung umfasst die Gasdetektionsvorrichtung ein Gehäuse, und die Auswerteeinheit und die weiteren oben beschriebenen Bestandteile sind im Inneren dieses Gehäuses angeordnet. In einer anderen Ausgestaltung sind die Auswerteeinheit und / oder der Einflussgrößen-Schätzer außerhalb dieses Gehäuses angebracht. die Messwerte des Detektionsgrößen-Sensors werden an die Auswerteeinheit und / oder an den Einflussgrößen-Schätze übermittelt, bevorzugt drahtlos.
• Die erfindungsgemäße Gasdetektionsvorrichtung kann als ein tragbares Gerät ausgestaltet sein, welches ein Benutzer mit sich führt. Bei dieser Ausgestaltung umfasst die Gasdetektionsvorrichtung bevorzugt eine eigene Spannungsversorgungseinheit. Die erfindungsgemäße Gasdetektionsvorrichtung kann auch als ein stationäres Gerät ausgestaltet sein und sich mit einem stationären Spannungsversorgungsnetz verbinden lassen.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Hierbei zeigt
• 1 eine teilweise schematische Darstellung einer beispielhaften Gasdetektionsvorrichtung in Form eines Wärmetönungssensors mit einem Detektor und einem Kompensator, die in einer Wheatstone'schen Messbrücke angeordnet sind;
• 2 eine beispielhafte Ausgestaltung des Detektors von 1 als Pellistor;
• 3 ein erstes Beispiel mit einem zeitlichen Verlauf der nullpunkt-korrigierten Brückenspannung der Vorrichtung von 1, einem geschätzten zeitlichen Verlauf des Einflusses des Drifts und einem geschätzten zeitlichen Verlauf des Einflusses der täglichen Temperaturschwankung;
• 4 den beispielhaften Verlauf der nullpunkt-korrigierten Brückenspannung von 3 sowie einen zeitlichen Verlauf der um den Drift und den Temperatureinfluss bereinigten nullpunkt-korrigierten Brückenspannung;
• 5 ein zweites Beispiel mit einem zeitlichen Verlauf der nullpunkt-korrigierten Brückenspannung, einem geschätzten zeitlichen Verlauf des Drifts und einem zeitlichen Verlauf der um den Drift bereinigten nullpunkt-korrigierten Brückenspannung;
• 6 den zeitlichen Verlauf von 5 der um den Drift bereinigten nullpunkt-korrigierten Brückenspannung sowie einen geschätzten zeitlichen Verlauf des Einflusses der täglichen Temperaturschwankung und einen zeitlichen Verlauf der um den Drift und den Temperatureinfluss bereinigten nullpunkt-korrigierten Brückenspannung;
• 7 ein drittes Beispiel mit einem zeitlichen Verlauf der nullpunkt-korrigierten Brückenspannung, einem geschätzten zeitlichen Verlauf des Drifts und einem zeitlichen Verlauf der um den Drift bereinigten nullpunkt-korrigierten Brückenspannung;
• 8 den zeitlichen Verlauf von 7 der um den Drift bereinigten nullpunkt-korrigierten Brückenspannung sowie einen geschätzten zeitlichen Verlauf des Einflusses der täglichen Temperaturschwankung und einen zeitlichen Verlauf der um den Drift und den Temperatureinfluss bereinigten nullpunkt-korrigierten Brückenspannung;
• 9 das Zusammenwirken der Sensoreinheit mit dem Einflussgrößen-Schätzer und der Auswerteeinheit.
• Im Ausführungsbeispiel wird die Erfindung dafür eingesetzt, um mindestens ein brennbares Zielgas zu detektieren, beispielsweise Methan (CH₄). Eine erfindungsgemäße Gasdetektionsvorrichtung vermag - genau wie viele aus dem Stand der Technik bekannte Gasdetektionsvorrichtungen - einen räumlichen Bereich auf das Vorhandensein mindestens eines brennbaren Zielgases zu überwachen. Im Folgenden wird abkürzend von „dem brennbaren Zielgas“ gesprochen, auch wenn mehrere brennbare Zielgase in dem Bereich vorhanden sind oder sein können.
• In einer Ausgestaltung misst die Gasdetektionsvorrichtung die Konzentration von brennbarem Zielgas in dem zu überwachenden Bereich und bewirkt, dass eine Ausgabeeinheit eine Information über die gemessene Konzentrationen in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form ausgibt. Im Falle von mehreren brennbaren Zielgasen wird die gesamte (summierte) Konzentration gemessen. In einer anderen Ausgestaltung prüft die Gasdetektionsvorrichtung automatisch, ob in dem zu überwachenden Bereich mindestens ein brennbares Zielgas mit einer Konzentration oberhalb einer vorgegebenen Konzentrations-Schranke vorliegt. Ist eine Zielgas-Konzentration oberhalb der Konzentrations-Schranke detektiert, so generiert die Gasdetektionsvorrichtung einen Alarm. Eine Ausgabeeinheit gibt diesen Alarm in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form aus, beispielsweise visuell und / oder akustisch und / oder durch eine Vibration (haptische Alarmierung). Im Falle von mehreren Zielgasen wird der Alarm bevorzugt dann generiert, wenn die summierte Konzentration oberhalb der Konzentrations-Schranke liegt.
• Eine Gasprobe fließt aus dem zu überwachenden Bereich in das Innere der Gasdetektionsvorrichtung und wird dort untersucht. Beispielsweise diffundiert die Gasprobe in das Innere oder wird von einer Pumpe der Gasdetektionsvorrichtung angesaugt.
• Unterschiedliche Wirkprinzipien von Gasdetektionsvorrichtungen sind bekannt geworden, beispielsweise die folgenden:
• - Eine Lichtquelle emittiert elektromagnetische Strahlung, die auf einen Photodetektor gerichtet wird. Bevorzugt emittiert diese Lichtquelle Infrarotstrahlung. Eine zu untersuchende Gasprobe befindet sich in einer Messstrecke zwischen der Lichtquelle und dem Photodetektor. Der Photodetektor erzeugt abhängig von der Intensität von auftreffender Strahlung ein elektrisches Signal. Brennbares Zielgas schwächt diese elektromagnetische Strahlung ab. Eine Auswerteeinheit wertet das Signal des Photodetektors aus und misst dadurch ein Maß für die Abschwächung.
• - Elektromagnetische Strahlung bewirkt einen akustischen Effekt im Inneren der Gasdetektionsvorrichtung. Brennbares Zielgas schwächt diesen akustischen Effekt ab. Ein akustischer Sensor, beispielsweise ein Mikrofon, misst ein Maß für diese Abschwächung.
• - Eine Lichtquelle emittiert elektromagnetische Strahlung, bevorzugt ultraviolette Strahlung, in ein bevorzugt gasförmiges Medium. Bei Abwesenheit von zu detektierenden Zielgas erreicht die emittierte elektromagnetische Strahlung nicht aus, um das Medium in nennenswertem Weise zu ionisieren. Die Anwesenheit von Zielgas führt dazu, dass mehr elektrische Ladungsträger in Form von Ionen erzeugt werden. Ein Maß für die bewirkte Ionisierung wird gemessen, beispielsweise ein Maß für die Stromstärke oder die freigesetzte Menge von Ionen.
• - Brennbares Zielgas wird im Inneren einer Gasdetektionsvorrichtung oxidiert, die als ein sogenannter Wärmetönungssensor ausgestaltet ist. Dieses Prinzip wird im Ausführungsbeispiel verwendet und weiter unten näher erläutert.
• Die Erfindung lässt sich in Verbindung mit jedem der gerade genannten Wirkprinzipien verwenden.
• In allen diesen Fällen umfasst die Gasdetektionsvorrichtung den eigentlichen Sensor, auf den brennbares Zielgas einwirkt, insbesondere in chemischer, elektrischer oder akustischer Weise. Ein entsprechender Detektions-Sensor der Gasdetektionsvorrichtung misst eine Detektionsgröße, in der Regel eine elektrische Detektionsgröße, die an dem eigentlichen Sensor auftritt und mit dem Vorhandensein und / oder der Konzentration von brennbarem Zielgas in der Messkammer und damit in dem zu überwachenden Bereich korreliert.
• Die Gasdetektionsvorrichtung des Ausführungsbeispiels umfasst eine Sensoreinheit mit einem Sensor, der als ein Wärmetönungssensor ausgestaltet ist und einen Detektor und einen Kompensator umfasst.
• An den Detektor wird eine elektrische Spannung angelegt, sodass ein Strom durch ein elektrisch leitendes Bauteil des Detektors fließt. Das Bauteil erhitzt sich und oxidiert brennbares Zielgas in einer Detektorkammer der Sensoreinheit - natürlich nur dann, wenn in dem zu überwachenden Bereich brennbares Zielgas vorhanden ist. Beim Oxidieren findet eine chemische Reaktion statt. Diese chemische Reaktion kann allmählich ablaufen oder zu einem Verbrennen oder sogar zu einer Explosion führen - letzteres ist freilich unerwünscht. Ein Beispiel für brennbares Zielgas ist Methan (CH₄). Folgende chemische Reaktion findet beim Oxidieren von Methan statt: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
• Die Oxidation des brennbaren Zielgases setzt Wärmeenergie frei. Diese Wärmeenergie wirkt auf das elektrisch leitende Bauteil des Detektors ein und verändert dessen elektrischen Widerstand. In einer Realisierungsform ist der elektrische Widerstand des Bauteils umso größer, je größer dessen Temperatur ist, in einer anderen Realisierungsform umso kleiner, je größer dessen Temperatur ist.
• Ein Detektionsgrößen-Sensor misst ein Maß für den elektrischen Widerstand des Bauteils. Beispielsweise werden die am Bauteil anliegende elektrische Spannung und die Stärke des Stroms, der durch das Bauteil fließt, gemessen. Der elektrische Widerstand korreliert mit der Temperatur des elektrisch leitenden Bauteils, und die Temperatur korreliert wiederum mit der Wärmeenergie, die bei der Oxidation freigesetzt wird, und daher mit der Konzentration von brennbarem Zielgas in dem zu überwachenden Bereich.
• In einer Ausgestaltung wird eine automatische Regelung (closed-loop control) mit dem Ziel durchgeführt, dass die Stärke des Stroms, der durch das Detektor-Bauteil fließt, konstant gehalten wird. Die am Bauteil anliegende elektrische Spannung ist dann proportional zum elektrischen Widerstand des Bauteils. Die elektrische Spannung ist bei dieser Ausgestaltung eine Detektionsgröße für das Vorhandensein und / oder die Konzentration von brennbarem Zielgas. In einer anderen Ausgestaltung wird entsprechend eine automatische Regelung mit dem Ziel durchgeführt, dass die anliegende elektrische Spannung konstant gehalten wird. Als Detektionsgröße fungiert dann die Stromstärke.
• Die Detektionsgröße, also beispielsweise die elektrische Spannung oder die Stromstärke, wird aber nicht nur von der Konzentration von brennbarem Zielgas beeinflusst, sondern auch von Umgebungsbedingungen. Daher umfasst die Gasdetektionsvorrichtung einen Kompensator, der ebenfalls ein elektrisch leitendes Bauteil aufweist. Auch an das elektrisch leitende Bauteil des Kompensators wird eine elektrische Spannung angelegt, sodass das Bauteil sich erhitzt. Eine Detektionsgröße des Kompensators wird gemessen.
• Im Gegensatz zum Detektor vermag der Kompensator aber überhaupt nicht oder wenigstens im geringeren Umfang als der Detektor brennbares Zielgas zu oxidieren. Umgebungsbedingungen beeinflussen hingegen sowohl die Temperatur des elektrisch leitenden Bauteils des Detektors als auch die Temperatur des elektrisch leitenden Bauteils des Kompensators, idealerweise im gleichen Umfange. Zu diesen Umgebungsbedingungen gehören insbesondere die Umgebungstemperatur, die Umgebungsfeuchte und der Umgebungsdruck. Idealerweise beeinflussen die Umgebungsbedingungen die jeweilige Temperatur und damit die Detektionsgröße dieser beiden Bauteile gleichartig. Die Detektionsgröße des Kompensators, beispielsweise die am Bauteil des Kompensators anliegende elektrische Spannung, wird von der Detektionsgröße des Detektors subtrahiert. idealerweise ist bei Abwesenheit von brennbarem Zielgas diese Differenz Null.
• In einer Ausgestaltung wird sowohl an den Detektor als auch an den Kompensator dauerhaft eine elektrische Spannung angelegt. In einer anderen Ausgestaltung wird die Spannung gepulst angelegt, sodass elektrische Energie eingespart wird. Die Ausgestaltung mit der gepulsten Spannung lässt sich mit der gerade beschriebenen Regelung kombinieren.
• 1 zeigt beispielhaft die Sensoreinheit 50 einer Gasdetektionsvorrichtung 100, wobei die Sensoreinheit 50 einen Detektor 10 und einen Kompensator 11 umfasst. Das elektrisch leitende Bauteil 20 des Detektors 10 und das elektrisch leitende Bauteil 30 des Kompensators 11 haben beide die Form eines spiralförmigen Drahts und sind beispielsweise aus Platin oder Rhodium oder Wolfram oder einer Legierung unter Verwendung von mindestens einem dieser Metalle hergestellt. Der Detektor 10 und der Kompensator 11 sind in einer sogenannten Wheatstone'schen Messbrücke angeordnet. Andere elektrische Schaltungen sind ebenfalls möglich.
• Am Detektor 10 liegt die elektrische Spannung U10 an, am Kompensator 11 die elektrische Spannung U11. Ein Spannungs-Sensor 40 misst die Brückenspannung ΔU. Diese Brückenspannung ΔU fungiert im Ausführungsbeispiel als die Ausgangs-Detektionsgröße, die mit der Konzentration von brennbarem Zielgas in dem zu überwachenden Bereich korreliert.
• In 1 werden der elektrische Widerstand R10 des Detektors 10 und der elektrische Widerstand R11 des Kompensators 11 angedeutet. Parallel zum Detektor 10 ist ein elektrischer Widerstand R20 geschaltet, parallel zum Kompensator 11 ein elektrischer Widerstand R21. Mit R20 und R21 werden elektrische Bauteile bezeichnet, mit R10 und R11 elektrische Größen (elektrischer Widerstand). Der elektrische Widerstand des Spannungs-Sensor 40 ist im Vergleich zu den elektrischen Widerständen der Bauteile 10, 11, R20, R21 hoch. Falls die beiden Bauteile R20 und R21 den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen und dieser erheblich größer ist als die elektrischen Widerstände R10 und R11, so gilt ΔU = (U10 - U11)/2.
• Im Ausführungsbeispiel ist die Gasdetektionsvorrichtung 100 als ein tragbares Gerät ausgestaltet und umfasst eine eigene Spannungsversorgung 42, beispielsweise mehrere wiederaufladbare Akkumulatoren, die eine elektrische Spannung U42 erzeugen. Eine Anordnung von elektrischen Leitungen 3 verbindet die Spannungsquelle 42 mit der Wheatstone'schen Messbrücke. Ein Stromstärken-Sensor 41 misst die Stärke I3 des durch die Leitung 3 fließenden Stroms.
• Eine Detektorkammer 8 nimmt den Detektor 10 auf, eine Kompensatorkammer 5 den Kompensator 11. Die beiden Kammern 5, 8 sind von einem stabilen inneren Gehäuse 1 umgeben. Über eine Öffnung Ö stehen das innere Gehäuse 1 und damit auch die beiden Kammern 5, 8 wenigstens zeitweise in einer Fluidverbindung mit der Umgebung und damit mit dem zu überwachenden Bereich. Daher kann eine Gasprobe G aus dem zu überwachenden Bereich durch die Öffnung Ö hindurch sowohl zur Detektorkammer 8 als auch zur Kompensatorkammer 5 gelangen.
• Ein optionaler Flammschutz 2 in der Öffnung Ö reduziert das Risiko, dass Flammen aus der Detektorkammer 8 schlagen. Der Flammschutz 2 hat beispielsweise die Form eines metallischen Gitters in der Öffnung Ö.
• 2 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Detektors 10 als sogenannter Pellistor sowie beispielhaft das Oxidieren von Methan (CH₄) als einem brennbaren Zielgas. Der spiralförmig gewickelte elektrisch leitende Draht 20 des Detektors 10 ist von einer Keramikummantelung 25 umgeben. Die Keramikummantelung 25 hat im gezeigten Beispiel die Form einer Vollkugel. Die Keramikummantelung 25 ist thermisch leitend und elektrisch isolierend.
• Auf der äußeren Oberfläche der Keramikummantelung 25 ist eine katalytische Beschichtung aufgebracht, welche in 2 durch Kreise 26 angedeutet ist. Als katalytisches Material wird beispielsweise Platin oder Palladium oder ein anderes Metall oder eine andere Legierung verwendet. Alternativ oder zusätzlich zu der katalytischen Beschichtung kann auch katalytisches Material 26 in die Keramikummantelung 25 eingebettet sein. Bevorzugt hat die Keramikummantelung 25 mit der katalytischen Beschichtung oder dem katalytischen Material 26 eine poröse Oberfläche. Dank der porösen Oberfläche wird eine größere thermisch wirkende Fläche bereitgestellt, als wenn die Keramikummantelung 25 eine glatte Oberfläche aufweisen würde.
• Beispielhaft sind zwei elektrische Kontaktierungen 24 für den Draht 20 gezeigt. Eine Montageplatte 27 hält die Vollkugel 25, 26.
• Im Ausführungsbeispiel ist der Kompensator 11 ebenfalls als Pellistor ausgestaltet und umfasst ebenfalls einen spiralförmig gewickelten elektrisch leitenden Draht, der in 1 mit 30 bezeichnet ist, sowie eine Keramikummantelung, elektrische Kontaktierungen und eine Montageplatte. Im Gegensatz zum Detektor 10 weist der Kompensator 11 des Ausführungsbeispiels aber keine katalytische Beschichtung oder sonstiges katalytisches Material 26 auf.
• Die elektrische Spannung U10, die am Detektor 10 anliegt, bewirkt, dass der elektrisch leitende Draht 20 auf eine Temperatur erhitzt wird, die zwischen 400° C und 550° C liegt. Die elektrische Spannung U11 am Kompensator 11 bewirkt, dass der elektrisch leitende Draht 30 ebenfalls auf eine Temperatur zwischen 400° C und 550 °C erhitzt wird. Diese Temperatur allein reicht aber nicht aus, um in nennenswertem Umfang brennbares Zielgas zu oxidieren. Hingegen bewirkt die katalytische Beschichtung 26 des Detektors 10 in Verbindung mit der hohen Temperatur, dass brennbares Zielgas oxidiert wird. Weil der Kompensator 11 im Ausführungsbeispiel keine katalytische Beschichtung aufweist, vermag er nicht oder nur in deutlich geringerem Umfang brennbares Zielgas zu oxidieren.
• Bevorzugt wird mindestens vor dem ersten Einsatz der Gasdetektionsvorrichtung 100 eine Justierung vorgenommen. Diese Justierung wird optional später mindestens einmal erneut durchgeführt. Bei der oder jeder Justierung wird die Gasdetektionsvorrichtung 100 in einem Bereich eingesetzt, der frei von brennbarem Zielgas ist. Mindestens einmal misst der Spannungs-Sensor 40 die Ausgangs-Brückenspannung ΔU bei Abwesenheit von brennbarem Zielgas. Optional misst der Spannungs-Sensor 40 mehrmals die Ausgangs-Brückenspannung ΔU, und ein Mittelwert oder Median der Messwerte wird gebildet. Die Justierung liefert einen sogenannten Nullpunkt Δu₀, also einen Wert der Ausgangs-Brückenspannung ΔU bei Abwesenheit von brennbaren Zielgas. Aufgrund von konstruktionsbedingten Unterschieden zwischen dem Detektor 10 und dem Kompensator 11 kann dieser Nullpunkt Δu₀ bereits vor dem ersten Einsatz von null abweichen. Weil eine Alterung sich auf den Kompensator 11 anders als auf den Detektor 10 auswirken kann, kann der Nullpunkt Δu₀ sich im Laufe der Zeit ändern (Nullpunkt-Drift). Eine Möglichkeit, diese Veränderung des Nullpunkts zu kompensieren, ist die, dass erneut eine Justierung durchgeführt wird.
• Als Detektionsgröße wird im Ausführungsbeispiel bevorzugt die um konstruktionsbedingte und optional um altersbedingte Unterschiede korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0 verwendet, also $$\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}=\Delta \text{U}-\Delta {\text{u}}_0=\left(\text{U}10-\text{U}11\right)\text{/}2-\Delta {\text{u}}_{0.}$$

  
• Die Detektionsgröße ΔU_korr,0 wird im Folgenden als „nullpunkt-korrigierte Brückenspannung“ bezeichnet und als die Detektionsgröße im Sinne der Patentansprüche verwendet.
• In einer Ausgestaltung detektiert die Gasdetektionsvorrichtung 100 dann automatisch ein Zielgas, wenn die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0 außerhalb eines vorgegebenen Detektions-Toleranzbereichs um den Nullpunkt herum liegt. In einer anderen Ausgestaltung wird vor dem ersten Einsatz empirisch ein funktionaler Zusammenhang F zwischen der Konzentration Con von brennbarem Zielgas und der nullpunkt-korrigierten Brückenspannung ΔU_korr,0 ermittelt. Um diesen Zusammenhang F zu ermitteln, wird die Gasdetektionsvorrichtung 100 in einer Umgebung mit einer bekannten Konzentration von brennbarem Zielgas eingesetzt, wobei diese Zielgas-Konzentration variiert wird. Der jeweils resultierende Wert ΔU_korr,0(t) für die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0 zu einem Abtast-Zeitpunkt t wird gemessen. Daraus resultiert eine Stichprobe mit mehreren Messwert-Tupeln, wobei jeder Messwert-Tupel eine Zielgas-Konzentration con und einen Wert für die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0 umfasst. Unter Verwendung der Stichprobe, beispielsweise durch eine Regressionsanalyse wird der empirische Zusammenhang $$\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}=\text{F}\left(\text{Con}\right)$$

  

  ermittelt und in einem Datenspeicher der Gasdetektionsvorrichtung 100 abgespeichert. Dieser Zusammenhang F hat beispielsweise die Form $$\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}=\mathrm{\alpha }\text{*Con}\text{.}$$

  
• Beim Einsatz liefert die Gasdetektionsvorrichtung 100 zu einem Abtast-Zeitpunkt t einen Messwert ΔU_korr,0(t) für die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0. Falls keine Einflussgröße auf die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0 einwirkt, so lässt sich die gesuchte Konzentration con wenigstens näherungsweise gemäß der Rechenvorschrift $$\text{con}={\text{F}}^{-1}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\left(\text{t}\right)\right]$$

  

  berechnen.
• Sowohl der Detektor 10 als auch der Kompensator 11 altern im Verlaufe der Zeit. Häufig altern diese beiden Bauteile 10, 11 unterschiedlich schnell. Zur unterschiedlichen Alterung tragen insbesondere die folgenden Einflüsse bei:
• - Die hohe Temperatur der Bauteile 20 und 30 führt dazu, dass die Keramikummantelungen 25 versintern. Weil der Detektor 10 katalytisches Material 26 aufweist, der Kompensator 11 aber überhaupt kein oder zumindest weniger katalytisches Material, versintert der Detektor 10 häufig schneller als der Kompensator 11. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Detektor 10 eine poröse Oberfläche aufweist und der Kompensator 11 nicht.
• - Sowohl der Detektor 10 als auch der Kompensator 11 altern thermisch. Hierzu trägt bei, dass der Detektor 10 aufgrund des keramischen Materials 26 bei Vorhandensein von brennbarem Zielgas eine höhere Temperatur erreicht als der Kompensator 11.
• - Schadgase, beispielsweise Siloxane oder Schwefelwasserstoffe, werden am Detektor 10 aufgrund des katalytischen Materials 26 umgesetzt. Dies führt zu Ablagerungen auf der Oberfläche der Keramikummantelung 25. Auf der Oberfläche des Kompensators 11 tritt dieser Effekt nur in geringerem Umfang oder sogar überhaupt nicht auf.
• Die unterschiedlichen Vorgänge bei der Alterung des Detektors 10 und bei der Alterung des Kompensators 11 führen in vielen Fällen dazu, dass die Detektionsgröße, hier die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0 = ΔU - Δu₀, auch dann, wenn kein brennbares Zielgas vorliegt, außerhalb des oben erwähnten Detektions-Toleranzbereichs um Null herum liegt. In einer Ausgestaltung driftet die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0 und wird im Laufe der Zeit immer größer oder immer kleiner, auch wenn kein brennbares Zielgas vorliegt. Dank der Erfindung braucht die oben beschriebene Justierung in vielen Fällen seltener durchgeführt zu werden als bei bekannten Gasdetektionsvorrichtungen.
• 3, 5 und 7 zeigen jeweils einen beispielhaften Drift, wobei in den gezeigten Zeiträumen keine Justierung durchgeführt wurde und die Detektionsgröße, also die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0 immer größer (3) oder immer kleiner (5, 7) wird. Auf der x-Achse von 3 bis 8 ist die Zeit in Tagen aufgetragen, auf der y-Achse die Detektionsgröße in mV. Die Darstellungen der zeitlichen Verläufe sind schematische Darstellungen und nicht notwendigerweise maßstabsgerecht.
• Im gezeigten Ausführungsbeispiel hängen die Temperaturen des Detektors 10 und des Kompensators 11 außerdem von der Umgebungstemperatur ab. Häufig reagiert der Detektor 10 anders auf die Umgebungstemperatur als der Kompensator 11. Daher hängt auch die Detektionsgröße, hier also die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0, von der Umgebungstemperatur ab.
• Bekanntlich wird die Umgebungstemperatur wesentlich von der Tageszeit beeinflusst: In der Nacht ist es in der Regel kälter als am Tage. Daher führt die periodisch schwankende Umgebungstemperatur zu einer oszillierenden Detektionsgröße. Dieses Oszillieren wird beispielhaft in 3, 6 und 8 gezeigt.
• Ein weiterer Einflussfaktor auf die Umgebungstemperatur kann ein Wetterumschwung und / oder die Jahreszeit sein, der / die dazu führen, dass die Umgebungstemperatur binnen weniger Stunden oder Tage sich verändert, oft um mehr als 10° C. Außerdem können ein Wetterumschwung sowie die Jahreszeit dazu führen, dass der Umgebungsdruck und / oder die Luftfeuchte sich ändern
• Außerdem überwacht die Gasdetektionsvorrichtung 100 häufig nicht durchgehend über Tage oder sogar Wochen hinweg dauerhaft den Bereich, sondern wird zwischendurch ausgeschaltet, insbesondere um elektrische Energie einzusparen. Wird die Gasdetektionsvorrichtung 100 nach einem Einsatz ausgeschaltet und nach einer Ruhezeit wieder eingeschaltet, so muss sie sich aufwärmen. Auch in dieser Aufwärmphase vermag die Gasdetektionsvorrichtung 100 die Detektionsgröße zu messen. Die Detektionsgröße kann auch dann, wenn kein brennbares Zielgas vorhanden ist, in der Aufwärmphase andere Werte annehmen als nach dem Abschluss der Aufwärmphase.
• In den vorhergehenden Absätzen wurden beispielhaft vier verschiedene Einflussgrößen beschrieben, die jede für sich einen Einfluss auf die Detektionsgröße, hier also auf die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0, nehmen. Der Einfluss einer Einflussgröße hängt in der Regel nicht von dem Vorhandensein oder Fehlen von brennbarem Zielgas ab. Außerdem ist der Einfluss, den eine Einflussgröße nimmt, idealerweise unabhängig von dem Einfluss, den eine andere Einflussgröße nimmt. Jede dieser vier Einflussgrößen für sich sowie eine Überlagerung von mehreren Einflussgrößen können dazu führen, dass gemessene Werte der Detektionsgröße außerhalb des Detektions-Toleranzbands liegen, auch wenn kein brennbares Zielgas vorhanden ist. Möglich ist auch, dass Werte der Detektionsgröße im Detektions-Toleranzband liegen, obwohl brennbares Zielgas vorhanden ist. Die letztere Situation wird aber weitgehend vermieden.
• Die Alterung fungiert als die langsamere Einflussgröße im Sinne der Patentansprüche. Erfindungsgemäß wird daher der Einfluss der Alterung sowie der Einfluss mindestens einer weiteren Einflussgröße wenigstens näherungsweise rechnerisch kompensiert. Um den Einfluss einer Einflussgröße näherungsweise rechnerisch zu kompensieren, wird ein zeitlicher Verlauf des Einflusses dieser Einflussgröße auf die ursprüngliche Detektionsgröße oder auf eine Detektionsgröße, in der bereits der Einfluss einer anderen Einflussgröße rechnerisch kompensiert ist, geschätzt. Um den zeitlichen Verlauf zu schätzen, wird eine Messwertreihe verwendet. Diese Messwertreihe stammt von der Detektionsgröße, hier also von der nullpunkt-korrigierten Brückenspannung ΔU_korr,0, oder von der Detektionsgröße, nachdem bereits der Einfluss einer anderen Einflussgröße rechnerisch kompensiert worden ist. Dieses Merkmal erspart die Notwendigkeit, den Einfluss der Einflussgröße direkt zu messen. Beispielsweise ist es zwar möglich, aberdank dieses Merkmals nicht erforderlich, die Umgebungstemperatur oder eine Temperatur im Inneren der Gasdetektionsvorrichtung 100 direkt zu messen.
• Bevorzugt wird ein schrittweises Vorgehen mit jeweils einem Schritt pro Einflussgröße, deren Einfluss rechnerisch kompensiert werden soll, durchgeführt.
• Im ersten Schritt wird der Einfluss einer ausgewählten Einflussgröße rechnerisch kompensiert. Als Messwertreihe wird eine zeitliche Abfolge von Werten der Detektionsgröße, hier also der nullpunkt-korrigierten Brückenspannung ΔU_korr,0, verwendet. Unter Verwendung dieser Messwertreihe wird der zeitliche Verlauf des Einflusses der ausgewählten Einflussgröße auf die Detektionsgröße geschätzt. Von der Detektionsgröße wird anschließend der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses subtrahiert. Dadurch wird im ersten Schritt eine korrigierte Detektionsgröße erzeugt, nämlich eine Detektionsgröße, in welcher der Einfluss der ausgewählten Einflussgröße wenigstens näherungsweise rechnerisch kompensiert ist. Falls als erste ausgewählte Einflussgröße beispielsweise die Alterung verwendet wird, so wird im ersten Schritt eine Detektionsgröße erzeugt, in welcher der Einfluss der Alterung auf die ursprüngliche Detektionsgröße rechnerisch wenigstens näherungsweise kompensiert ist.
• In dem oder jedem weiteren Schritt wird der Einfluss jeweils einer weiteren ausgewählten Einflussgröße rechnerisch kompensiert. Als Messwertreihe werden Werte derjenigen korrigierten Detektionsgröße verwendet, in welcher der Einfluss der oder jeder zuvor ausgewählten Einflussgröße rechnerisch kompensiert wurde. Unter Verwendung dieser Messwertreihe wird der zeitliche Verlauf des Einflusses der weiteren ausgewählten Einflussgröße auf im vorigen Schritt erzeugte korrigierte Detektionsgröße rechnerisch kompensiert. Der weitere Schritt liefert eine weitere korrigierte Detektionsgröße, nämlich eine Detektionsgröße, in der zusätzlich der Einfluss der weiteren ausgewählten Einflussgröße kompensiert ist.
• In jedem Schritt wird bevorzugt der gleiche Algorithmus angewendet, um den Einfluss einer Einflussgröße zu schätzen und ihn anschließend kompensieren. Bevorzugt werden die Schritte, um den Einfluss der Einflussgrößen zu kompensieren, für jeden Abtast-Zeitpunkt erneut durchgeführt.
• Die Erfindung nutzt die Tatsache aus oder setzt voraus, dass die Einflussgrößen unabhängig voneinander auf die Detektionsgröße wirken. Der Einfluss einer Einflussgröße auf die ursprüngliche Detektionsgröße ist daher idealerweise gleich dem Einfluss dieser Einflussgröße auf eine korrigierte Detektionsgröße, also auf eine Detektionsgröße, in welcher der Einfluss mindestens einer anderen Einflussgröße bereits rechnerisch kompensiert worden ist. Daher sind unterschiedliche Reihenfolgen möglich, in welchen der jeweilige Einfluss der Einflussgrößen rechnerisch kompensiert wird.
• Anmerkung: Eine gleichartige Einwirkung auf die Detektionsgröße kann unterschiedliche Ursachen haben. Eine variable Umgebungstemperatur kann beispielsweise durch die Tageszeit, durch die Jahreszeit oder durch einen Wetterumschwung bewirkt werden. Falls diese unterschiedlichen Ursachen zu verschiedenen Veränderungs-Toleranzbändern führen, so werden sie als unterschiedliche Einflussgrößen behandelt, ansonsten zu einer Einflussgröße zusammengefasst.
• Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird im ersten Schritt der Einfluss der langsameren Einflussgröße, nämlich der Einfluss der Alterung, auf die Detektionsgröße, hier auf die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0, rechnerisch kompensiert. Der Einfluss der Alterung auf die Detektionsgröße wird nachfolgend als „Drift“ der Detektionsgröße bezeichnet. Im zweiten Schritt wird der Einfluss einer zweiten Einflussgröße auf die im ersten Schritt erzeugte kompensierte Detektionsgröße rechnerisch kompensiert.
• Im Ausführungsbeispiel wird im ersten Schritt als korrigierte Detektionsgröße die nullpunkt-korrigierte und um den Einfluss des Drifts bereinigte Brückenspannung erzeugt. Diese korrigierte Detektionsgröße wird mit ΔU_korr,1 bezeichnet. Als eine schnellere Einflussgröße wird der Einfluss der Umgebungstemperatur aufgrund der Tageszeit verwendet. Bekanntlich schwankt die Umgebungstemperatur im Verlaufe eines Tages abhängig von der Tageszeit. Der zweite Schritt liefert eine zweifach korrigierte Detektionsgröße, nämlich die nullpunkt-korrigierte und um den geschätzten Einfluss der Alterung und um den der tageszeit-abhängigen Temperaturschwankung bereinigte Brückenspannung. Diese zweifach korrigierte Detektionsgröße wird mit ΔU_korr,2 bezeichnet.
• Jede Einflussgröße bewirkt, dass die Werte der Detektionsgröße sich auch bei Abwesenheit von brennbarem Zielgas verändert. Die maximal mögliche Veränderung pro Zeiteinheit der Detektionsgröße, den der Einfluss einer Einflussgröße bewirkt, also die Variabilität, unterscheidet sich in der Regel von Einflussgröße zu Einflussgröße. Die Einflussgrößen lassen sich dergestalt in eine Variabilitäts-Reihenfolge bringen, dass in der Variabilitäts-Reihenfolge die maximal mögliche Veränderung pro Zeiteinheit der Detektionsgröße aufgrund der Einflussgröße ansteigt. Für das oben beschriebene Beispiel ist die Variabilitäts-Reihenfolge beispielsweise die folgende:
• - erste Einflussgröße (niedrigste Variabilität, langsamste Einflussgröße): Alterung der Gasdetektionsvorrichtung 100,
• - zweite Einflussgröße: Jahreszeit, die in der Regel die Umgebungstemperatur verändert,
• - dritte Einflussgröße: Veränderung der Umgebungstemperatur und / oder der absoluten oder relativen Luftfeuchte aufgrund der Tageszeit - diese Einflussgröße ist idealerweise periodisch mit einer Periodendauer von einem Tag,
• - vierte Einflussgröße (höchste Variabilität, schnellster Einflussgröße): Veränderung der Detektionsgröße während einer Anwärmphase, nachdem die Gasdetektionsvorrichtung 100 eingeschaltet ist.
• Allgemein treten in der Variabilitäts-Reihenfolge in der Regel zunächst (kleinste Variabilität) intrinsische Einflussgrößen, insbesondere die Alterung, dann externe Einflussgrößen, insbesondere Umgebungstemperatur und Luftfeuchte, und zuletzt (höchste Variabilität) dynamische Faktoren, insbesondere aufgrund des Einschaltens der Gasdetektionsvorrichtung, auf.
• Bevorzugt wird der jeweilige Einfluss dieser vier oder einiger dieser vier Einflussgrößen gemäß der Variabilitäts-Reihenfolge rechnerisch kompensiert, also zunächst die Einflussgröße mit der geringsten Variabilität. Wie bereits erwähnt, ist aber auch eine andere Reihenfolge beim rechnerischen Kompensieren möglich.
• Wie bereits beschrieben, wird für mindestens zwei Einflussgrößen jeweils ein zeitlicher Verlauf des Einflusses dieser Einflussgröße auf die Detektionsgröße geschätzt. Anschließend wird dieser geschätzte Einfluss rechnerisch kompensiert, indem der geschätzte zeitliche Verlauf von der Detektionsgröße oder von einer bereits korrigierten Detektionsgröße subtrahiert wird. Der zeitliche Verlauf einer Einflussgröße wird unter Verwendung einer Messwertreihe geschätzt. Diese Messwertreihe wird aus den gemessenen Werten der Detektionsgröße oder der korrigierten Detektionsgröße hergeleitet, also ohne dass ein Sensor für die Einflussgröße verwendet wird. Die verwendete Messwertreihe kann daher Messwerte der Detektionsgröße oder einer korrigierten Detektionsgröße umfassen, welche bei Vorhandensein eines brennbaren Zielgases gemessen wurden. Der Einfluss der Einflussgrößen auf die Detektionsgröße soll von der Auswirkung von brennbarem Zielgas unterschieden werden. Zu verhindern ist, dass das rechnerische Kompensieren dazu führt, dass ein brennbares Zielgas nicht detektiert wird. In Kauf genommen wird die Möglichkeit, dass manchmal ein Fehlalarm generiert wird, weil der Einfluss einer Einflussgröße nicht vollständig kompensiert wurde und der verbleibende Einfluss daher das Vorhandensein von brennbarem Zielgas vortäuschen kann.
• Um den Einfluss einer Einflussgröße von der Auswirkung von brennbarem Zielgas zu unterscheiden, wird für jede Einflussgröße jeweils ein Veränderungs-Toleranzband vorgegeben. Dieses Veränderungs-Toleranzband legt fest, innerhalb welcher Grenzen sich der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der Einflussgröße pro Zeiteinheit ändern kann, wenn kein brennbares Zielgas vorhanden ist. Beim Schritt, den zeitlichen Verlauf des Einflusses der Einflussgröße zu schätzen, werden die untere Grenze und die obere Grenze des Veränderungs-Toleranzbands für diese Einflussgröße als Randbedingungen berücksichtigt.
• Die beiden Grenzen des Veränderungs-Toleranzbands werden beispielsweise abhängig davon vorgegeben, wie stark sich die Detektionsgröße aufgrund des tatsächlichen Einflusses der Einflussgröße pro Zeiteinheit höchstens ändern kann. Möglich ist auch, dass die beiden Grenzen abhängig von behördlichen Vorgaben vorgegeben werden. Solche behördlichen Vorgaben können ein rechnerisches Kompensieren einer Detektionsgröße begrenzen, um dadurch sicherzustellen, dass das oder mindestens ein vorgegebenes Zielgas tatsächlich mit ausreichend hoher Zuverlässigkeit detektiert wird.
• Weiter oben wurde eine Variabilitäts-Reihenfolge unter den Einflussgrößen beschrieben. Die Veränderungs-Toleranzbänder werden bevorzugt abhängig von dieser Variabilitäts-Reihenfolge dergestalt festgelegt, dass folgende Wirkung erzielt wird: Das Veränderungs-Toleranzband einer Einflussgröße ist vollständig im Veränderungs-Toleranzband der in der Variabilitäts-Reihenfolge nachfolgenden Einflussgröße enthalten und ist enger (kleinerer Abstand zwischen den beiden Grenzen) als das Veränderungs-Toleranzband der nachfolgenden Einflussgröße.
• Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als erste und als langsamere Einflussgröße die Alterung verwendet, die einen Drift der Detektionsgröße (nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0) bewirkt. Als zweite und zugleich als schnellere Einflussgröße wird die tageszeit-abhängige Temperaturschwankung verwendet. Vorgegeben werden ein schmaleres Veränderungs-Toleranzband, das für die langsamere Einflussgröße gilt, und ein breiteres Veränderungs-Toleranzband, das für die schnellere Einflussgröße gilt.
• Wie bereits dargelegt, wird der geschätzte zeitliche Verlauf des Drifts mit Dr[ΔU_korr,0] bezeichnet. Die untere Schranke des schmaleren Veränderungs-Toleranzbands wird mit Dr'[ΔU_korr,0]_min bezeichnet, die obere Schranke mit Dr'[ΔU_korr,0]_max. Das schmalere Veränderungs-Toleranzband ist also das Intervall von Dr'[ΔU_korr,0]_min bis Dr'[ΔU_korr,0]_max.
• Der zeitliche Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße wird geschätzt, indem eine Messwertreihe der Detektionsgröße, die um den geschätzten Einfluss der langsameren Einflussgröße (Drift) bereinigt ist, verwendet wird. Diese um den geschätzten Einfluss der langsameren Einflussgröße bereinigte Detektionsgröße wird mit ΔU_korr,1 bezeichnet. Die untere Schranke des breiteren Veränderungs-Toleranzbands wird mit Temp'[ΔU_korr,0]_min bezeichnet, die obere Schranke mit Temp'[ΔU_korr,0]_max.
• In einer Ausgestaltung wird ein Gesamt-Veränderungs-Toleranzband vorgegeben. Dieses Gesamt-Veränderungs-Toleranzband legt fest, innerhalb welcher Grenzen sich die geschätzten zeitlichen Verläufe der summierten Einflüsse aller Einflussgrößen pro Zeiteinheit höchstens ändern können. Dieses Gesamt-Veränderungs-Toleranzband wird bevorzugt so festgelegt, dass ein allmählicher Anstieg einer Konzentration von mindestens einem Zielgas, der oberhalb einer vorgegebenen Anstiegsrate liegt, sicher von einer Veränderung der Detektionsgröße aufgrund des Einflusses der Einflussgrößen unterschieden werden kann. Die Summe der unteren Grenzen der einzelnen Veränderungs-Toleranzbänder ist gleich der unteren Grenze Ein'_min des Gesamt-Veränderungs-Toleranzbands, die Summe der oberen Grenzen gleich der oberen Grenze Ein'_max des Gesamt-Veränderungs-Toleranzbands. Beim Festlegen der Veränderungs-Toleranzbänder für die Einflussgrößen wird die Randbedingung berücksichtigt, dass die gerade beschriebene Randbedingung eingehalten wird.
• Im Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zu der Veränderung pro Zeiteinheit der Wert einer rechnerischen Kompensation nach oben und nach unten begrenzt, also jeweils ein Wertebereich pro Einflussgröße für den Einfluss dieser Einflussgröße vorgegeben. Dadurch wird bewirkt, dass beim Schritt, den gesamten Einfluss der Einflussgrößen rechnerisch zu kompensieren, die Detektionsgröße durch das Kompensieren nur innerhalb eines Gesamt-Wertebereichs verändert wird. Auf diese Weise wird die Gefahr reduziert, dass die folgende unerwünschte Wirkung eintritt: Aufgrund eines zu starken Kompensierens werden ein Defekt oder eine starke Alterung der Gasdetektionsvorrichtung 100 nicht erkannt. Dies wiederum könnte dazu führen, dass die Gasdetektionsvorrichtung 100 ein brennbares Zielgas nicht detektiert. Die untere Grenze des Gesamt-Wertebereichs wird mit Ein_min bezeichnet, die obere Grenze mit Ein_max.
• Für die zweite und jede weitere Einflussgröße gemäß der Variabilitäts-Reihenfolge wird jeweils ein Wertebereich festgelegt. In einer Ausgestaltung wird auch für die langsameren Einflussgröße ein Wertebereich festgelegt, nämlich ein breiterer Wertebereich. Der zeitliche Verlauf des Einflusses einer Einflussgröße auf die Detektionsgröße wird dergestalt geschätzt, dass jeder Wert dieses zeitlichen Verlaufs innerhalb des vorgegebenen Wertebereichs für den Einfluss der Einflussgröße liegt. Der Wertebereich einer Einflussgröße ist breiter als der Wertebereich der in der Variabilitäts-Reihenfolge nachfolgenden Einflussgröße und umfasst den Wertebereich der nachfolgenden Einflussgröße.
• Im Ausführungsbeispiel wird die obere Grenze des breiteren Wertebereichs, also des Wertebereichs für den Drift, das ist der geschätzte Einfluss der ersten Einflussgröße (Alterung) auf die Detektionsgröße (hier: die nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,0), mit Dr[ΔU_korr,0]_max bezeichnet, die untere Grenze mit Dr[ΔU_korr,0]_min. Die obere Grenze des schmaleren Wertebereichs, das ist der Wertebereich für den geschätzten Einfluss der tageszeit-abhängigen Temperaturänderungen (schnellere Einflussgröße) auf die Detektionsgröße, wird mit Temp[ΔU_korr,0]_max bezeichnet, die untere Grenze mit Temp[ΔU_korr,0]_min.
• Bei der Festlegung der Wertebereiche werden folgende beiden Randbedingungen eingehalten:
• - Die Summe der unteren Grenzen der einzelnen Wertebereiche ist gleich der unteren Grenze Ein_min des Gesamt-Wertebereichs.
• - Die Summe der oberen Grenzen der einzelnen Wertebereiche ist gleich der oberen Grenze Ein_max des Gesamt-Wertebereichs.
• Vorgegeben ist eine Abfolge von Abtast-Zeitpunkten t₀, t₁, t₂, ... In einer Realisierungsform sind die Abtast-Zeitpunkte t₀, t₁, t₂, ... äquidistant angeordnet, die Abfolge hat also die Form t₀, t+Δt, t₀+2*Δt, t₀+3*Δt, .... Die Abtast-Zeitpunkte t₀, t₁, t₂, ... können auch ungleichmäßig auf der Zeitachse verteilt sein.
• Die Detektionsgröße, hier also die nullpunkt-kompensierte Brückenspannung ΔU_korr,0, wird mindestens an jedem Abtast-Zeitpunkt ti gemessen. Dadurch wird eine Messwertreihe ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... gewonnen.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Einfluss des Drifts Dr[ΔU_korr,0] durch eine Subtraktion rechnerisch kompensiert, d.h. $$\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,1}}=\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}-\text{Dr}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right],$$

  

  also $$\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,1}}\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)=\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)-\text{Dr}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)\left(\text{i}=\mathrm{0,1,2,}\cdots \right)$$

  
• Anschließend wird der Einfluss der schnelleren Einflussgröße rechnerisch kompensiert, und zwar durch eine Subtraktion von der bereits um den Drift bereinigten Detektionsgröße ΔU_korr,1. Dies liefert die Detektionsgröße ΔU_korr,2 Die Rechenvorschrift ist also $$\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,2}}=\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,1}}-\text{Temp}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,1}}\right],\text{d}.\text{h}$$

  

  $$\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,2}}\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)=\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,1}}\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)-\text{Temp}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,1}}\right]\left({\text{t}}_{\text{i}}\right).$$

  
• Bevorzugt werden diese Schritte für jeden Abtast-Zeitpunkt ti erneut durchgeführt. Dies liefert für jeden Abtast-Zeitpunkt ti einen Messwert ΔU_korr,2(t_i).
• In einer Ausgestaltung ist das Vorhandensein von brennbarem Zielgas an einem Abtast-Zeitpunkt ti dann detektiert, wenn der Messwert ΔU_korr,2(t_i) für diesen Abtast-Zeitpunkt ti außerhalb eines vorgegebenen Detektions-Toleranzbands um Null liegt. In einer anderen Ausgestaltung wird ein Schätzwert con für die Zielgas-Konzentration Con zum Abtast-Zeitpunkt ti hergeleitet. Weiter oben wurde beschrieben, wie ein Zusammenhang F zwischen der Zielgas-Konzentration Con und der resultierenden nullpunkt-korrigierten Brückenspannung ΔU_korr,0 empirisch ermittelt wurde. Bevorzugt wird dieser Zusammenhang F auch für die korrigierte Detektionsgröße ΔU_korr,2 verwendet. Ein Wert con für die Konzentration Con wird gemäß der Rechenvorschrift con = F^-1 [ΔU_korr,2(t_i)] hergeleitet.
• Die beiden Ausgestaltungen lassen sich wie folgt miteinander kombinieren: Die Gasdetektionsvorrichtung 100 generiert einerseits dann einen Alarm, wenn der Messwert ΔU_korr,2(t_i) außerhalb des vorgegebenen Detektions-Toleranzbands liegt, und ermittelt andererseits die Zielgas-Konzentration con = F^-1[ΔU_korr,2(t_i)]. Der Alarm und / oder die ermittelte Zielgas Konzentration werden bevorzugt in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form ausgegeben, und zwar von einer Ausgabeeinheit der Gasdetektionsvorrichtung 100 selber und / oder von einem räumlich entfernten Empfänger.
• Gemäß des gerade beschriebenen Ausführungsbeispiels werden Messwerte der nullpunkt-korrigierten Detektionsgröße ΔU_korr,0 verwendet, um den jeweiligen zeitlichen Verlauf des Einflusses einer Einflussgröße zu schätzen und hierbei insbesondere die beiden geschätzten zeitlichen Verläufe Dr[ΔU_korr,0] und Temp[ΔU_korr,1] zu erzeugen.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Messwert ΔU_korr,0(t_i) der nullpunkt-korrigierten Detektionsgröße ΔU_korr,0 zum Abtast-Zeitpunkt ti nur dann dafür verwendet, den zeitlichen Verlauf des Einflusses einer Einflussgröße zu schätzen, wenn zum Abtast-Zeitpunkt ti folgende Bedingung erfüllt ist: Der Messwert ΔU_korr,2(t_i) der um den Einfluss der (aller) Einflussgrößen bereinigten Detektionsgröße ΔU_korr,2 liegt in dem oben erwähnten Detektions-Toleranzband, d.h. kein brennbares Zielgas außerhalb der Nachweisgrenze ist vorhanden. Wenn hingegen der Messwert ΔU_korr,2(t_i) außerhalb dieses Detektions-Toleranzbands liegt, so wird der Messwert ΔU_korr,0(t_i) nicht verwendet, um die zeitlichen Verläufe zu schätzen. In einem solchen Zeitraum ist nämlich brennbares Zielgas detektiert. Diese bevorzugte Ausgestaltung reduziert die Gefahr, dass das Vorhandensein von brennbarem Zielgas die Schätzung des Beitrags des Drifts und / oder die Schätzung des Beitrags der Umgebungstemperatur verfälscht. Vielmehr wird bevorzugt für einen Zeitraum mit Zielgas eine Interpolation oder Extrapolation durchgeführt, wobei Messwerte verwendet werden, die bei einem Zustand frei von brennbarem Zielgas gemessen wurden. Möglich ist auch, einen Messwert, der bei Abwesenheit von brennbarem Zielgas gemessen wurde, für mehrere nachfolgende Abtast-Zeitpunkte wiederzuverwenden.
• In einer Realisierungsform werden zusätzlich oder stattdessen das oben beschriebene Gesamt-Variabilitäts-Toleranzband und / oder der oben beschriebene Gesamt-Wertebereich verwendet, um automatisch zu entscheiden, ob ein Messwert ΔU_korr,0(t_j) der Detektionsgröße ΔU_korr,0 für einen Abtast-Zeitpunkt t_j verwendet wird oder nicht, um den jeweiligen zeitlichen Verlauf der Einflussgröße zu schätzen. Das Gesamt-Variabilitäts-Toleranzband reicht von Ein'_min bis Ein'_max. Der Gesamt-Wertebereich reicht von Ein_min bis Ein_max. Ausgangspunkt ist ein Abtast-Zeitpunkt t_i, an dem kein brennbares Zielgas vorliegt, was beispielsweise dadurch entdeckt wird, dass der Messwert ΔU_korr,2(t_i) in dem gerade beschriebenen Detektions-Toleranzband liegt. Für einen nachfolgenden Abtast-Zeitpunkt t_i+m wird geprüft, ob mindestens eine der folgenden beiden Bedingungen erfüllt ist oder nicht: $${\text{Ein'}}_{\text{min}}*\left({\text{t}}_{\text{i}+\text{m}}-{\text{t}}_{\text{i}}\right)<=\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i}+\text{m}}\right)-\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)<={\text{Ein'}}_{\text{max}}*\left({\text{t}}_{\text{i}+\text{m}}-{\text{t}}_{\text{i}}\right)$$

  

  und / oder $${\text{Ein}}_{\text{min}}<=\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i}+\text{m}}\right)-\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\left({\text{t}}_{\text{j}}\right)<={\text{Ein}}_{\text{max}}$$

  
• Nur dann, wenn die Bedingung (5) erfüllt ist, kann die Veränderung der Detektionsgröße ΔU_korr,0 zwischen den beiden Abtast-Zeitpunkten t_i+m und ti auf die Einflussgrößen zurückgehen, ansonsten trägt brennbares Zielgas zur Veränderung bei. Nur dann, wenn die Bedingung (6) erfüllt ist, kann der Unterschied der Detektionsgröße ΔU_korr,0 zwischen den beiden Abtast-Zeitpunkten t_i+m und ti auf die Einflussgrößen zurückgehen.
• Nachfolgend werden unterschiedliche Realisierungsformen beschrieben, wie der zeitliche Verlauf des Einflusses einer Einflussgröße geschätzt wird. Zunächst wird beschrieben, wie der zeitliche Verlauf der langsameren Einflussgröße, also der zeitliche Verlauf des Drifts, geschätzt wird. Wie bereits dargelegt, wird der geschätzte zeitliche Verlauf mit Dr[ΔU_korr,0] bezeichnet.
• In einer Realisierungsform wird der zeitliche Verlauf Dr[ΔU_korr,0] des Drifts durch eine rekursive Berechnung geschätzt. Ausgangspunkt ist ein Abtast-Zeitpunkt t₀, bei dem kein brennbares Zielgas vorliegt und bei dem der Wert der Drift für diesen Abtast-Zeitpunkt to bekannt ist. Beispielsweise wurde zum Abtast-Zeitpunkt to eine Justierung beendet, und daher gilt: Dr[ΔU_korr,0](t₀) = 0.
• Anschließend wird folgende Rekursionsformel verwendet: $$\text{Dr}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)=\text{Dr}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]\left({\text{t}}_{\text{i-1}}\right)+\Delta 1\left(\text{i}\right)\left(\text{i}=\mathrm{1,2,3,}\dots \right)$$

  
• Hierbei ist $$\begin{array}{l}\Delta 1\left(\text{i}\right)=\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\mathrm{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)-\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\mathrm{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i-1}}\right),\text{ falls}\\ \text{Dr'}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\mathrm{,0}}\right]}_{\text{min}}*\left({\text{t}}_{\text{i}}-{\text{t}}_{\text{i-1}}\right)<=\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\mathrm{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)-\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\mathrm{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i-1}}\right)\\ <=\text{Dr'}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\mathrm{,0}}\right]}_{\text{max}}*\left({\text{t}}_{\text{i}}-{\text{t}}_{\text{i-1}}\right),\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}\Delta 1\left(\text{i}\right)=\text{Dr'}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\mathrm{,0}}\right]}_{\text{min}}*\left({\text{t}}_{\text{i}}-{\text{t}}_{\text{i-1}}\right),\text{falls}\\ \Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)-\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i-1}}\right)<\text{DR'}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\mathrm{,0}}\right]}_{\text{min}}*\left({\text{t}}_{\text{i}}-{\text{t}}_{\text{i-1}}\right),\end{array}$$

  

  und $$\begin{array}{l}\Delta 1\left(\text{i}\right)=\text{Dr}\text{'}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]}_{\text{max}}*\left({\text{t}}_{\text{i}}-{\text{t}}_{\text{i-1}}\right),\text{ falls}\\ \text{Dr}\text{'}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]}_{\text{max}}*\left({\text{t}}_{\text{i}}-{\text{t}}_{\text{i-1}}\right)<\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)-\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\left({\text{t}}_{\text{i-1}}\right).\end{array}$$

  
• Außerdem wird der Drift-Wertebereich berücksichtigt, d.h. jeder Wert Dr[ΔU_korr,0](t_i) wird so bestimmt, dass gilt: $$\text{Dr}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]}_{\text{min}}<=\text{Dr}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)<=\text{Dr}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]}_{\text{max}\text{.}}$$

  
• Auf entsprechende Weise wird der zeitliche Verlauf der schnelleren Einflussgröße, hier also der tageszeit-abhängigen Temperatur, geschätzt. Wiederum ist der Ausgangspunkt, dass für einen Abtast-Zeitpunkt t₀ der Wert des Einflusses der schnelleren Einflussgröße Temp[ΔU_korr,1] bekannt ist. Der zeitliche Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße wird unter Verwendung einer Messwertreihe der um den Drift bereinigten nullpunkt-korrigierten Brückenspannung geschätzt, also unter Verwendung von ΔU_korr,1.
• Das breitere Veränderungs-Toleranzband wird berücksichtigt, d.h. es gilt: $$\begin{array}{l}\text{Temp'}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]}_{\text{min}}*\left({\text{t}}_{\text{i}}-{\text{t}}_{\text{i-1}}\right)<=\left[\text{Temp}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,1}}\right]\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)-\text{Temp}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,1}}\right]\left({\text{t}}_{\text{i-1}}\right)\right]\\ <=\text{Temp'}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]}_{\text{max}}*\left({\text{t}}_{\text{i}}-{\text{t}}_{\text{i-1}}\right)\end{array}$$

  
• Außerdem wird ein vorgegebener Wertebereich für die schnellere Einflussgröße berücksichtigt, d.h. jeder Wert Temp[ΔU_korr,1](t_i) wird so bestimmt, dass gilt: $$\text{Temp}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]}_{\text{min}}<=\text{Temp}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,1}}\right]\left({\text{t}}_{\text{i}}\right)<=\text{Temp}{\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,0}}\right]}_{\text{max}}$$

  
• Weiter oben wurde erläutert, dass bevorzugt während der Verwendungsdauer die Gasdetektionsvorrichtung 100 mindestens einmal erneut justiert wird. Nach jeder Justierung sind ein Nullpunkt Δu₀ für die Brückenspannung ΔU sowie anfängliche Werte für den jeweiligen Einfluss jeder berücksichtigten Einflussgröße bekannt, also Werte für Dr[ΔU_korr,0] und Temp[ΔU_korr,1], die sich auf einen Abtast-Zeitpunkt to beziehen. Bevorzugt wird die Gasdetektionsvorrichtung 100 nach jeder Justierung zurückgesetzt, und als Anfangswert für einen Einfluss wird der Wert Null verwendet.
• 3 und 4 veranschaulichen ein erstes Beispiel, 5 und 6 ein zweites Beispiel und 7 und 8 ein drittes Beispiel für zeitliche Verläufe. Wie bereits dargelegt, ist die erste Einflussgröße die Alterung der Gasdetektionsvorrichtung 100, und der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße, also der Verlauf des Drifts, wird mit Dr[ΔU_korr,0] bezeichnet. Die schnellere Einflussgröße ist die tageszeit-abhängige Änderung der Umgebungstemperatur, und der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße wird mit Temp[ΔU_korr,1] bezeichnet.
• Im ersten Beispiel steigt der Drift nach einer Anstiegsphase etwa linear an, vgl. 3. Die kleinste und die größte zulässige Veränderung pro Zeiteinheit für Dr[ΔU_korr,0] sind angedeutet. Vorgegeben wurde, dass die Schätzung Temp[ΔU_korr,1] für die schnellere Einflussgröße höchstens einen Wert von Temp[ΔU_korr,0]_max = + 1,8 mV annimmt. Daher wurde der Einfluss der schnelleren Einflussgröße nicht vollständig kompensiert, was im Verlauf von ΔU_korr,2 zu sehen ist, vgl. 4.
• Im zweiten und im dritten Beispiel wurde vorgegeben, dass die Schätzung Dr[ΔU_korr,0] für den Einfluss der langsameren Einflussgröße mindestens einen Wert von Dr[ΔU_korr,0]_min = -2 mV annimmt. Die Schätzung Temp[ΔU_korr,1] für den Einfluss der schnelleren Einflussgröße nimmt mindestens einen Wert von Temp[ΔU_korr,0]_min = -0,5 mV an. Der geschätzte zeitliche Verlauf Dr[ΔU_korr,0] für den Einfluss des Drifts erreicht den Minimalwert Dr[ΔU_korr,0]_min und nimmt dann nicht weiter ab. Im dritten Beispiel gemäß 7 erreicht außerdem die Veränderung des geschätzten zeitlichen Verlaufs die untere Grenze Dr'[ΔU_korr,0]_min des Veränderungs-Toleranzbands. Daher kann der Drift nicht vollständig kompensiert werden. Der geschätzte zeitliche Verlauf Temp[ΔU_korr,1] für den Einfluss der tageszeit-abhängigen Temperaturschwankung erreicht ebenfalls den Minimalwert Temp[ΔU_korr,0]_min und nimmt dann nicht weiter ab.
• Bevorzugt wird eine Meldung ausgegeben, wenn mehrere Werte des geschätzten zeitlichen Verlaufs Dr[ΔU_korr,0] des Drifts eine Grenze Dr[ΔU_korr,0]_min oder Dr[ΔU_korr,0]_max des vorgegebenen breiteren Wertebereichs erreichen. Dieses Ereignis bedeutet nämlich, dass der geschätzte Einfluss des Drifts so groß geworden ist, dass es nötig geworden ist, die Gasdetektionsvorrichtung 100 zu überprüfen und / oder zu justieren. Im zweiten und im dritten Beispiel wird daher nach etwa 100 Tagen eine Meldung ausgegeben. Denn dann hat der geschätzte zeitliche Verlauf Dr[ΔU_korr,0] des Einflusses des Drifts die untere Grenze Dr[ΔU_korr,0]_min erreicht und bleibt bei dieser unteren Grenze.
• In einer alternativen Realisierungsform wird für den zeitlichen Verlauf des Einflusses mindestens einer Einflussgröße eine Modellgleichung vorgegeben. Die Modellgleichung enthält mindestens einen Modellparameter. Die Modellgleichung ist beispielsweise ein Polynom, insbesondere eine Gerade, eine Sinuslinie oder ein Spline. Bevorzugt wird für den Einfluss der langsameren Einflussgröße ein Polynom oder ein Spline verwendet, für den Einfluss der schnelleren Einflussgröße eine Sinusfunktion. Der oder jeder Modellparameter der Modellgleichung wird geschätzt, wobei für die Schätzung die Abfolge von Messwerten der nullpunkt-korrigierten Detektionsgröße ΔU_korr,0 oder der zusätzlich um den Drift bereinigten Detektionsgröße ΔU_korr,1 verwendet werden.
• Bei der Realisierung als Spline wird eine Abfolge von aufeinanderfolgenden Zeiträumen T(1), T(2), T(3), ... vorgegeben. Jeder vorgegebene Zeitraum T(1), T(2), T(3), ... ist bevorzugt so lang, dass im zu überwachenden Bereich höchstens während der Hälfte, besonders bevorzugt höchstens während eines Viertels, dieses Zeitraums T(j) ein brennbares Zielgas auftritt und im Rest des Zeitraums der zu überwachende Bereich und damit das Innere des Gehäuses 1 frei von brennbarem Zielgas sind. Andererseits ist jeder vorgegebene Zeitraum T(1), T(2), T(3), ... bevorzugt so kurz wie möglich.
• Der Wert, den die zu schätzende Einflussgröße zu Beginn des ersten Zeitraums T(1) annimmt, ist bekannt. Für jeden Zeitraum T(j) wird jeweils ein Spline, beispielsweise ein Polynom, geschätzt, wofür diejenigen Messwerte der Messwertreihe verwendet werden, die in diesen Zeitraum T(j) fallen. Das vorgegebene Veränderungs-Toleranzband und der vorgegebene Wertebereich werden berücksichtigt.
• 9 veranschaulicht das Zusammenwirken von drei Bestandteilen der erfindungsgemäßen Gasdetektionsvorrichtung 100. Gezeigt werden folgende Bestandteile:
• - die Sensoreinheit 50, welche den Detektor 10, den Kompensator 11, das innere Gehäuse 1, die elektrische Leitung 3, die elektrischen Widerstände R20 und R21 sowie die Sensoren 40 und 41 umfasst, vgl. 1,
• - eine signalverarbeitende Auswerteeinheit 60,
• - ein Einflussgrößen-Schätzer 70 sowie
• - eine Eingabeeinheit 9.
• Die Auswerteeinheit 60 hat wenigstens zeitweise Lesezugriff auf einen Datenspeicher, in dem der funktionale Zusammenhang F sowie der bei einer Justierung ermittelte Nullpunkt Δu₀ der Brückenspannung ΔU abgespeichert sind. Die Auswerteeinheit 60 empfängt von der Sensoreinheit 50 die Messwertreihe ΔU(t₀), ΔU(t₁), ΔU(t₂), ΔU(t₃), ... und erzeugt die nullpunkt-korrigierte Messwertreihe ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... Die Auswerteeinheit 60 kann ein Bestandteil eines Steuergerät der Gasdetektionsvorrichtung 100 sein.
• Der Einflussgrößen-Schätzer 70 umfasst bevorzugt einen Rechner mit einem Prozessor und mindestens einem Datenspeicher. In dem oder einem Datenspeicher sind die vorgegebenen Grenzen Dr'[ΔU_korr,0]_min, Dr'[ΔU_korr,0]_max und Temp'[ΔU_korr,0]_min, Temp'[ΔU_korr,0]_max der Veränderungs-Toleranzbänder sowie die vorgegebenen Grenzen Dr[ΔU_korr,0]_min, Dr[ΔU_korr,0]_max und Temp[ΔU_korr,0]_min, Temp[ΔU_korr,0]_max der Wertebereiche abgespeichert. Mithilfe der Eingabeeinheit 9 kann ein Benutzer die Grenzen der Wertebereiche und die Grenzen der Veränderungs-Toleranzbänder eingeben. Dieselbe Eingabeeinheit 9 lässt sich nacheinander mit unterschiedlichen Gasdetektionsvorrichtungen 100 verbinden.
• In dem oder einem Datenspeicher ist ein Programm abgespeichert, welches der Prozessor ausführt. Wenn dieses Programm ausgeführt wird, so empfängt der Einflussgrößen-Schätzer 70 von der Auswerteeinheit 60 die nullpunkt-korrigierte Messwertreihe ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), Der Einflussgrößen-Schätzer 70 berechnet so wie gerade beschrieben die nullpunkt-korrigierte und um den Einfluss der Einflussgrößen bereinigte Messwertreihe ΔU_korr,2(t₀), ΔU_korr,2(t₁), ΔU_korr,2(t₂), ΔU_korr,2(t₃), ... Diese Messwertreihe wird an die Auswerteeinheit 60 übermittelt. Die Auswerteeinheit 60 entscheidet, ob das oder ein vorgegebenes Zielgas vorliegt, und / oder berechnet die Konzentration con dieses Zielgases. Hier verwendet die Auswerteeinheit 60 den Zusammenhang F an und berechnet für einen Zeitpunkt t die Konzentration con gemäß der Rechenvorschrift $$\text{con}={\text{F}}^{-1}\left[\Delta {\text{U}}_{\text{korr}\text{,2}}\left(\text{t}\right)\right].$$

  
• Das Programm des Einflussgrößen-Schätzers 70 lässt sich für unterschiedliche Sensoreinheiten 50 und unterschiedliche Auswerteeinheiten 60 anwenden, auch für Sensoreinheiten 50, die unterschiedliche Messprinzipien anwenden. Daher reicht es aus, dieses Programm einmal zu implementieren und auf jedem verwendeten Einflussgrößen-Schätzer 70 zu installieren.
• Bezugszeichenliste

1

stabiles Gehäuse der Gasdetektionsvorrichtung 100, nimmt den Detektor 10 und den Kompensator 11 auf, weist die Öffnung Ö auf, vom äußeren Gehäuse 4 umgeben

2

Flammensperre in der Öffnung Ö, beispielsweise als Metallgitter und / oder Sinterplatte ausgestaltet

3

elektrische Leitung oder Leitungs-Anordnung, welche den Detektor 10 und den Kompensator 11 mit der Spannungsquelle 42 verbindet und dadurch mit elektrischer Energie versorgt

4

äußeres Gehäuse der Gasdetektionsvorrichtung 100, nimmt die Sensoreinheit 50, die Auswerteeinheit 60 und den Einflussgrößen-Schätzer 70 auf, weist die Öffnung Ö auf

5

Kompensatorkammer, umgibt den Kompensator 11

8

Detektorkammer, umgibt den Detektor 10

9

Eingabeeinheit, ermöglicht einem Benutzer, die Wertebereiche und Veränderungs-Toleranzbänder einzugeben

10

Detektor, in der Detektorkammer 8 angeordnet, umfasst das elektrisch leitende und erhitzte Bauteil 20, die Keramikummantelung 25 um das Bauteil 20, eine Beschichtung 26 oder Einbettung aus einem katalytischen Material, elektrische Kontaktierungen 24 und die Montageplatte 27, als Pellistor ausgestaltet

11

Kompensator, umfasst das elektrisch leitende und erhitzte Bauteil 30, eine Keramikummantelung um das Bauteil 30, elektrische Kontaktierungen und eine Montageplatte, ebenfalls als Pellistor ausgestaltet

20

elektrisch leitender und erhitzter Draht des Detektors 10

24

elektrische Kontaktierungen für den Draht 20

25

Keramikummantelung um den Draht 20, mit einer katalytischen Beschichtung 26 versehen

27

Montageplatte, welche den Draht 20 und die Keramikummantelung 25 hält

26

Beschichtung der Keramikummantelung 25 aus einem katalytischen Material

30

elektrisch leitender und erhitzter Draht des Kompensators 11

40

Spannungs-Sensor, misst die elektrische Brückenspannung, bevorzugt die Hälfte der Spannungs-Differenz ΔU = (U10 - U11) / 2

41

Stromstärken-Sensor, misst die Stromstärke I3

42

Spannungsversorgungseinheit der Gasdetektionsvorrichtung 100

50

Sensoreinheit, umfasst den Detektor 10, den Kompensator 11, das Gehäuse 1, die elektrische Leitung 3, die Sensoren 40 und 41 und die Spannungsversorgungseinheit 42

60

signalverarbeitende Auswerteeinheit, empfängt von der Sensoreinheit 50 Messwerte und vom Einflussgrößen-Schätzer 70 die einfluss-kompensierte Detektionsgröße ΔU_korr,2, ermittelt die Konzentration con des Zielgases

70

Einflussgrößen-Schätzer, berechnet die einfluss-kompensierte Detektionsgröße ΔU_korr,2

100

erfindungsgemäße Gasdetektionsvorrichtung, umfasst die Sensoreinheit 50, die Auswerteeinheit 60 den Einflussgrößen-Schätzer 70, die Spannungsversorgungseinheit 42 und das äußere Gehäuse 4

Con

gesuchte Größe: Konzentration des brennbaren Zielgases

con

Wert der Größe Con

Dr[ΔUkorr,0]

geschätzter zeitlicher Verlauf des Drifts der nullpunkt-korrigierten Detektionsgröße ΔU_korr,0, wobei der Drift durch eine Alterung des Detektors 10 und / oder des Kompensators 11 verursacht wird und als die langsamere Einflussgröße fungiert

Dr[ΔUkorr,0]max

obere Drift-Schranke: größter möglicher Wert für den Einfluss der langsameren Einflussgröße (Drift aufgrund von Alterung der Gasdetektionsvorrichtung 100) auf die nullpunkt-korrigierte Detektionsgröße ΔU_korr,0

Dr[ΔUkorr,0]min

untere Drift-Schranke: kleinster möglicher Wert für den Einfluss der langsameren Einflussgröße (Drift aufgrund von Alterung der Gasdetektionsvorrichtung 100) auf die nullpunkt-korrigierte Detektionsgröße ΔU_korr,0

Dr'[ΔUkorr,0]max

obere Drift-Veränderungs-Schranke: größte mögliche Änderung pro Zeiteinheit des Einflusses der langsameren Einflussgröße (Drift aufgrund von Alterung der Gasdetektionsvorrichtung 100) auf die Detektionsgröße ΔU_korr,0

Dr'[ΔUkorr,0]min

untere Drift-Veränderungs-Schranke: kleinste mögliche Änderung pro Zeiteinheit des Einflusses der langsameren Einflussgröße (Drift aufgrund von Alterung der Gasdetektionsvorrichtung 100) auf die nullpunkt-korrigierte Detektionsgröße ΔU_korr,0

Einmax

obere Grenze des Gesamt-Wertebereichs: summierte Einfluss aller Einflussgrößen

Einmin

untere Grenze des Gesamt-Wertebereichs: summierte Einfluss aller Einflussgrößen

Ein'max

obere Grenze des Gesamt-Veränderungs-Toleranzbands: Summe der oberen Grenzen aller Veränderungs-Toleranzbänder

Ein'min

untere Grenze des Gesamt-Veränderungs-Toleranzbands: Summe der unteren Grenzen aller Veränderungs-Toleranzbänder

F

empirisch ermittelter Zusammenhang: nullpunkt-korrigierte und um den Einfluss von Drift und Temperatur bereinigte und nullpunkt-korrigierte Brückenspannung ΔU_korr,2 als Funktion der Zielgas-Konzentration Con

I3

Stromstärke des durch die Leitung 3 fließenden Stroms, vom Stromstärken-Sensor 41 gemessen

Ö

Öffnung in den Gehäusen 1 und 4, nimmt die Flammensperre 2 auf

R10

elektrischer Widerstand des Detektors 10

R11

elektrischer Widerstand des Kompensators 11

R20

Bauteil in Form eines elektrischen Widerstands, parallel zum Detektor 10 geschaltet

R20

Bauteil in Form eines elektrischen Widerstands, parallel zum Kompensator 11 geschaltet

t0, t1, t2, ...

Abfolge von Abtast-Zeitpunkten

T(1), T(2), T(3), ...

Abfolge von Zeiträumen

Temp[ΔUkorr,1]

geschätzter zeitlicher Verlauf des Beitrags der tageszeit-abhängigen Umgebungstemperatur zur nullpunkt-korrigierten und um den Drift Dr[ΔU_korr,0] bereinigten Detektionsgröße ΔU_korr,1, wobei die Umgebungstemperatur als die schnellere Einflussgröße fungiert

Temp[ΔUkorr,0]max

obere Grenze des vorgegebenen Wertebereichs für den Einfluss der schnelleren Einflussgröße auf die nullpunkt-korrigierte Detektionsgröße ΔU_korr,0

Temp[ΔUkorr,0]min

untere Grenze des vorgegebenen Wertebereichs für den Einfluss der schnelleren Einflussgröße auf die nullpunkt-korrigierte Detektionsgröße ΔU_korr,0

Ternp'[ΔUkorr,0]max

obere Temperatur-Veränderungs-Schranke: größte mögliche Änderung pro Zeiteinheit des Einflusses der schnelleren Einflussgröße (Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht) auf die nullpunkt-korrigierte Detektionsgröße ΔU_korr,0

Temp'[ΔUkorr,0]min

untere Temperatur-Veränderungs-Schranke: kleinste mögliche Änderung pro Zeiteinheit des Einflusses der schnelleren Einflussgröße (Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht) auf die nullpunkt-korrigierte Detektionsgröße ΔU_korr,1

U10

am Detektor 10 anliegende elektrische Spannung

U11

am Kompensator 11 anliegende elektrische Spannung

ΔU

Brückenspannung, ist gleich (U10-U11) / 2, vom Spannungs-Sensor 40 gemessen, fungiert als Ausgangs-Detektionsgröße

Δu0

Nullpunkt der Brückenspannung ΔU, tritt idealerweise bei einem Zustand frei von brennbarem Zielgas auf, wird vorab empirisch ermittelt

ΔUkorr,0

nullpunkt-korrigierte Brückenspannung, ist um konstruktionsbedingte Unterschiede zwischen dem Detektor 10 und dem Kompensator 11 bereinigt, ist gleich ΔU - Δu₀

ΔUkorr,0(ti)

Messwert der nullpunkt-korrigierten Brückenspannung ΔU_korr,0 zum Abtast-Zeitpunkt ti

ΔUkorr,1

korrigierte Detektionsgröße, durch Kompensation des Einflusses der langsameren Einflussgröße Alterung auf die Detektionsgröße ΔU_korr,0 gewonnen, ist gleich ΔU_korr,0 - Dr[ΔU_korr,0], lässt sich auch als nullpunkt-korrigierte und um den Drift bereinigte Brückenspannung bezeichnen

ΔUkorr,1(ti)

Messwert der nullpunkt-korrigierten und um den Drift bereinigten Brückenspannung ΔU_korr,1 zum Abtast-Zeitpunkt ti

ΔUkorr,2

zweifach korrigierte Detektionsgröße, durch Kompensation sowohl des Einflusses der langsameren Einflussgröße (Alterung(als auch des Einflusses der schnelleren Einflussgröße (tageszeit-abhängige Temperaturschwankung) auf die Detektionsgröße ΔU_korr,0 gewonnen, ist gleich ΔU_korr,1 - Temp[ΔU_korr,1], lässt sich auch als nullpunkt-korrigierte und um den Drift und die tageszeit-abhängige Temperaturschwankung bereinigte Brückenspannung bezeichnen

ΔUkorr,2(ti)

Messwert der zweifach korrigierten Detektionsgröße ΔU_korr,2 zum Abtast-Zeitpunkt ti

Claims (11)

1. Gasdetektionsvorrichtung (100) zum Überwachen eines räumlichen Bereichs auf mindestens ein vorgegebenes Zielgas (CH₄) wobei die Gasdetektionsvorrichtung (100) - eine Sensoreinheit (50), - eine Auswerteeinheit (60) und - einen Einflussgrößen-Schätzer (70) umfasst, wobei die Sensoreinheit (50) - einen Sensor (10, 11), der eine Detektionsgröße (ΔU_korr,0) aufweist, und - einen Detektionsgrößen-Sensor (40), umfasst, wobei die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) von der Konzentration von Zielgas (CH₄) in dem zu überwachenden Bereich beeinflusst wird, wobei der Detektionsgrößen-Sensor (40) dazu ausgestaltet ist, - ein Maß (ΔU) für die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) zu messen und - unter Verwendung der Ergebnisse der Messungen der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) eine Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ) zu erzeugen, welche den zeitlichen Verlauf der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) beschreibt, wobei der Einflussgrößen-Schätzer (70) dazu ausgestaltet ist, automatisch - unter Verwendung der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ...) sowohl den Einfluss einer langsameren Einflussgröße als auch den Einfluss einer schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) wenigstens näherungsweise rechnerisch zu kompensieren und - dadurch eine einfluss-korrigierte Detektionsgröße (ΔU_korr,2) zu ermitteln, wobei diese beiden Einflussgrößen unabhängig von dem oder jedem Zielgas auftreten, wobei die Auswerteeinheit (60) dazu ausgestaltet ist, automatisch abhängig von mindestens einem Wert der einfluss-korrigierten Detektionsgröße (ΔU_korr,2) - zu entscheiden, ob in dem zu überwachenden Bereich das oder mindestens ein Zielgas (CH₄) vorhanden ist, und / oder - die Konzentration von dem oder mindestens einem Zielgas (CH₄) in den zu überwachenden Bereich zu ermitteln, wobei ein schmaleres Veränderungs-Toleranzband (Dr'[ΔU_korr,0]_min, Dr'[ΔU_korr,0]_max) für eine mögliche Veränderung pro Zeiteinheit der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) aufgrund des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) vorgegeben ist, wobei ein breiteres Veränderungs-Toleranzband (Temp'[ΔU_korr,0]_min, Ternp'[ΔU_korr,0]_max) für eine mögliche Veränderung pro Zeiteinheit der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) aufgrund des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) vorgegeben ist, wobei das schmalere Veränderungs-Toleranzband (Dr'[ΔU_korr,0]_min, Dr'[ΔU_korr,0]_max) schmaler als das breitere Veränderungs-Toleranzband (Temp'[ΔU_korr,0]_min, Temp'[ΔU_korr,0]_max) ist und im breiteren Veränderungs-Toleranzband (Temp'[ΔU_korr,0]_min, Temp'[ΔU_korr,0]_max) enthalten ist, wobei ein schmalerer Wertebereich (Temp[ΔU_korr,0]_min, Temp[ΔU_korr,0]_max) als Wertebereich für die mögliche Veränderung der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) aufgrund des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) vorgegeben ist, wobei der Einflussgrößen-Schätzer (70) dazu ausgestaltet ist, beim Kompensieren des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) die Schritte durchzuführen, - unter Verwendung der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ...) einen geschätzten zeitlichen Verlauf (Dr[ΔU_korr,0]) des Einflusses der langsameren Einflussgröße dergestalt zu ermitteln, dass die zeitliche Veränderung pro Zeiteinheit des geschätzten Verlaufs (Dr[ΔU_korr,0]) im schmaleren Veränderungs-Toleranzband (Dr'[ΔU_korr,0]_min, Dr[ΔU_korr,0]_max) liegt, und - den geschätzten zeitlichen Verlauf (Dr[ΔU_korr,0]) der langsameren Einflussgröße von der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) oder von der um den Einfluss der schnelleren Einflussgröße korrigierten Detektionsgröße zu subtrahieren, und wobei der Einflussgrößen-Schätzer (70) dazu ausgestaltet ist, beim Kompensieren des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) die Schritte durchzuführen, - unter Verwendung der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ...) einen geschätzten zeitlichen Verlauf (Temp[ΔU_korr,1]) des Einflusses der schnelleren Einflussgröße dergestalt zu ermitteln, dass jeder Wert des geschätzten Verlaufs im schmaleren Wertebereich (Temp[ΔU_korr,0]_min, Temp[ΔU_korr,0]_max) liegt und die zeitliche Veränderung pro Zeiteinheit des geschätzten Verlaufs (Temp[ΔU_korr,1]) in dem breiteren Veränderungs-Toleranzband (Temp'[ΔU_korr,0]_min, Temp'[ΔU_korr,0]_max) liegt, und - den geschätzten zeitlichen Verlauf (Temp[ΔU_korr,_1]) des Einflusses der schnelleren Einflussgröße von der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) oder von der um den Einfluss der langsameren Einflussgröße korrigierten Detektionsgröße (ΔU_korr,₁) zu subtrahieren.
2. Gasdetektionsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messwert der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... ) jeweils einen Wert der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) zu einem Abtast-Zeitpunkt umfasst, wobei die Auswerteeinheit (60) dazu ausgestaltet ist, für mindestens einen Abtast-Zeitpunkt, bevorzugt für jeden Abtast-Zeitpunkt der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... ), automatisch zu entscheiden, ob an diesem Abtast-Zeitpunkt das oder mindestens ein Zielgas (CH₄) in dem zu überwachenden Bereich vorhanden ist oder nicht, wobei die Auswerteeinheit (60) dazu ausgestaltet ist, für diese Entscheidung den Wert der einfluss-korrigierten Detektionsgröße (ΔU_korr,2) zu diesem Abtast-Zeitpunkt zu verwenden, und wobei der Einflussgrößen-Schätzer (70) dazu ausgestaltet ist, den Messwert der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... ) für diesen Abtast-Zeitpunkt nur dann zur Schätzung des zeitlichen Verlaufs des Einflusses der langsameren Einflussgröße (Dr[ΔU_korr,0]) und zur Schätzung des zeitlichen Verlaufs (Temp[ΔU_korr,1]) des Einflusses der schnelleren Einflussgröße zu verwenden, wenn entschieden wurde, dass am Abtast-Zeitpunkt kein Zielgas vorhanden ist.
3. Gasdetektionsverfahren zum Überwachen eines Bereichs auf mindestens ein vorgegebenes Zielgas (CH₄) unter Verwendung einer Gasdetektionsvorrichtung (100), die - einen Sensor (10, 11), der eine Detektionsgröße (ΔU_korr,0) aufweist, wobei die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) von der Konzentration von dem oder mindestens einem Zielgas (CH₄) in dem zu überwachenden Bereich beeinflusst wird, und - einen Detektionsgrößen-Sensor (40) umfasst, wobei ein Zustand hergestellt ist oder wird, bei dem eine Gasprobe (G) aus dem zu überwachenden Bereich in das Innere der Gasdetektionsvorrichtung (100) fließt, wobei das Verfahren die automatisch durchgeführten Schritte umfasst, dass der Detektionsgrößen-Sensor (40) wiederholt ein Maß für die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) misst, die von der Konzentration von dem oder mindestens einem Zielgas (CH₄) in der Gasprobe (G) beeinflusst wird, unter Verwendung der Ergebnisse der Messungen der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) eine Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... ) erzeugt wird, welche den zeitlichen Verlauf der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) beschreibt, unter Verwendung der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... ) sowohl der Einfluss einer langsameren Einflussgröße als auch der Einfluss einer schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) wenigstens näherungsweise rechnerisch kompensiert werden, sodass eine einfluss-korrigierte Detektionsgröße (ΔU_korr,2) ermittelt wird, wobei diese beiden Einflussgrößen unabhängig von dem oder jedem Zielgas auftreten, abhängig von mindestens einem Wert der einfluss-korrigierten Detektionsgröße (ΔU_korr,2) - entschieden wird, ob in dem zu überwachenden Bereich das oder mindestens ein Zielgas (CH₄) vorhanden ist, und / oder - die Konzentration von dem oder mindestens einem Zielgas (CH₄) in den zu überwachenden Bereich ermittelt wird, wobei der Schritt, den Einfluss der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) zu kompensieren, die Schritte umfasst, dass - ein schmaleres Veränderungs-Toleranzband (Dr'[ΔU_korr,0]_min, Dr'[ΔU_korr,0]_max) für eine mögliche Veränderung pro Zeiteinheit der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) aufgrund des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) vorgegeben wird, - unter Verwendung der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ) ein geschätzter zeitlicher Verlauf (Dr[ΔU_korr,0]) des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) dergestalt ermittelt wird, dass die zeitliche Veränderung pro Zeiteinheit des geschätzten Verlaufs (Dr[ΔU_korr,0]) im schmaleren Veränderungs-Toleranzband (Dr'[ΔU_korr,0]_min, Dr'[ΔU_korr,0]_max) liegt, und - der geschätzte zeitliche Verlauf (Dr[ΔU_korr,0]) der langsameren Einflussgröße von der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) oder von der um den Einfluss der schnelleren Einflussgröße korrigierten Detektionsgröße subtrahiert wird, und wobei der Schritt, den Einfluss der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) rechnerisch zu kompensieren, die Schritte umfasst, dass - ein breiteres Veränderungs-Toleranzband (Temp'[ΔU_korr,0]_min, Ternp'[ΔU_korr,0]_max) für eine mögliche Veränderung pro Zeiteinheit der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) aufgrund des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) vorgegeben wird, wobei das schmalere Veränderungs-Toleranzband (Dr'[Δ1U_korr,0]_min, Dr'[ΔU_korr,0]_max) schmaler als das breitere Veränderungs-Toleranzband (Temp'[ΔU_korr,0]_min, Temp'[ΔU_korr,0]_max) ist und im breiteren Veränderungs-Toleranzband (Temp'[ΔU_korr,0]_min, Temp'[ΔU_korr,0]_max) enthalten ist, - ein schmalerer Wertebereich (Temp[ΔU_korr,0]_min, Temp[ΔU_korr,0]_max) als Wertebereich für die mögliche Veränderung der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) aufgrund des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) vorgegeben wird, - unter Verwendung der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... ) ein geschätzter zeitlicher Verlauf (Temp[ΔU_korr,1]) des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) dergestalt ermittelt wird, dass jeder Wert des geschätzten Verlaufs im Wertebereich (Temp[ΔU_korr,0]_min, Temp[ΔU_korr,0]_max) für die schnellere Einflussgröße liegt und die zeitliche Veränderung pro Zeiteinheit des geschätzten Verlaufs (Temp[ΔU_korr,1]) in dem breiteren Veränderungs-Toleranzband (Temp'[ΔU_korr,0]_min, Temp'[ΔU_korr,0]_max) liegt, und - der geschätzte zeitliche Verlauf (Temp[ΔU_korr,1]) des Einflusses der schnelleren Einflussgröße von der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) oder von der um den Einfluss der langsameren Einflussgröße korrigierten Detektionsgröße (ΔU_korr,1) subtrahiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messwert der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... ) jeweils einen Wert der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) umfasst, der sich auf jeweils einen Abtast-Zeitpunkt bezieht, wobei das Verfahren den Schritt umfasst, dass für mindestens einen Abtast-Zeitpunkt, bevorzugt für jeden Abtast-Zeitpunkt der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... ), - unter Verwendung des Werts der einfluss-korrigierten Detektionsgröße (ΔU_korr,2) zu diesem Abtast-Zeitpunkt automatisch entschieden wird, ob an diesem Abtast-Zeitpunkt das oder mindestens ein Zielgas (CH₄) in dem zu überwachenden Bereich vorhanden ist oder nicht, und - der Messwert der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... ) für diesen Abtast-Zeitpunkt nur dann zur Schätzung des zeitlichen Verlaufs des Einflusses der langsameren Einflussgröße (Dr[ΔU_korr,0]) und zur Schätzung des zeitlichen Verlaufs (Temp[ΔU_korr,1]) des Einflusses der schnelleren Einflussgröße verwendet wird, wenn entschieden wurde, dass am Abtast-Zeitpunkt kein Zielgas vorhanden ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn entschieden wurde, dass am Abtast-Zeitpunkt das oder mindestens ein Zielgas vorhanden ist, als Wert des jeweiligen geschätzten zeitlichen Verlaufs (Dr[ΔU_korr,0], Temp[ΔU_korr,1]) an diesem Abtast-Zeitpunkt ein durch Interpolation oder Extrapolation ermittelter Wert verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass entweder - zuerst der geschätzte zeitliche Verlauf (Dr[ΔU_korr,0]) des Einflusses der langsameren Einflussgröße von der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) subtrahiert wird und - anschließend der geschätzte zeitliche Verlauf (Temp[ΔU_korr,1]) des Einflusses der schnelleren Einflussgröße von der um den Einfluss der langsameren Einflussgröße (Dr[ΔU_korr,0]) korrigierten Detektionsgröße (ΔU_korr,1) subtrahiert wird, wobei - der Schritt, den zeitlichen Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße von der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) zu subtrahieren, eine um den Einfluss der langsameren Einflussgröße kompensierte Messwertreihe (ΔU_korr,1(t₀), ΔU_korr,1(t₁), ΔU_korr,1(t₂), ΔU_korr,1(t₃), ... ) liefert, und - der Schritt, den geschätzten zeitlichen Verlauf des Einflusses der schnelleren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) zu ermitteln, unter Verwendung der um den Einfluss der langsameren Einflussgröße kompensierten Messwertreihe (ΔU_korr,1 (t₀), ΔU_korr,1(t₁) ΔU_korr,i(t₂), ΔU_korr,1(t₃), ... ) durchgeführt wird, oder - zunächst der geschätzte zeitliche Verlauf (Temp[ΔU_korr,1]) des Einflusses der schnelleren Einflussgröße von der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) subtrahiert wird und - anschließend der geschätzte zeitliche Verlauf [Dr[ΔU_korr,0])der langsameren Einflussgröße von der von der um den Einfluss der schnelleren Einflussgröße korrigierten Detektionsgröße subtrahiert wird, wobei - der Schritt, den Einfluss der schnelleren Einflussgröße von der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) zu subtrahieren, eine um den Einfluss der schnelleren Einflussgröße kompensierte Messwertreihe liefert, und - der Schritt, den geschätzten zeitlichen Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) zu ermitteln, unter Verwendung der um den Einfluss der schnelleren Einflussgröße kompensierten Messwertreihe durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Phase unter Verwendung der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂),ΔU_korr,0(t₃), ... ) sowohl der geschätzte zeitliche Verlauf (Dr[ΔU_korr,0]) des Einflusses der langsameren Einflussgröße als auch der geschätzte zeitliche Verlauf (Temp[ΔU_korr,1]) des Einflusses der schnelleren Einflussgröße ermittelt werden und in einer nachfolgenden zweiten Phase sowohl der geschätzte zeitliche Verlauf (Dr[ΔU_korr,0]) der langsameren Einflussgröße als auch der geschätzte zeitliche Verlauf (Temp[ΔU_korr,1]) der schnelleren Einflussgröße von der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) subtrahiert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Wertebereich (Dr[ΔU_korr,0]_min, Dr[ΔU_korr,0]_max) vorgegeben wird, nämlich ein Wertebereich für den Einfluss der langsameren Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0), wobei der Wertebereich (Temp[ΔU_korr,0]_min, Temp[ΔU_korr,0]_max) für die schnellere Einflussgröße enger als der Wertebereich (Dr[ΔU_korr,0]_min, Dr[ΔU_korr,0]_max) für die langsamere Einflussgröße ist und im Wertebereich (Dr[AU_korr,0]_min, Dr[ΔU_korr,0]_max) für die langsamere Einflussgröße enthalten ist und wobei der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der langsameren Einflussgröße dergestalt ermittelt wird, dass zusätzlich jeder Wert des geschätzten Verlaufs (Dr[ΔU_korr,0]₎ des Einflusses der langsameren Einflussgröße im Wertebereich (Dr[ΔU_korr,0]_min, Dr[ΔU_korr,0]_max) für die langsamere Einflussgröße liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine vordefinierte Anzahl von Werten des geschätzten zeitlichen Verlaufs der langsameren Einflussgröße gleich der oberen Grenze oder gleich der unteren Grenze des Wertebereichs (Dr[ΔU_korr,0]_min, Dr[ΔU_korr,0]_max) für die langsamere Einflussgröße ist, eine Nachricht erzeugt und in einer von einem Menschen wahrnehmbaren Form ausgegeben wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, die einfluss-korrigierte Detektionsgröße (ΔU_korr,2) zu ermitteln, den zusätzlichen Schritt umfasst, dass unter Verwendung der Messwertreihe (ΔU_korr,0(t₀), ΔU_korr,0(t₁), ΔU_korr,0(t₂), ΔU_korr,0(t₃), ... ) zusätzlich der Einfluss einer dritten Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) wenigstens näherungsweise rechnerisch kompensiert wird, wobei auch die dritte Einflussgröße unabhängig von dem oder jedem Zielgas auftritt und wobei der Schritt, den Einfluss der dritten Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) zu kompensieren, die Schritte umfasst, dass - ein drittes Veränderungs-Toleranzband für eine mögliche Veränderung pro Zeiteinheit der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) aufgrund des Einflusses der dritten Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) vorgegeben wird, wobei das breitere Veränderungs-Toleranzband (Ternp'[ΔU_korr,0]_min, Temp'[ΔU_korr,0]_max) schmaler als das dritte Veränderungs-Toleranzband ist und im dritten Veränderungs-Toleranzband enthalten ist, - ein dritter Wertebereich, nämlich ein Wertebereich für den Einfluss der dritten Einflussgröße auf die Detektionsgröße (ΔU_korr,0), vorgegeben wird, - wobei der dritte Wertebereich enger als der Wertebereich (Temp[ΔU_korr,0]_min, Temp[ΔU_korr,0]_max) für die schnellere Einflussgröße ist und im Wertebereich (Temp[ΔU_korr,0]_min, Temp[ΔU_korr,0]_max) für die schnellere Einflussgröße enthalten ist, - der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der dritten Einflussgröße dergestalt ermittelt wird, dass jeder Wert des geschätzten Verlaufs im dritten Wertebereich liegt und die zeitliche Veränderung pro Zeiteinheit des geschätzten Verlaufs im dritten Veränderungs-Toleranzband liegt, und - der geschätzte zeitliche Verlauf des Einflusses der dritten Einflussgröße von der Detektionsgröße (ΔU_korr,0) oder von der um die langsamere und / oder die schnellere Einflussgröße korrigierten Detektionsgröße (ΔU_korr,1) subtrahiert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (10, 11) eine Ausgangs-Detektionsgröße (ΔU) aufweist, die von der Konzentration von Zielgas (CH₄) in dem zu überwachenden Bereich beeinflusst wird, und mindestens einmal eine Kalibrierung durchgeführt wird, welche die Schritte umfasst, dass - mindestens ein Zustand hergestellt wird, in dem eine Umgebung der Gasdetektionsvorrichtung (100) und / oder ihr Inneres frei von dem oder jedem vorgegebenen Zielgas ist, - für mindestens einen, bevorzugt für jeden hergestellten zielgas-freien Zustand mindestens einmal gemessen wird, welchen Wert die Ausgangs-Detektionsgröße (ΔU) bei diesem Zustand annimmt, - unter Verwendung von gemessenen Werten der Ausgangs-Detektionsgröße (ΔU) ein Nullpunkt (Δu₀) der Ausgangs-Detektionsgröße (ΔU) ermittelt wird und - als die Detektionsgröße (ΔU_korr,0) die Differenz aus der Ausgangs-Detektionsgröße (ΔU) und dem Nullpunkt (Δu₀) verwendet wird.

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