DE19519076A1 - Verfahren zur Kalibrierung von Gasanalysatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Kalibrierung von Analysatoren, beispielsweise von Photometern, sind Blenden oder Kalibrierküvetten bekannt. Elektrochemische Sensoren, d. h. zum Bsp. Sauer­ stoffsensoren nach dem Prinzip der Brennstoffzelle, deren Nullpunkte aus prinzipiellen Gründen als stabil angesehen werden können, werden mit dem Sauerstoffgehalt der Luft kalibriert.

Bei anderen Sensoren, deren Sensor direkt mit dem Meßgas in Berührung kommt und deren Nullpunkt prinzipiell nicht als stabil angesehen werden kann, sind die genannten Kalibrierverfahren nicht anwendbar. Sensoren dieser Art sind beispielsweise magneti­ sche Sauerstoffmesser oder Wärmeleitfähigkeit-Sensoren. Hier muß z. B. Stickstoff oder ein anderes nicht Sauerstoff enthaltendes Nullpunkt-Gas aus Prüfgasflaschen in vorgegebenen Abständen aufgeschaltet werden. Diese Kalibrierverfahren sind zum Teil wegen der Bereitstellung von Prüfgasen aus separaten Prüfgasflaschen sehr auf­ wendig. Der gesamte Nachteil wird besonders dann schwerwiegend, wenn ein Zu­ sammenwirken verschiedener solcher Meßverfahren in einem gesamten Meßsystem vorliegt. Wenn in einem solchen System eine Sensorkomponente Prüfgas benötigt, so ist der Aufwand zur Bereitstellung solcher Prüfgase zur Kalibrierung für diesen einen Sensor des Systems so hoch, als wenn alle Sensoren auf diese Weise zu kalibrieren wären. Der Aufwand hierzu besteht aus Einrichtungen zur Steuerung und Überwa­ chung der Prüfgase sowie deren Bereitstellung und Wartung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Analysatoren der gattungsgemä­ ßen Art das Nachkalibrieren zu vereinfachen.

Die gestellte Aufgabe wird bei Analysatoren der gattungsgemäßen Art erfindungsge­ mäß dadurch gelöst, daß ausgehend von einer über lange Zeiträume stabilen Emp­ findlichkeit, der Nullpunkt korrigiert wird, indem Umgebungsluft aufgegeben wird. Der Ausschlag bzgl. Sauerstoff wird gemessen und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Bei Abweichung vom Sollwert wird der Ausschlag auf den Sollwert nach- bzw. zurückgestellt. Die Nachstellung erfolgt durch Verschiebung der korrigierten Kennlinie, wobei der Nullpunkt eingestellt wird. Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, daß der Sauerstoffanteil in Umgebungsluft unabhängig von der Belastung der Luft in Ballungsgebieten über 70 Jahre gemessen stabil bei 20,946 Vol.% liegt. Die Erfindung nutzt diese "natürliche" Vorgabe zur Selbstkalibrierung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der mit Luft erzeugte Ausschlag hinsicht­ lich Luftdruck und Temperatur korrigiert. Desweiteren ist vorgeschlagen, die Luft zu trocknen und von CO₂ und anderen Gasen zu befreien. Es ergibt sich, daß beim Zu­ sammenwirken von Photometern, die mit Kalibrierküvette und Luft kalibriert werden, die gleiche Luft auch für die Sauerstoffmessung zugrunde gelegt werden kann.

Erfindungsgemäß wird von einer stabilen Empfindlichkeit ausgegangen und der Null­ punkt über den durch Umgebungsluft erzeugten Ausschlag durch Zurückstellung auf den Sollwert eingestellt. Dazu wird beispielsweise gereinigte Luft auf das Gerät gege­ ben. Die Luft wird mit 20,946 Vol.% zugrundegelegt und der Luftdruck- und Tempera­ tureinfluß korrigiert. Die Empfindlichkeit dagegen wird je nach Meßverfahren in größe­ ren Zeitabständen, z. B. jährlich mit Prüfgasen nachgestellt. Die Einstellung bzw. Nachstellung des Nullpunktes kann durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise erheblich öfter erfolgen. Der Nullpunkt driftet erheblich schneller als die Empfindlich­ keit. Daher kann bei der erfindungsgemäßen Selbstkalibrierung durch Umgebungsluft die Empfindlichkeit als quasi konstant angenommen bzw. vorausgesetzt werden. Typi­ sche Analysatoren, für die diese Anwendung erheblich vorteilhaft ist, sind magneto­ mechanische Analysatoren, wie beispielsweise das bekannte Magnos-6-Gerät von Hartmann & Braun, sowie Wärmeleitfähigkeitssensoren, deren Temperatur der Sen­ sorbrücke durch elektrische Schaltungsmaßnahmen eingeprägt ist. Daraus ergeben sich insgesamt die Vorteile, daß keine Prüfgasbereitstellung im herkömmlichen Sinne mehr erfolgen muß, daß nur noch ein geringer Aufwand für Steuer- und Überwa­ chungseinrichtungen notwendig ist, und der Platzbedarf gering ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher beschrie­ ben. Die Abbildung zeigt den Geräte- bzw. Anzeigeausschlag als Funktion der Sauer­ stoffkonzentration. Die Sauerstoffkonzentration bezieht sich auf Vol.% in einem Meß­ gas. Die Amplitude A enthält quasi willkürliche Einheiten, die jedoch als der Sauer­ stoffkonzentration in Volumenprozent proportionale Meßgröße zu verstehen ist. Die untere Kurve, die nahezu linear angenommen wird, stellt somit den Ausschlag am Ge­ rät als Funktion der Sauerstoffkonzentration dar. Die Steigung dieser Meßkurve wird in der Meßtechnik als Empfindlichkeit α verstanden, da sie angibt, wie groß die Änderung des Ausschlages bei Änderung der Konzentration des aufgegebenen Meßgases ist. Über die Zeit betrachtet verschiebt sich diese Meßkurve parallel zur Ordinate des dar­ gestellten Koordinatensystems, d. h. parallel zu der Achse, auf der die der Konzentra­ tion proportionale Meßgröße bzw. der durch sie erzeugte Ausschlag am Meßgerät aufgetragen ist. Der Betrag der Verschiebung nimmt mehr oder weniger abhängig von der Zeit mehr oder weniger stetig zu. Diese Drift erzeugt einen Offset hinsichtlich des angezeigten Ausschlages am Gerät, und zeigt somit nicht mehr den der Realität und der ursprünglichen Eichung entsprechenden Meßwert an. Die Empfindlichkeit ist zwar auf lange Zeit gesehen auch nicht stabil und es kommt zu einer Drehung der Meßkur­ ve um den Ursprung des Koordinatensystems, jedoch ist die Drift der Empfindlichkeit erheblich kleiner als die Drift der Nullpunkt-Verschiebung. Von daher genügt es, wenn in größeren Zeitabständen die Empfindlichkeit durch das Aufgeben gezielter Prüfgase nachkalibriert wird. Dagegen muß die Nullpunkt-Verschiebung erheblich öfter nachka­ libriert werden als die Empfindlichkeit. Diese Tatsache macht sich die Erfindung zu­ nutze und sieht nur noch für die Nachkalibrierung der Empfindlichkeit das Aufgeben von Prüfgasen vor. Um die Nullpunkt-Verschiebung zu eichen, wird bei dem erfin­ dungsgemäßen Kalibrierverfahren jedoch kein Prüfgas mehr verwandt, sondern Um­ gebungsluft aufgegeben. Wasserdampffreie Umgebungsluft enthält über lange Zeit­ räume stabil gemessen und unabhängig von Ort und Belastung der Umgebungsluft ziemlich genau stets den Wert 20,946 Vol.% Sauerstoff an der Gesamtumgebungsluft. Dies macht sich das erfindungsgemäße Verfahren zunutze, indem in den in kurzen Zeitabständen notwendigen Zurückstellungen bzw. Kalibrieren der Nullpunkt-Ver­ schiebung ΔN, Umgebungsluft statt Prüfgase aufgegeben wird. Dabei geht man so vor, daß beispielsweise gereinigte Luft dem Analysator zugeführt wird, und die Meß­ kurve um den vom Sollwert von 20,946 Vol.% äquivalenten abweichenden Betrag ΔN zurückgestellt wird, auf den ursprünglich geeichten Anschlag dieser Konzentration.

Das Meßverfahren eignet sich für alle Sauerstoffsensoren, in denen ansonsten Kali­ briergase aufgegeben werden müssen, sofern diese Analysatoren im Bereich der ge­ nannten 20,946 Vol.% messen bzw. messen können. Darüberhinaus ist die Anwen­ dung des Verfahrens auch für Analysatoren möglich, die andere Gaskomponenten als Sauerstoff messen, sofern die Meßgaskomponente in Umgebungsluft ebenfalls mit der entsprechenden sowohl quasi ortsunabhängigen als auch zeitunabhängigen stabilen Konzentration vorliegt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Kalibrierung von Gasanalysatoren, insbesondere Sauerstoffana­ lysatoren, bei welchen in Meßpausen eine Nachkalibrierung durch Beseitigung des durch Drift verschobenen Nullpunktes erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß als Kalibriergas Umgebungsluft verwendet wird, und daß hinsichtlich der Gaskomponente auf die der Gasanalysator sensitiv ist, ein dem standardisier­ ten Anteil in Vol % der Umgebungsluft entsprechender Meßausschlag zugrun­ degelegt wird, auf den durch Nach- bzw. Zurückstellen des Meßausschlages die Nullpunktverschiebung beseitigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der während der Kalibrierung mit Luft erzeugte Meß-Ausschlag zusätzlich Luftdruck- und Temperatur korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kalibrierung aufgegebene Luft getrocknet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kalibrierung aufgegebene Luft zusätzlich von CO₂ und anderen Gasen befreit wird.