DE19708052A1 - Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren von Gassensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automa­ tischen Kalibrieren von Gassensoren durch Beauf­ schlagung des Sensors mit einem Kalibriergas, wobei sich der Sensor in einer Meßkammer befindet, die mit einer Öffnung zum Entweichen des Kalibriergases und einer Gaszuleitung versehen ist.

Die Vorrichtung ist insbesondere für Gasdetektions­ systeme geeignet, deren Funktionsweise in gewissen Abständen überprüft und deren Genauigkeit kali­ briert werden muß.

Bei derartigen Gasdetektionssystemen ist die Kali­ brierung der Sensoren, die beim Austausch von Sen­ soren sowie in bestimmten Abständen infolge von Al­ terungen oder sonstigen Einflüsse erforderlich sind, sehr aufwendig.

Bei einem bekannten Kalibrierverfahren befindet sich in einer zentralen Meßwarte, in welcher auch die zentrale Auswerteelektronik angebracht ist, eine Wartungsperson und zusätzlich befindet sich eine zweite Wartungsperson mit Prüfgasflaschen ei­ ner bestimmten Konzentration am jeweiligen Sensor. Diese Person beaufschlagt dann den zu prüfenden Sensor mit einem entsprechenden Prüfgas.

Dieses Kalibrierverfahren erfordert zur Kalibrie­ rung zwei Personen. Es ist deshalb zeitaufwendig und störanfällig. Kalibrierfehler sind dabei unver­ meidbar.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es auch be­ kannt, zusammen mit den ohnehin erforderlichen Ver­ bindungskabeln zu jedem Meßkopf gleich noch eine Gasschlauchleitung mitzuverlegen, die eine Aus­ trittsöffnung im gassensitiven Bereich des Sensors aufweist und deren Verbindung mit der Prüfgasfla­ schen in der zentralen Meßwarte hergestellt werden kann.

Hierzu ist es jedoch erforderlich, das über die un­ ter Umständen sehr lange Schlauchleitung das Prüf­ gas zum Sensor geschickt wird, wobei der vom Sensor zur Zentrale übermittelte Meßwert auf einen kon­ stanten Wert einpendeln soll, der dann als neuer Eichwert übernommen wird.

Um die Kalibrierung mit nur einer Wartungsperson ausführen zu können, wird in DE 88 07 301.7 eine Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren von Gas­ sensoren vorgeschlagen. Diese Vorrichtung weist eine Vielzahl von an eine zentrale Auswerteelektro­ nik anschließbaren, gassensortragenden Meßköpfen sowie Mittel zur Aufleitung eines Prüfgases in den gassensitiven Bereich des jeweiligen Sensors auf. Dabei ist an jedem ein oder mehrere gassensortra­ genden Meßkopf eine Elektronik angebracht, mit der bei Anordnung einer gesonderten Kalibriervorrich­ tung an den Sensor von dieser ein zu einer extern angeschlossenen Auswerteelektronik ein Kalibrier­ signal übertragen wird. Die Kalibriervorrichtung weist eine Kalibrierkappe auf, bei der beim An­ setzen an einen den Sensor tragenden Meßkopf des Kalibriersignal erzeugt wird. Die Kalibrierkappe weist einen Eichgas-Aufleitungsbereich zum gassen­ sitiven Element jedes Sensors auf.

Die im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum Kalibrieren von Gassensoren weisen den Nachteil auf, daß sie sehr aufwendig sind und subjektive Fehlermöglichkeiten beinhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zum Kalibrieren von Gassensoren anzugeben, die ein automatisches und kostengünstiges Kalibrie­ ren ermöglicht, das nur bei Notwendigkeit durchge­ führt wird. Die Vorrichtung soll bei geringen Sen­ sorveränderungen das Nachstellen interner Kali­ brierwerte ermöglichen und die Überwachung der ge­ samten Informationskette vom chemischen Signal bis zur Meldevorrichtung gestatten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Nähe des Sensors 1 ein Kalibriergasbe­ hälter 6 angeordnet ist, der mit einem von einem Prozeßor 3 gesteuerten Thermoventil 7 versehen ist, wobei der Kalibriergasbehälter 6 aus einem Sammel­ behälter 10 besteht, der mit einer Mikrobohrung 11 versehen ist und an dem ein Zwischenbehälter 12 mit einem mehrfach betätigbarem elektrisch beheizten Zinn-Schmelz-Verschluß angeordnet ist.

Ferner ist es möglich, daß in der Nähe des Sensors 1 mehrere Kalibriergasbehälter 6 angeordnet sind, die sich in einem Gehäuse 4 befinden, das mit der Gaszuleitung verbunden ist, wobei als Kalibriergas­ behälter 6 mehrere allseitig verschlossene Glas­ röhrchen angeordnet sind, an denen elektrisch be­ heizbare Sprengdrähte oder kleine Glasbehälter, mit einem Zinn-Schmelz-Verschluß versehen sind, ange­ bracht sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung entsteht dadurch, daß die Öffnung 2.1 der Meßkammer 2 im oberen Bereich der Meßkammer 2 angebracht ist und die Gaszuleitung 5 von unten in die Meßkammer 2 führt.

Dabei ist es möglich, daß bei Verringerung des Sen­ sorgrundwiderstandes der Prüfvorgang automatisch ausgelöst wird.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine preiswerte Kalibrierung von Gassensoren möglich. Dabei erfolgt die Kalibrierung nur in den Fällen, wenn dies notwendig ist. Vorteilhaft ist ferner, daß durch Überwachung der Ansprechgeschwindigkeit des Sensors Schlußfolgerungen zu dessen verblei­ bende Lebensdauer gezogen werden können. Es erfolgt eine echte chemische Überwachung mit Prüfgas. Fer­ ner ist vorteilhaft, daß nicht nur eine Überwachung des Gassensors, sondern auch die Kontrolle der ge­ samten Informationskette möglich wird. Besonders vorteilhaft ist, daß mehrere Kalibrier­ gasbehälter verwendet werden können, die mit Schmelzverschlüssen versehen sind und die eine mehrfache Überprüfung bzw. Kalibrierung in beliebi­ gen Zeitabständen und mit unterschiedlichen Prüf­ gasen ermöglichen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit in einem Gehäuse angeord­ neten Kalibriergasbehälter,

Fig. 2 eine Ausführungsform mit in die Meßkam­ mer hineingehenden Kalibriergasbehältern,

Fig. 3 eine Anordnung mit elektrisch beheizten Schmelzverschlüssen,

Fig. 4 einen Kalibriergasbehälter aus Glas mit einem elektrisch beheizten Sprengdraht,

Fig. 5 eine Vorrichtung mit mehrfach ver­ schließbarem Ventil und einem Sammelbehälter für das Prüfgas und

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Wider­ standsänderung bei der Beaufschlagung des Sen­ sors mit Prüfgas.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist bei der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung der Sensor 1 in einer Meß­ kammer 2 angeordnet. Der Sensor 1 ist mit dem Pro­ zessor 3 elektrisch verbunden. Der Prozessor 3 steuert die Kalibriervorrichtung, deren Hauptbe­ standteile sich in einem Gehäuse 4 befinden. In diesem Gehäuse 4 sind einer oder mehrere Glas Ka­ libriergasbehälter 6 angeordnet, die mit Ventilen versehen sind, welche durch elektrische Beheizung geöffnet werden können und dabei das Prüfgas frei­ geben. Dieses Prüfgas strömt dann über die Gaszu­ leitung 5 in die Meßkammer 2. Der Sensor wird dabei mit dem Prüfgas und der Umgebungsluft umströmt. Das Prüfgas und die Umgebungsluft können durch eine im oberen Bereich der Meßkammer 2 angebrachte Öffnung 2.1 wieder entweichen. Die Größe der Öffnung 2.1 ist so berechnet, daß eine definierte Verweilzeit des Gases in der Kammer gegeben ist. Dadurch wird der Sensor 1 ständig von Luft bzw. von einem Luft-Prüfgas-Gemisch umströmt, so daß auch permanent eine Reinigung des Sensors erfolgt.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Kalibriergasbehälter 6 direkt im Ge­ häuse 4 angebracht sind.

Natürlich ist es auch möglich, für Prüfgase, die schwerer als Luft sind, die Gaszuleitung 5 von oben in die Meßkammer einzuführen und das entströmte Gas im unteren Bereich entweichen zu lassen.

Fig. 3 erläutert eine Ausführungsvariante, bei der mehrere kleine Gasbehälter 6 in Reihe an der Gaszu­ leitung 5 angebracht sind. Die Kalibriergasbehälter 6, die aus Metall oder Keramik bestehen können, sind im oberen Bereich mit einem Thermoventil 7 versehen. Dieses Thermoventil besteht im einfach­ sten Fall aus einem elektrisch beheizbaren Metall­ verschluß, der beim Beheizen schmilzt und das Prüf­ gas entweichen läßt.

In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit für einen Kalibriergasbehälter dargestellt. Der Kalibriergas­ behälter besteht in diesem Fall aus einem kapillar­ förmigen Glasröhrchen 8, das oben und unten ver­ schlossen ist und in dem das Prüfgas eingefüllt wurde. Das Glasröhrchen 8 ist mit einem Sprengdraht 9 versehen, der sich bei elektrischer Beheizung ausdehnt und somit die obere Kappe des Glasröhr­ chens 8 absprengt.

Fig. 5 zeigt eine Gestaltungsform, bei der sich das Prüfgas in einem Sammelbehälter 10 befindet und durch eine Mikrobohrung 11 in einen Zwischenbehäl­ ter 12 langsam einströmen kann. Der Zwischenbehäl­ ter 12 ist mit einen Zinnverschluß 13 verschlossen, der ein mehrmaliges Öffnen und Schließen er­ möglicht. Durch elektrisches Beheizen wird der Zinnverschluß 13 flüssig, so daß das Prüfgas aus dem Zwischenbehälter 12 in die Meßkammer des Sen­ sors strömen kann. Nach dem Abschalten der elektri­ schen Beheizung kühlt sich das Zinn im Zinnver­ schluß 13 ab und verschließt den Zwischenbehälter 12 wieder hermetisch dicht. Nach einem gewissen Zeitraum ist dann aus dem Sammelbehälter 10 wieder Prüfgas in den Zwischenbehälter 11 eingeströmt, so daß ein erneuter Prüfvorgang ausgeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht auch ein automatisches Auslösen des Prüfvorganges je nach Erfordernis. Hierzu kann beispielsweise der Prüfvorgang bei Verringerung des Sensorgrundwider­ standes ausgelöst werden.

Ferner kann mit dem Prozessor 3 die Ansprech­ empfindlichkeit des Sensors überwacht werden.

Die in Fig. 5 dargestellten Verläufe erläutern den Verlauf der Widerstandsänderung bei Auslösen des Prüfvorgangs zum Zeitpunkt t₀. Ist der Sensor in funktionsgerechtem Zustand, so erfolgt der Abfall der Kennlinie gemäß der ausgezogenen Kurve. Bei Alterungserscheinungen oder sonstigen Störungen er­ folgt der Abfall langsamer, wie dies in der gestri­ chelten Kurve dargestellt ist. Damit ist eine Aus­ wertung der Empfindlichkeit jederzeit möglich. Falls die Abfallgeschwindigkeit einen gewissen Sollwert nicht unterschreitet oder der Endwert nicht mehr unterschritten wird, schaltet das Gerät in den Fehlerstatus.

Bezugszeichenliste

1 Sensor
2 Meßkammer
2.1 Öffnung der Meßkammer
3 Prozessor
4 Gehäuse
5 Gaszuleitung
6 Kalibriergasbehälter
7 Thermoventil
8 Kalibriergasbehälter aus Glas
9 Sprengdraht
10 Sammelbehälter
11 Mikrobohrung
12 Zwischenbehälter
13 Zinnverschluß.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren von Gassensoren durch Beaufschlagung des Sensors (1) mit einem Kalibriergas, wobei sich der Sensor (1) in einer Meßkammer (2) befindet, die mit einer Öffnung (2.1) zum Entweichen des Kalibriergases und einer Gaszuleitung (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Sensors (1) ein Kalibriergasbehälter (6) angeordnet ist, der mit einem von einem Prozeßor (3) gesteuerten Thermoventil (7) versehen ist, wobei der Kalibriergasbehälter (6) aus einem Sammelbehälter (10) besteht, der mit einer Mikrobohrung (11) versehen ist und an dem ein Zwischenbehälter (12) mit einem mehrfach betätigbarem elektrisch beheizten Zinn-Schmelz-Verschluß angeordnet ist.

2. Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren von Gassensoren durch Beaufschlagung des Sensors (1) mit einem Kalibriergas, wobei sich der Sensor (1) in einer Meßkammer (2) befindet, die mit einer Öffnung (2.1) zum Entweichen des Kalibriergases und einer Gaszuleitung (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Sensors (1) mehrere Kalibriergasbehälter (6) angeordnet sind, die sich in einem Gehäuse (4) befinden, das mit der Gaszuleitung verbunden ist, wobei als Kalibriergasbehälter (6) mehrere allseitig verschlossene Glasröhrchen angeordnet sind, an denen elektrisch betätigte Thermoventile angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Thermoventile elektrisch beheizbare Sprengdrähte verwendet werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Thermoventile elektrisch beheizbare Zinnschmelzverschlüsse verwendet werden.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (2.1) der Meßkammer (2) im oberen Bereich der Meßkammer (2) angebracht ist und die Gaszuleitung (5) von unten in die Meßkammer (2) führt.