DE19708052C2 - Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren von Gassensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren von Gassensoren durch Beaufschlagung des Sensors mit einem Kalibriergas, wobei sich der Sensor in einer Meßkammer befindet, die mit einer Öffnung zum Entweichen des Kalibriergases und einer Gaszuleitung für das Kalibrier­ gas versehen ist.

Die Vorrichtung ist insbesondere für Gasdetektionssysteme geeignet, deren Funktionsweise in gewissen Abständen überprüft und deren Genauigkeit kalibriert werden muß.

Bei derartigen Gasdetektionssystemen ist die Kalibrierung der Sensoren, die beim Austausch von Sensoren sowie in bestimmten Abständen infolge von Alterungen oder sonstigen Einflüssen 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 Wartungsper­ son mit Prüfgasflaschen einer bestimmten Konzentration am jeweiligen Sensor. Diese Person beaufschlagt dann den zu prüfenden Sensor mit einem entsprechenden Prüfgas.

Dieses Kalibrierverfahren erfordert zur Kalibrierung zwei Personen. Es ist deshalb zeitaufwendig und störanfällig. Kalibrierfehler sind dabei unvermeid­ bar.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es auch bekannt, zusammen mit den ohnehin erforderlichen Verbindungskabeln zu jedem Meßkopf gleich noch eine Gasschlauchleitung mitzuverlegen, die eine Austrittsöffnung im gassen­ sitiven Bereich des Sensors aufweist und deren Verbindung mit der Prüfgas­ flasche in der zentralen Meßwarte hergestellt werden kann.

Hierzu ist es jedoch erforderlich, daß über die unter Umständen sehr lange Schlauchleitung das Prüfgas zum Sensor geschickt wird, wobei der vom Sensor zur Zentrale übermittelte Meßwert auf einen konstanten 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 U1 eine Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren von Gassensoren vorgeschlagen. Diese Vorrichtung weist eine Vielzahl von an eine zentrale Auswerteelektronik anschließbaren, gassensortragenden Meßköpfen sowie Mittel zur Aufleitung eines Prüfgases in den gassensitiven Bereich des jeweiligen Sensors auf. Dabei ist an jedem ein oder mehrere gassensortragenden Meßkopf eine Elektronik angebracht, mit der bei Anord­ nung einer gesonderten Kalibriervorrichtung an den Sensor von dieser ein zu einer extern angeschlossenen Auswerteelektronik ein Kalibriersignal übertra­ gen wird. Die Kalibriervorrichtung weist eine Kalibrierkappe auf, bei der beim Ansetzen an einen den Sensor tragenden Meßkopf des Kalibriersignal erzeugt wird. Die Kalibrierkappe weist einen Eichgas-Aufleitungsbereich zum gassensitiven Element jedes Sensors auf.

Nach PTB-Mitteilungen, Vol. 102 (4/92), Seite 305-320 ist eine Vorrich­ tung zum Kalibrieren von Gassensoren durch Beaufschlagung des Sensors mit einem Kalibriergas bekannt, bei dem sich der Sensor in einer Meßkam­ mer befindet, die mit einer Öffnung zum Entweichen des Kalibriergases und einer Gaszuleitung versehen ist.

Ferner ist es nach DE 39 19 042 A1 und nach DE 35 20 416 C2 bekannt, Thermoventile zur Öffnung von Behältern und zur Freigabe bestimmter Gasatmosphären zu verwenden.

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 Vorrichtung zum Kalibrieren von Gassensoren anzugeben, die ein automatisches und kostengünstiges Kalibrieren ermöglicht, das nur bei Notwendigkeit durchgeführt wird. Die Vorrichtung soll bei geringen Sensorveränderungen das Nachstellen interner Kalibrierwerte ermöglichen und die Überwachung der gesamten Informati­ onskette vom chemischen Signal bis zur Meldevorrichtung gestatten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung entsteht dadurch, daß die Öffnung der Meßkammer in Gebrauchsstellung im oberen Bereich der Meßkammer angebracht ist und die Gaszuleitung von unten in die Meßkammer führt.

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

Mit der erfindungsgemaßen Vorrichtung ist eine preiswerte Kalibrierung von Gassensoren möglich. Dabei erfolgt die Kalibrierung nur in den Fällen, in denen 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. Ferner ist vorteilhaft, daß nicht nur eine Überwachung des Gassensors, sondern auch die Kontrolle der gesamten Informationskette möglich wird. Besonders vorteilhaft ist, daß mehrere Kalibriergasbehälter verwendet werden können, die mit Schmelzverschlüssen versehen sind und die eine mehrfache Überprüfung bzw. Kalibrierung in beliebigen Zeitabständen und mit unterschiedlichen Prüfgasen ermöglichen.

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

Fig. 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung mit in einem Gehäuse angeordneten Kalibriergasbehältern,

Fig. 2 einen Kalibriergasbehälter aus Glas mit einem elektrisch beheizten Sprengdraht,

Fig. 3 einen Kalibriergasbehälter mit mehrfach verschließbarem Ventil und einem Sammelbehälter für das Prüfgas und

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Widerstandsänderung bei der Beaufschlagung des Sensors mit Prüfgas.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist bei der Kalibriervorrichtung der Sensor 1 in einer Meßkammer 2 angeordnet. Der Sensor 1 ist mit dem Prozessor 3 elektrisch verbunden. Der Prozessor 3 steuert die Kalibriervor­ richtung, deren Hauptbestandteile sich in einem Gehäuse 4 befinden. In diesem Gehäuse 4 sind ein oder mehrere Glas-Kalibriergasbehälter 6 angeordnet, die mit Ventilen versehen sind, welche durch elektrische Behei­ zung geöffnet werden können und dabei das Prüfgas freigeben. Dieses Prüfgas strömt dann über die Gaszuleitung 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.

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.

In Fig. 2 ist ein Kalibriergasbehälter 6 darge­ stellt. Der Kalibriergasbehälter besteht in diesem Fall aus einem kapillarförmigen Glasröhrchen 8, das oben und unten verschlossen 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 Glasröhrchens 8 absprengt.

Fig. 3 zeigt einen Kalibriergasbehälter 6, bei dem sich das Prüfgas in einem Sammelbehälter 10 befindet und durch eine Mikrobohrung 11 in einen Zwischenbehälter 12 langsam einströmen kann. Der Zwischenbehälter 12 ist mit einen Zinn-Schmelz-Verschluß 13 verschlossen, der ein mehrmaliges Öffnen und Schließen ermöglicht. Durch elektrisches Beheizen wird der Zinn-Schmelz-Verschluß 13 flüssig, so daß das Prüfgas aus dem Zwischenbehälter 12 in die Meßkam­ mer des Sensors strömen kann. Nach dem Abschalten der elektrischen Beheizung kühlt sich das Zinn im Zinn-Schmelz-Verschluß 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 ausge­ führt werden kann.

Die Kalibriervorrichtung ermöglicht auch ein automatisches Auslösen des Prüfvorganges je nach Erfordernis. Hierzu kann beispielsweise der Prüfvorgang bei Verringerung des Sensorgrundwiderstandes ausgelöst werden.

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

Die in Fig. 4 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 erfolgt der Abfall langsamer, wie dies in der gestrichelten Kurve dargestellt ist. Damit ist eine Auswertung der Empfindlichkeit jederzeit möglich. Falls die Abfallgeschwindigkeit einen gewissen Sollwert nicht unterschreitet oder der Endwert nicht mehr unterschritten wird, schaltet das Gerät in den Fehler­ status.

Claims (3)

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) für das Kalibriergas 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 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 betätigbaren elektrisch beheizten Zinn-Schmelz-Verschluß (13) angeordnet ist, wobei das Prüfgas aus dem Zwischenbehälter (12) über die Gasleitung (5) in die Meßkammer (2) des Sensors (1) strömen kann.

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) für das Kalibriergas 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 (8) angeordnet sind, an denen elektrisch betätigte Thermoventile angebracht sind, wobei als Thermoventile elektrisch beheizbare Sprengdrähte (9) verwendet werden, welche bei elektrischer Beheizung die obere Kuppe eines Glasröhrchens (8) absprengen oder wobei als Thermoventile elektrisch beheizbare Zinn-Schmelz-Verschlüsse (13) verwendet werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (2.1) der Meßkammer (2) in Gebrauchsstellung im oberen Bereich der Meßkammer (2) angebracht ist und die Gaszuleitung (5) von unten in die Meßkammer (2) führt.