DE19824383A1 - Vorrichtung zur Ermittlung von Luftverunreinigungen - Google Patents
Vorrichtung zur Ermittlung von LuftverunreinigungenInfo
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- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/122—Circuits particularly adapted therefor, e.g. linearising circuits
Abstract
Bei einer Vorrichtung zur Ermittlung von Luftverunreinigungen, insbesondere im Lüftungssystem von Kraftfahrzeugen, mit mindestens einem resistiven Sensor, dessen elektrischer Widerstand von der Konzentration der Gaskonzentration abhängt, sowie einer Schaltung zur Auswertung der Sensorsignale, ist der mindestens eine Sensor Teil eines eine Meßspannung erzeugenden Spannungsteilers. An dem Spannungsteiler und vorzugsweise an mindestens einem, eine Referenzspannung erzeugenden weiteren Spannungsteiler liegt eine gemeinsame Versorgungsspannung an. Die Meßspannung und die Referenzspannung sind ersten Eingängen je eines Komparators zuführbar. Jeweils ein zweiter Eingang der Komparatoren ist mit einer gemeinsamen, rampenförmig verlaufenden Vergleichsspannung beaufschlagt. Die Ausgänge der Komparatoren sind an Eingänge einer Auswerteschaltung angeschlossen, welche die Zeitdauer zwischen Sprüngen der Ausgangsspannung der Komparatoren mißt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung von Luftverunreinigungen,
insbesondere im Lüftungssystem von Kraftfahrzeugen, mit mindestens einem
resistiven Sensor, dessen elektrischer Widerstand von der Konzentration der
Luftverunreinigungen abhängt sowie einer Schaltung zur Auswertung der
Sensorsignale.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus DE 196 38 204 C1 bekannt.
Dort wird eine Vorrichtung zur Luftgütemessung beschrieben, bei der ein
Spannungssignal von einem für Luftverunreinigungen empfindlichen Sensor in
ein Zeitsignal umgewandelt wird. Der Dynamikbereich moderner Sensoren ist
derart groß, daß Maßnahmen getroffen werden müssen, um den Meßbereich
schaltungstechnisch beherrschen zu können. In DE 196 03 395 A1 wird eine
Einrichtung vorgeschlagen, bei der über eine Schaltung der Meßbereich der
Einrichtung an die Kennlinie des verwendeten Schadstoff-Sensors angepaßt
wird. Bei einer aus DE 195 27 426 A1 bekannten Schaltungsanordnung zur
Luftgütemessung wird der Meßbereich mittels einer Logarithmierschaltung an
die Sensorkennlinie angepaßt.
Für eine an den menschlichen Geruchssinn angelehnte Bewertung der Luftgüte
ist es häufig erforderlich, mehrere Sensoren mit unterschiedlicher Gasart-
Selektivität einzusetzen. In der Praxis hat sich beispielsweise der Einsatz von
mindestens zwei Sensoren für reduzierende und oxidierende Gase bewährt.
Die bekannten Vorrichtungen zur Ermittlung von Luftverunreinigungen sind
durch die Verwendung hochauflösender Analog/Digital-Wandler sehr teuer und
aufwendig herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Ermittlung von
Luftverunreinigungen anzugeben, die preiswert und einfach herstellbar ist und
die mit Sensoren eines großen Dynamikbereichs genau arbeitet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der mindestens eine
Sensor Teil eines eine Meßspannung erzeugenden Spannungsteilers ist, daß
an dem Spannungsteiler und vorzugsweise an mindestens einem eine
Referenzspannung erzeugenden weiteren Spannungsteiler eine gemeinsame
Versorgungsspannung anliegt, daß die Meßspannung und die
Referenzspannung ersten Eingängen je eines Komparators zuführbar sind, daß
jeweils ein zweiter Eingang der Komparatoren mit einer gemeinsamen,
rampenförmig verlaufenden Vergleichsspannung beaufschlagt ist, daß die
Ausgänge der Komparatoren an Eingänge einer Auswerteschaltung
angeschlossen sind, welche die Zeitdauer zwischen Sprüngen der
Ausgangsspannung der Komparatoren mißt. Durch die Verwendung von
einfachen Komparatoren, statt eines aufwendigen Analog/Digital-Wandlers, wird
die Vorrichtung vereinfacht. Die Vergleichsspannung ist von der Schaltung so
zu steuern, daß die nichtlineare Kennlinie (Widerstand als Funktion der
Gaskonzentration) des verwendeten Sensors auf eine mit einfachen Mitteln
auswertbare Kennlinie der Vorrichtung (Zeitdauer als Funktion der
Gaskonzentration) abgebildet wird.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Auswerteschaltung aus den gemessenen Zeitdauern ein den Grad der
Luftverunreinigungen kennzeichnendes Signal erzeugt. Damit läßt sich
beispielsweise die Umluftklappe eines Kraftfahrzeuges steuern. Bei Auftreten
einer Schadstoffwolke wird die Lüftung des Innenraums auf Umluftbetrieb
umgestellt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Verlauf der
Vergleichsspannung bei denjenigen Werten der Meßspannung kleine
Steilheiten aufweist, bei denen auch die Kennlinie des Sensors kleine
Steilheiten aufweist und daß der Verlauf der Vergleichsspannung bei
denjenigen Werten der Meßspannung große Steilheiten aufweist, bei denen
auch die Kennlinie des Sensors große Steilheiten aufweist. Bei einer stetig
verlaufenden Sensorkennlinie bewirkt dies eine Reduzierung der Kennlinien-
Krümmung. Die resultierende Kennlinie ermöglicht eine hohe Auflösung über
den gesamten Meßbereich und ist mit einfachen Mitteln auswertbar. Bei
Verwendung eines Mikroprozessors ist die Generierung beliebiger
Vergleichsspannungsverläufe kein Problem und kann im einzelnen dem
Fachmann überlassen bleiben.
Damit auch mehrere Gasarten gleichzeitig erkannt werden können, ist in einer
ersten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß für jede zu ermittelnde
Gasart ein Spannungsteiler mit resistivem Sensor und Komparator vorgesehen
ist. Der Schaltungsaufwand steigt bei dieser Vorgehensweise nur unterlinear
mit der Anzahl der verschalteten Sensoren, weil der Schaltungsaufwand für die
Auswerteschaltung und den Generator für die Vergleichsspannung nahezu
konstant bleibt.
Um nun auch die Drift der Versorgungsspannung und der Vergleichsspannung,
die bei Verwendung einfacher Schaltungen auftreten kann, sicher
kompensieren zu können, ist in einer nächsten Weiterbildung der Erfindung
vorgesehen, daß zwei Spannungsteiler zur Erzeugung zweier unterschiedlicher
Referenzspannungen vorgesehen sind, denen je ein Komparator zugeordnet
ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß eine weitere Referenzspannung
der Versorgungsspannung entspricht. Die Referenzspannungen werden über
den jeweiligen Komparator wiederum in Referenzzeitdauern umgewandelt, die
von der Auswerteschaltung verarbeitet werden.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist
schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und
nachfolgend beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Vergleichsspannung und der Aus
gangsspannungen der Komparatoren und
Fig. 3 die Meßgrößenverläufe dreier unterschiedlicher Sensoren bei vorge
gebenem zeitlichen Verlauf der Gaskonzentration.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer
Spannungsquelle, welche die Spannung Ur liefert, und zwei Spannungsteilern
1, 2, welche die Meßspannungen U1 und U2 erzeugen und welche die Sensoren
RS1 und RS2 enthalten, deren Widerstand sich beim Auftreten bestimmter
Gaskonzentrationen ändert. Zwei weitere Spannungsteiler 3, 4 mit
unterschiedlichen aber konstanten Teilerverhältnissen erzeugen die beiden
Referenzspannungen U3 und U4. Komparatoren 5 bis 8 vergleichen die von
einem Spannungsgenerator erzeugte Vergleichsspannung UC mit den von den
Spannungsteilern 5 bis 8 erzeugten Spannungen U1 bis U2 und erzeugen
Ausgangsspannungen E1 bis E4 in Abhängigkeit davon, ob die Spannungen U1
bis U4 jeweils größer als die Vergleichsspannung UC sind. Ein Mikrocomputer
10 wird von einem angeschlossenen Quarz 11 getaktet und mißt die Zeitdauern
der Ausgangssignale E1 bis E4 der Komparatoren 5 bis 8. Der Mikrocomputer
10 liefert in Abhängigkeit von der weiteren Verarbeitung der Signale E1 und E4
ein Ausgangssignal A, das die Luftgüte beschreibt.
In Fig. 2 sind die von dem Generator 9 erzeugte Vergleichsspannung UC und
die Ausgangsspannungen der Komparatoren 5 bis 8 dargestellt. Im Bereich
geringer Gaskonzentrationen haben die Sensoren RS1 und RS2 einen großen
Widerstand; im Bereich großer Konzentrationen wird ihr Widerstand klein.
Dementsprechend ist die Vergleichsspannung UC so vorgegeben, daß ihr
Verlauf bei kleinen Spannungswerten flach und bei großen Spannungswerten
steil ist. Die sich daraus ergebenden Sprünge bei t1 und t4 in den
Ausgangsspannungen E1 bis E4 der Komparatoren folgen im Beispiel in
derartigen zeitlichen Abständen, bezogen auf die Referenzzeitdauer t3-t4, daß
sie von der Gaskonzentration im wesentlichen abhängen. Die Kennlinien der
Gassensoren RS1 und RS2 werden im wesentlichen auf eine lineare Funktion
Konzentration = C.Zeitdauer abgebildet, wobei C eine Konstante ist. Der
angeschlossene Mikrocomputer 10 wertet die Differenzzeiten aus und erzeugt
ein Steuersignal A, welches das Überschreiten eines vorgegebenen
Grenzwertes durch die Luftverunreinigungen beschreibt.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem der Widerstand über der Zeit aufgetragen ist.
Die Kurven RS, RS', RS'' sind die Meßgrößenverläufe dreier Sensoren bei einem
vorgegebenen zeitlichen Verlauf der Konzentration eines Gases. Zu den
Zeitpunkten tS1, tS2 und tS3 wird die Gaskonzentration sehr hoch. Die drei
Kurven RS, RS', RS'' unterscheiden sich lediglich im Niveau voneinander. Diese
Unterschiede ergeben sich durch Schwankungen oder Änderungen im
Herstellprozeß der Sensoren. Aber auch die Kennlinie eines einzelnen Sensors
kann beispielsweise durch Temperatureinflüsse in der gezeigten
Größenordnung verschieben. Das Niveau der Meßgröße RS, RS', RS'' erlaubt
daher keine Aussage über den absoluten Wert der Gaskonzentration.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Ermittlung von Luftverunreinigungen, insbesondere im
Lüftungssystem von Kraftfahrzeugen, mit mindestens einem resistiven
Sensor, dessen elektrischer Widerstand von der Konzentration der
Gaskonzentration abhängt, sowie einer Schaltung zur Auswertung der
Sensorsignale, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Sensor
(RS1, RS2) Teil eines eine Meßspannung erzeugenden Spannungsteilers (1,
2) ist, daß mindestens eine Referenzspannung (U3, U4) ein Teil einer
Versorgungsspannung des Spannungsteilers (1, 2) ist, daß die
Meßspannung (U1, U2) und die Referenzspannung (U3, U4) ersten
Eingängen je eines Komparators (5 bis 8) zuführbar sind, daß jeweils ein
zweiter Eingang der Komparatoren (5 bis 8) mit einer gemeinsamen,
periodisch verlaufenden Vergleichsspannung (UC) beaufschlagt ist, daß die
Ausgänge der Komparatoren (5 bis 8) an Eingänge einer Auswerteschaltung
(10) angeschlossen sind, welche die Zeitdauer zwischen Sprüngen der
Ausgangsspannung (E1 bis E4) der Komparatoren mißt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Auswerteschaltung (10) aus den gemessenen Zeitdauern ein den Grad der
Luftverunreinigungen kennzeichnendes Signal (A) erzeugt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verlauf der Vergleichsspannung (UC) bei
denjenigen Werten der Meßspannung (U1, U2) kleine Steilheiten aufweist,
bei denen auch die Kennlinie des Sensors (RS1, RS2) kleine Steilheiten
aufweist und daß der Verlauf der Vergleichsspannung (UC) bei denjenigen
Werten der Meßspannung (U1, U2) große Steilheiten aufweist, bei denen
auch die Kennlinie des Sensors (RS1, RS2) große Steilheiten aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß für jede zu ermittelnde Gasart ein Spannungsteiler (1,
2) mit resistivem Sensor (RS1, RS2) und Komparator (7, 8) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwei Spannungsteiler (3, 4) zur Erzeugung zweier
unterschiedlicher Referenzspannungen (U3, U4) vorgesehen sind, denen je
ein Komparator (5, 6) zugeordnet ist.
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DE1998124383 DE19824383C2 (de) | 1998-05-30 | 1998-05-30 | Vorrichtung zur Ermittlung von Luftverunreinigungen |
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ID=7869506
Family Applications (1)
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DE1998124383 Expired - Fee Related DE19824383C2 (de) | 1998-05-30 | 1998-05-30 | Vorrichtung zur Ermittlung von Luftverunreinigungen |
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DE (1) | DE19824383C2 (de) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19527426A1 (de) * | 1995-07-27 | 1997-01-30 | Bosch Gmbh Robert | Schaltungsanordnung zur Luftgütemessung |
DE19603395A1 (de) * | 1996-01-31 | 1997-08-07 | Kostal Leopold Gmbh & Co Kg | Sensoreinrichtung |
DE19638204C1 (de) * | 1996-09-19 | 1998-01-15 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur Luftgütemessung |
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1998
- 1998-05-30 DE DE1998124383 patent/DE19824383C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE19638204C1 (de) * | 1996-09-19 | 1998-01-15 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur Luftgütemessung |
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