DE2622851B2 - Gasspürgerät - Google Patents
GasspürgerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gasspürgerät mit einem Halbleiter-Gsisspürelement mit einem Widerstand in
Reihenschaltung, insbesondere in einer Brückenschaltung, wobei sich der elektrische Widerstand des
Gasspürelements unter Einwirkung bestimmter Gase oder Dämpfe ändert und der resultierende Spannungsabfall
am Gasspürelement erfaßt wird.
Mit Geräten dieser Art kann eine zeitlich begrenzte oder auch dauernde Überwachung der Atmosphäre
auf bestimmte Gase oder Dämpfe durch Messung der Konzentration derselben erfolgen. Bekannt sind Geräte
dieser Art, die mit Gasspürelementen arbeiten, bei denen die bei der katalytischen Verbrennung auftretende
Wäirmetönung an einer elektrisch vorgeheizten Detektorwendel ausgenutzt wird.
Die Lebensdauer dieser Gasspürelemente ist unter Umständen, insbesondere bei bestimmten Medien,
wie bei chlorierten Kohlenwasserstoffen, z.B. Vinylchlorid oder Methylenchlorid, sehr begrenzt, und
schon nach kurzer Einsatzzeit müssen dieselben ausgewechselt werden, da sich ihre Empfindlichkeit irreversibel
verändert hat. Die Überwachung dieser Medien ist aber insbesondere irn explosionsgefährdeten
Konzentrationsbereich notwendig. Hinzu kommt bei den genannten Nachweiselementen die Frage der
Eindeutigkeit der Anzeige. 1st es doch für den Nachweis erforderlich, daß hinreichend Sauerstoff in der
zu überwachenden Atmosphäre vorhanden sein muß, damit eine vollständige Verbrennung am Nachweiselement
erfolgen kann. Die Anzeige kann deshalb bei Wärmetönungsgeräten in diesem Bereich doppeldeutigsein,
wenn die Konzentration des Gases einen Wert überschreitet, bei dem der vorhandene Sauerstoff für
eine vollständige Verbrennung nicht ausreicht.
Es sind ferner Gasspürgeräte bekannt, die mit Halbleiter-Sensoren arbeiten. Diese Halbleiter-Sensoren
ändern unter Einwirkung bestimmter Gase oder Dämpfe ihre elektrische Leitfähigkeit, sie werden zu
diesem Zweck aufgeheizt, gemessen wird die Leitfähigkeit, z. B. nach der US-PS 3 932807 in einer Brükkenschaltung.
Die Empfindlichkeit dieser Elemente ist im allgemeinen sehr groß und reicht z.B. bis in
den Bereich von einigen 1000 ppm. Die Anzeige hängt im allgemeinen nicht linear von der Konzentration ab.
Bei größer werdenden Konzentrationen geht die Widerstandsänderung sehr stark zurück, so daß die Anzeigeänderung
nur gering ist und eine Ausage über die Konzentration ungenau wird. Insbesondere bei
brennbaren Gasen und Dämpfen in Luft liegt der interessierende, nachzuweisende Konzentrationsbereich
im allgemeinen in der Größenordnung von einigen Volumprozent, wenn man den Bereich der
unteren Explosions- bzw. Zündgrenze erfassen will.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, mit der eine weitgehende
Linearisierung der Abhängigkeit des Ausgangssignals des Spürelementes in Abhängigkeit von der Gaskonzentration
bis in den Bereich von 100% der UZG (Untere Zündgrenze) erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Schaltung parallel zum Gasspürelement
eine Diode in Durchlaßrichtung, bezogen auf die anliegende Spannung, geschaltet ist, und die
Stromversorgung des Gasspürelementes mit parallel geschalteter Diode so eingestellt ist, daß bei Abwesenheit
von nachzuweisenden Gasen oder Dämpfen der Durchlaßstrom der Diode wesentlich größer ist
als der Durchlaßstrom des Gasspürelementes.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zur Temperaturkompensation der Diode
im Meßzweig A der Brücke, die parallel zum Gasspürelement geschaltet ist, in den Brückenzweig /i
eine weitere Diode in Reihe mit dem Brückenwiderstand dieses Zweiges geschaltet ist.
Diese Maßnahme ergibt eine Stabilisierung des Arbeitspunktes der Brücke.
Um eine konstante Brückenspannung verwenden zu können, wird ein Stellwiderstand in Reihe mit dem
Gasspürelement vorgesehen, der gestattet, den Arbeitspunkt der Diode einzustellen.
Schließlich können sowohl im Brückenzweig A wie im Brückenzweig ß Stellwiderstände vorgesehen sein,
die auch als Doppelpotentiometer auf einer Achse angeordnet sein können, so daß mit einer Einstellung
der günstige Arbeitsbereich der parallel zum Gasspürelement liegenden Diode eingestellt werden
kann.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß es möglich ist, mit den bekannten Halbleiter-Gasspürelementen
Gase und Dämpfe in einem weiten Konzentrationsbereich bis in dtn Bereich der
»UZG« (Untere Zündgrenze) reproduzierbar und mit nahezu linearer Abhängigkeit von der Konzentralion
messen zu können. Wobei als weiterer Vorteil hinzukommt, daß diese Schaltung es ermöglich!, den bestehenden
Vorteil des Gasspürelementes auch bei stark aggressiven Gasen und Dämpfen voll auszunutzen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Schaltung
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 Beispiel einer prinzipiellen elektrischen Eingangsschaltung,
Fig. 2 Beispiel einer Eingangsschaltung mit Temperaturkompensation,
Fig. 3 und 4 Beispiele von Schaltungen mit konstanter Versorgungsspannung,
Fig. 5 den KennJinienverlauf in Abhängigkeit von der Gaskonzentration
s) ohne Beschallung
m) mit Beschallung.
In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Eingangsschaltung eines Gasspürgerätes nach der Erfindung dargestellt.
Das Gasspürelement 1, welches durch eine nicht dargestellte elektrische Heizspannung auf die Arbeitstemperatur
gebracht wird, ist mit den Anschlüssen der gasabhängigen Widerstandsschicht in einer
Brückenschaltung zusammen mit weiteren Widerständen 2, 3, 4 und 5 angeordnet. Der Abgleich der
Brücke wird am Stellwiderstand 5 vorgenommen. Die Brückenspannung wird an den Punkten α und b zugeführt.
Der Abgleich der Brücke erfolgt durch Messung der Spannung an den Punkten c und el.
Parallel zum gasabhängigen Spürelement I ist eine Diode 7 in Durchlaßrichtung, bezogen auf die an den
Punkten α und b liegende Gleichspannung, geschaltet.
Die Einstellung der Brückenspannung erfolgt an einem Stellwiderstand 6, dieser liegt an der Brückenversorgungsspannung
Uv, sie wird bei einer Atmosphäre, die frei ist von dem nachzuweisenden Gas bzw.
Dampf, so eingestellt, daß an der Diode 7 eine so große Spannung anliegt, daß der Diodenstrom gerade
in Durchlaßrichtung im Knickbereich der Kennlinie der Diode liegt, so daß der Durchlaßwiderstand der
Diode wesentlich kleiner als der Widerstand des Gasspürelementes 1 ist.
Die Brücke wird nach dieser Einstellung mit dem Stellwiderstand 5 auf Null abgeglichen. Bei Auftreten
von nachzuweisendem Gas ändert sie!· der Widerstand des Gasspürelementes 1, er wird zum Beispiel kleiner,
damit wird die an der Diode liegende Spannung kleiner der Dioden-Durchlaßwiderstand wird deshalb
größer. Schließlich bestimmt bei entsprechender Gaskonzentration der Widerstand 1 ailein das Anzeigeverhalten.
Um eine Temperaturabhängigkeit des Kennlinienverlaufs der Diode auszugleichen ist es
zweckmäßig, eine weitere Diode 9 in den anliegenden Brückenzweig zu schalten, wie Fig. 2 zeigt. Zur besseren
Symmetrierung ist es zweckmäßig, einen Widerstand 8 in diesen Brückenzweig einzuschalten. Ist die-
scr, wie in Fig. 3 dargestellt, einstellbar, so kann mit ihm der Arbeitspunkt der Diode 7 eingestellt werden.
Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß die Versorgungsspannung der Brücke konstant
gehalten werden kann, wodurch eine zusätzliche Stabilisierung der Brücke erreicht wird. In der Fig. 4 ist
schließlich eine Brückenschaltung dargestellt, bei der eine weitgehende Temperaturkonstanz der Brücke
und ein konstanter Nullpunkt unabhängig vom Gasspürelement und der Einstellung der Stellwiderstände
erzielt wird. Mit den Widerständen 8 und 10, die zweckmäßig auf einer Achse angeordnet sind, wird
der Arbeitsbereich der Diode in der Brücke eingestellt. Die Widerstände 11 und 12 dienen zur Begrenzung
des Einstellbereiches der Drehwiderstände 8 und 10.
Es ist ferner zweckmäßig, zur Temperaturkompensation des Gasspürelementes die Dioden 7 und 9 auch
räumlich dem Sensor zuzuordnen. Fig. 5 gibt den Verlauf des Ausgangssignals der Brücke in Abhängigkeit
von der Gaskonzentration an, wobei die Kurve »s« den Verlauf ohne Beschallung und die Kurve »m«
den Verlauf mit der Beschallung durch die Diode 7 darstellt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Gasspürgerät mit einem Halbleiter-Gasspürelentient
mit einem Widerstand in Reihenschaltung, insbesondere in einer Brückenschaltung,
wobei sich der elektrische Widerstand des Gasspürelementes unter Einwirkung bestimmter
Gase oder Dämpfe ändert und der resultierende Spannungsabfall am Gasspürelement erfaßt wird,
dadurch gekennzeichnet, daB in der Schaltung parallel zum Gasspürelement (1) eine Diode
(7) in Durchlaßrichtung, bezogen auf die anliegende Spannung geschaltet ist, und die Stromversorgung
des Gasspürelementes (1) mit parallelgeschalteter Diode (7) so eingestellt ist, daß bei
Abwesenheit von nachzuweisenden Gasen oder Dämpfen der Durchlaßstrom der Diode wesentlich
größer ist als der Durchlaßstrom des Gasspürelementes (1).
2. Gasspürgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß im Brückenzweig vordem Gasspürelement (1) mit parallelgeschallteter Diode (7)
eine Diode (9) in Durchlaßrichtung eingeschlatet ist.
3. Gasspürgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wahl des Arbeitspunkles
der Diode (7) ein Potentinneter (6) an der Brückenversorgungsspannung vorgesehen ist.
4. Gasspürgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einstellung des
Arbeitspunktes der Diode (7) in den Brückenzweigen (A) und (ß) Einstellwiderstände (8, 10)
vorgesehen sind.
5. Gasspürgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Einstellwiderstände
(8, 10) ein mechanisch gekoppelter Doppeldrehwiderstand eingesetzt ist.
6. Gasspürgerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Dioden (7) und (9) Siliziumdioden
eingesetzt sind.
7. Gasspürgerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Diode (7) eine Zenerdiode
verwendet wird.
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