DE2622851C3 - Gasspürgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasspürgerät mit einem Halbleiter-Gasspürelement 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 Span- -,-, nungsabfall 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 Ge- _b0 rate dieser Art, die mit Gasspürelementen arbeiten, bei denen die bei der katalytischen Verbrennung auftretende Wärmetönung an einer elektrisch vorgeheizten Detcktorwendel ausgenutzt wird.

Die Lebensdauer dieser Gasspürelemente ist unter _b5 Umständen, insbesondere bei bestimmten Medien, wie bei chlorierten Kohlenwasserstoffen, z.B. Vinylchlorid oder Melhylcnchlorid, 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 im explosionsgefährdeten Kon/entrationsbereich notwendig. Hinzu kommt bei den genannten Nachweiselementen die Frage der Eindeutigkeit der Anzeige. Ist 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 Wäimetönungsgeräten in diesem Bereich doppeldeutig sein, 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 3 932 807 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 Zündgrenzc) 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 B eine weitere Diode in Reihe mit dem Brtickenwiderstand 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 B 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-Gasspiirelementen Gase und Dämpfe in einem weiten Konzentrationsbereich bis in den Rereich der »UZG« (Untere Zündgrenze) reproduzierbar und mit nahezu linearer Abhängigkeit von der Konzentration messen zu können. Wobei als weiterer Vorteil hinzukommt, daß diese Schaltung es ermöglicht, 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 Kennlinienverlauf 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 ύπ 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 d. r>

Parallel zum gasabhängigen Spürelement 1 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 Brücken- 4» Versorgungsspannung Uv, sie wird bei einer Atmosphäre, die frei ist von dem nachzuweisenden Gas bzw. Dampf, so eingestellt, daß an ι !er 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 sich der Widerstand des Gasspürelementes 1, er wird zum Beispiel kleiner, damit wird die an der Diode liegende Spannung kleiner, der Dioden-Durchlaßwiderstaiid wird deshalb größer. Schließlich bestimmt bei entsprechender Gaskonzentration der Widerstand 1 allein 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 dieser, 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 Gasspiirelementes die Dioden 7 und 9 auch räumlich dem Sensor zuzuordnen. Fig. 5 gibt den Verlauf des Ausgangssignals der Brücke in Abhängigkeit von der Gaskonzentralion 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)

Patentansprüche:

1. Gasspürgerät mit einem Halbleiter-Gasspürelement 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, ι ο dadurch gekennzeichnet, daß 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 Gaseiv oder Dämpfen der Durchlaßstrom der Diode wesentlich größer ist als der Durchlaßstrom des Gasspürelementes (1).

2. Gasspürgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Brückenzweig vor dem Gasspürelement (1) mit parallelgeschalteter Diode (7) eine Diode (9) in Durchlaßrichtung eingeschlatet ist.

3. Gasspürgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wahl des Arbeitspunktes der Diode (7) ein Potentimeter (6) an der ' B rücken Versorgungsspannung 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 (B) Einstellwiderstände (8, 10) vorgesehen sind.

5. Gasspürgerät nach Anspruch 1 bis4, dadurch 3-, gekennzeichnet, daß für die Einstelhviderstände (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.