DE3629483C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Methan- und/oder CO-Volumenkonzentration, insbesondere im Bergbau unter Tage, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gleichzeitig betrifft die Erfindung ein Gasmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens. Das Anwendungsgebiet von Meßgerät und Verfahren ist jedoch nicht auf den Bergbau beschränkt, sondern bezieht sich auch auf Räume über Tage, in denen mit dem Auftreten brennbarer Gasgemische zu rechnen ist.

Es sind Gasmeßgeräte und Verfahren zur Messung der Methan-Volumenkonzentration in Wetterströmen des Bergbaus bekannt, die nach den physikalischen Prinzipien der Infrarotabsorption, der Wärmeleitung und der Wärmetönung arbeiten. Diese Meßgeräte müssen periodisch überprüft und geeicht werden, damit sicher­ gestellt ist, daß der Meßwert immer innerhalb einer zulässigen Fehlertoleranz liegt. Die Prüfung erfolgt dabei in der Regel wöchentlich. Die vorbekannten Meßgeräte weisen einen Sensor zur Messung der Gas­ konzentration auf, der infolge von Alterung im Laufe der Zeit seine Empfindlichkeit einbüßt. Gleichzeitig verschiebt sich der Nullpunkt, so daß auch dieser regelmäßig neu eingestellt werden muß. Es sind daher Kontrollverfahren entwickelt worden, durch die der Nullpunkt bzw. die Empfindlichkeit des Sensors ferngesteuert oder automatisch kontrolliert werden können. Die Kontrolle des Nullpunktes und der Emp­ findlichkeit erfolgt dabei durch Aufgabe von Luft (Nullgas) und Prüfgas, welche über Magnetventile auf das Meßgerät aufgegeben werden. Die Umschaltung der Magnetventile erfolgt entweder manuell oder automatisch von einer Zeitschaltuhr oder einem Steuer­ rechner. Bei Abweichungen der Meßsignale vom Soll­ wert an einer Fernanzeige (z. B. Schreiber in einer zentralen Warte) können die Meßgeräte gezielt über­ prüft werden. Eine derartige Nullpunktskorrektur ist z. B. aus der DE-PS 24 01 278 bekannt. Hierbei handelt es sich um eine Einrichtung zur automatischen Nullpunktkorrektur an CO-Meßgeräten. CO-freie Luft wird in zyklischen Zeitabständen auf das Meßgerät aufgeschaltet. Gleichzeitig wird eine Regelung einge­ schaltet, die den Nullpunkt des Gasmeßgerätes auto­ matisch mit einer Fehlertoleranz von < =+/- 0,5 mm ppm CO einstellt.

Ein weiteres Verfahren zur Kontrolle von thermokata­ lytischen Schlagwetteranzeigern von Grubensystemen ist aus der DE-AS 28 43 545 bekannt. Hierbei wird ein thermokatalytisches Arbeitsfühlelement benutzt, das in einer Reaktionskammer mit Gasaustauschwand angeordnet ist. Das thermokatalytische Fühlemement wird bis zu der Temperatur erwärmt, bei der die Reaktion der Methanoxydierung gewährleistet wird. Die vom Anzeiger gelieferte Information über die Methan­ konzentration in der Grubenatmosphäre wird über eine Verstärker- und Wandlereinrichtung übertragen, von deren Ausgang das Meßsignal abgenommen wird.

Nachteilig bei den vorbekannten Meßgeräten ist jedoch, daß infolge des Einsatzes nur eines Sensors durch den Alterungsprozeß dieses Sensors die Wartungs­ intervalle im Laufe der Zeit immer kürzer gehalten werden müssen, weil die Empfindlichkeitsdrift mit der Zeit immer größer wird. Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist eine Korrektur des überalterten Sensors dann nicht mehr möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu führen, daß die Empfindlichkeitsdrift der Gasmeß­ geräte verringert wird, womit eine Verlängerung der Wartungsintervalle verbunden ist und gleich­ zeitig die Gesamtlebensdauer des Gerätes erhöht wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit Hilfe der Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Gemäß der Erfindung weist das Gasmeßgerät zwei Wärmetönungssensoren auf, die wechselweise unter­ schiedlich lange Zeiten eingeschaltet werden. Ein derartiger intermittierender Betrieb kann beispiels­ weise nach folgendem Schema ablaufen. Ein erster Sensor wird 15 Minuten betrieben und danach 27 Minuten in einen Ruhezustand geschaltet, während ein zweiter Sensor 30 Minuten betrieben wird und 12 Minuten in einen Ruhezustand geschaltet wird. Um einen kontinuierlichen Meßwertausgang zu ermöglichen, überlappen sich die Einschaltzeiten beider Sensoren derart, daß z. B. Sensor A eine Minute nach Einschalten des Sensors B abgeschaltet und dieser noch zwei Minuten betrieben wird, nachdem Sensor A wiederholt eingeschaltet worden ist. Die erste Minute des jeweiligen Überlappungsbereiches ist erforderlich, um den neu eingeschalteten Sensor auf einen stabilen Meßwert einschwingen zu lassen. Somit ist ein kontinuierlicher Meßwertausgang gewährleistet. In der zweiten Minute der Überlappungs­ zeit werden die Meßwerte beider Sensoren miteinander verglichen und die Lage der Arbeitspunkte der Sensoren geprüft. Wird ein Nachlassen der Empfindlichkeit der Sensoren festgestellt, so wird eine Wartungs­ anforderung ausgelöst. Der Einsatz zweier redundanter Sensoren hat den Vorteil, daß der Alterungsprozeß beider Sensoren verzögert wird. Dadurch, daß sich die beiden Sensoren bei der Messung der Gaskonzen­ tration abwechseln, verringert sich die Empfindlich­ keitsdrift des jeweiligen Sensors. Damit verbunden ist eine Verlängerung der notwendigen Wartungsinter­ valle.

Gemäß dem Merkmal des Anspruchs 2 wird der Sensor­ strom während der Überlappungszeit der Sensoren verän­ dert und die dabei auftretende Drift der Empfindlichkeit bestimmt. Beim Betrieb der Sensoren wird der Sensor­ strom so eingestellt, daß der Arbeitspunkt (A 1) in der Funktion E =f (I) im Sättigungsbereich liegt. Verringert sich die Empfindlichkeit der Sensoren, z. B. durch Alterung, so verschiebt sich die Funktion E =f (I) derart, daß der Arbeitspunkt (A 2) auf den ansteigenden Teil dieser Funktion rutscht.

Zur dynamischen Prüfung der Arbeitspunkte wird daher der Sensorstrom während der Überlappungszeit der Sensoren verändert und die dabei auftretende Änderung der Empfindlichkeit bestimmt.

Somit ergeben sich zwei unabhängige Kenngrößen für eine mögliche Änderung der Empfindlichkeit:

• 1. Bei Überschreiten einer bestimmten Empfindlichkeits­ änderung durch Variation des Sensorstromes wird eine Wartungsanforderung vom Meßgerät ausgelöst.
• 2. Da der eine Sensor doppelt solange betrieben wird wie der andere, ist zu erwarten, daß die Empfind­ lichkeitsdrift des länger betriebenen Sensors durch Alterung deutlich höher ist als bei dem kürzer betriebenen Sensor. Damit werden über der Zeit die Meßwerte beider Sensoren auseinander­ laufen. Bei einer bestimmten Empfindlichkeitsdifferenz wird vom Meßgerät selbstätig eine Wartungsanforderung ausgelöst.

Nach jeder Wartungsanforderung muß das Meßgerät dann durch Aufgabe von Prüfgas neu eingestellt werden. Hierzu muß der Prüfer eine Wartungstaste betätigen, mit der beide Sensoren in einen zehnminütigen Dauerbetrieb geschalttet werden, damit die Prüfarbeiten für beide Sensoren durchgeführt werden können (Anspruch 3).

Um jedoch langfristig eine möglichst gleichmäßige Alterung der Sensoren zu erreichen, wird der Ein-/ Ausschaltzyklus beider Sensoren nach jeder Wartung gewechselt. Somit ist im Laufe mehrerer Wartungs­ intervalle mal der eine Sensor länger eingeschaltet als der andere und umgekehrt.

Durch den intermittierenden Betrieb der Sensoren ist eine Verringerung der Empfindlichkeitsdrift durch Alterung zu erwarten. Dadurch ergibt sich eine Erhöhung der Gesamtlebensdauer der Sensoren und eine Verlängerung notwendiger Wartungsintervalle. Der intermittierende Betrieb, das Ermitteln der Kenngrößen für eine Empfindlichkeitsdrift sowie das Aufbereiten und Anzeigen der Meßwerte können dabei von einem Mikrorechner gesteuert werden.

Anspruch 5 schlägt ein Meßgerät zur Durchführung des Verfahrens vor, in welchem zwei Wärmetönungs­ sensoren angeordnet sind, die jeweils zwei Meßwendel enthalten, von denen eine katalytisch wirksam und die andere katalytisch unwirksam ist.

Die Zeichnung gibt charakteristische Diagramme des vorliegenden Erfindungsgegenstandes wieder. Bild 1 gibt den Schaltzyklus in Abhängigkeit von der Zeit der beiden Sensoren wieder. In diesem Falle ist der Sensor A jeweils 15 Minuten eingeschaltet, während die dazwischenliegende Ausschaltzeit 27 Minuten beträgt. Die Einschaltzeit des Sensors B beträgt hingegen 30 Minuten und seine Ausschaltzeit 12 Minuten. Die Einschaltzeit des Sensors B ist dabei so gelegt, daß dieser schon eine Minute in Betrieb ist, wenn der Sensor A abgeschaltet wird. Hierdurch hat der Sensor B Zeit, sich auf einen stabilen Meßwert einzuschwingen. Wird der Sensor A dann wieder eingeschaltet, bleibt der Sensor B noch 2 Minuten in Betrieb. Die erste Minute des Überlappungsintervalls dient wieder zum Einschwingen des Sensors A, während in der zweiten Minute der Überlappungszeit die Meßwerte beider Sensoren mit­ einander verglichen werden und durch Variation des Sensorstroms die Lage der Arbeitspunkte der Sensoren geprüft wird. Wird dabei eine zu große Empfindlich­ keitsänderung festgestellt, so wird eine Wartungs­ anforderung ausgelöst. Da während der Meßintervalle ein Sensor in etwa doppelt so lange in Betrieb ist wie der andere, ergibt sich bei den Sensoren im Laufe der Zeit eine Differenz der Sensorempfindlich­ keiten. Das ist im Diagramm (Bild 3) dargestellt. Um eine gleichmäßige Alterung der Sensoren zu gewährleisten, werden nach jeder Wartungsanforderung die Sensoren umgeschaltet. D. h. der vorher kürzer arbeitende Sensor übernimmt die Rolle des vorher länger arbeitenden und umgekehrt.

Bild 2 stellt in graphischer Darstellung den Verlauf der Funktion E =f (I) dar. Hierbei bedeutet E die Empfindlichkeit des Sensors und I den Sensorstrom.

In Abhängigkeit vom Sensorstrom steigt die Empfind­ lichkeit des Sensors in etwa linear an und geht dann schließlich in Sättigung über. Der Arbeitspunkt des Sensors wird so eingestellt, daß er auf dem Plateau der Kurve zu liegen kommt. Die durchgezogene Kurve stellt dabei die Kennlinie eines neuen Sensors dar, während die gestrichelt gezeichnete Kurve die Kennlinie eines gealterten Sensors darstellt. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, rutscht im Laufe der Betriebszeit des Sensors der Arbeitspunkt vom Plateau auf die ansteigende Flanke der Kurve. Ist dieser Zustand eingetreten, muß die Empfindlichkeit des Sensors neu eingestellt werden. Daher löst das Meßgerät in diesem Falle eine Wartungsanforderung aus.

Claims (6)

1. Verfahren zur Messung der Methan- und/oder CO-Volumenkonzentration, insbesondere im Bergbau unter Tage, nach dem Prinzip der Wärmetönung mit Hilfe zumindest eines Wärme­ tönungssensors, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wärmetönungssensoren für unterschiedlich lange Zeit eingeschaltet werden, derart, daß jeweils der eine Sensor (A) kurz nach dem Einschalten des anderen Sensors (B) abge­ schaltet und kurz vor dem Abschalten des anderen Sensors (B) wieder eingeschaltet wird und daß die Einschaltzeit des einen Sensors etwa doppelt so lang ist wie die Einschaltzeit des anderen Sensors, wobei die nachlassende Empfindlichkeit der Sensoren zur Auslösung einer Wartungsanforderung führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sensorstrom (I) während der Überlappungszeit der Sensoren (A und B) ver­ ändert und die dabei auftretende Änderung der Empfindlichkeit (E) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Wartungsanforde­ rung zur Neueinstellung des Meßgerätes beide Sensoren (A und B) auf Dauerbetrieb ge­ schaltet werden und ein Prüfgas aufgegeben wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschaltzyklus beider Sensoren (A und B) nach jeder Wartungsanforderung gewechselt wird.

5. Gasmeßgerät zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 mit mindestens einem Wärmetönungssensor, gekennzeichnet durch zwei Wärmetönungssensoren (A und B), die jeweils zwei Meßwendel enthalten, von denen eine katalytisch wirksam und die andere katalytisch unwirksam ist und durch eine Einrichtung, die jeweils den einen Sensor (A) kurz nach dem Einschalten des anderen Sensors (B) abschaltet und kurz nach dem Abschalten des anderen Sensors (B) wieder einschaltet, wobei die Einschaltzeit des einen Sensors (A) etwa doppelt so lang ist wie die Einschaltzeit des anderen Sensors (B), und die eine Wartungsanforde­ rung auslöst, wenn die Empfindlichkeit der Sensoren (A und B) nachläßt.

6. Gasmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das An- und Abschalten der Sensoren (A und B), das Ermitteln der Kenngrößen für die Empfindlichkeitdrift sowie das Aufbereiten und Anzeigen der Meßwerte durch einen Mikrorechner gesteuert werden.