DE3634786A1 - Schadstoffsensor mit situationsangepasstem steuer- und schaltverfahren - Google Patents

Description

Halbleitersensoren, die ihren inneren Widerstand verändern, wenn Schad- und andere Gase vom Sensor erkannt werden, sind in vielfältigen Anwendungen bekannt.

Das Funktionsprinzip ist in der Regel, daß das Sensorelement zusammen mit einem Außenwiderstand einen Spannungsteiler bildet. Die abgegriffene Mittelspannung ist ein Maß für die Belastung der Luft.

Weiter ist bekannt, daß die meisten Halbleitersensoren temperaturempfindlich sind. Darum sind verschiedene Verfahren aufgezeigt worden, diese Temperaturempfind­ lichkeit auszugleichen, indem z.B. der Außenwiderstand mit einem NTC-Widerstand beschaltet wird, dessen Charakte­ ristik der Temperaturcharakteristik des Sensors entspricht.

Ferner ist bekannt, daß die Empfindlichkeit der Sensoren abhängig ist von der Luftfeuchte. Die Sensoren werden in der Regel empfindlicher mit ansteigender Feuchte. Um Feuchte und Temperatur erfolgreich zu kompensieren, ist ein erheblicher Schaltaufbau notwendig.

Beim Einsatz des Sensors zur Steuerung der Umluftklappe in Kraftfahrzeugen, wie sie z.B. in den Patentanmeldungen P 35 05 670.3 und P 35 04 156.0 beschrieben sind, kann diese Querempfindlichkeit gegenüber vorzugsweise Feuchte zu unterschiedlichen Schaltpunkten führen, die subjektiv und objektiv falsch sind.

Es ist daher vorgeschlagen worden, das abgegriffene Spannungssignal zu differenzieren und jeweils dann zu schalten, wenn eine nachhaltige Änderung des Schad­ stoffpegels erfolgt.

Dieses Verfahren unterdrückt vorteilhaft alle Einflüsse, die auf Temperatur- und feuchte Einflüsse zurückführbar sind.

Nachteilig ist, daß die Ansprechempfindlichkeit auch eine Funktion der Zeit ist. Das bedeutet, daß kurze - plötzlich auftretende Schadstoffbelastungen durchaus zu einem Schalten führen, sich "schleichend" aufbauende Schadstoffbelastungen, wie sie in der Straßenverkehrs­ situation durchaus auftreten können, von der Vorrichtung ignoriert werden.

Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg auf, die Ein­ flüsse von Temperatur und Feuchte absolut zu unterdrücken.

Als weitere positive Eigenschaft der Erfindung ist zu nennen, daß die Empfindlichkeit der Anordnung gegenüber Schadstoffen sich an die Situation anpaßt.

Diese Verschiebung des Schaltpunktes ist physiologisch erwünscht.

Wird das Auto beispielsweise auf der Landstraße in sauberer Umgebungsluft gefahren, wirkt sich das Vorhandensein beispielsweise eines anderen Fahrzeuges ungewöhnlich störend aus, weil das Empfinden des Geruchssinns deutlich sensibilisiert worden ist.

Im umgekehrten Falle ist im dichten Großstadtverkehr es nicht wünschenswert, daß die Frischluftklappe des Fahrzeuges nahezu permanent geschlossen ist. Weil auch die Sensibilität gegen­ über Schadstoffen deutlich gemindert ist, ist es hier wünschenswert, wenn die Ansprechempfindlichkeit abgesenkt ist.

In Fig. 1 ist eine grundsätzliche Ausführung der Erfindung beschrieben: Der Sensor (3) ist als Spannungs­ teiler mit einem Außenwiderstand (4) ausgebildet, der temperaturkompensiert ist. Am Meßpunkt 1 (5) wird die Sensorspannung abgenommen und einem Schaltverstärker (1) zugeführt. Der Arbeitspunkt des Schaltverstärkers kann über das Potentiometer P 1 (6) eingestellt werden. Das Potentiometer P 1 kann durch eine Widerstandskombination ersetzt werden.

Das am Meßpunkt 1 stehende Sensorsignal wird einem Integrier­ glied zugeführt, was durch den Widerstand R 1 und den Kondensator C 1 gebildet wird.

Die Zeitkonstante dieses Integriergliedes ist so gewählt, daß kurze Änderungen der Sensorspannung nahezu keine Auswirkungen zeigen, Langwärme, stetige Änderungen dagegen sehr wohl.

Als praktisch hat sich eine Zeitkonstante herausgestellt, die etwa 2 min. ist.

Über einen Operationsverstärker (2), der als nicht inver­ tierender Impendanzwandler geschaltet ist, gelangt das integrierte Signal über den Widerstand R 2 zum Schalt­ verstärker (1), wo es die Schaltschwelle verändert.

Da der Einfluß von Feuchte, Temperatur und des subjektiven Empfindens nicht so groß werden darf, daß der Sensor bei einer über eine längere Zeit vorliegende starke Belastung der Luft nicht mehr schaltet, muß der Einfluß der oben beschriebenen Anordnung gemindert werden.

Erfindungsgemäß wird das erreicht, indem das Verhältnis der Widerstände R 2 und R 3 zueinander die Fähigkeit des Schaltverstärkers bestimmen, seinen Arbeitpunkt zu ver­ ändern.

In der bevorzugten Auslegung sind die Widerstände so dimensioniert, daß der Schaltpunkt im Bereich von ± 15% gleiten kann.

Damit wird durch die Erfindung folgender Vorteil erreicht.

• 1. Die statischen Einflüsse von Luftfeuchte und Temperatur werden wirkungsvoll unterdrückt. Die dynamischen Eigen­ schaften des Sensors, d.h. das Ansprechverhalten auf Schadstoffbelastungen der Luft, ist dagegen nicht nach­ teilig beeinflußt.
• 2. Bei überwiegend schadstoffarmer Luft ist das Schalt­ verhalten des Sensors empfindlicher und trägt damit physiologisch-subjektiven Gegebenheiten Rechnung.
• 3. Bei permanent hoher Belastung ist das Schaltverhalten des Sensors unempfindlicher, womit erreicht wird, daß die Lüftungsklappe nicht über einen unzulässig langen Zeitraum geschlossen bleibt, sondern sich in Phasen relativ geringbelasteter Luft wieder öffnen kann, was die klimatische Situation im Innenraum von Fahrgast­ zellen vereinfacht, weil insbesondere Feuchtigkeit aus­ getragen werden kann. Damit ist die Gefahr deutlich verringert, daß sich z.B. die Scheiben beschlagen.
• 4. Ein weiterer nicht zu unterschätzender Vorteil der Erfindung ist die Tatsache, daß sich eine genaue Selektion der Sensorelemente weitgehend erübrigt, weil sich die Schaltung sozusagen selbst abgleicht.

Claims (5)

1. Schadstoffsensor mit integrierter Signalvorverarbeitung zum Zwecke der Klappensteuerung in Kraftfahrzeugen auf der Basis von Halbleiter-Schadstoffsensoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt des Schaltverstärkers (1) nicht konstant bleibt, sondern sich in Abhängigkeit des vom Sensor gelieferten Signals verändern kann.

2. Schadstoffsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal eine Integration erfährt.

3. Schadstoffsensor nach Anspruch 1-2 dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß auf den Schaltpunkt dadurch begrenzt wird, daß die Schalt­ spannung am Schaltverstärker (1) dadurch ergibt, daß sich die Spannungen am Ausgang des Integrier­ gliedes und am Ausgang eines für die Schaltspannung verantwortlichen Spannungsteilers (6) über zwei Widerstände addiert, wobei das Verhältnis dieser beiden Widerstände zueinander frei wählbar ist.

4. Schadstoffsensor nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltzeitpunkt unsymmetrisch beeinflußbar ist, indem parallel zu dem in Anspruch 3 erwähnten Additionswiderstand eine Dioden/Widerstandskombination mit dem Ziel geschaltet wird, die gleitende Anpassung des Schaltpunktes in eine der Schaltrichtung der Diode entsprechende Richtung einseitig und unsymmetrisch zu beeinflussen.

5. Sensor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltverstärker (1) durch eine Gegenkoppelung (Fig. 2) beschaltet wird, daß am Ausgang des Sensors ein Analogsignal zur Verfügung steht, das dann weitestgehend von den Einflüssen von Temperatur und Feuchte befreit ist.