DE3718549A1

DE3718549A1 - Anordnung und verfahren zum nachweis von kohlenmonoxid

Info

Publication number: DE3718549A1
Application number: DE19873718549
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: GYULAI MARIA DOBOSNE
Current assignee: Endress and Hauser Gastec GmbH and Co
Priority date: 1987-06-03
Filing date: 1987-06-03
Publication date: 1988-12-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Nachweis von Kohlenmonoxid.

Es ist bekannt, daß Kohlenmonoxid mit verschiedenen prinzipiell funktionierenden Transistoren nach gewiesen werden kann. Es sind bekannt Halbleiteroxid- (Zinnoxid) PGS-Sensoren, die durch Kohlenmonoxidad sorption veränderten Widerstand den Kohlenmonoxid nachweisen. Andere Sensoren sind elektrochemische Sensoren, die Kohlenmonoxid mit einer elektrochemi schen Reaktion verbrennen. Wiederum andere Sensoren vom Pellistortyp weisen Kohlenmonoxid durch kataly tische Verbrennung nach. Alle diese Sensoren haben starke Querempfindlichekit gegenüber verschiedenen anderen Komponenten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine querempfindlichkeitsverbesserte Kohlenmonoxid nachweisanordnung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Nachweis nicht durch einen einzigen physikalischen (z. B. Adsorption) oder physikochemischen (elektroche mische oder katalytische Verbrennung) geschieht, son dern es werden mehrere Vorgänge nacheinander geschal tet und der Nachweis wird dadurch selektiver. Es wird zuerst das Kohlenmonoxid mit Wasser, Kohlendioxid und Wasserstoff umgewandelt und dann der entsprechende Wasserstoff nachgewiesen. Die Umwandlung des Kohlen monoxides mit Wasser zu Wasserstoff kann durch Umge bungsfeuchtigkeit oder aus einem extra Feuchtigkeits spender und auf einem Katalysator oder auf einer auf geheizten Katalysatoroberfläche stattfinden. Das entstehende Wasserstoff wird durch eine wasserstoff empfindliche Sensoreinheit nachgewiesen. Die Konzen tration des Wasserstoffes ist proportional mit der Menge der Kohlenmonoxidkonzentration.

Dieser Kohlenmonoxidsensoraufbau besteht aus zwei zusammen integrierten Teilen. Diese Teile, also die Umwandlungseinheit und die Sensoreinheit kann eine integrierte Variation sein, wobei beide Teile als Dünnfilm- Dickfilm- oder Halbleitertechnologie hergestellt werden können. So kann z. B. die Umwandlungseinheit ein aufgeheizter Dünnfilmwider stand (Platin oder Palladium) oder ein katalysator beschichteter aufgeheizter Dünnfilmwiderstand sein. Der Wasserstoffsensor kann auch wiederum ein wasser stoffempfindlicher Widerstand oder ein selektiver oder nicht selektiver Sensor sein.

Die Selektivität entsteht durch das spezielle Meß verfahren. Zuerst wird ein Grundsignal vom Wasser stoffsensor gemessen und in diesem Grundsignal die eventuell vorhandene Wasserstoffhintergrundkonzen tration schon berücksichtigt, dann wird in der Umwand lungseinheit der Kohlenmonoxid mit Wasserstoff umge wandelt und diese kurzfristige Vereinbarung wird dann bei dem Wasserstoffsensor gemessen. Also, die Kohlen monoxidkonzentration wird proportional mit dieser kurzfristigen Veränderung.

Die Umwandlungseinheit, also die Wasserstoffeinheit, kann periodisch eine Nullpunktsignalstabilisierung stattfinden; ein Nullpunktdrift des Wasserstoffsen sors oder eine langsamere Wasserstoffhintergrund konzentrationsveränderung spielt keine Rolle. Der Sensor wird auf Nullpunktdrift unempfindlich und wird ein langzeitstabiles Signal liefern. In diesem Sensor kann natürlich auch ein Feuchtigkeitssensor mitinte griert werden, und mit dem Wert kann dann die ge messene Wasserstoffkonzentration korrigiert werden; was wiederum bedeutet, daß der Sensor oder die Umwandlungseinheit nicht unbedingt in einem feuchten konzentrationsunabhängigen Bereich arbeiten sollte, sondern daß in jedem Feuchtigkeitsbereich die Umwand lung stattfinden kann. Bei so einem Meßverfahren und dieser Funktionsweise ist es vorteilhaft, wenn die gesamte Steuerung (Ein- und Ausschaltung der Umwand lungseinheit und Speicherung des Nullpunktwertes) mit Hilfe einer Mikroprozessorsteuerung erfolgt.

Claims

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor der Kohlenmonoxid-Nachweiseinheit zwei Funktionen vereinigt. Zum einen wird das Kohlenmonoxid mit Wasser in Kohlendioxid und Wasserstoff umgewandelt. Zum anderen wird das Kohlenmonoxid anhand des bei der Reaktion entstehenden Wasserstoffs nachgewiesen.
1. Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung des Kohlenmonoxids und der Nachweis des Wasserstoffs räumlich bzw. aufbaumäßig in zwei getrennten Teilen realisiert werden.
2. Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff-Umwandlung und der Wasserstoff-Nachweis in der gleichen Einheit erfolgen.
3. Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, daß der für die Umwandlung eventuell notwendige Wasserdampf aus einem kleinen Wasserreservoir stammt.
4. Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, daß das für die Umwandlung benötigte Wasser aus der Umgebung stammt.
5. Anspruch 5 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit mit einem zusätzlichen Feuchtigkeits-Meßfühler ausgerüstet ist, mit dem die Umgebungs-Feuchtigkeit gemessen und kontrolliert werden kann. Falls es erforderlich ist, werden die Meßsignale den Feuchtigkeitswerten entsprechend korrigiert.
6. Anspruch 6 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenmonoxid-Umwandlung-Einheit und Wasserstoff-Nachweiseinheit die übliche diskrete Bauweise haben.
7. Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, daß beide Einheiten bzw. die eine integrierte Einheit in Halbleiter-Technologie und in integrierter Bauweise realisiert werden.
8. Anspruch 8 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik in die Umwandlungs- und Nachweis-Einheit integriert wird.
9. Anspruch 9 ist dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Sensor-Steuereinheit in die Umwandlungs- und Nachweis-Einheit integriert wird.
10. Anspruch 10 ist dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Einheit in integrierter Form vorliegt, wobei die Integration in Dünn- oder Dickfilmtechnologie, Halbleitertechnologie oder auch anders erfolgen kann.
11. Anspruch 11 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoff-Nachweiseinheit ein sehr selektiver Sensor ist.
12. Anspruch 12 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoff-Nachweiseinheit ein nicht nur auf Wasserstoff selektiver Sensor ist.
13. Anspruch 13 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoff-Nachweiseinheit so angeordnet ist, daß kein Wasserstoffverlust entsteht.
14. Anspruch 14 ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Kohlenmonoxid-Filter eingebaut wird und beim Einschalten der Umwandlungseinheit ein zweites Nullsignal generiert wird, wobei das Kohlenmonoxid aus dem zu untersuchenden Gas ausgefiltert wird. Dadurch kann eine Wasserstoffkonzentration, die von der Umwandlungseinheit eventuell auch ohne eine Kohlenmonoxid-Reaktion erzeugt wird, als Blindwert gespeichert werden.
Verfahren 15 zur Messung von Kohlenmonoxid ist dadurch gekennzeichnet, daß zuerst ein Grundsignal vom Wasserstoff-Sensor gemessen wird und daß dann ein Steuersignal an die Umwandlungseinheit ausgegeben wird. Daraufhin erfolgt eine Kohlenmonoxid-Wasserstoff-Umwandlung, wobei das jetzt gemessene Wasserstoff-Signal mit dem vorherigen Nullpunkt-Signal des Wasserstoff-Sensors verglichen wird. Die Differenz beider Signale ist proportional zur Kohlenmonoxid-Konzentration.
16. Verfahren 16 ist dadurch gekennzeichnet, daß die in Punkt 15 beschriebene Signaldifferenz mit einer gespeicherten Eichkurve verglichen wird und dann ein evtl. korrigierter Wert für die Kohlenmonoxid-Konzentration ausgegeben wird.
17. Verfahren 17 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchtigkeit durch einen extern oder intern integrierten Feuchtigkeitsdetektor gemessen wird. Durch die Einbeziehung der Feuchtigkeitswerte wird die Wasserstoffkonzentration korrigiert.
18. Verfahren 18 ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Parameter wie z. B. Druck und Temperatur gemessen werden und die Signaldifferenz des Wasserstoff-Sensors (oder das Signal für die Kohlenmonoxid-Konzentration) anhand dieser Werte nochmals korrigiert wird.
19. Verfahren 19 ist dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Meßwerterfassung und -korrektur sowie die Datenspeicherung mit Hilfe einer Mikroprozessor-Steuerung erfolgt.
20. Verfahren 20 ist dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorschalten eines Kohlenmonoxid-Filters ein Wasserstoff-Blindwert gemessen und gespeichert werden kann, der möglicherweise beim Einschalten der Umwandlungeinheit entsteht. Um diesem Blindwert soll das gemessene Wasserstoff-Signal korrigiert werden.