DE3917853A1 - Gasempfindlicher halbleitersensor mit frequenzabhaengig veraenderter selektivitaet - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß beheizte Sensorelemente aus Metalloxyden oder ähnlichen Materialien ihren inneren Widerstand dann verändern, wenn oxidierbare oder reduzierend wirkende Gase anwesend sind.

Weiterhin ist bekannt, daß die Empfindlichkeit verschiedenen Gasen gegenüber bei bestimmten Temperaturen jeweils am größten ist.

Übliche Auswerteschaltungen arbeiten daher mit einem Spannungs­ teiler, der aus einem ohmschen Widerstand und dem Sensor gebildet wird. Die sich im Spannungsteiler ergebene Teilerspannung ist eine Funtkion der Gaskonzentration.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren, bei dem der Sensor nicht mit Gleichstrom durchflossen wird, sondern mit Wechselspannung.

Bemerkenswert dabei ist die Tatsache, daß der mit verschiedenen Frequenzen ermittelte Sensorwiderstand nicht konstant ist, wie es bei einem ohmschen Widerstand zu erwarten wäre, sondern sich mit der Frequenz erheblich ändert. Bemerkenswert ist weiter, daß diese Änderungen nicht nur eine Funktion des jeweiligen Sensor­ typs ist, sondern insbesondere abhängig ist vom Gas, mit dem die Sensoroberfläche reagiert. Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Sensorwiderstands bei einer gegebenen Gas­ konzentration von der Frequenz zeigt. Da die Unterschiede bei den einzelnen Gasen signifikant sind, wird erfindungsgemäß vorge­ schlagen, diesen Effekt zur Erhöhung der Selektivität zu nutzen.

Aus der Patentanmeldung P 38 27 426.4 wird zur Auswertung ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Temperatur durch einen Rech­ ner permanent zwischen einer maximalen und minimalen Temperatur verändert wird. Die sich ergebenden Daten werden gespeichert und zur Identifizierung des Gases herangezogen.

Einen ähnlichen Gedanken verfolgt die vorliegende Erfindung, wobei der erfindungsgemäße Aufbau wie folgt beschrieben wird:

Der Sensor (1) besteht aus einem Sensorelement und einem Heiz­ element. Das ist in einem Spannungsteiler mit einem ohmschen Widerstand (2) angeordnet. Der ohmsche Widerstand (2) kann auch durch eine Konstantstromquelle ersetzt werden. Der durch den Sensor fließende Strom ist ein Wechselstrom und wird im Generator (3) erzeugt. Die Frequenz des Generators wird durch ein Steuer­ signal (5) bestimmt, das von einem Steuergerät, z. B. einem Mikroprozessor (4), erzeugt wird. Die am Sensor entstehende Sen­ sorspannung (6) wird vom Mikroprozessor eingelesen. Bei der Erst­ inbetriebnahme werden dem Sensor verschiedene Gase in bestimmten Konzentrationen zugeführt, wobei der Mikroprozessor die Frequenz des Frequenzgenerators (3) permanent wobbelt, also zwischen einer Maximum- und einer Minimumfrequenz hin und her gleiten läßt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ändert sich die Sensorspannung mit der Frequenz bei bestimmten Gasen in typischer Weise. Die Sensor­ spannung wird daher vom Mikroprozessor eingelesen und während des Lernvorgangs in einer Matrix abgelegt, die sich im Speicherbau­ stein (9) befindet. Das Programm des Mikroprozessors ist so geschrieben, daß beim späteren Normalbetrieb die sich ergebenen Empfindlichkeitsverläufe stets mit den "gelernten" Kurven ver­ glichen werden. Insofern ist es möglich, den Sensor nicht nur durch Einstellen auf eine bestimmte Frequenz bei bestimmten Gasen zu machen, sondern auch einmal "gelernte" Gase wieder zu identi­ fizieren.

Claims (3)

1. Gasempfindlicher Halbleitersensor zum Zwecke des Aufspürens und Messens von Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (1) Bestandteile eines Spannungsteilers mit einem ohmschen Widerstand (2) ist, wobei der durch den Spannungs­ teiler fließende Strom von einem Hochfrequenzgenerator (3) er­ zeugt wird, dessen Frequenz so gewählt ist, daß die Empfindlich­ keit bestimmten Gasen gegenüber jeweils maximal ist.

2. Halbleitersensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgenerator gesteuert von einer Steuer- und Aus­ werteeinheit (4) in seiner Frequenz verändert werden kann, so daß automatisch oder manuell gesteuert eine Anzahl von Frequenzen eingestellt werden kann, die jeweils der Empfindlichkeitscharak­ teristik bestimmten Gasen gegenüber übereinstimmen.

3. Halbleitersensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgenerator (3) durch ein vom zentralen Steuer- und Auswertegerät (4) erzeugtes Signal (5) fortlaufend in seiner Frequenz geändert wird, wobei die sich unter der Frequenz ver­ ändernde Sensorspannung (6) vom Mikroprozessor eingelesen wird und mit dem in einem Speicherbaustein (9) gespeicherten Werten verglichen wird, wobei bei Identität das Programm über den Aus­ gang (10) eine Information nicht nur über den Pegel sondern auch über die Art des Gases herausgibt.