DE69721177T2 - Elektronische Vorrichtung zum Nachweisen von in der Umgebung anwesenden Gasen - Google Patents

Elektronische Vorrichtung zum Nachweisen von in der Umgebung anwesenden Gasen Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung zur Erfassung von Gas, das in einer Umgebung vorhanden ist.
  • Zahlreiche Vorrichtungen existieren derzeit für die Erfassung des Vorhandenseins von Gas in Umgebungen. Im Besonderen sind Erfassungsvorrichtungen für entflammbare Gase wie etwa Methan oder Flüssiggas für den Hausgebrauch sehr weit verbreitet.
  • Diese Vorrichtungen bestehen im Allgemeinen aus:
    • 1) einem Gasanwesenheitssensor, für gewöhnlich auf der Grundlage von Halbleiter-, katalytischer oder elektrochemischer Technologie, welche als Ausgang ein elektrisches Signal proportional zu der Gaskonzentration in der Luft liefert;
    • 2) einer elektronischen Schaltung zur Verarbeitung des Ausgangssignals von dem Sensor (einen Schwellenkomparator oder eine Logikschaltung zur digitalen Verarbeitung);
    • 3) einer elektrischen Schaltung zur optischen und/oder akustischen Warnungsanzeige, welche einen Summer oder eine Sirene betreibt und / oder Lichter einer Lampe oder eine LED-Lichtquelle anschaltet.
  • Manchmal umfasst die Vorrichtung auch eine elektrische Aktuatorschaltung, welche auf Zusatzelemente wirkt, wie etwa Magnetventile zum Anhalten der Gaszufuhr, oder sie umfasst eine elektrische oder elektronische Ausgabeschaltung, die so angeordnet ist, dass sie die Alarmanzeige an einem anderen zusätzlichen Anzeigemittel wiederholt.
  • Jedoch haben Vorrichtungen dieses Typs zahlreiche Nachteile, die zu verringern oder noch besser zu beseitigen, wünschenswert wäre.
  • In dieser Hinsicht werden, zuerst während der Produktion solcher Erfassungsvorrichtungen, die Sensoren selbst auf der Grundlage der Eingabe/Ausgabe-Spezifikationen für die den Sensoren nachgeschalteten elektronischen Signalverarbeitungsbauteile kalibriert.
  • Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit und das Erfassungsschwellenniveau für die Gaskonzentration in der Umgebung, die auch auf dem Datenschild der produzierten Erfassungsvorrichtungen angegeben werden, standardisiert. Darüber hinaus wird eine Prüfung auf mögliche Fehler (im Sinne von Erscheinungen, die die Durchführung einer normalen Kalibrierung unmöglich machen) an einer kleinen Anzahl von Vorrichtungen auf einmal durch geführt, da die Fehleranzeige unabhängig von jeder Erfassungsvorrichtung gegeben wird.
  • Darüber hinaus erfordern sowohl die gegenwärtigen nationalen und internationalen Vorschriften zu diesem Thema als auch die geeigneten Produktionsverfahren, dass ein Betriebstest an allen hergestellten Erfassungsvorrichtungen in einer Umgebung, in welcher eine Gaskonzentration gleich einem operativen Schwellenwert vorliegt, ausgeführt wird.
  • Es ist offensichtlich, dass auch in diesem Fall die Anzahl der Vorrichtungen, die geprüft werden können, durch die Tatsache begrenzt wird, dass eine jede von ihnen unabhängig eine Interventions- und/oder eine Alarmanzeige liefert. Gemäß bekannten Techniken wird die Vorrichtung oft durch Betätigung eines Potentiometers oder durch Auswahl von Widerständen mit unterschiedlichen Widerstandswerten, die an den Messungssensor angeschlossen werden sollen, manuell kalibriert.
  • Die Kalibrierung der Vorrichtung ist daher besonders empfindlich und kritisch und erfordert lang dauernde und kostspielige manuelle Arbeitsschritte, da der Sensor bei kontrollierter Temperatur in Umgebungen mit bekannter Gaskonzentratior platziert werden muss. Zum Beispiel offenbart die US-A-5,526,280 ein System zur Erfassung von Gas, in welchem die Kalibrierungsdaten eine Sammlung von Daten sind, welche die elektrische Antwort des Sensors auf eine bekannte Gaskonzentration und auf die Umgebungstemperatur umfasst. Darüberhinaus offenbart die EP-A-345563 ein System zur Kalibrierung von Gassensoren, welches eine Kalibrieriungsabdeckung umfasst, die an der Messvorrichtung zur Initiierung des Kalibrierungsverfahrens befestigt ist.
  • Manchmal, wenn eine digitale Verarbeitungsschaltung vorgesehen ist, wird eine elektronische Kalibrierung durchgeführt, die aus einer Aufzeichnung der Kompensationsfaktoren für die Werte, die von dem Sensor bei Vorhandensein der bekannten Gaskonzentration gelesen werden, in einem . permanenten Speicher besteht. Zum Beispiel beschreibt die GB-A-2298285 eine Alarmvorrichtung, die einen Sensor, eine LED, ein einen Klang abgebendes Horn sowie eine elektronische Steuerschaltung zum Steuern des Kalibrierarbeitsschrittes und zum Speichern der Kalibrierungsdaten, welche mit bestimmten Daten verglichen werden, umfasst. Dieser Arbeitsschritt wird jedoch in einer Umgebung mit bekannter Gaskonzentration und kontrollierter Temperatur durchgeführt, und somit ist die Kalibrierung von der Temperatur der Atmosphäre, in welcher das Gas vorhanden ist, abhängig, und in einem bestimmten Maß auch von dem Prozentsatz der Feuchte in der Umgebung, in welcher die Vorrichtung installiert wird. Schließlich müssen sogar im Fall der elektronischen Kalibrierung die Erfassungsvorrichtungen einzeln kalibriert werden.
  • All dies führt zu langen Zeitdauern für diese Arbeitsschritte, auch auf Grund der Tatsache, dass die Gassensoren eine Stabilisierungszeit während der Kalibrierung in einer bekannten Atmosphäre benötigen. Darüber hinaus müssen die Kammern, die das gemessene Gas enthalten, periodisch ausgewaschen werden; die Sensoren müssen vorgeheizt werden und andere kostspielige und voluminöse Produktionsausrüstung muss vorgesehen werden, um den notwendigen Grad der Übereinstimmung zwischen den ausgeführten Messungen und den erwarteten Ergebnissen sicherzustellen. Schließlich müssen auch mögliche Arbeitsschritte berücksichtigt werden, die zur Temperatur-Steuerung oder Aufbereitung der Kalibrierung und der Testumgebung gehören.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine elektronische Vorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, Gas, das in der Umgebung vorhanden ist, zu erfassen, welche die zuvor erwähnten Nachteile verhindert, indem sie es ermöglicht, dass der Sensor automatisch auf der Grundlage genauer Messungen der Gaskonzentration, der Temperatur und der Feuchte der Umgebung kalibriert werden kann.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, alle produzierten Vorrichtungen einer gleichzeitigen Kalibrierung und Programmierung zu unterziehen, während zur selben Zeit eine Karte erzeugt wird, die die Position möglicher Fehler (in dem Sinne zu verstehen, dass die normalen Kalibrierungsoperationen nicht ausgeführt werden können) zeigt.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine elektronische Vorrichtung zur Erfassung von Gas, das in der Umgebung vorhanden ist, anzugeben, die eine einfache und wirtschaftliche Konstruktion ohne Verwendung kostspieliger Bauteile oder komplexer Techniken aufweist.
  • Diese und weitere Ziele werden durch eine elektronische Vorrichtung zur Erfassung von Gas, das in der Umgebung vorliegt, in Übereinstimmung mit Anspruch 1 erreicht, auf welchen der Kürze halber verwiesen werden soll.
  • In vorteilhafter Weise wird die Gaserfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung während der Kalibrierung in eine Umgebung mit bekannter Gaskonzentration platziert.
  • Die Vorrichtung empfängt von einem externen elektronischen Prozessor über eine serielle Leitung und ein bidirektionales logisches Kommunikationsgatter eine Reihe von Parametern in Bezug auf die Umgebung, in der sie angeordnet ist, wie etwa die festgesetzte Gaskonzentration in der Umgebung, die Gaskonzentration, die an dem Sensor abgelesen wird, die Temperatur und die Feuchte der Umgebung.
  • Eine digitale elektronische Schaltung analysiert diese Information, um eine Tabelle von Werten, die die Differenzen zwischen dem Gaskonzentrationswert in der Luft, der an dem Sensor 10 abgelesen wird, und dem auf der Grundlage der vorbestimmten Umgebungstemperatur- und -feuchteparameter, die von außerhalb durch den Bediener eingegeben werden, erwarteten Wert darstellt, zu erzeugen. Die Differenzwerte werden in einem permanenten elektronischen Speicher gespeichert. Somit ist die Erfassungsvorrichtung während des normalen Betriebs in der Lage, den an dem Sensor abgelesenen Gaskonzentrationswert durch Vergleich mit den Kalibrierungsparametern, die in dem permanenten Speicher gespeichert sind, zu korrigieren und bei einem vorbestimmten genauen Schwellenwert zu intervenieren.
  • Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und durch die beiliegenden Zeichnungen klar werden, welche als nicht einschränkendes Beispiel gegeben werden, und in welchen:
  • 1 ein Blockdiagramm der elektronischen Vorrichtung zur Erfassung von Gas, das in der Umgebung vorhanden ist, gemäß der vorliegenden Erfindung während des normalen Betriebs ist;
  • 2 eine schematische Blockdarstellung einer Vielzahl von elektronischen Gaserfassungsvorrichtungen (im Besonderen werden vier dargestellt) während der Sensorkalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3 ein Blockdiagramm einer Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen gemäß der Erfindung (im Besonderen sind sechs gezeigt) ist, die auf elektronischen Karten mit gedruckter Schaltung gebildet sind, dargestellt während der Sensorkalibrierung.
  • In den Figuren bezeichnet 10A allgemein die elektronische Vorrichtung zur Erfassung von Gas in der Umgebung gemäß der vorliegende Erfindung.
  • Die Bezugszahl 10 bezeichnet einen Sensor für die Messung der Gaskonzentration, 20 bezeichnet eine digitale elektronische Schaltung zur Datenverarbeitung, 30 bezeichnet einen permanenten Direktzugriffsspeicher vom EEPROM- oder FLASH EPROM-Typ oder dergleichen, oder vom gepufferten RAM-Typ, 40 bezeichnet ein logisches Datenkommunikationsgatter vom bidirektionalen seriellen Typ, 50 bezeichnet eine optische und/oder akustische Warnvorrichtung, und 60 bezeichnet eine Aktuatorvorrichtung (zum Beispiel ein Relais).
  • Die Bezugszahl 70 bezeichnet eine Kommunikationsleitung (oder -bus) für Daten, die von dem Sensor 10 ihren Ausgang nehmen und an der elektronischen Verarbeitungsschaltung 20 ankommen, 70A bezeichnet die Leitung, über welche Daten von der elektronischen Schaltung 20 zu dem Speicher 30 gelangen, 70B bezeichnet die Verbindungsleitung zwischen der elektronischen Schaltung 20 und der Aktuatorvorrichtung 60, 70C bezeichnet die Verbindungsleitung zwischen der elektronischen Schaltung 20 und der Warnvorrichtung 50, und 10B bezeichnet eine unterbrochene Linie, die in sich diskrete elektronische Bauteile enthält, welche alternativ auf einer Karte 100 mit gedruckter Schaltung integriert werden können.
  • Die Bezugszahl 15 bezeichnet den Anschlussstreifen der gegenständlichen gedruckten Schaltung, 55 bezeichnet generische externe Verbindungspunkte, und 55A bezeichnet einen Verbindungspunkt, mit welchem alle seriellen Logikgatter 40 der verschiedenen elektronischen Erfassungsvorrichtungen 10A durch einen einzelnen gedruckten Leiter 80A verbunden sind. Schließlich bezeichnet 65 die Linien, entlang welcher die Karten 100 mit gedruckter Schaltung, bei welchen auf jeder eine einzelne Erfassungsvorrichtung 10A integriert ist, getrennt werden.
  • Der serielle Kommunikationsausgang, der in Übereinstimmung mit dem Logikgatter 40 angeordnet ist, ist an die elektronische Schaltung 20 durch die bidirektionale serielle Kommunikationsleitung 80 angeschlossen und kann als ein Alarmanzeigeausgang gesteuert werden, wenn ein geeignetes akustisches Warnmittel 40A vorgesehen ist.
  • Schließlich bezeichnet 90 einen elektronischen Prozessor außerhalb der Erfassungsvorrichtung 10A, welcher während der Kalibrierung des Sensors 10 eine Tabelle von Parametern (Gaskonzentration, Temperatur, Feuchte) in Bezug auf die Umgebung 25 liefert, in welcher die Erfassungsvorrichtung 10A angeordnet ist.
  • Während ihres normalen Betriebs erfasst die elektronische Vorrichtung 10A zur Erfassung von Gas in der Umgebung gemäß der vorliegenden Erfindung das elektrische Signal, das als Ausgang von dem Sensor 10 vorliegt, und entscheidet auf der Grundlage der Kalibrierungsparameter (Gaskonzentration, Umgebungstemperatur, Feuchte), die in dem permanenten Speicher 30 vorliegen, ob das logische Kommunikationsgatter 40 oder die optischen und/oder akustischen Warnvorrichtungen 50 und/ der die Aktuatorvorrichtung 60 über die Leitungen 80, 70C bzw. 70B aktiviert werden soll(en).
  • Im Besonderen kann der serielle Ausgang an dem Logikgatter 40 als Ausgang für einen Alarmzustand, durch die akustische Warnvorrichtung 40A, gesteuert werden.
  • Im Gegensatz dazu wird die elektronische Vorrichtung 10A während der Erzeugung der Erfassungsvorrichtungen 10A durch externes, zwangsweises Setzen der Kommunikationsleitung 80 in dem Augenblick, in welchem sie eingeschaltet wird, in den Kalibrierungszustand versetzt.
  • Angeordnet in einer Umgebung 25, in welcher die Gaskonzentration bekannt ist, empfängt die Erfassungsvorrichtung 10A von einem externen Prozessor 90 über eine serielle Leitung 80 eine Tabelle von Parametern in Bezug auf die Umgebung 25, in welcher sie angeordnet ist, und welche Informationen in Bezug auf die Gaskonzentration, die von außerhalb gesetzt oder auf dem Bildschirm des Sensors 10 abgelesen wird, und die gemessene Lufttemperatur und Feuchte enthält.
  • Die elektronische Verarbeitungsschaltung 20 analysiert diese Information zusammen mit der an dem Sensor 10 abgelesenen Gaskonzentration. Auf diese Weise ist sie in der Lage, eine Tabelle zu erzeugen, die die Differenzen zwischen den an dem Sensor 10 abgelesenen Werten und dem erwar- teten Werten für jede vorbestimmte einzelne Gaskonzentration und für jede einzelne Umgebungsbedingung, die von außen durch einen Bediener gesetzt werden (durch Eingeben der Parameter in Bezug auf die Lufttemperatur und Feuchte) enthält. Die Tabelle wird in dem permanenten Speicher 30 gespeichert.
  • Unter normalen Betriebsbedingungen ist die elektronische Schaltung 20 in der Lage, den an dem Sensor 10 abgelesenen Wert durch die Kalibrierungsparameter, die in dem Speicher 30 gespeichert wurden, zu korrigieren, so dass die Erfassungsvorrichtung 10A (um die optische und/oder akustische Warnvorrichtung 40A, 50 und/oder die Aktuatorvorrichtung 60 zu betätigen) bei einer gewünschten Gas-Schwellenkonzentration wirkt.
  • Aus der vorhergehenden Beschreibung sind die Eigenschaften der elektronischen Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung offensichtlich, ebenso auch ihre Vorteile.
  • Im Besonderen:
    • – sind keine manuellen Kalibrierungsarbeiten erforderlich, und die Umgebungsparameter (Gaskonzentration, -Temperatur, Luftfeuchte) kön- _ nen durch den externen Bediener grob eingestellt werden, werden aber genau durch den externen Prozessor gelesen, welcher an die serielle Leitung der digitalen elektronischen Schaltung angeschlossen ist;
    • – können mehrere Erfassungsvorrichtungen gleichzeitig programmiert werden;
    • – wird eine Warnung bei einem Fehler, in dem Sinne, dass die normalen Kalibrierungsarbeiten nicht ausgeführt werden können, durch zweckgebundene Vorrichtungen über eine serielle Leitung angezeigt, wobei zur selben Zeit ermöglicht wird, eine Fehlerpositionskarte für die einfache Befragung durch einen externen Bediener zu bilden;
    • – kann ein letzter Kontrolltest an der Vorrichtung unmittelbar nach der Kalibrierung durchgeführt werden, ohne die Kammer mit kontrollierter Atmosphäre zu entfernen, indem einfach die Luft ausgespült wird und Gas in der gewünschten Konzentration (Angabe kann über die serielle Leitung erfolgen) eingeblasen wird;
    • – ist die Kalibrierung im Wesentlichen unabhängig von der Lufttemperatur und -feuchte, insofern als Kompensationskurven einfach zur Verwendung mit den Umgebungsparameterwerten, die gemessen wurden, berechnet werden können.
  • Ein Kalibrierungsarbeitsschritt, der zu dem zuvor beschriebenen analog ist, kann auch auf elektronischen Karten implementiert sein, die an einem Anschlussstreifen einer gedruckten Schaltung befestigt sind, die aber noch nicht von einander getrennt sind, und ohne das Volumen der Behälter.
  • In diesem Fall verbindet ein einzelner gedruckter Leiter alle seriellen Gatter der verschiedenen elektronischen Erfassungsvorrichtungen mit einem einzelnen Verbindungspunkt außerhalb des Anschlussstreifens der gedruckten Schaltung; die Schaltung wird dann zusammen mit der Ablö sung der Karten jeder einzelnen Erfassungsvorrichtung entlang der Verbindungslinien getrennt.
  • Diese Kalibrierungstechnik auf nicht getrennten Karten mit gedruckter Schaltung gestattet eine hohe Packungsdichte der Erfassungsvorrichtungen mit daraus folgender erhöhter Produktivität.

Claims (7)

  1. Elektronische Vorrichtung (10A) zur Erfassung von Gas, das in einer Umgebung (25) vorhanden ist, mit zumindest einem Gasanwesenheitssensor (10), der ein elektrisches Ausgangssignal vorsieht, das einer elektronischen Verarbeitungsschaltung (20) zugeführt wird, zumindest einem elektronischen Speicher (30) vom Permanenttyp, der über eine Kommunikationsleitung (70A) mit der elektronischen Schaltung (20) verbunden ist, zumindest einer optischen und/oder akustischen Warnvorrichtung (50) und zumindest einer Aktuatorvorrichtung (60), die über Kommunikationsleitungen (70B, 70C) mit der elektronischen Schaltung (20) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (20) ferner über zumindest eine bidirektionale serielle Kommunikationsleitung (80) mit zumindest einem logischen Gatter (40) verbunden ist, das einen seriellen Kommunikationsausgang der Erfassungsvorrichtung (10A) bildet, so dass eine Kalibrierung der Erfassungsvorrichtung (wird, wobei die Kalibrierung erreicht wird, wenn beginnend aus einem Ruhezustand Energie- an die Vorrichtung (10A) geliefert wird, und durch Zufuhr einer Logikanweisung an das Logikgatter (40) erhalten wird, wobei die Anweisung von außerhalb der Erfassungsvorrichtung (10A) stammt, wobei die Kalibrierung umfasst, dass die Erfassungsvorrichtung (10) in einer Umgebung (25) mit bekannter Gaskonzentration angeordnet wird und während der Kalibrierung die elektronische Schaltung (20) mit einem externen elektronischen Prozessor (90) verbunden wird, der die Erfassungsvorrichtung (10A) mit einer Vielzahl von Parametern in Bezug auf die Umgebung (25), in der die Erfassungsvorrichtung (10A) angeordnet ist, über die bidirektionale serielle Kommunikationsleitung (80) und das logische Kommunikationsgatter (40) speist.
  2. Elektronische Vorrichtung (10A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter Information in Bezug auf den Gaskonzentrationswert, der von außerhalb der Umgebung (25) gesetzt wird, und/ oder den Gaskonzentrationswert, der von dem Sensor (10) gemessen wird, und die Temperatur und Feuchte der Luft in der Umgebung (25) umfassen.
  3. Elektronische Vorrichtung (10A) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Verarbeitungsschaltung (20) dazu in der Lage ist, die Werte der Parameter zusammen mit dem Gaskonzentrationswert, der von dem Sensor (10) gemessen wird, zu analysieren und eine Tabelle von Werten entsprechend der Differenz zwischen der Gaskonzentration, die von dem Sensor (10)gemessen wird, und der Gaskonzentration herzustellen, die von außerhalb festgesetzt wird, wenn die Gaskonzentrations-, Temperatur- und Feuchtewerte der Umgebung (25), die von außerhalb gesetzt werden, variieren, wobei die Tabelle aus Werten in dem permanenten elektronischen Speicher (30) gespeichert wird.
  4. Elektronische Vorrichtung (10A) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Verarbeitungsschaltung (20) den Gaskonzentrationswert, der von dem Sensor (10) gemessen wird, erfasst und diesen auf Grundlage der gespeicherten Wertetabelle korrigiert, um zumindest eine Anweisung entlang der Kommunikationsleitungen (70B, 70C) und entlang der bidirektionalen seriellen Leitung (80) zu führen, um in dem Falle, wenn der korrigierte Wert der Gaskonzentration in der Umgebung (25) eine vorbestimmte Schwellenkonzentration überschreitet, zumindest eine optische und/oder akustische Warnvorrichtung (50) zu aktivieren oder das Logikgatter (40) zu steuern oder die Aktuatorvorrichtung (60) zu betätigen.
  5. Elektronische Vorrichtung (10A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Logikgatter (40) als der serielle Ausgang eines Alarmzustandes betrieben wird, wobei damit zumindest eine akustische und /oder visuelle Warnvorrichtung (40A) in Verbindung steht.
  6. Elektronische Vorrichtung (10A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der permanente elektronische Speicher (30) ein Direktzugriffsspeicher ist, der gemäß EEPROM- oder FLASFH-EPROM- oder gepufferter RAM-Technologie aufgebaut ist.
  7. Elektronische Vorrichtung (10A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese auf einer elektronischen Karte (100) mit gedruckter Schaltung ausgebildet ist, wobei die gedruckte Schaltung eine Vielzahl von elektronischen Karten (100) umfasst, die auf zumindest einem Anschlussstreifen (15) befestigt sind und miteinander durch Ablöslinien (65) verbunden sind, um die Karten (100) zu trennen, wobei die elektronischen Vorrichtungen (10A), die auf den Karten (100) vorgesehen sind, miteinander durch einen einzelnen gedruckten Leiter (80A) verbunden sind, der die Logikgatter (40) jeder elektronischen Vorrichtung (10A) mit einem einzelnen externen Verbindungspunkt (55A) verbindet, wobei der externe Verbindungspunkt (55A) auf dem Anschlussstreifen (15) vorgesehen ist.
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