-
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.