DE8807301U1 - Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren von Gassensoren - Google Patents

Description

DIPL-ING. PETER OTTE PATENTANWALT .. ., D-7250Leonberg

Vertreter beim Europäischen Patentem! / Edtopfe&rfPatent Köofaey .'*'.'."'. TirolerSlraße

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Firma Conducta Gesellschaft für Meß- und Regeltechnik mbH & Co.. 7016 Gerungen

Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren von Gassensoren

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ist insbesondere für Gasdetektionssysteme geeignet, bei denen eine Vielzahl von Gassensoren tragenden Meßköpfen mit einer zentralen Auswerteelektronik verbunden sind.

Bei solchen Gasdetektionssystemen ist die vergleichsweise häufig notwendige Kalibrierung von Sensoren besonders umständlich, da eine solche Kalibrierung stets bei einem Austausch des Sensors, aber auch in vorgegebenen Abständen wegen Alterung oder sonstiger Einflüsse, erforderlich wird.

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Bei einem bekannten Kalibrierungsverfahren befindet sich in der zentralen Meßwarte, in welcher auch die zentrale Auswerteelektronik vorhanden ist, eine erste Wartungsperson, während sich eine zweite Wartungsperson mit PrUfgasflaschen entsprechender Konzentration vor Ort, also am jeweiligen Sensor befindet und Äanr. diesen Sensor rr.S.t eines» entsprechenden Früfgss beaufschlagt. Dia Verständigung zwischen der Wartungsperson in der Zentrale und dem Mann vor Ort erfolgt

<r Über Qegensprech-Funkgeräte, wobei nach Beschickung

«ines jeweiligen Sensors mit dem Prüfgas in hinreichender Konzentration bis zur Erzielung eines Gleichge-Wichts dieser Umstand dann zusammen mit der Art des

£ Prüfgases der Wartungsperson in der Zentrale mitge-

,i teilt wird; diese nimmt dann an den entsprechenden

Einstellpotentiometern in der Zentrale die Eichung vor, vorausgesetzt, daß nicht in der Zwischenzeit aus irgendwelchen Gründen eine Konzentrationsände-

§ rung aufgetreten ist. Ein solches Kalibrierverfah-

'· ren ist langwierig und auch störanfällig, da eine

2-Mann-Kalibrierung notwendig ist. Kalibrierfehler

■ treten daher häufig auf, nicht selten auch durch Ver-

U Btändigungsfehler verursacht.

Vm diesen Schwierigkeiten zu begegnen und zu einer

1-Mann-Kalibtj.^j.jng zu gelangen, ist es auch bekannt, tusammen mit den ohnehin schon erforderlichen se-

U paraten Verbindungskabeln zu jedem Meßkopf gleich

noch eine Gasschlauchleitung zu diesem mitzuverlegen, die eine Austrittsöffnung im ga^sensitiven Bereich des Sensors aufweist und deren Verbindung mit der Prüfgasflasche in der zentralen Meßwarte hergestellt werden kann. Dies bedeutet allerdings, daß

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gegebenenfalls 500 m und möglicherweise noch viel längere Schlauchleitungen von der Meßwarte separat zu jedem Vor-Ort-Sensor verlegt werden müssen, mit dem enormen Nachteil, daß die Bedienungsperson in der zentralen Meßwarte eigentlich niemals genau weiß, wann das FrUfgas tatsächlich am Sensor angekommen ist, ob dort keine Störungen vorliegen und wann die Kalibrierung im Bereich der Einstellelemente der Meßwarte nun vorgenommen werden soll. Die Grundvorstellung bei dieser bekannten Kalibriermöglichkeit beruht jedenfalls darauf, daß man über die lange Schlauchleitung einen Gaspfropfen zum Sensor schickt, innerhalb welchem dann der vom Sensor zur Zentrale übermittelte Meßwert auf einen konstanten Wert einpendeln sollte, der dann als Maß für Nullpunkt bzw. Empfindlichkeit (Steigung) des Sensors als neuer Eichwert übernommen werden kann.

Erschwert werden diese Kalibrierungsprobleme noch durch den Umstand, daß die bekannten Gasdetektionssysteme kompliziert und umständlich ausgebildet sind. So umfaßt ein weiteres, auch für ausgedehntere Garagen oder Tunnel geeignetes System Gasentnahmeköpfe an verschiedenen Stellen, die über mechanische Schlauchverbindungen, die unter Umständen mehrere hundert Meter und darüber hinaus betragen müssen, mit einer gemeinsamen Auewertezentrale verbunden sind, wobei durch zyklisches, üblicherweise über angesteuerte Magnetventile bewirktes Umschalten von einem Schlauch zum anderen dem allerdings in der Zentrale dann nur einmal erforderlichen Sensor von den verschiedenen Entnahmestellen das dort vorhandene Gasgemisch zur

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Analyse zugeführt wird. Abgesehen von dem enormen mechanischen Aufwand, der nicht nur bei der Erstniontage, sondern auch nachfolgend zur Überwachung getrieben werden muß, beispielsweise zur Vermeidung, daß bestimmte Schläuche abknicken, ist ein solches Meßverfahren auch besonders langwierig, weil sich durch die stets dazwischenliegende notwendige Spülung der Schläuche sehr hohe Totzeiten ergeben, bis der Gassensor wieder mit dem aktuellen Meßgas versorgt werden kann. Ein solches System benötigt eine Vielzahl mechanisch beweglicher Teile, eine besonders hohe Pumpenleistung, eine häufige Wartung und verbindet diese Umstände mit dem Machteil, daß bei der Messung keine Redundanz auftritt, eine Selbstüberwachung des Systems ausgeschlsossen ist und Zykluszeiten im Bereich bis zu 30 Minuten und darüber liegen können.

Es ist ferner bekannt, ein Gasdetektionssystem so aufzubauen, daß an den jeweils einer überwachung oder Messung zu unterwerfenden Stellen jeweils ein mit einem Sensor bestückter Meßkopf angeordnet und über eine 5-adrige Leitung, gegebenenfalls auch nur über eine 3-adrige Leitung mit der Auewerteelektronik verbunden ist. Bei einer 5-adrigen Leitung dienen zwei der Leitungen zum Heizen des Sensors oder zu dessen Stromversorgung, zwei andere Leitungen dienen der Meßwertübertragung vom Meßkopf zur Auswerteelektronik und eine fünfte Leitung stellt die Masseverbindung her. Bei einer 3-adrigen Verbindung übernimmt die Masseleitung gleichzeitig auch die jeweils einen Verbindungsanschlüsse der beiden anderen Leitungsver-

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blndungen und ersetzt immer eine Leitung. Ist an der gleichen Stelle oder, wie bei solchen Systemen üblicherweise beabsichtigt, an einer anderen Stelle eine weitere Gasanalyse erforderlich, dann müssen zur Detektion der zweiten Gaskomponente oder von Gasgemischen an anderen Stellen jeweils identische parallele Systeme mit Meßkopf und eigenem Verbindungskabel zur Auswerteelektronik geführt werden, d.h. die System- und Montagekosten sind erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Gassensoren, vorzugsweise in Verbindung mit einem eine Vielzahl von Meßköpfen mit Sensoren aufweisenden Gasdetektionssystem zu schaffen, welches praktisch vollautomatisch abläuft und lediglich eine einzige Wartungsperson vor Ort, also am Sensor benötigt, der das jeweilige gassensitive Element des Sensors mit den Prüf- cder Sichgasen bestimmter Zusammensetzungen beschickt. Ab diesem Moment soll der Kalibrierungsvorgang automatisch ablaufen, einschließlich der Mitteilung an die unter Umständen sehr weit entfernte Meßwarte, daß der jeweilige bestimmte Sensor in diesem Moment kalibriert wird.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß ohne manuellen Eingriff eine automatische Systemkalibrierung möglich ist, die einerseits dem Detek-

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tionssystem mitteilt, daß kalibriert wird (Durchführung einer Kalibrier-Vorkorrespondenz), die ferner in der Lage ist, automatisch das jeweilige Kalibriergas zu erkennen, die darüber hinaus den Kalibriervorgang überwacht und automatisch den Kalibrierwert, also den neuen Eichwert übernimmt und die darüber hinaus die Bedienungsperson ständig darüber informiert, wie weit der Kalibriervorgang durchgeführt und wann er abgeschlossen ist.

Dies enthält noch den weiteren besonderen Vorteil, daß die Bedienungsperson in den eigentlichen KaIi- ! briervorgang nicht mehr einbezogen ist, also auch

jj keine Kalibrier fehler mehr durch jede Art eines möglichen menschlichen Versagens, etwa Fehlinterpretation, falsches Einstellen u. dgl. auftreten können. Vorteilhaft ausgestaltet wird die durch die Erfindung ermöglichte Kalibrierung durch die Aufteilung der Vor-Ort-

Apparatur in einen intelligenten, beispielsweise selbst : mit einem Mikroprozessor ausgerüsteten Meßkopf mit

Aufnahmemöglichkeiten für mindestens zwei Sensoren neben einem (Üblicherweise stets vorhandenen weiteren Temperatursensor und einem bidirektionalen digitalen Nachrichtenverkehr, also eine Digitalsignalübertragung zwischen der Elektronikzentrale und dem Meßkopf in beiden Richtungen, wodurch auch jede Störanfälligkeit in diesem Bereich beseitigt ist.

Dabei wird der Kalibriervorgang dadurch erleichtert, daß eine einzige Zweidrahtleitung eine im Grunde beliebige Anzahl von Vor-Ort-Apparaturen, jeweils bestehend aus Meßkopf mit einem oder mehreren Gassensoren

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und Temperatursensor mit der zentralen Auswerteelektronik In der Meßwarte verbindet, wobei auch beliebige Reihen/Parallelschaltungen der Meßköpfe möglich sind.

Vorteile sind hierbei die höhe MeSsicherheit, die geringe Wartung und die kostengünstige und einfache Installation, wobei noch besonders vorteilhaft ist, daß die Meßköpfe mit beliebigen Sensoren bestückt werden können, also entweder bei erforderlichem Austausch eines oder beider oder mehrerer Sensoren an einem Meßkopf wegen Alterung u. dgl. identische Sensoren wieder angebracht werden können, oder es können auch Sensoren für die Erfassung anderer Gase und/oder mit anderen Meßbereichen dem Standard- oder Universalmeßkopf zugeordnet werden, dennoch wird die Kalibrierung stets mit einwandfreier Identifizierung des betreffenden Sensors ablaufen. Der Grund hierfür liegt darin, daß zwei verschiedene Erkennungssysteme in einem solchen Gasdetektionssystem eingearbeitet sind, nämlich einmal eine Kennung zwischen den jeweiligen, an einen Meßkopf angeschlossenen Sensoren und die Adressierfähigkeit der Sensoren durch die Auswerteelektronik in der Zentrale, so daß die eine vorhandene Zweidrahtleitung problemlos für die Erfassung der Kalibrierdaten und Meßdaten einer Vielzahl von Vorort-Apparaturen bei kürzesten Zykluszeiten durch die zentrale Auswerteelektronik eingesetzt werden kann.

Vorteilhaft ist die durch die Vor-Ort-Elektronik nunmehr ermöglichte automatische Systemkalibrierung in Verbindung mit einer speziellen Kalibrierkappe, wobei durch

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entsprechende Speicherung von Werten In der zentralen Auswerteelektronik, beispielsweise In einem EPROM, die zentrale Auswerteelektronik aus der Kennung des an den jeweiligen, adressierten Meßkopf angeschlossenen Sensors zunächst dessen Eigenschaften erfährt, also welche Gase er erfassen kann und welche Meßbereiche er aufweist. Diese Kennung wird In einer binären Verschlüsselung körperlich beim Einsetzen oder Anbringen des Sensors an den Intelligenten Meßkopf von diesem erfaßt und auch für die Abfrage durch die zentrale Meßelektronik zur Verfügung gehalten, - durch das Kalibriersignal wird zusätzlich mitgeteilt, daß der betreffende Sensor kalibriert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Gasdetektionssystems möglich. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der Kennung jedes Sensors in Form einer binären Verschlüsselung von Steckkontakten, wobei lediglich, je nach gewünschter Kennung im binären System, durch Verbindung von Lötpunkten Brücken hergestellt werden. Diese Kennung wird ab Werk vor Auslieferung angebracht, wodurch der beliebige Austausch vor Ort später möglich ist, da von der Intelligenz des Meßkopfes der zentralen Auswerteelektronik automatisch der Typ des Sensors sowie seines Meßbereichs gemeldet wird. Es ist dann möglich, auf einem geeigneten Anzeigedisplay in der zentralen Warte automatisch die richtige Konzentration und die jeweils gemessene Komponente anzuzeigen und die neuen Eichdaten zu übernehmen.

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Zeichnung

AusfUhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisiert eine Kalibriereinrichtung., wie sie im Rahmen vorliegender Erfindung nunmehr möglich geworden ist;

Fig. 2 schematisiert die verschiedenen Verbindungsmöglichkeiten zwischen den einzelnen Meßköpfen und der zentralen Auswerteelektronik.

Beschreibung der AusfUhrungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, im Bereich der Gasanalyse durch die Möglichkeit einer Vor-Ort-KommunikationsfäMgkeit zwischen Sensor/Meßkopf einerseits und zentraler Auswerteelektronik andererseits eine automatische Kalibrierung einführen zu können, da die an den jeweiligen Sensor angebrachte und damit gleichzeitig an dessen Meßkopf herangebrachte Kalibriereinrichtung, nämlich im praktischen Fall die Kalibrierkappe,diese Kommunikationsfähigkeit ausnutzt und über den Meßkopf der zentralen Auswerteelektronik ein Kalibriersignal vermittelt. Durch eine Rückmeldung zum MeSkopf und der hierdurch bewirkten Möglichkeit der visuellen Kenntnisnahme durch die Bedienungsperson, daß die zentrale Auswerteelektronik die Kalibrierphase akzeptiert hat, weiß dann auch die Bedienungsperson, daß der Kalibriervorgang nunmehr abläuft. In Erägnzung wird der

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Bedienungsperson dann schließlich noch von der zentralen Auswerteelektronik das von dieser festgestellte Ende des Kalibriervorgangs mitgeteilt.

Zum besseren Verständnis vorliegender Erfindung wird zunächst auf ein bevorzugtes AusfUhrungsbeispiel eines Gasdetektionssystems anhand der Darstellung der Fig. 2 näher eingegangen, da sich hieraus auch die Möglichkeiten für den automatischen Kalibriervorgang besser erklären lassen; es wird aber darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf ein solches G&sdetektionssystem mit einer einzigen Zweidrahtleitung beschränkt ist, auf welcher die Kommunikation zwischen der Vielzahl der Meßköpfe und der zentralen Auswerteelektronik sowie die Stromversorgung der Meßköpfe abläuft, sondern bei beliebigen Gasdetektionssystemen eingesetzt werden kann, beispielsweise bei solchen, bei denen jeder einzelne Meßkopf (mit nur einem Sensor) über eine separate Leitung mit der Auswerteelektronik verbunden ist.

In Fig. 2 ist die zentrale Auswerteelektronik mit 10, eine von ihr ausgehende gemeinsame Zweidrahtleitung mit 1' »md an diese Zweidrahtleitung angeschlossene Meßköpfe mit 12a, 12b ... bis 12g bezeichnet .

Jeder der Meßköpfe 12a bis 12k enthält einen eigenen Mikroprozessor und kann mit mehreren, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit zwei Sensoren uv. terschiedlichster Funktion bestückt werden zur Gasanalyse und zur Kalibrierung der Sensoren.

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Die Sensoren sind in Fig. 2 durchgehend mit dem Bezugszeichen 13 versehen, unabhängig davon, welchen Typ sie darstellen oder welche Aufgaben (Meßbereich) sie erfüllen. Mit Vorzug stets ergänzend noch an jedem Meßkopf vorhandene Temperatursensoren sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

In der zentralen Auswerteelektronik ist eine Hauptrechenschaltung mit umfassenden Speichermöglichkeiten mit 10a im Einschubbereich bezeichnet; von dieser geht eine der Zweidrahtleitungen 11 aus, die mit den Meßköpfen 12a bis 12g verbunden ist. Diese Hauptrechenschaltung kann umfassend im Hardware-Bereich ausgebildet sein und verfügt für jeden der an sie angeschlossenen Meßköpfe 12a - 12g über entsprechende Informationen, so daß sie diese Meßköpfe einer gewünschten vorgegebenen Abfolge nach mit einem vorgegebenen Code adressiert, also anspricht, wodurch sich dann eine bidirektionale serielle übertragung eines Protokolls anschließt. Jeder Meßkopf bildet mit Bezug auf die an ihn angeschlossenen Sensoren 13 eine Schnittstelle zur zentralen Auswerteelektronik; diese erhält vom entsprechenden Meßkopf beim normalen zyklischen Abfragedurohlauf sowie auch bei den später erläuterten Kalibrierungssahritten die jeweilige Kennung des Sensors &egr;&igr; bzw. S2 für die angeschlossenen Gassensor en, die Meßwerte und sonstige Statutfdaten übertragen.

Die Schnittstelle Meßkopf spricht mit der durchgegebenen Sensorkennung zunächst einen entsprechenden Speicherbereich in der Hauptrechenschaltung 10a der zentralen Auswerteelektronik an, so daß der anschlie-

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Bend, oder auch vorher, übermittelte jeweilige binärcodierte, also in digitaler Form über die Leitung übertragene Meßwert oder Kalibrierwert dieses Sensors die zutreffende Einordnung und Bewertung erfährt.

Im praktischen Aufbau sind an jedem Meßkopf (zunächst) 1 oder 2 Sensorgehäuse montiert (für die Gasanalyse, wobei natürlich je nach Auslegung dieses Schnittstellenbereichs, der Speichermöglichkeiten und der Ausgestaltung der zentralen Auswerteelektronik auch noch weitere Sensoren angeschlossen werden können, wenn hierzu Bedarf besteht). So können beispielsweise, um hier mit Zahlen zu arbeiten, etwa 10 ihrem Typ nach verschiedene Sensoren vorgesehen sein, mit zum Beispiel 30 verschiedenen Meßbereichen. Im Fehlerfall oder auch nach Wahl des Betreibers können sämtliche Sensoren ihrem Typ und ihrem Meßbereich nach problemlos an beliebigen Meßköpfen zur Umstellung auf andere Gaskomponenten oder andere Meßbereiche getauscht werden, wobei die Mikroprozessor-Elektronik im Meßkopf zusammen mit der digitalen übertragung der Signale in bidirektionaler Richtung einen solchen Sensortausch durch die spezielle, sensorbezogene Kennung problemlos ermöglicht.

Die Sensoren werden über geeignete Sorkelsteckkontakte am Meßkopf befestigt, wodurch gleichzeitig die elektrischen Verbindungsanschlüsee vorgenommen werden. Wie weiter vorn schon erwähnt, ist wesentlich, daß am Sockel bzw. Sensorbasieteil 19 die Kennung jedes Sensors für den Meßkopf lesbar angeordnet ist; diese sensorbezogene Kennung wird an dem jewel-

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ligen Sensor sofort in der Produktion eingebracht, so daß vor Ort dann jeder beliebige Austausch möglich ist, denn die Schnittstelle Meßkopf meldet durch die von ihr erfaßte Kennung der zentralen Auswerteelektronik automatisch den Typ des Sensors sowie dessen Heßbereich. Bei einem bevorzugten Ausführungsbe⁴spiel eines Sensors kann die Kennung durch das Verbinden von elektrischen Kontaktpunkten durch Brükken im Sockelbereich vorgenommen werden; hierdurch kann der Mikroprozessor im Meßkopf die erforderlichen Angaben entnehmen und aus diesem Grund ist auch bei NachbestUckung ein Abgleich nicht mehr notwendig.

Entsprechend Fig. 1 umfaßt die Kalibriereinrichtung 25 in der praktischen Ausführungsform eine Kalibrierkappe 26, die aber jedes mit dem Meßkopf fest verbunden bleibende Sensorgehäuse gestülpt wird. Die Kalibrierkappe 26 verfügt über eine eigene Stromversorgung wie beispielsweise eine Batterie 27, einen äußeren Gasanschluß 28, ein kappenförmiges Gehäuse, welches bei 29 angedeutet dargestellt ist, mit einer solchen Ausbildung und Form, daß es über den gassensitiven Bereich der Sensorbaugruppe (abgedichtet) gestülpt werden kann, und einen Elektroni&bereich 30, der vom Meßkopf aufzunehmende Kalibriereignale erzeugt .

Gassensoren können nach Mullpunkt und Empfindlichkeit (Steigung) eine Kalibrierung erforderliah machen; entsprechend ist an den Gasanschluß 28 ein PrUfgas vorgegebener Konzentration jeweils anzuschließen. In der Leitung 30 vom äußeren Gasanschluß 28 zur Kappe

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29 befindet sich ein Strömungsmesser, vorzugsweise in Form eines NTC-Widerstands _r. der die vorhandene Eichgasströirung feststellt und, beispielsweise über ein zwischengeschaltetes Relais 31 einen ersten Schalter 32 betätigt. Durch das mechanische Aufstecken der Kalibrierkappe auf das Sensorgehäuse kann ein zweiter Schalter 33 ebenfalls betätigt werden, und zwar beispielsweise durch einen einfachen Ssbaltstift 34, der beim Aufstecken eingedrückt wird. Hier können natürlich auch andere Schaltmöglichkeiten vorgesehen sein, beispielsweise eine manuelle Schalterbetätigung durch die Bedienungsperson nach dem Aufstecken der Kalibrierkappe. Die Kalibrierkappe kann ■ noch Führungsmittel 35a. 35b aufweisen zum ordnungsgemäßen Verbinden mit den Sensoren und dem Meßkopf, wobei, wie es sich versteht, auch die ansonsten vollautomatisch ablaufende Kalibrierung beider oder mehrerer Gassensoren am Meßkopf sowie auch des Temperatursensors möglich ist. In Fig. 1 sind die hier vorhandenen zwei Sensoren mit bl und S2 sowie der Temperatursensor mit T bezeichnet.

Sind beide Schalter 32 und 33 geschlossen, dann erzeugt ein geeignetes Sender 36 im Bereich der Kalibrierkappe 25, vorzugsweise eine mit einem geeigneten binär-codierten signal oder einfach mit einer vorgegebenen Frequenz (1 kHz) beaufschlagte Leuchtdiode «in Signal, beispieleweise diese« 1 Miz-Signal (im Infrarotbereich beispielweise) und beaufschlagt hiermit eine Empfängerdiode D2 im MöBkopf, die für den Sensor S2 zuständig ist.

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Liegt also die richtige Eichgasströmung vor, dann erzeugt die Kalibrierkappe das Kalibriersignal (zunächst für einen ersten Sensor S2); der Mikroprozessor des Meßkopfes 12 erkennt dieses Kalibriersignal und Überträgt es an die zentrale Auswerteelektronik, so daß die Auswerteelektronik in Korrespondenz mit diesem speziellen Meßkopf jetzt in eine "Kalibrierphase" übergeht, wobei die zentrale Auswerteelektror.ik mit einem Rücksignal an den Meßkopf zunächst die Erkennung und die Bereitschaft zur Kalibrierung meldet. Dieses Kalibrier-Rückbestätlgungssignal wird am Meßkopf in geeigneter Weise angezeigt, und zwar über eine Leuchtdiode CR, was bedeutet, daß das Funktionssignal "Kalibrierung" nunmehr aufleuchtet und auch die Bedienungsperson weiß, daß das gesamte Prozessorsystem die Kalibrierwerte akzeptiert und übernimmt.

Hier ist noch auf etwas hinzuweisen: Da die zentrale Auswerteelektronik erkennen muß, ob es sich um ein sogenanntes Nullgas zur Nullpunktbestimmung bzw. um ein Prüfgas zur Empfindlichkeitsbestimmung handelt, interpretiert die zentrale Auswerteelektronik Gaskonzentrationen von z.B. weniger als 10%, die sie während der "Kalibrierphase" erfaßt, als Eich- oder Nullgas zur Nullpunktbestinanung und Konzentrationen über z.B. 20 % zur Empfindlichkeitsbestimraung, wobei das Prüfgas dann eine vorgegebene Konzentration von beispielsweise 50 % des MsBbereich-Endwertes haben kann.Aufgrund der in der zentralen Auswerteelektronik gespeicherten Werte und Daten ist diese über die Prüfgaszusammensetzung, mit denen sie konfrontiert wird, informiert und kann dann

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automatisch die entsprechenden Eichvorgänge durchfuhren.

Die Eichung läuft im Prinzip so ab, daß die zentrale Auswerteelektronik bei den während der Kalibrierphase eingehenden Meßwerten darauf achtet, wann das eingehende Signal seine Konzentration nicht mehr ändert, also das "Konzentrationssignal" in einer bestimmten Zeit gegen Null bzw. gegen einen sonstigen stabilen Sustand läuft. Dies erkennt die zentrale Auswerteelektronik als Hinweis darauf, daß der Sensor im eingeschwungenen Zustand die Prüfgaskonzentration Übermittelt und sie korrigierteegebenenfalls entsprechend die in ihr gespeicherten Angaben fUr Nullpunkt und Steilheit (Empfindlichkeit) dieses betreffenden Sensors, wobei dann der Kalibriervorgang vorzugsweise nicht durch das Bedienungspersonal, sondern auf Weisung der zentralen Auswerteelektronik automatisch beendet wird. Die zentrale Auswerteelektronik nimmt nach Beendigung des Kalibriervorgangs das Funktionssignal "Kalibrierung" (Leuchten der Diode CR) wieder weg oder läßt diese intermittierend aufleuchten, so daß die Bedienungsperson den Kalibriervorgang für diesen Sensor als beendet erkennt und die Kalibrierkappe abziehen kann für die Kalibrierung des nächsten Sensors an diesem Meßkopf. Hierzu wird die Kalibrierkappe 25 auf diesen anderen Sensor aufgesteckt, das Kalibriersignal wird von der Kalibrierkappe erneut erzeugt und gelangt nunmehr auf einen zweiten Empfänger in Form einer Photodiode Dl, wobei beispielsweise nunmehr eine Frequenz von 2 kHz erzeugt werden kann. Es ist aber auch möglich, dieses insofern dann

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unterschiedliche Kalibriersignal dem gleichen Empfänger im Meßkopf zuzuführen, wobei es auch möglich ist, die Kalibrierkappe sofort so auszubilden, daß sie über zwei angrenzende Kappen verfUgt, die die jeweiligen Sensoren am Meßkopf aufeinanderfolgend mit den Prüfgasen beaufschlagen.

Die Kalibrierkappe kann auch über eine Schaltung 37 zur Erzeugung eines eigenen Zeittaktes verfügen. Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, daß die Kalibrierung durch Einstellen entsprechender Schaltungen im Bereich des Meßkopfes bzw. entsprechender Speicherung der neuen, aus der Kalibrierung entstandenen Daten im Meßkopf durchgeführt werden kann; dies ist auch insofern vorteilhaft, als der Meßkopf ohnehin über lediglich durch das Verstärkerzeichen in Fig.3 angedeutete Elektronikmittel 38, zugeordnet jedem Sensor verfügt, um als Interface insofern standardisierte Meßsignalgrößen zwischen 0 und 1 V in binärcodierter Form auf die Leitung geben zu können.

Zusammengefaßt: Das Gasdetektionssystem im Meßkopf und zentraler Auswerteelektronik erkennt automatisch, daß kalibriert wird, wobei der Kalibriervorgang automatisch überwacht und die Kalibrierwerte automatisch übernommen werden mit ständiger Information der Bedienungsperson, so daß auch hier mit einem Schlage die Probleme bei der stets notwendigen Kalibrierung von Gassensoren, wie sie nach dem Stand der Technik auftreten, beseitigt sind. Die mit der Kalibrierung beauftragte Bedienungsperson braucht lediglich noch die Kalibrierkappe auf das Sensorgehäuse zu stecken

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und das jeeils zutreffende PrUfgas zuzuführen. Sämtliche anderen Vorgänge laufen automatisch aufgrund der
bidirektionalen Konununikationsfähigkeit des Systems
ab, so daß Fehler vollkommen ausgeschlossen sind.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (1)

1. 88 07 301.7
   Akte 2160 Ot/sei
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   (Neue) Schutzansprüche

   1. Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren von Gassensoren mit einer Vielzahl von an eine zentrale Auswerteelektronik anschließbaren, Gassensoren tragenden Meßköpfen, mit Mitteln zur Aufleitung mindestens eines Prüfgases in den gassensitiven Bereicn des jeweiligen Sensors und Einstellmittel ira Bereich der Auswerteelektronik zur Übernahme der neuen Eichwerte, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ein oder mehrere Gassensoren (13) tragende Meßkopf (12) eine eigene Vor-Ort-Elektronik (Intelligenz des Meßkopfes) enthält und bei Anordnung einer Kalibriervorrichtung (25) an den Sensor von dieser ein zur angeschlossenen Ausvwrteelektronik durchschaltbares, eine automatische Kalibrierphase einleitendet} Kalibriersignal empfängt.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibriervorrichtung (25) eine Kalibrierkappe (z6) umfaßt, bei deren Ansetzen an einen den oder die Sensoren tragenden Meßkopf (12) das Kalibriersignal erzeugbar ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierkappe (26) einen Eichgas-Aufleitungsbereich zum gassensitiven Element jedes Sensors umfaßt und das Kalibriersignal einer Empfangseinheit am mit

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   der Auswerteelektronik über eine elektrische Ferndrahtleltung veroundenen MeBkopf dann zuführt, wenn die Kalibrierkappe sich in Eichposition befindet und das jeweilige Eichgas zugeführt wird.

   4c Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierkappe (26) den Meßkopf mit einem spezifischen, den jeweiligen Sensor (S1, S2, T) betreffenden Kalibriersignal beaufschlagt.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibriersignal ein mit vorgegebener Frequenz gepulstes optisches Signal (Infrarotsignal) ist, welches von einer Sendediode (36) erzeugt und einer Empfangsdiode (D1, D2) im MeBkopf dann zugeführt wird, wenn ein Strömungssensor in der Kalibrierkappe (26) das Vorhandensein des Prüfgases und ein Kontaktsensor (34) oder ein von der Bedienungsperson betätigter Schalter die Anlage an den jeweiligen, zu kalibrierenden Sensor signalisieren.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dafi der Strömungssensor ein NTC-Widerstand ist, der in Reihe mit dem die Anlage der Kalibrierkappe signalisierenden Kontaktsensor (Schaltstift 34) liegt und die Sendediode (36) zur Angabe des Kalibriersignale aktiviert.

   7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die (zentrale) Auswerteelektronik nach Empfang des Kalibriersignals und der Kennung des betreffenden Sensors ein Kalibrier-Bestätigungssignal dem jeweiligen Meßkopf zuführt, daß der Meßkopf (12) nach Empfang des Kalibriersignals und der spezifischen Sensorkennung durch die Auswerteelektronik der Be-

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   &bull; ·

   dienungsperson ein Kalibrierungs-Bestätigungssignal vermittelt und daß die (zentrale) Auswerteelektronik das Ende des Kalibriervorgangs automatisch durch Beeinflussung des Kalibrier-Bestätigungssignals anzeigt bei gleichzeitiger Übernahme des Kalibrierwertes.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß das Kalibriersignal empfangende Schaltungen in der HÜBweiteeiöktxüüik Iu de! Kalxbiierphääö den VOiü je &mdash; weils mit dem Eichgas beaufschlagten Sensor eingehenden Meßwert auf konstantes Verhalten über der Zeit für einen vorgegebenen Zeitraum überprüfen und die neuen Eichwerte bei einem Meßwert unterhalb einer vorgegebenen Schwelle (Nullgas' als Nullwert bzw. oberhalb einer vorgegebenen Schwelle als Steigungswert (Empfindlichkeit) vorgegebener Größe speichern und übernehmen.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (10) mit den Meßköpfen (12; 12a, 12b ... 12g) vor Ort lediglich über eine einzige gemeinsame Zweidrahtleitung (11) verbunden ist, daß die Intelligenz (Mikroprozessor) jedes Meßkopfs vor Ort so ausgebildet ist, daß eine bidirektionale digitale Kommunikation mit der (zentralen) Auswerteelektronik erfolgt und daß an jedem Meßkopf (12; 12a, 12b, 12c ... 12g) mindestens zwei Sensoren verschiedener Art oder unterschiedlicher Meßbereiche sowie ein zusätzlicher Temperatursensor angeschlossen sind.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen jeweiligem Sensor und Meßkopf eine den Sensor nach Typ, Meßgas und Meßbereich

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   identifizierende Kennung auftritt/ die vom Meßkopf erfaßt wird.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Meßknöpfen (12, 12a bis 12g) zu verbindenden Sensoren (13) jeweils vereinheitlichte Sockelanschlüsse und die Meßknöpfe entsprechend ausgebildete Auf nahineöf fnungen (Stecker und Buchse) aufweisen und riaft riio am Houoi 1 irron Sonnnr annohranhfo Konnunn in

   &mdash;_» &mdash; &mdash;_v &mdash;&mdash;-- j ■_..·__ &mdash; ^ «... &ldquor;..&mdash;.&mdash; _ &mdash;~"7 &mdash; &mdash; &mdash; &mdash; .-&mdash; &mdash; ........_.^ _.. Form von elektrischen Kontakten für den Meßkopf erkennbar ausgebildet ist.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß am jeweiligen Sensor dessen Typ, Meßgas und Meßbereich in binär-codierter Form angebende Lötkontaktbrücken für die Meßkopf-Sockelfassung identifizierbar angeordnet sind.

   13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungen der zentralen Auswerteelektronik Speicher (EPROM) enthalten mit bestimmten Sensoren nach Typ, Meßgas und Meßbereichen zugeordneten Oatenbereichen derart, daß die Auswerteelektronik nach Empfang der Sensorkennung, entsprechenden Statussignalen, den jeweiligen Meßwerten und den Kalibrierungswerten diese auswertet und verarbeitet.