WO2015043796A1 - Vorrichtung und verfahren zur kalibration eines gassensors - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur kalibration eines gassensors Download PDF

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WO2015043796A1
WO2015043796A1 PCT/EP2014/066136 EP2014066136W WO2015043796A1 WO 2015043796 A1 WO2015043796 A1 WO 2015043796A1 EP 2014066136 W EP2014066136 W EP 2014066136W WO 2015043796 A1 WO2015043796 A1 WO 2015043796A1
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WO
WIPO (PCT)
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calibration
gas
gas sensor
main chamber
calibration device
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/066136
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Fix
Andreas Krauss
Michael Badeja
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0006—Calibrating gas analysers

Definitions

  • the invention relates to a calibration device for a gas sensor.
  • the invention further relates to a method for calibrating a gas sensor.
  • Gas sensors are usually calibrated before being delivered to the end customer by a sensor manufacturer.
  • this calibration is usually costly and time-consuming, in addition, the gas sensors often have a long-term drift, whereby the life of the sensors limited or whereby the sensors must be recalibrated at regular intervals.
  • a calibration device for a gas sensor comprising at least one formed of a thin plastic layer main chamber by means of the gas sensor is completely encompassed, wherein the main chamber is filled with a first calibration gas, which is used for calibration of the gas sensor.
  • a first calibration gas which is used for calibration of the gas sensor.
  • Chamber of thin plastic material for the gas sensor extended by a functionality of a calibration.
  • a calibration of the gas sensor can be carried out in a simple manner.
  • the object is further achieved with a method for calibrating a gas sensor by means of a formed of a thin plastic layer
  • Calibration device in which a calibration gas is present, comprising the steps:
  • a preferred embodiment of the calibration device according to the invention is characterized in that the calibration device has at least one secondary chamber which is separate from the main chamber and connectable to the main chamber, wherein the at least one secondary chamber is filled with a second calibration gas, which can be used for calibration of the gas sensor is.
  • a second calibration gas which can be used for calibration of the gas sensor is.
  • a further preferred embodiment of the calibration device according to the invention is characterized in that between the main chamber and the at least one secondary chamber, a pressure relief valve or a predetermined breaking point is arranged. In this way, two different technical possibilities for supplying the calibration gas from the secondary chamber in the
  • a further preferred embodiment of the calibration device according to the invention is characterized in that by exerting a defined manual pressure on the secondary chamber, the secondary chamber can be connected to the main chamber.
  • Opening the secondary chambers calibration gas is transferred in a defined manner from the secondary chambers in the main chamber.
  • a further preferred embodiment of the calibration device according to the invention is characterized in that the gases are present in the chambers in defined concentrations. Also in this way advantageously several different calibration points for the gas sensor can be realized.
  • a further preferred embodiment of the calibration device according to the invention is characterized in that at least two gases in the chambers have different chemical compositions. Also in this way different calibration points for the gas sensor can be realized.
  • the main chamber has an external pressure relief valve.
  • the pressure relief valve By means of the pressure relief valve, it is possible to remove unwanted, residual external air from the main chamber by compressing the main chamber. As a result, the main chamber can be brought to a good initial gas value, which is advantageous for a recalibration of the gas sensor.
  • the main chamber has a resealable opening, by means of which the main chamber can be closed substantially in a gas-tight manner.
  • a simple possibility for insertion of the gas sensor is provided in the main chamber, which is particularly useful for a required after a defined operating time of the gas sensor recalibration process.
  • a further advantageous development of the calibration device according to the invention is characterized by the fact that the gases in the chambers are nontoxic to humans. As a result, the calibration of the gas sensor in a simple manner by technically untrained personnel (eg by end customers) are made.
  • a further preferred embodiment of the calibration device according to the invention provides that a moisture getter is arranged in at least one of the chambers.
  • the moisture getter which can be easily prepared e.g. By means of a silica gel is to be used, a production of a defined gas state in the chamber, in particular a condensation of moisture to be prevented. This advantageously supports a substantially dry calibration process.
  • a further preferred embodiment of the calibration device according to the invention provides that at least one of the chambers has a reclosable septum. In this way, in the chamber with the septum an easy to carry out reference gas analysis is possible.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention provides that a second calibration gas from at least one secondary chamber of the calibration device is supplied to the main chamber. In this way, different calibration points can be realized for the gas sensor.
  • a further preferred embodiment of the method according to the invention provides that prior to recalibrating the gas sensor, the gas sensor is arranged in the main chamber provided with a reclosable opening. In this way, easy to carry out recalibration of the gas sensor is supported.
  • At least one of the chambers has a coating which constitutes a gas barrier for the calibration gas.
  • a coating which constitutes a gas barrier for the calibration gas.
  • FIG. 1 shows a basic plan view of an embodiment of the calibration device according to the invention; a schematic cross-sectional view along an axis A-B of the embodiment of the calibration device according to the invention of Fig. 1; and a basic sequence of an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a basic plan view of an embodiment of the calibration device 100 according to the invention.
  • the calibration device 100 has a main chamber 10 in which the gas sensor 1 to be calibrated is installed, for example in an electronic device 20 (eg a smartphone) can be.
  • the main chamber 10 is preferably formed of a thin, sheet-like polymer-based plastic layer (eg made of polyethylene), in which a calibration gas (not shown) with a defined concentration or chemical composition under defined pressure is present.
  • the main chamber 10 encloses the gas sensor 1 completely, so that the main chamber 10 can also be used as a packaging for the gas sensor 1.
  • Trained as a multi-chamber packaging calibration device 100 supports operability of the gas sensor 1 to be calibrated, during the calibration procedure to accept input from the user of the electronic device 20 and instructions / instructions are transmitted to the user.
  • a plurality of subsidiary chambers 11, 12, 13 and 14 are arranged around the main chamber 10 connected to the main chamber 10.
  • the secondary chambers 1 1, 12, 13, 14 essentially correspond to the main chamber 10, the secondary chambers 11, 12, 13, 14 being separated in a transport mode from the main chamber 10 by fluid technology.
  • the secondary chambers 11, 12, 13 and 14 is also a calibration gas, which may differ from the calibration gas in the main chamber 10 in terms of concentration or chemical composition. The total number of chambers 10, 11, 12, 13 and 14 ultimately determines the number of support points for the calibration.
  • the main chamber 10 may have externally a pressure relief valve 30, with the 10 excess external air can be removed from the main chamber.
  • Fig. 2 shows a schematic cross-sectional view through the calibration device
  • the gas sensor 1 to be calibrated is placed in a calbration mode, which can be done, for example, via inputs from the user via a touchpad of the device 20 and corresponding feedback from the device 20.
  • a calibration point K1 for the gas sensor 1 is realized in this way, which represents a first interpolation point for the calibration process of the gas sensor 1.
  • a calibration process for the gas sensor 1 is thus initiated by simple manual pressing of the secondary chambers 1 1, 13, which can be carried out for example when commissioning the device 20 in a simple manner by the end user.
  • the calibration device 100 is formed only as a main chamber 10 without any secondary chambers 11, 12, 13, 14, wherein for initiating the calibration process only the gas sensor 1 (eg via electronic device 20) must be put into calibration mode.
  • a further variant of the calibration device 100 provides that the main chamber 10 has a resealable opening 40, through which the gas sensor 1 to be calibrated is introduced into the main chamber 10 for the purpose of recalibration. Thereafter, the reclosable opening 40 is closed again and the calibration process can be carried out in the usual way.
  • the multi-chamber packaging is preferably designed such that as little external air as possible is introduced into the main chamber 10, which can be achieved, for example, by removing existing residual gas from the main chamber 10 by means of a pressure relief valve 30.
  • the calibration device 100 is advantageously a functionality of a package with a functionality of Calibration device combined.
  • the chambers 10, 1 1, 12, 13, 14 provided, a different constellation of the target gas / target gas mixture can be supplied to the gas sensor 1 in a simple manner.
  • the advantages of the calibration device according to the invention include an increased service life and improved accuracy / reliability of the gas sensor.
  • an adaptation of the sensors to a desired target measuring range for example 0-1000 ppm C0 2
  • Calibration of different sensor types is advantageously possible by means of the calibration device according to the invention, such as optical non-dispersive infrared (NDIR) -based sensors, semiconducting metal oxides, electrochemical cells, chemically based field effect transistors (ChemFET), polymer-based sensors (resistive, capacitive), colorimetric sensors, etc.
  • NDIR optical non-dispersive infrared
  • semiconducting metal oxides for example 0-1000 ppm C0 2
  • electrochemical cells for example 0-1000 ppm C0 2
  • ChemFET chemically based field effect transistors
  • polymer-based sensors resistive, capacitive
  • colorimetric sensors etc.
  • the gas sensors to be calibrated can either be supplied in a calibration device 100 (initial calibration) or can be introduced into a calibration device 100 at a defined time after a certain period of operation (recalibration).
  • a multiplicity of target or calibration gases can be realized, as a result of which, for example, a selectivity of the gas sensor 1 can be checked.
  • Possible calibration gases are, for example: CO, C02, moist or dry synthetic air or room air, volatile hydrocarbons (eg propane, butane, ethanol).
  • the calibration gases may be diluted in another gas, for example N 2 or preconditioned room air, filtered for example by activated carbon.
  • the moisture content of the gases used is chosen such that condensation during the calibration process is largely excluded, for example, by a dew point ⁇ 10 ° C.
  • gases mentioned are essentially imperceptible to humans and non-toxic, which ultimately also means good chemical compatibility with the film-like plastic material of the chambers 10, 11, 12, 13, 14.
  • additional moisture getters eg silica gel
  • the multi-compartment package may be formed of polyethylene (PE) and have an aluminum layer or ethylene vinyl alcohol copolymer as a gas barrier layer analogous to materials used in the food industry (see "Handbook for Food Chemists" by W. Frede, 3rd edition, pages 943)
  • a diffusion barrier can be realized, which advantageously makes it possible to largely prevent or at least mitigate outdiffusion of the calibration gas from the calibration package, with the aim of establishing a time constant of a presence of the calibration gas with a defined concentration within
  • a service life of the calibration device according to the invention is advantageously increased, as a result of which a quality or reproducibility of a
  • a 3-point calibration of the gas sensor 1 can be achieved by means of the following exemplary sequence: a) The gas sensor 1 or the device 20 with the gas sensor 1 is located in FIG Main chamber 10 and is activated for the calibration, for example by the user. b) The gas sensor 1 or the device 20 receives the first calibration value K1 from the gas atmosphere of the main chamber 10. c) The gas sensor 1 or the device 20 is ready for a further calibration point, this can be done for example by an optical and / or acoustic see display of a trained as a smartphone device 20 are signaled. d) An auxiliary chamber 1 1 is opened, for example, by squeezing by the user and calibration gas of high concentration is introduced into the main chamber 10. The gas sensor 1 then takes the second
  • the gas sensor 1 or the device 20 is ready for another calibration point, this can be signaled for example by a display of the smartphone.
  • a further auxiliary chamber 12 is opened and calibration gas with a low concentration or protective gas is introduced into the main chamber 10, which leads to a dilution of the calibration gas concentration in the main chamber 10. The sensor then picks up the third calibration value K3. It applies KKK2 ⁇ K3.
  • the present invention for mass production suitable gas sensors of consumer electronics (eg mobile phones, household, Gaswar- ner), in medical devices (eg breathing gas analysis, lab-on-chip analysis) and for use in liquids (eg fuel analysis and body fluids) can be used ,
  • consumer electronics eg mobile phones, household, Gaswar- ner
  • medical devices eg breathing gas analysis, lab-on-chip analysis
  • liquids eg fuel analysis and body fluids
  • FIG. 3 shows a basic sequence of an embodiment of the method according to the invention.
  • a first step S1 the gas sensor 1 is arranged in a main chamber 10 of the calibration device 100.
  • step S2 the gas sensor 1 is set in a calibration mode.
  • the calibration of the gas sensor 1 is carried out by means of a first calibration gas.
  • the present invention proposes a type of "calibration packaging" which expands a gas-filled packaging for gas sensors by a calibration functionality.
  • the invention eliminates calibration of the gas sensor at the manufacturer or after a production process, which results in cost-effective removal the calibration to the

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Abstract

Kalibrationsvorrichtung (100) für einen Gassensor, aufweisend wenigstens eine aus einer dünnen Kunststoffschicht ausgebildete Hauptkammer (10), mittels der der Gassensor vollständig umschließbar ist, wobei die Hauptkammer (10) mit einem ersten Kalibriergas befüllt ist, welches zur Kalibration des Gassensors verwendbar ist.

Description

Beschreibung Titel
Vorrichtung und Verfahren zur Kalibration eines Gassensors
Die Erfindung betrifft eine Kalibrationsvorrichtung für einen Gassensor. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Kalibrieren eines Gassensors.
Stand der Technik
Gassensoren werden üblicherweise vor der Auslieferung zum Endkunden bei einem Sensorhersteller kalibriert. Diese Kalibrierung ist jedoch meist kosten- und zeitintensiv, zudem weisen die Gassensoren oftmals einen Langzeitdrift auf, wodurch die Lebensdauer der Sensoren begrenzt bzw. wodurch die Sensoren in regelmäßigen Intervallen rekalibriert werden müssen.
Bekannt ist ferner, dass Geräte und Komponenten der Unterhaltungselektronik in gasbefüllten Kunststoffverpackungen ausgeliefert werden. Diese Verpackungen dienen insbesondere zum Schutz vor Verunreinigungen, z.B. vor Verunreinigungen durch Staub.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kalibrationsvorrichtung für einen Gassensor bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Kalibrationsvorrichtung für einen Gassensor, aufweisend wenigstens eine aus einer dünnen Kunststoffschicht ausgebildete Hauptkammer, mittels der der Gassensor vollständig umschließbar ist, wobei die Hauptkammer mit einem ersten Kalibriergas befüllt ist, welches zur Kalibration des Gassensors verwendbar ist. Erfindungsgemäß wird vorteilhaft eine als Verpackung dienende gasbefüllte
Kammer aus dünnem Kunststoffmaterial für den Gassensor um eine Funktionalität einer Kalibration erweitert. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine Kalibration des Gassensors durchgeführt werden. Vorteilhaft lässt sich mittels der Kalibrationsvorrichtung ein Kalibrationsaufwand im Herstellungsprozess bzw.
nach dem Herstellungsprozess des Gassensors einsparen.
Die Aufgabe wird ferner gelöst mit einem Verfahren zum Kalibrieren eines Gassensors mittels einer aus einer dünnen Kunststoffschicht ausgebildeten
Kalibrationsvorrichtung, in welcher ein Kalibriergas vorhanden ist, aufweisend die Schritte:
- Anordnen des Gassensors in einer Hauptkammer der Kalbrationsvorrichtung;
Versetzen des Gassensors in einen Kalibrationsmodus; und
Durchführen der Kalibration des Gassensors mittels eines ersten
Kalibriergases.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kalibrationsvorrichtung wenigstens eine Nebenkammer aufweist, die von der Hauptkammer getrennt und mit der Hauptkammer verbindbar ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine Nebenkammer mit einem zweiten Kalibriergas befüllt ist, welches zur Kalibration des Gassensors verwendbar ist. Auf diese Weise wird eine vorteilhafte, einfach zu realisierende Möglichkeit bereitgestellt, eine flexible Anzahl an Nebenkammern mit Kalibriergas vorzusehen. Dadurch können in individueller Weise Kalibrations- erfordernisse von unterschiedlichen Gassensoren berücksichtigt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der Hauptkammer und der wenigstens einen Nebenkammer ein Überdruckventil oder eine Sollbruchstelle angeordnet ist. Auf diese Weise werden zwei unterschiedliche technische Möglichkeiten für ein Zuführen des Kalibriergases aus der Nebenkammer in die
Hauptkammer bereitgestellt. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrations- vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass durch Ausüben eines definierten manuellen Drucks auf die Nebenkammer die Nebenkammer mit der Hauptkammer verbindbar ist. Dadurch können auf einfache Weise unterschiedliche Kalibrationspunkte für den Gassensor realisiert werden, weil durch das definierte
Öffnen der Nebenkammern Kalibriergas in definierter Weise aus den Nebenkammern in die Hauptkammer übergeführt wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrations- Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gase in den Kammern in definierten Konzentrationen vorhanden sind. Auch auf diese Weise können vorteilhaft mehrere unterschiedliche Kalibrationspunkte für den Gassensor realisiert werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrations- vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens zwei Gase in den Kammern unterschiedliche chemische Zusammensetzungen aufweisen. Auch auf diese Weise können unterschiedliche Kalibrationspunkte für den Gassensor verwirklicht werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrations- vorrichtung sieht vor, dass die Hauptkammer nach extern ein Überdruckventil aufweist. Mittels des Überdruckventils ist es möglich, durch ein Zusammendrücken der Hauptkammer unerwünschte, restliche Fremdluft aus der Hauptkammer zu entfernen. Dadurch kann die Hauptkammer auf einen möglichst guten Gas- Initialwert gebracht werden, was für eine Rekalibration des Gassensors vorteilhaft ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung sieht vor, dass die Hauptkammer eine wiederverschließbare Öffnung aufweist, mittels der die Hauptkammer im Wesentlichen gasdicht verschließbar ist. Auf diese Art und Weise wird eine einfache Möglichkeit für ein Einführen des Gassensors in die Hauptkammer bereitgestellt, was insbesondere für einen nach einer definierten Betriebsdauer des Gassensors erforderlichen Rekalibrations- Vorgang sehr nützlich ist. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibrations- vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Gase in den Kammern für Menschen ungiftig sind. Dadurch kann die Kalibration des Gassensors auf einfache Weise auch von technisch ungeschultem Personal (z.B. durch Endkunden) vorgenommen werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrations- vorrichtung sieht vor, dass in wenigstens einer der Kammern ein Feuchtegetter angeordnet ist. Der Feuchtegetter, der auf einfache Weise z.B. mittels eines Sili- cagels zu implementieren ist, dient einer Herstellung eines definierten Gaszustands in der Kammer, wobei vor allem eine Kondensation von Feuchtigkeit verhindert werden soll. Dadurch ist vorteilhaft ein im Wesentlichen trockener Kalibrationsprozess unterstützt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrations- vorrichtung sieht vor, dass wenigstens eine der Kammern ein wiederverschließbares Septum aufweist. Auf diese Weise ist in der Kammer mit dem Septum eine einfach durchzuführende Referenzgasanalytik möglich.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Hauptkammer ein zweites Kalibriergas aus wenigstens einer Nebenkammer der Kalibrationsvorrichtung zugeführt wird. Auf diese Art und Weise können für den Gassensor unterschiedliche Kalibrationspunkte realisiert werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass vor einem Rekalibrieren des Gassensors der Gassensor in die mittels einer wiederverschließbaren Öffnung versehene Hauptkammer angeordnet wird. Auf diese Weise ist einfach durchzuführendes Rekalibrieren des Gassensors unterstützt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Kammern eine Beschichtung aufweist, die eine Gasbarriere für das Kalibriergas darstellt. Auf diese Weise kann vorteilhaft erreicht werden, dass eine definierte Konzentration des Kalibriergases innerhalb der wenigstens einen Kammer für einen langen Zeitraum vorhanden ist. Eine Nutzbarkeit bzw. Lebensdauer der Kalibrations- vorrichtung ist auf diese Weise vorteilhaft erhöht.
Die Erfindung wird im Folgenden mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren detailliert beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung, sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Figuren.
In den Figuren zeigt: eine prinzipielle Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung; eine prinzipielle Querschnittsansicht entlang einer Achse A-B der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung von Fig. 1 ; und einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung von Ausführungsformen Fig. 1 zeigt in einer prinzipiellen Draufsicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung 100. Die Kalibrationsvorrichtung 100 weist eine Hauptkammer 10 auf, in der der ein zu kalibrierender Gassensor 1 , der beispielsweise in einem elektronischen Gerät 20 (z.B. ein Smartphone) verbaut angeordnet sein kann. Die Hauptkammer 10 ist vorzugsweise aus einer dünnen, folienartigen polymerbasierten Kunststoffschicht (z.B. aus Polyethylen) ausgebildet, in der ein Kalibriergas (nicht dargestellt) mit definierter Konzentration bzw. chemischer Zusammensetzung unter definiertem Druck vorhanden ist. Die Hauptkammer 10 umschließt dabei den Gassensor 1 vollständig, so dass die Hauptkammer 10 auch als eine Verpackung für den Gassensor 1 verwendet werden kann. Die als eine Mehrkammerverpackung ausgebildete Kalibrationsvorrichtung 100 unterstützt eine Bedienbarkeit des zu kalibrierenden Gassensors 1 , wobei während der Kalibrationsprozedur Eingaben des Benutzers vom elektronischen Gerät 20 entgegenzunehmen bzw. Hinweise/Handlungsanweisungen an den Benutzer übermittelt werden.
Mehrere Nebenkammern 11 , 12, 13 und 14 sind um die Hauptkammer 10 herum mit der Hauptkammer 10 verbunden angeordnet. In ihrem Aufbau entsprechen die Nebenkammern 1 1 , 12, 13, 14 im Wesentlichen der Hauptkammer 10, wobei die Nebenkammern 11 , 12, 13, 14 in einem Transportmodus von der Hauptkammer 10 fluidtechnisch getrennt sind. In den Nebenkammern 11 , 12, 13 und 14 befindet sich ebenfalls ein Kalibriergas, welches sich von dem Kalibriergas in der Hauptkammer 10 hinsichtlich der Konzentration bzw. chemischen Zusammensetzung unterscheiden kann. Die Gesamtzahl an Kammern 10, 1 1 , 12, 13 und 14 legt letztlich die Anzahl an Stützstellen für die Kalibration fest.
Die Hauptkammer 10 kann nach extern ein Überdruckventil 30 aufweisen, mit dem aus der Hauptkammer 10 überschüssige Fremdluft entfernt werden kann. Fig. 2 zeigt eine prinzipielle Querschnittsansicht durch die Kalibrationsvorrichtung
100 von Fig. 1 entlang einer Achse A-B. Man erkennt, dass die beiden Nebenkammern 1 1 , 13 getrennt mittels eines Überdruckventils 30, einer Sollbruchstelle des PE-Materials, oder eines sonstigen geeigneten Schließmechanismus mit der Hauptkammer 10 verbindbar ausgebildet sind. Um einen Kalibrationsvorgang zu initiieren, wird der zu kalibrierende Gassensor 1 in einen Kalbrationsmodus versetzt, was beispielsweise über Eingaben des Anwenders über ein Touchpad des Geräts 20 und entsprechende Rückmeldungen des Geräts 20 erfolgen kann.
Danach wird durch eine Druckerhöhung mittels manuellen Drückens in der Ne- benkammer 11 aufgebaut, wodurch durch ein Öffnen des Überdruckventils 30 eine Fluidverbindung der Nebenkammer 1 1 zur Hauptkammer 10 geschaffen wird. Als Resultat strömt das in der Nebenkammer 1 1 befindliche Kalibriergas in die Hauptkammer 10. Auf der Basis einer vorab definierten Referenzanalytik wird auf diese Weise für den Gassensor 1 ein Kalibrationspunkt K1 realisiert, der eine erste Stützstelle für den Kalibrationsprozess des Gassensors 1 repräsentiert. In einem weiteren Schritt des Kalibratiosprozesses kann vorgesehen sein, ein zwischen der Nebenkammer 13 und der Hauptkammer 10 angeordnetes Überdruckventil 30 ebenfalls durch manuelles Drücken zu öffnen und dadurch fluid- technisch mit der Hauptkammer 10 zu verbinden, um dadurch einen weiteren Kalibrationspunkt K2 für den im Gerät 20 angeordneten Gassensor 1 bereitzustellen.
Im Ergebnis wird somit durch einfaches manuelles Drücken der Nebenkammern 1 1 , 13 ein Kalibrationsprozess für den Gassensor 1 initiiert, was beispielsweise bei der Inbetriebnahme des Geräts 20 auf einfache Weise vom Endkunden durchgeführt werden kann.
In einer besonders einfachen Variante der Kalibrationsvorrichtung 100 ist es auch denkbar, dass die Kalibrationsvorrichtung 100 lediglich als Hauptkammer 10 ohne jegliche Nebenkammern 11 , 12, 13, 14 ausgebildet ist, wobei zum Initiieren des Kalibriervorgangs lediglich der Gassensor 1 (z.B. via elektronischem Gerät 20) in den Kalibriermodus versetzt werden muss.
Eine weitere Variante der Kalibrationsvorrichtung 100 sieht vor, dass die Hauptkammer 10 eine wiederverschließbare Öffnung 40 aufweist, durch die der zu kalibrierende Gassensor 1 zum Zwecke einer Rekalibrierung in die Hauptkammer 10 eingeführt wird. Danach wird die wiederverschließbare Öffnung 40 wieder verschlossen und der Kalibrationsvorgang kann in gewohnter Weise durchgeführt werden.
Die Mehrkammerverpackung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass möglichst wenig Fremdluft in die Hauptkammer 10 eingebracht wird, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass vorhandenes Restgas mittels eines Überdruckventils 30 aus der Hauptkammer 10 entfernt wird.
Es ist auf diese Weise mit der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung 100 möglich, auf einfache und kostengünstige Weise sowohl eine Initial- also auch eine Rekalibrierung von Gassensoren vorzunehmen.
Mittels der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung 100 wird auf vorteilhafte Weise eine Funktionalität einer Verpackung mit einer Funktionalität einer Kalibrationsvorrichtung kombiniert. Mit den dabei vorgesehenen Kammern 10, 1 1 , 12, 13, 14 kann man eine unterschiedliche Konstellation des Zielgases/- Zielgasgemisches auf einfache Weise dem Gassensor 1 zugeführt werden.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung sind unter anderem eine erhöhte Lebensdauer und eine verbesserten Genauigkeit/Zuverlässigkeit des Gassensors. Vorteilhaft kann eine Anpassung der Sensoren an einen gewünschten Zielmessbereich (beispielsweise 0-1000 ppm C02) durchgeführt werden. Vorteilhaft ist mittels der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung eine Kalibration unterschiedlicher Sensortypen möglich, wie z.B. optischer nicht- dispersiver-lnfrarot (NDIR) basierter Sensoren, halbleitender Metalloxide, elektrochemischer Zellen, chemisch basierter Feldeffekttransistoren (ChemFET), polymerbasierter Sensoren (resistiv, kapazitiv), kolorimetrischer Sensoren, usw.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die zu kalibrierenden Gassensoren entweder in einer Kalibrationsvorrichtung 100 geliefert werden (initiale Kalibration) oder können zu einem definierten Zeitpunkt nach einer gewissen Betriebsdauer in eine Kalibrationsvorrichtung 100 eingebracht werden (Rekalibration).
Es ist mittels der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung 100 eine Vielzahl an Ziel- bzw. Kalibriergasen realisierbar, wodurch zum Beispiel eine Selektivität des Gassensors 1 überprüft werden kann. Mögliche Kalibriergase sind zum Beispiel: CO, C02, feuchte oder trockene synthetische Luft bzw. Raumluft, flüchtige Kohlenwasserstoffe (z.B. Propan, Butan, Ethanol). Die Kalibriergase können in einem weiteren Gas, z.B. N2 oder vorkonditionierter Raumluft zum Beispiel durch Aktivkohle gefiltert verdünnt sein. Zudem ist der Feuchtegehalt der verwendeten Gase derart gewählt, dass eine Kondensation während des Kalibrationsvorgangs weitestgehend ausgeschlossen ist, zum Beispiel durch einen Taupunkt < 10 °C.
Die genannten Gase sind vom Menschen im Wesentlichen nicht wahrnehmbar und ungiftig, was letztlich auch eine gute chemische Verträglichkeit mit dem folienartigen Kunststoffmaterial der Kammern 10, 11 , 12, 13, 14 bedeutet.
Es können weiterhin zusätzliche Feuchtegetter (z.B. Silicagel) in wenigstens einer der Kammern 10, 1 1 , 12, 13, 14 verwendet werden, um einen Feuchteein- fluss auf das Sensorsignal zu ermitteln und/oder die Kalibriergasbedingungen zu stabilisieren.
Mittels der Nebenkammern 11 , 12, 13, 14 oder eines Medienzugangs via Septum in der Hauptkammer 10 kann eine Spülung des Gassensors 1 , z.B. mit Referenzluft durchgeführt werden.
Die Mehrkammerverpackung kann beispielsweise aus Polyethylen (PE) ausgebildet sein und eine Aluminiumschicht oder Ethylenvinylalkohol-Copolymer als eine Gas-Barriereschicht analog zu den in der Lebensmittelindustrie verwendeten Materialien aufweisen (siehe„Handbuch für Lebensmittelchemiker" von W. Frede, 3. Ausgabe, Seiten 943 ff). Mittels der genannten Gas-Barriereschicht kann eine Diffusionssperre realisiert werden, die es vorteilhaft ermöglicht, ein Ausdiffundieren des Kalibriergases aus der Kalibrationsverpackung weitgehend zu verhindern bzw. wenigstens abzuschwächen, mit dem Ziel, eine Zeitkonstante eines Vorhandenseins des Kalibriergases mit einer definierter Konzentration innerhalb der Kalibrationsverpackung möglichst lange auszubilden. Auf diese Weise ist eine Lebensdauer der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung vorteilhaft erhöht, wodurch auch eine Qualität bzw. Reproduzierbarkeit eines
Kalibrationsvorganges vorteilhaft erhöht ist.
Mittels der Erfindung sind beliebige Konzentrationsstufen des Kalibriergases und Abfolgesequenzen der Kalibration möglich, beispielsweise kann eine 3-Punkt- Kalibration des Gassensors 1 mittels folgender beispielhafter Abfolge erreicht werden: a) Der Gassensor 1 bzw. das Gerät 20 mit dem Gassensor 1 befindet sich in der Hauptkammer 10 und wird für die Kalibration z.B. durch den Benutzer aktiviert. b) Der Gassensor 1 bzw. das Gerät 20 nimmt den ersten Kalibrationswert K1 aus der Gasatmosphäre der Hauptkammer 10 auf. c) Der Gassensor 1 bzw. das Gerät 20 steht für einen weiteren Kalibrations- punkt bereit, dies kann beispielsweise durch eine optische und/oder akusti- sehe Anzeige eines als Smartphone ausgebildeten Geräts 20 signalisiert werden. d) Eine Nebenkammer 1 1 wird z.B. durch Zusammendrücken durch den Benutzer geöffnet und Kalibriergas mit hoher Konzentration wird in die Hauptkammer 10 eingeleitet. Der Gassensor 1 nimmt daraufhin den zweiten
Kalibrationswert K2 auf. e) Der Gassensor 1 bzw. das Gerät 20 steht für einen weiteren Kalibrations- punkt bereit, dies kann beispielsweise durch eine Anzeige des Smartphones signalisiert werden. f) Eine weitere Nebenkammer 12 wird geöffnet und Kalibriergas mit geringer Konzentration bzw. Schutzgas wird in die Hauptkammer 10 eingeleitet, was zu einer Verdünnung der Kalibriergaskonzentration in der Hauptkammer 10 führt. Der Sensor nimmt daraufhin den dritten Kalibrationswert K3 auf. Es gilt KKK2<K3.
Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung für massenfertigungstaugliche Gassensoren von Unterhaltungselektronik (z.B. Handys, Haushalt, Gaswar- ner), in Medizintechnikgeräten (z.B. Atemgasanalyse, Lab-on-Chip-Analytik) und für einen Einsatz in Flüssigkeiten (z.B. Kraftstoffanalyse und Körperflüssigkeiten) verwendet werden.
Fig. 3 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem ersten Schritt S1 wird der Gassensor 1 in einer Hauptkammer 10 der Kalibrationsvorrichtung 100 angeordnet.
In einem weiteren Schritt S2 wird der Gassensor 1 in eine Kalibrationsmodus versetzt.
Schließlich wird in einem dritten Schritt S3 die Kalibration des Gassensors 1 mittels eines ersten Kalibriergases durchgeführt. Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung eine Art„Kalibrations- verpackung" vorgeschlagen, welche eine gasbefüllte Verpackung für Gassensoren um eine Kalibrierfunktionalität erweitert. Vorteilhaft kann mittels der Erfindung eine Kalibration des Gassensors beim Hersteller bzw. nach einem Herstellungs- prozess entfallen, was eine kostengünstige Auslagerung der Kalibration an den
Endkunden bedeutet. Aufgrund einer Vielzahl an möglichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung bzw. der damit realisierbaren Kalibriergase kann eine Vielzahl von Kalibrationsszenarien realisiert werden. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird deshalb die beschriebenen Merkmale miteinander kombinieren oder abändern, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims

Ansprüche
Kalibrationsvorrichtung (100) für einen Gassensor, aufweisend
wenigstens eine aus einer dünnen Kunststoffschicht ausgebildete Hauptkammer (10), mittels der der Gassensor vollständig umschließbar ist, wobei die Hauptkammer (10) mit einem ersten Kalibriergas befüllt ist, welches zur Kalibration des Gassensors verwendbar ist.
Kalibrationsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrationsvorrichtung (100) wenigstens eine Nebenkammer (1 1 , 12, 13, 14) aufweist, die von der Hauptkammer (10) getrennt und mit der Hauptkammer (10) verbindbar ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine Nebenkammer (1 1 , 12,13, 14) mit einem zweiten Kalibriergas befüllt ist, welches zur Kalibration des Gassensors verwendbar ist. 3. Kalibrationsvorrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hauptkammer (10) und der wenigstens einen Nebenkammer (1 1 , 12, 13, 14) ein Überdruckventil (30) oder eine Sollbruchstelle angeordnet ist. 4. Kalibrationsvorrichtung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Ausüben eines definierten manuellen Drucks auf die Nebenkammer (1 1 , 12, 13, 14) die Nebenkammer (11 , 12, 13, 14) mit der Hauptkammer (10) verbindbar ist. 5. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase in den Kammern (10, 11 , 12, 13, 14) in definierten Konzentrationen vorhanden sind.
6. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Gase in den Kammern (10, 11 , 12, 13, 14) unterschiedliche chemische Zusammensetzungen aufweisen.
7. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkammer (10) nach extern ein Überdruckventil (30) aufweist.
8. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkammer (10) eine wiederverschließbare Öffnung (40) aufweist, mittels der die Hauptkammer (10) im Wesentlichen gasdicht verschließbar ist.
9. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase in den Kammern (10, 11 , 12, 13, 14) für Menschen ungiftig sind.
10. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer der Kammern (10, 11 , 12, 13, 14) ein Feuchtegetter angeordnet ist.
1 1. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kammern (10, 11 , 12, 13, 14) ein wiederverschließbares Septum aufweist.
12. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kammern (10, 11 , 12, 13, 14) eine Beschichtung aufweist, die eine Gasbarriere für das Kalibriergas darstellt.
13. Verfahren zum Kalibrieren eines Gassensors mittels einer aus einer dünnen Kunststoffschicht ausgebildeten Kalibrationsvorrichtung (100), in welcher ein Kalibriergas vorhanden ist, aufweisend die Schritte:
- Anordnen des Gassensors in einer Hauptkammer (10) der
Kalibrationsvorrichtung (100);
Versetzen des Gassensors in einen Kalibrationsmodus; und
Durchführen der Kalibration des Gassensors mittels eines ersten
Kalibriergases.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Hauptkammer (10) ein zweites Kalibriergas aus wenigstens einer Nebenkammer (1 1 , 12, 13, 14) der Kalibrationsvorrichtung (100) zugeführt wird. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei vor einem Rekalibrieren des
Gassensors der Gassensor in die mittels einer wiederverschließbaren Öffnung (40) versehene Hauptkammer (10) angeordnet wird.
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