氣敏傳感器的功能性測試的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于按照熱傳導(dǎo)原理工作的氣敏傳感器的功能性檢測的方法。
【專利說明】氣敏傳感器的功能性測試

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種按照熱傳導(dǎo)原理工作的氣敏傳感器的功能測試。

【背景技術(shù)】
[0002]按照熱傳導(dǎo)原理工作的氣敏傳感器可以用來確定流體介質(zhì)中的氣體或者氣體組分?！傲黧w介質(zhì)”在這里被理解成是指液體和氣體介質(zhì)兩者。待檢測的氣體或者待檢測的氣體組分(在下文中也被稱為“目標(biāo)氣體”)可以氣體方式或溶解形式存在于介質(zhì)中，其中除了目標(biāo)氣體之外，流體介質(zhì)可能還包括例如固體、氣體或液體的組分或者溶解物質(zhì)。首先確定目標(biāo)氣體的比熱導(dǎo)率參數(shù)，可以由所述參數(shù)推導(dǎo)出例如目標(biāo)氣體在流體介質(zhì)中的濃度、壓力或者分壓力的進(jìn)一步參數(shù)。
[0003]從EP O 501 089 AUEP O 429 397 AUEP O 433 741 或者 DE 4 439715 Al 之中已知了按照熱傳導(dǎo)原理工作的氣敏傳感器。
[0004]測量原理是以目標(biāo)氣體通過膜的擴(kuò)散與隨后借助于熱導(dǎo)率測量的目標(biāo)氣體的檢測的組合為基礎(chǔ)的。所應(yīng)用的氣敏傳感器包括與供測量的流體介質(zhì)接觸的膜。該膜將流體介質(zhì)與氣敏傳感器中的測量室分開，該測量室中設(shè)置熱傳導(dǎo)傳感器。膜例如包括聚合物層或者聚合物膜，所述聚合物層或者聚合物膜可透過目標(biāo)氣體但是不可透過液體，以致僅目標(biāo)氣體可以通過膜進(jìn)入到測量室中。所應(yīng)用的聚合物具有與目標(biāo)氣體匹配的透過性。
[0005]在每個測量過程之前利用凈化氣體來凈化測量室以便從測量室中除去來自目標(biāo)氣體的先前樣品的殘余。凈化氣體應(yīng)當(dāng)具有不同于目標(biāo)氣體的熱導(dǎo)率并且另外相對于目標(biāo)氣體和/或傳感器的材料在化學(xué)性質(zhì)上是惰性的，也就是，不應(yīng)與這些物質(zhì)反應(yīng)。
[0006]緊跟著該凈化過程，目標(biāo)氣體可以再次透過膜進(jìn)入測量室中。利用熱傳導(dǎo)傳感器測得至少一個與時間相關(guān)的熱導(dǎo)率參數(shù)，其與測量室中的目標(biāo)氣體的濃度有關(guān)并從而與流體介質(zhì)中的目標(biāo)氣體的濃度有關(guān)。通過考慮到膜對于目標(biāo)氣體的透過性，則可以由該參數(shù)來確定目標(biāo)氣體的分壓力，并且可以由此確定其在流體介質(zhì)中的濃度。
[0007]另外，例如，可以如EP 0348243A1中所公開地來校準(zhǔn)氣敏傳感器。
[0008]按照熱傳導(dǎo)原理工作的氣敏傳感器被用于各種工業(yè)生產(chǎn)過程和制煉廠以及實(shí)驗(yàn)室中?？赡苁褂玫姆秶婕皬娘嬃袭a(chǎn)品中CO2的確定到生物進(jìn)程和生物反應(yīng)器中N2、H2或CO2的確定?？梢岳盟鰵饷魝鞲衅鱽泶_定的進(jìn)一步的目標(biāo)氣體例如為二氧化硫(SO2)或者硫化氫(H2S)。
[0009]特別是對于在工廠中的運(yùn)用，重要的是，氣敏傳感器提供了可靠且可重復(fù)的恒定質(zhì)量的結(jié)果。
[0010]如已經(jīng)顯示的，氣敏傳感器的功能性能力且因此可靠性受例如凈化氣體供應(yīng)中的故障和/或潮氣滲入傳感器內(nèi)部的各種功能故障狀態(tài)的影響。
[0011]功能故障狀態(tài)導(dǎo)致了錯誤的測量并且甚至可以導(dǎo)致氣敏傳感器的故障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]該問題從而產(chǎn)生了提供一種用于按照熱傳導(dǎo)原理工作的氣敏傳感器的功能測試的方法，以便在運(yùn)行期間檢測且特別是在線檢測氣敏傳感器的功能故障狀態(tài)。
[0013]該問題通過一種用于按照熱傳導(dǎo)原理工作的氣敏傳感器的在線功能測試的方法來解決。氣敏傳感器包括具有凈化氣體連接部的測量室、設(shè)置在測量室中用于確定一個或多個測定值的熱傳導(dǎo)傳感器、溫度傳感器和膜，該膜在運(yùn)行期間將測量室與流體介質(zhì)分開并且對于目標(biāo)氣體是可透過的。用于氣敏傳感器的功能測試的方法包括多個步驟。
[0014]首先在校準(zhǔn)介質(zhì)中執(zhí)行校準(zhǔn)周期，并且確定出校準(zhǔn)基準(zhǔn)。校準(zhǔn)介質(zhì)是一種具有已知濃度的目標(biāo)氣體的流體介質(zhì)。校準(zhǔn)周期包括至少凈化過程和測量過程。在測量過程和/或凈化過程期間，可以利用熱傳導(dǎo)傳感器檢測出至少一個測定值，并且可以由此確定出相應(yīng)的校準(zhǔn)基準(zhǔn)。
[0015]然后，在測量介質(zhì)中執(zhí)行測量周期，并且由所獲得的測定值來確定出相應(yīng)的測量基準(zhǔn)。測量介質(zhì)是一種具有未知濃度的目標(biāo)氣體的流體介質(zhì)。測量周期至少包括在彼此之后被執(zhí)行的凈化過程和測量過程。在測量過程之前或者緊跟測量過程執(zhí)行凈化過程以記錄測定值或者一系列測定值，以便在測量過程開始時測量室基本上沒有殘余物。
[0016]在凈化過程中利用凈化氣體凈化測量室并且因而從測量室中除去了可能的殘余物。然后可以執(zhí)行其中使氣敏傳感器的膜接觸流體介質(zhì)的測量過程，以便容納于流體介質(zhì)中的目標(biāo)氣體可通過膜擴(kuò)散到測量室中。存在于測量室中的凈化氣體與目標(biāo)氣體混合或者被目標(biāo)氣體置換?？梢岳迷O(shè)置在測量室中的熱傳導(dǎo)傳感器來確定一個或多個測定值?？梢栽陬A(yù)選的時間點(diǎn)、以預(yù)選的時間間隔或者連續(xù)地檢測所述測定值。
[0017]可以由在校準(zhǔn)或者測量周期期間作為時間函數(shù)確定出的多個測定值來確定校準(zhǔn)或者測量基準(zhǔn)。通過考慮所述校準(zhǔn)基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)，可以確定出基準(zhǔn)比較值，然后將該基準(zhǔn)比較值與預(yù)選的基準(zhǔn)閾值相比較。如果基準(zhǔn)比較值的數(shù)值大于基準(zhǔn)閾值，則生成第一出錯信息。第一出錯信息指示出凈化氣體供應(yīng)中的功能故障。
[0018]令人驚訝地，已經(jīng)顯示出，已經(jīng)可以借助于校準(zhǔn)周期與測量周期之間的基準(zhǔn)比較來獲得凈化氣體供應(yīng)的功能故障的指示，以便可以手動地或者自動地檢查凈化氣體供應(yīng)。在凈化過程期間所確定的作為電壓值函數(shù)的測量電壓在此與基準(zhǔn)有關(guān)。對于校準(zhǔn)基準(zhǔn)，使用由校準(zhǔn)過程期間所確定的基準(zhǔn)值，所述基準(zhǔn)值為在校準(zhǔn)過程內(nèi)的凈化過程期間所確定的電壓值的函數(shù)。對于測量基準(zhǔn)，使用由測量過程期間所確定的基準(zhǔn)值，所述基準(zhǔn)值為在測量過程內(nèi)的凈化過程期間所確定的電壓值的函數(shù)。功能故障還可以例如作為電、聲和/或光信號被顯示給使用者?？梢园丛摲绞缴删哂懈叨戎噩F(xiàn)性和高質(zhì)量的測定值。
[0019]該方法還可以包括可利用其來檢驗(yàn)潮氣是否已經(jīng)滲入測量室中的步驟，其導(dǎo)致產(chǎn)生一個或多個進(jìn)一步的出錯信號。測定值可能被潮氣滲入測量室所歪曲。
[0020]為了該目的，在測量介質(zhì)中執(zhí)行測量周期，所述周期包括凈化過程和測量過程。在測量過程期間，利用氣敏傳感器的電子測量電路來檢測測量電壓，其表示待測量的熱導(dǎo)率的量度。將該測量電壓與預(yù)選的電壓范圍比較。如果測量電壓位于預(yù)選的電壓范圍外，則產(chǎn)生進(jìn)一步的出錯信息。如果測量電壓位于預(yù)選的電壓范圍內(nèi)，則還可以由橫跨測量電阻或橫跨測量電路的相應(yīng)旁路電阻的電壓降來確定測量電流值。通過比較測量電流值與預(yù)選的測量電流值來確定第一控制值。還經(jīng)由控制電路來確定控制電流值。測量電路包括控制電路。由橫跨控制電路的相應(yīng)旁路電阻的電壓降來確定控制電流值?？梢酝ㄟ^比較測量電流值與控制電流值來確定第二控制值。
[0021]然后，可以比較第一和/或第二控制值與第一控制閾值。如果第一和/或第二控制值大于控制閾值，則產(chǎn)生第二出錯信息，該第二出錯信息指示由于潮氣已經(jīng)滲入測量室中氣敏傳感器的功能故障。
[0022]如果第二控制值大于第一控制閾值，則該方法還可能包括第二控制值與第二控制閾值的比較。如果第二控制值大于第一控制閾值并且大于第二控制閾值，則可能產(chǎn)生第三出錯信息，該第三出錯信息表示由于潮氣已經(jīng)滲入測量室中氣敏傳感器的故障。
[0023]已經(jīng)滲入測量室中的潮氣可以替代地或者另外通過以下方法步驟來確定并且可以被顯示給使用者。為了該目的，在測量介質(zhì)中執(zhí)行測量周期，并且在測量過程期間利用氣敏傳感器的電子測量電路來確定測量電壓。然后由橫跨測量電阻或者橫跨測量電路的旁路電阻的電壓降來確定測量電流值。通過重新調(diào)整可調(diào)電阻或者電子測量電路的供電電壓，可以使測量電流值與預(yù)選的測量電流值匹配。為此所需的可調(diào)電阻或者供電電壓方面的變化被確定成操縱變量值。然后比較該操縱變量值與預(yù)選的第一控制操縱變量值。如果該操縱變量值大于控制操縱變量值，則可能產(chǎn)生表示氣敏傳感器的功能故障的第二出錯信息。
[0024]此外，如果操縱變量值大于第一控制操縱變量值，則還可以執(zhí)行操縱變量值與第二控制操縱變量值的比較。如果操縱變量值大于第一控制操縱變量值并大于第二操縱變量值，則可能產(chǎn)生第三出錯信息，該第三出錯信息表示由于潮氣已經(jīng)滲入測量室中氣敏傳感器的故障。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的方法的另一方面涉及氣敏傳感器的膜的檢查。膜封閉氣敏傳感器的測量室以防流體介質(zhì)并且另外對于目標(biāo)氣體是可透過的。因此，膜是半滲透的并且具有有限的透過性。如果膜的透過性改變，例如，如果膜具有如裂紋或孔的機(jī)械故障，或者如果膜是有缺陷的，例如由于改變了氣孔尺寸，則這對測量結(jié)果具有直接影響。測量結(jié)果可能被有缺陷的膜歪曲，因?yàn)槌四繕?biāo)氣體之外，干擾組分可能例如進(jìn)入測量室中或者可能阻礙或極大地增強(qiáng)目標(biāo)氣體擴(kuò)散到測量室中。因此，所希望的是，還檢查，特別是在線檢查氣敏傳感器的膜的功能性能力。
[0026]為了該目的，可以利用按照熱傳導(dǎo)原理工作的氣敏傳感器來執(zhí)行測量周期并且可以在測量過程期間作為時間函數(shù)來確定測量電壓。然后，可以將測量過程期間的測量電壓的時間相關(guān)特性與預(yù)選的第一膜閾值范圍比較。在緊跟的凈化周期期間，可以在凈化周期的測量過程期間確定出凈化測量電壓，并且可以將凈化測量電壓的時間相關(guān)特性與預(yù)選的第二膜閾值范圍比較。
[0027]如果兩個電壓(測量電壓和凈化測量電壓)都位于其相應(yīng)的閾值范圍(第一膜閾值范圍和第二膜閾值范圍)外，則可能產(chǎn)生第四出錯信息，該第四出錯信息表示氣敏傳感器中膜的功能故障。
[0028]因此，在氣敏傳感器正在工作期間使用者可能已經(jīng)被告知關(guān)于膜和/或有缺陷的膜的問題并且可以采取措施以置換膜或者氣敏傳感器。
[0029]可以將第一、第二、第三和/或第四出錯信息記錄在氣敏傳感器的控制單元中。此夕卜，第一、第二、第三和/或第四出錯信息可以通過電子、光學(xué)和/或聲學(xué)方式顯示給使用者。
[0030]記錄在氣敏傳感器的控制單元中的出錯信息可以例如建立由有缺陷膜所確定的測定值的標(biāo)識，以便后者在隨后的評估中不被考慮，或者甚至引起氣敏傳感器的停工。另夕卜，使用者可能在氣敏傳感器正在運(yùn)行期間已經(jīng)被告知關(guān)于氣敏傳感器的功能故障并且可以采取或者開始測量以消除功能故障，例如置換如膜的部件，檢查并改變凈化氣體供應(yīng)的調(diào)節(jié)，置換密封件和/或置換整個氣敏傳感器。
[0031]一種用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的在線功能測試的方法的氣敏傳感器包括具有凈化氣體連接部的測量室、設(shè)置在測量室中用于確定一個或多個測定值的熱傳導(dǎo)傳感器和膜，該膜在運(yùn)行期間將測量室與流體介質(zhì)分開并且對于存在于流體介質(zhì)中的目標(biāo)氣體是可透過的，其中在凈化周期和/或測量周期的執(zhí)行期間至少可以產(chǎn)生第一、第二和/或第三出錯信息，所述出錯信息表示氣敏傳感器由于有缺陷的凈化氣體供應(yīng)、透過的潮氣和/或膜時的至少一個功能故障。
[0032]此外，氣敏傳感器可能包括控制單元，該控制單元完全或部分地設(shè)置在氣敏傳感器的傳感器本體中，其中控制單元記錄和/或處理第一、第二、第三和/或第四出錯信息。
[0033]控制單元還包括控制電路，該控制電路可以檢測由于潮氣已經(jīng)滲入傳感器本體內(nèi)而出現(xiàn)的泄漏電流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]借助于以下附圖詳細(xì)地描述了一種根據(jù)本發(fā)明的方法和適于執(zhí)行所述方法的氣敏傳感器的實(shí)施例的不同實(shí)例，其中相同元件具有相同或者類似的附圖標(biāo)記。附圖顯示了:
[0035]圖1是按照熱傳導(dǎo)原理工作的氣敏傳感器的分解圖；
[0036]圖2是通過氣敏傳感器的測量連接件的非常示意性的橫截面圖；
[0037]圖3是具有用于檢查漏泄電流的控制電路的氣敏傳感器的非常簡化的電路圖；
[0038]圖4是用于確定基準(zhǔn)的典型的校準(zhǔn)和測量周期的電壓-時間圖；
[0039]圖5是顯示所測得的CO2分壓力和作為凈化氣流與時間的函數(shù)而確定的基準(zhǔn)的圖表。

【具體實(shí)施方式】
[0040]圖1顯示了按照熱傳導(dǎo)原理工作的氣敏傳感器的示意性分解圖。氣敏傳感器包括傳感器本體1，該傳感器本體I包括凈化氣體連接部2和用于將氣敏傳感器連接至發(fā)射器和/或處理控制點(diǎn)的連接部3。其中，設(shè)置在傳感器本體I中的是在本文中不可見的測量電子設(shè)備和控制電子設(shè)備以及關(guān)聯(lián)電路。在其介質(zhì)側(cè)端，其在運(yùn)行期間與流體介質(zhì)接觸，氣敏傳感器包括用于將氣敏傳感器連接至容器的凸緣4。此外，可以在氣敏傳感器的介質(zhì)側(cè)端看見在運(yùn)行期間伸入到流體介質(zhì)中的測量連接件5，在該測量連接件中設(shè)置具有熱傳導(dǎo)傳感器7的測量室6，參見圖2。
[0041]測量室6被膜8覆蓋住，膜8利用帽9被固定至測量連接件7。帽9包括開口 10，流體介質(zhì)13可以通過該開口 10與膜8發(fā)生接觸。膜8的成分和結(jié)構(gòu)適合于所考慮的目標(biāo)氣體。膜8可以例如由陶瓷材料、復(fù)合材料和/或聚合物材料制成。特別是適于CO2測量的膜8可以例如由包括例如聚四氟乙烯(PTFE)的聚合物膜的復(fù)合材料制成，所述復(fù)合材料被固定地連接至例如金屬網(wǎng)的合適剛性網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以用于機(jī)械性地增強(qiáng)。另外，在帽9與測量連接件7之間設(shè)置此處為O形環(huán)形式的密封件11，以便相對于液體介質(zhì)密封測量室6。
[0042]為了儲存或傳送，還可以利用蓋12來保護(hù)測量連接件5且特別是膜8。
[0043]圖2非常示意性地顯示了在沒有蓋的氣敏傳感器的組裝狀態(tài)中通過測量連接件5的橫截面。如可以在本文中看到的，測量連接件5在工作期間浸沒到設(shè)置于合適容器中的流體介質(zhì)13中。目標(biāo)氣體存在于流體介質(zhì)13中，所述目標(biāo)氣體被溶于流體介質(zhì)13中或者與后者混合。目標(biāo)氣體可以通過膜8滲入測量室6中，因?yàn)槟?對于目標(biāo)氣體是有選擇地可透過的。
[0044]設(shè)置在測量室6底部的是熱傳導(dǎo)傳感器7和溫度傳感器14，其各經(jīng)由僅在此處示出的線路15、16連接至設(shè)置于氣敏傳感器中的控制單元。可以經(jīng)由利用溫度傳感器14確定的溫度來執(zhí)行由熱傳導(dǎo)傳感器7所確定的測定值的溫度補(bǔ)償。
[0045]此外，測量室6包括氣體供應(yīng)管線17和氣體出口 18。經(jīng)由氣體供應(yīng)管線17，測量室6可以被充有凈化氣體以便從測量室6除去殘余物。待排出的凈化氣體和/或目標(biāo)氣體可以經(jīng)由氣體出口 18逸散到測量室6外。氣體出口 18還確保防止測量室6中的壓力增大。
[0046]圖3顯示了具有控制電路的氣敏傳感器的電子測量電路的非常簡化的電路圖。
[0047]氣敏傳感器被供以恒定的供電電流l_m,該供電電流l_m對于給定測量值的確定是不變地預(yù)選的。電流l_m通過預(yù)置的供電電壓VMl和可變電阻Rl來調(diào)節(jié)。
[0048]此外，電流l_m還可以作為控制電路的一部分地被調(diào)節(jié)以便在線檢查氣敏傳感器的功能。在該情況中，測量電路包括可調(diào)電阻Rl或者可調(diào)的供電電壓VM1。
[0049]該恒定的供電電流l_m使得能夠經(jīng)由第一運(yùn)算放大器OPl的輸出電壓來確定熱傳導(dǎo)傳感器的電阻TC_S，所述確定對于測量是重要的。第一運(yùn)算放大器OPl的輸出電壓一方面被溫度補(bǔ)償并且另一方面通過具有第二電阻R2與溫度傳感器(此處被稱為電阻TC_STC)以及第三電阻R3與第二運(yùn)算放大器0P2的進(jìn)一步的電路部分被放大。第二運(yùn)算放大器0P2的輸出電壓是與待測量的熱導(dǎo)率成正比的實(shí)測電壓UGV0
[0050]可以利用氣敏傳感器來執(zhí)行校準(zhǔn)和測量周期，其中每個周期在每個情況下包括至少凈化過程和測量過程。在具有已知的目標(biāo)氣體濃度的校準(zhǔn)介質(zhì)中執(zhí)行校準(zhǔn)周期，并且在作為流體介質(zhì)的具有未知的目標(biāo)氣體濃度的測量介質(zhì)中執(zhí)行測量過程。
[0051]首先利用合適的凈化氣體來凈化測量室，該凈化過程能夠被執(zhí)行一次或幾次。然后使氣敏傳感器，特別是測量連接件接觸相應(yīng)的流體介質(zhì)。容納于流體介質(zhì)中的目標(biāo)氣體通過膜擴(kuò)散到測量室內(nèi)，其中通過熱傳導(dǎo)傳感器將測量室中的熱導(dǎo)率作為測定值來確定?？梢栽跍y量過程期間以預(yù)定的時間間隔或者連續(xù)地作為單值來檢測所述測定值?？梢曰诶脺囟葌鞲衅鞔_定的溫度值來確定溫度補(bǔ)償過的測定值。作為凈化氣體，可以使用多種氣體，其包括(除了其它的之外)壓縮空氣、氮?dú)?N2)、二氧化碳(CO2)或者例如氬氣或氦氣的惰性氣體。除了其它的之外，凈化氣體的選擇受測量介質(zhì)的組分，例如存在干擾氣體和/或待確定的目標(biāo)氣體的影響。
[0052]圖4和5中示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的執(zhí)行過程的實(shí)例。
[0053]圖4顯示了測量或者校準(zhǔn)周期的測量電壓的典型的電壓-時間曲線。所述曲線是利用根據(jù)本發(fā)明的CO2氣敏傳感器在作為測量介質(zhì)的純CO2氣體和作為凈化氣體的空氣中所檢測出的。在測量過程I期間，目標(biāo)氣體從流體介質(zhì)擴(kuò)散到測量室內(nèi)，從而測量室中的目標(biāo)氣體的濃度隨時間增大并且因此所探測出的熱導(dǎo)率也隨時間增大，所探測出的熱導(dǎo)率與所顯示的測量電壓UGV成正比。在完成測量過程之后，其在此處包括許多測定值，啟動凈化過程II，其中將凈化氣體輸送通過測量室并且從而將目標(biāo)氣體排出測量室?？梢詢艋瘻y量室例如直到熱傳導(dǎo)傳感器的測定值基本上穩(wěn)定的時間。然后，可以通過計(jì)算曲線的部位III中所探測出的測量電壓UVG的平均值來確定基準(zhǔn)。部位III此處包括校準(zhǔn)測量周期的凈化過程中的最后四秒，其中氣敏傳感器傳送基本上穩(wěn)定的測定值。如果氣敏傳感器與校準(zhǔn)介質(zhì)接觸，則從而可以確定校準(zhǔn)基準(zhǔn)，或者如果氣敏傳感器與測量介質(zhì)接觸，則可以確定測量基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)包括作為在凈化過程期間所確定的電壓值的函數(shù)的校準(zhǔn)或測量電壓。
[0054]圖5顯示了作為凈化氣流的函數(shù)的基準(zhǔn)特性的時間相關(guān)性。所述測量結(jié)果是利用根據(jù)本發(fā)明的具有作為凈化氣體的空氣的一 CO2氣敏傳感器所檢測出的。將具有大約2000毫巴的CO2分壓力的純CO2氣體用作測量介質(zhì)。在測量期間，凈化氣流被從大約70ml/min減小至大約0.2-0.5ml/min并且然后被再次增大至初始值。利用圖表中的豎直線來表示各種凈化氣流，其中以下的凈化氣流例如被確定為:1:70ml/min, 2:50ml/min, 3:30ml/min, 4:10_20ml/min,5:l_5ml/min,6:0.2-0.5ml/min,7:0.3-1.2ml/min,8:3_14ml/min,9:70ml/
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[0055]此處被描繪成斷續(xù)線的測量基準(zhǔn)曲線首先顯示了在具有大約70ml/min的最優(yōu)凈化氣流的校準(zhǔn)周期所確定的大約93毫伏的校準(zhǔn)基準(zhǔn)值。雙箭頭表示校準(zhǔn)該傳感器和檢測校準(zhǔn)基準(zhǔn)時的時間點(diǎn)。在測量過程中，凈化氣流被后者的減少而中斷，以便模擬有缺陷的凈化氣體供應(yīng)。凈化氣流中大約I到大約5ml/min的平均偏差在CO2的測定值中引起了顯著偏差，其作為CO2分壓力被描繪成連續(xù)曲線。還可以從測量基準(zhǔn)的曲線上讀出凈化氣流中的不利變化，因?yàn)闇y量基準(zhǔn)已經(jīng)隨著凈化氣流減小至大約10-20ml/min(線4)而增加大約8OmV至大約173mV。凈化氣流進(jìn)一步減小至大約0.2到大約0.5ml/min(線6)(其基本上相當(dāng)于凈化氣體中斷)引起了測量基準(zhǔn)增大至大約990mV并且同時引起CO2測定值的明顯下降。一旦凈化氣流被再次調(diào)整至最初的大約70ml/min的最佳值(線9)，則可以在圖表中看到，測量基準(zhǔn)的值以及所測得的CO2分壓力的值再次相當(dāng)于初始值。
[0056]因此可以借助于上述方法來確定出氣敏傳感器由于出錯或者有缺陷的凈化氣體供應(yīng)的功能故障，其中為來自大約50mV的校準(zhǔn)基準(zhǔn)的測量基準(zhǔn)的偏差建立基準(zhǔn)閾值。如本文所示，對于任何種類的傳感器和/或任何目標(biāo)氣體可以輕易地確定基準(zhǔn)閾值的值。在探測到有缺陷的凈化氣體供應(yīng)之后，可以在已經(jīng)檢查并改造凈化氣體供應(yīng)之后繼續(xù)測量。
[0057]雖然已經(jīng)通過實(shí)施例的具體實(shí)例的介紹描述了本發(fā)明，但是很顯然，可以在對本發(fā)明的理解中創(chuàng)造出實(shí)施例的許多其他變型，例如通過使實(shí)施例的單個實(shí)例的特征相互結(jié)合和/或互換實(shí)施例的實(shí)例的單獨(dú)功能單元。
[0058]附圖標(biāo)記列表
[0059]I傳感器本體
[0060]2凈化氣體連接部
[0061]3連接件
[0062]4 凸緣
[0063]5測量連接件
[0064]6測量室
[0065]7熱傳導(dǎo)傳感器
[0066]8 膜
[0067]9 帽
[0068]10 開口
[0069]11密封件
[0070]12 蓋
[0071]13流體介質(zhì)
[0072]14溫度傳感器
[0073]15 線路
[0074]16 線路
[0075]17供應(yīng)管線
[0076]18氣體出口
[0077]l_m供電電流
[0078]VMl供電電壓
[0079]Rl, R2, R3 電阻
[0080]0P1, 0P2 運(yùn)算放大器
[0081]UVG測量電壓
[0082]TC_S熱傳導(dǎo)傳感器的電阻
[0083]TC_STC溫度傳感器的電阻
[0084]I測量過程
[0085]II凈化過程
[0086]III基準(zhǔn)
【權(quán)利要求】
1.一種用于按照熱傳導(dǎo)原理工作的氣敏傳感器的功能性測試的方法，其中所述氣敏傳感器包括具有凈化氣體連接部(2)的測量室￠)、設(shè)置在所述測量室(6)中用于確定一個或多個測量值的熱傳導(dǎo)傳感器(7)、溫度傳感器(14)和膜(8)，所述膜在工作期間將所述測量室(6)與流體介質(zhì)(13)分開并且對于目標(biāo)氣體是可透過的；并且其中所述方法包括以下步驟: a.在校準(zhǔn)介質(zhì)中執(zhí)行校準(zhǔn)周期，該校準(zhǔn)介質(zhì)是具有已知目標(biāo)氣體濃度的流體介質(zhì)，其中所述校準(zhǔn)周期包括凈化過程和隨后的測量過程，并且確定校準(zhǔn)基準(zhǔn)； b.在測量介質(zhì)中執(zhí)行測量周期，該測量介質(zhì)是具有未知目標(biāo)氣體濃度的流體介質(zhì)，其中所述測量周期包括至少凈化過程和隨后的測量過程，并且確定測量基準(zhǔn)； c.將所述校準(zhǔn)基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)考慮在內(nèi)來計(jì)算基準(zhǔn)比較值； d.比較所述基準(zhǔn)比較值與預(yù)選的基準(zhǔn)閾值，并且如果所述基準(zhǔn)比較值的數(shù)值大于所述基準(zhǔn)閾值，則產(chǎn)生表示所述凈化氣體供應(yīng)中的功能故障的第一出錯信息， 其中凈化過程包括，利用凈化氣體來凈化所述測量室￠);其中測量過程包括，使所述氣敏傳感器的膜(8)與所述流體介質(zhì)接觸，容納于所述流體介質(zhì)中的目標(biāo)氣體通過所述膜(8)擴(kuò)散到所述測量室(6)內(nèi)，并且利用設(shè)置在所述測量室(6)中的熱傳導(dǎo)傳感器(7)來確定出一個或多個測定值；并且其中在校準(zhǔn)周期或者測量周期期間由作為時間函數(shù)而確定出的多個測定值來確定所述校準(zhǔn)基準(zhǔn)或者測量基準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其包括以下步驟: a.在測量介質(zhì)中執(zhí)行測量周期，并且在測量過程期間，利用氣敏傳感器的電子測量電路來確定測量電壓； b.比較所述測量電壓與預(yù)選的電壓范圍，以及 1.如果所述測量電壓位于所述電壓范圍外，則產(chǎn)生進(jìn)一步的出錯信息， 或者 ?.如果所述測量電壓位于所述電壓范圍內(nèi)，則確定測量電流值，并且通過比較所述測量電流值與預(yù)選的測量電流值來確定第一控制值； ii1.借助于為所述測量電路的一部分的控制電路來確定控制電流值，并且通過比較所述測量電流值與所述控制電流值來確定第二控制值； IV.比較第一和/或第二控制值與控制閾值，以及 V.如果第一和/或第二控制值大于所述控制閾值，則產(chǎn)生顯示所述氣敏傳感器的功能故障的第二出錯信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，后者還包括以下步驟: a.如果第二控制值大于第二閾值，則比較第二控制值與第三控制閾值；以及 如果所述控制值大于第三控制閾值，則產(chǎn)生表示所述氣敏傳感器的故障的第三出錯信肩、O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括以下步驟: a.在測量介質(zhì)中執(zhí)行測量周期，并且在測量過程期間利用所述氣敏傳感器的電子測量電路來確定出測量電壓； b.確定出測量電流值，并且重新調(diào)整可調(diào)節(jié)的第一電阻或者所述電子測量電路的供電電壓，從而確定出操縱變量值，以使所述測量電流值相當(dāng)于預(yù)選的測量電流值； C.比較所述操縱變量值與預(yù)選的第一控制操縱變量值，并且如果所述操縱變量值大于所述第一控制操縱變量值，則產(chǎn)生表示所述氣敏傳感器的功能故障的第二出錯信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，其還包括以下步驟: a.如果所述操縱變量值大于第一控制操縱變量值，則比較所述操縱變量值與第二控制操縱變量值；以及 b.如果所述操縱變量值大于第一控制操縱變量值并大于第二控制操縱變量值，則產(chǎn)生表示所述氣敏傳感器的故障的第三出錯信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的方法，其包括以下步驟: a.執(zhí)行測量周期并且在所述測量過程期間確定出作為時間函數(shù)的測量電壓； b.比較所述測量電壓的時間相關(guān)特性與預(yù)選的第一膜閾值范圍； c.執(zhí)行凈化過程并且在所述凈化過程期間確定凈化測量電壓； d.比較所述凈化測量電壓的時間相關(guān)特性與預(yù)選的第二膜閾值范圍； e.如果所述測量電壓位于第一膜閾值范圍外并且所述凈化測量電壓位于第二膜閾值范圍外，則產(chǎn)生表示所述氣敏傳感器中的膜的功能故障的第四出錯信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將第一、第二、第三和/或第四出錯信息記錄在所述氣敏傳感器的控制單元中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，光學(xué)地、聲學(xué)地和/或電子地顯示出第一、第二、第三和/或第四出錯信息。
9.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述方法的氣敏傳感器，包括具有凈化氣體連接部(2)的測量室￠);設(shè)置在所述測量室￠)中的溫度傳感器(14);設(shè)置在所述測量室中用于確定出一個或多個測定值的熱傳導(dǎo)傳感器(7);和膜(8)，該膜在工作期間將所述測量室(6)與流體介質(zhì)(13)分開并且對于存在于所述流體介質(zhì)(13)中的目標(biāo)氣體是可透過的，其特征在于，在執(zhí)行凈化周期和/或測量周期期間至少產(chǎn)生第一、第二和/或第三出錯信息，所述出錯信息表示所述氣敏傳感器的凈化氣體供應(yīng)由于滲入的潮氣和/或膜(6)的至少一個功能故障。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述氣敏傳感器還包括控制單元，該控制單元被完全或者部分地設(shè)置在所述氣敏傳感器的傳感器本體中，其中所述控制單元記錄和/或處理第一、第二、第三和/或第四出錯信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氣敏傳感器，其特征在于，所述控制單元包括控制電路，該控制電路檢測由于潮氣已經(jīng)滲入所述傳感器本體內(nèi)而出現(xiàn)的泄漏電流。
【文檔編號】G01N33/00GK104169718SQ201380013467
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月12日
【發(fā)明者】R·奧伯林, A·莫比烏斯 申請人:梅特勒-托利多公開股份有限公司