DE10122487A1 - Device for detecting carbon monoxide in a gas mixture in the ventilating system of a vehicle comprises a gas sensor having a coating made from tin dioxide doped with palladium or other precious metal - Google Patents

Device for detecting carbon monoxide in a gas mixture in the ventilating system of a vehicle comprises a gas sensor having a coating made from tin dioxide doped with palladium or other precious metal

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Abstract

Device for detecting carbon monoxide in a gas mixture comprises a gas sensor (12) having a coating made from SnO2 doped with palladium or other precious metal. Preferred Features: The sensor is directly connected to a circuit board (10) having components (11) of an evaluating electronic unit, preferably bonded to the circuit board. The sensor is formed as a resistance element in a digital RC oscillator. The device additionally has units for measuring the temperature and/or the moisture content of the gas mixture.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid als Leitkomponente in einem Gasgemisch, insbe­ sondere zur Anordnung in einem Lüftungssvstem eines Kraftfahr­ zeugs.The invention relates to a device for the detection of Carbon monoxide as a leading component in a gas mixture, esp especially for arrangement in a ventilation system of a motor vehicle zeugs.

Solche Vorrichtungen sind verschiedentlich bereits bekannt. Ihr Haupteinsatzgebiet ist die Steuerung von Lüftungsklappen im Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der Luftqualität. Sobald der Schadstoffgehalt einen bestimmten Schwellwert überschreitet, wird die Ansaugung von Umgebungs­ luft durch Schließen einer entsprechenden Klappe oder derglei­ chen verhindert, um die Insassen des Fahrzeugs nicht einer gesundheitsschädlichen Atmosphäre auszusetzen.Various devices of this type are already known. Its main area of application is the control of ventilation flaps in the ventilation system of a motor vehicle depending on the Air quality. Once the pollutant level reaches a certain Exceeds the threshold value, the suction of ambient air by closing an appropriate flap or the like Chen prevents one of the occupants of the vehicle exposed to harmful atmosphere.

Üblicherweise wird dabei die Luftqualität als ein Summenpara­ meter über eine Messung mehrerer Gaskomponenten wie die Ver­ kehrsschadstoffe CO und NOx aber auch geruchsaktiver organischer Komponenten mit Hilfe mehrerer Sensoren bestimmt. Wäh­ rend Stickoxide und organische Komponenten durch geeignete Filter in ihrer Konzentration reduziert werden, ist dies bei Kohlenmonoxid nicht der Fall.Usually, the air quality is determined as a sum parameter by measuring several gas components such as the traffic pollutants CO and NO x but also odor-active organic components with the help of several sensors. While nitrogen oxides and organic components are reduced in their concentration by suitable filters, this is not the case with carbon monoxide.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur zuverlässigen Erfassung des Kohlenmonoxidge­ halts in einem Gasgemisch vorzuschlagen, die eine nur geringe Querempfindlichkeit hinsichtlich anderer Gaskomponenten und hinsichtlich Temperatur- und Feuchteänderungen aufweist und sich damit insbesondere zur Bestimmung der Luftqualität im Lüftungssvstem eines Kraftfahrzeuges eignet.The present invention has for its object a Device for the reliable detection of carbon monoxide stop proposing in a gas mixture that is only a minor one Cross sensitivity to other gas components and with regard to temperature and humidity changes and this is particularly useful for determining the air quality in the Ventilation system of a motor vehicle is suitable.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid als Leitkomponente in einem Gasgemisch, insbe­ sondere zur Anordnung in einem Lüftungssvstem eines Kraftfahr­ zeugs gelöst, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch einen Gassensor mit einer Beschichtung, die mit Palladium oder anderen Edelmetallen dotiertes SnO2 aufweist. Dieses Beschich­ tungsmaterial hat sich ausgezeichnet zur Detektion von Kohlen­ monoxid bewährt. Seine Empfindlichkeit gegenüber Temperatur­ schwankungen und Schwankungen der Luftfeuchtigkeit ist gerin­ ger als bei den bisher bekannten Materialien. Auch die Selek­ tivität ist höher als bei handelsüblichen Sensoren. Die Vor­ richtung kann zur Bestimmung der Luftqualität in einem Lüf­ tungssystem eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden, wobei Kohlenmonoxid als ausschließliche Leitkomponente der Luftqua­ lität detektiert wird.The object is achieved with a device for detecting carbon monoxide as a leading component in a gas mixture, in particular for arrangement in a ventilation system of a motor vehicle, which is characterized according to the invention by a gas sensor with a coating which has SnO 2 doped with palladium or other noble metals. This coating material has proven itself extremely well for the detection of carbon monoxide. Its sensitivity to temperature fluctuations and fluctuations in air humidity is less than with the previously known materials. The selectivity is also higher than with commercially available sensors. The device can be used to determine the air quality in a ventilation system of a motor vehicle, with carbon monoxide being detected as the sole leading component of the air quality.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Sensor unmittelbar auf einer Leiterplatine mit Bauelementen einer Auswerteelektronik angeordnet ist. Dabei lässt sich zur Befestigung des Sensors auf der Leiterplatine insbesondere ein Bondverfahren einset­ zen. Hierzu können Edelstahl- oder Edelmetalldrähte Verwendet werden. Diese Art der Anordnung auf der Leiterplatine vermeidet Herstellungskosten für einen gesonderten Sockel für den Sensor. Auch das Gewicht der Vorrichtung kann dadurch redu­ ziert werden.Further advantages result when the sensor is immediately on a printed circuit board with components of evaluation electronics is arranged. It can be used to attach the sensor in particular use a bonding process on the printed circuit board Zen. Stainless steel or precious metal wires can be used for this become. Avoids this type of arrangement on the printed circuit board  Manufacturing costs for a separate base for the Sensor. The weight of the device can thereby be reduced be decorated.

Für die Auswertung des Sensorsignals hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Sensor als Widerstandselement in einem digitalen RC-Oszillator einzusetzen. Es kann dadurch eine Polarisation des Sensormaterials durch ständig wechselnde Stromrichtungen vermieden werden. Die Auswerteelektronik benötigt außerdem keine Komparatoren zur Auswertung des Sen­ sorsignals. Da die Eingangssignale in der Regel ebenfalls digital sind, ist auch das Vorliegen des Ausgangssignals in digitaler Form von Vorteil.It has proven to be special for the evaluation of the sensor signal proven advantageous in the sensor as a resistance element use a digital RC oscillator. It can polarization of the sensor material due to constantly changing Current directions can be avoided. The evaluation electronics also does not need any comparators to evaluate the Sen sorsignals. Since the input signals usually also are digital, the presence of the output signal is also in digital form is an advantage.

Die Vorrichtung kann zusätzlich Einrichtungen zur Messung der Temperatur und/oder des Feuchtegehalts des Gasgemischs auf­ weisen. Diese Einrichtungen können Sensoren sein, die zusammen mit dem Gassensor das resistive Element des digitalen RC-Os­ zillators bilden. Es ist dann eine gemeinsame Auswerteelekro­ nik für alle Sensoren ausreichend. Selbstverständlich kann der Feuchtegehalt und die Temperatur des Gasgemischs aber auch kapazitiv erfasst werden.The device can also include devices for measuring the Temperature and / or the moisture content of the gas mixture point. These devices can be sensors that work together the resistive element of the digital RC-Os with the gas sensor form zillators. It is then a common evaluation electronics nik sufficient for all sensors. Of course, the Moisture content and the temperature of the gas mixture as well be recorded capacitively.

Falls die zusätzlichen Sensoren ebenfalls auf der Leiterplati­ ne mit der Auswerteelektronik angeordnet werden, ergehen sich weitere Einsparmöglichkeiten an Gewicht und Montageschritten, da gesonderte Sockel für die Sensoren entfallen.If the additional sensors are also on the PCB ne are arranged with the evaluation electronics further savings on weight and assembly steps, since there is no separate base for the sensors.

Für eine besonders stabile und kostengünstige Ausführung kann die Leiterplatine mit einem Gehäuse vergossen sein, das mindestens eine Diffusionsöffnung zum Einlass des zu unter­ suchenden Gasgemischs und mindestens eine Steckverbindung zu einer externen Leistungsversorgung und/oder Datenauswerte- oder Datenanzeigeeinrichtung aufweist. Zum Vergießen wird ein Isolatormaterial verwendet. Insgesamt ergibt sich durch diesen Aufbau eine stabile Verbindung zwischen Leiterplatine und Gehäuse. Gerade beim Einsatz in Kraftfahrzeugen mit rauen Betriebsbedingungen ist dies von Vorteil. Das Gehäuse kann dabei als Kunststoff-Spritzgussgehäuse gefertigt werden.For a particularly stable and inexpensive execution can potted the printed circuit board with a housing that at least one diffusion opening to the inlet of the bottom seeking gas mixture and at least one connector an external power supply and / or data evaluation or data display device. To shed one Insulator material used. Overall this results from this  Establish a stable connection between the printed circuit board and Casing. Especially when used in motor vehicles with rough Operating conditions, this is an advantage. The housing can are manufactured as a plastic injection molded housing.

Für den Einsatz der Vorrichtung im Lüftungssvstem eines Kraft­ fahrzeugs kann außerdem eine Auswerteelektronik vorgesehen werden, die die gemessene Kohlenmonoxid-Konzentration mit Schwellwerten vergleicht und abhängig davon eine Verschluss­ klappe im Lüftungssystem öffnet und/oder schließt. Dabei kön­ nen sich die Schwellwerte der gegebenen Verkehrssituation automatisch anpassen. Auch eine Berücksichtigung der gemesse­ nen Temperatur und/oder Luftfeuchte zur Steuerung der Lüf­ tungsklappe durch die Auswerteelektronik ist möglich. Zweckmä­ ßigerweise kann dabei die Auswerteelektronik die Schwellwerte der CO-Konzentration in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur und/oder Feuchte der Luft verändern. Die Auswerteelektronik kann nur den Schließvorgang der Klappe übernehmen oder auch den Öffnungsvorgang. Ist die Auswerteelektronik nur für das Schließen der Klappe verantwortlich, so wird das öffnen ein­ fach zeitgesteuert nach einer bestimmten Verschlusszeit der Klappe ausgelöst. Andernfalls wird auch vor dem öffnen der Klappe durch die Auswerteelektronik wieder ein Schwellwertver­ gleich des gemessenen Kohlenmonoxidgehalts vorgenommen.For the use of the device in the ventilation system of a force evaluation electronics can also be provided in the vehicle with the measured carbon monoxide concentration Compares threshold values and, depending on this, a shutter flap in the ventilation system opens and / or closes. You can the threshold values of the given traffic situation adjust automatically. Also taking the measurement into account NEN temperature and / or humidity to control the ventilation A flap through the evaluation electronics is possible. expedient The evaluation electronics can here the threshold values the CO concentration as a function of the measured temperature and / or change the humidity of the air. The evaluation electronics can only take over the closing process of the flap or also the opening process. Is the transmitter only for that Responsible for closing the flap, so opening will be a time-controlled after a certain shutter speed Flap triggered. Otherwise, even before opening the Flap a threshold value through the evaluation electronics equal to the measured carbon monoxide content.

Nachfolgend wird ein möglicher Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung näher beschrieben.Below is a possible structure of an inventive Device described in more detail with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine schematisch dar­ gestellte Leiterplatine einer erfindiings­ gemäßen Vorrichtung; Figure 1 is a plan view of a schematically illustrated circuit board of an inventive device.

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Lei­ terplatine aus Fig. 1. Fig. 2 is a longitudinal section through a housing of a device according to the invention with the Lei terplatine in FIG. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Leiterplatine 10 weist Bauelemente 11 einer Auswerteelektronik für Sensorsignale auf, wobei im dar­ gestellten Beispiel die Leiterplatine 10 mit zwei Sensoren 12, 13 versehen ist, die jeweils auf die Leiterplatine 10 gebondet sind. Der Sensor 12 kann beispielsweise ein Gassensor zur De­ tektion von Kohlenmonoxid mit einer SnO2-Beschichtung sein, wobei die Beschichtung mit Palladium oder einem anderen Edel­ metall dotiert ist. Der Sensor 13 kann beispielsweise ein Tem­ peratur- oder Feuchtesensor sein.The printed circuit board 10 shown in FIG. 1 has components 11 of evaluation electronics for sensor signals, the printed circuit board 10 being provided with two sensors 12 , 13 in the example shown, each of which is bonded to the printed circuit board 10 . The sensor 12 can be, for example, a gas sensor for the detection of carbon monoxide with a SnO 2 coating, the coating being doped with palladium or another noble metal. The sensor 13 can be, for example, a temperature or humidity sensor.

Am gegenüberliegenden Ende der Leiterplatine 10 sind Steckkon­ takte 14 mit oder ohne spezieller Halterung und/oder Isolation beispielsweise zum Anschluss einer externen Spannungsquelle und/oder einer externen Datenauswerte- und Datenanzeigeein­ richtung vorgesehen.At the opposite end of the printed circuit board 10 , plug contacts 14 are provided with or without a special holder and / or insulation, for example for connecting an external voltage source and / or an external data evaluation and data display device.

Die Platine 10 lässt sich, wie in Fig. 2 gezeigt, in ein Kunststoff-Spritzgussgehäuse 15 einsetzen und mit dem Gehäu­ se 15 mit einem Isolator 16 vergießen. Dadurch ist eine er­ schütterungsfreie Anordnung der Leiterplatine 10 im Gehäuse 15 möglich. Das Gehäuse 15 weist an einem Ende eine Diffusions­ öffnung 17 auf, die einen Gaszutritt zu den Sensoren 12 und 13 auf der Leiterplatine 10 erlaubt. An der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 15 ist ebenfalls eine Öffnung 18 vorgese­ hen, damit die Steckkontakte 14 von außen zugänglich sind.The board 10 can be as shown in Fig. 2, use in a plastic injection molded housing 15 and se shed with the housin 15 with an insulator sixteenth This enables a vibration-free arrangement of the printed circuit board 10 in the housing 15 . The housing 15 has a diffusion opening 17 at one end, which allows gas access to the sensors 12 and 13 on the printed circuit board 10 . On the opposite side of the housing 15 , an opening 18 is also hen vorgese so that the plug contacts 14 are accessible from the outside.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid als Leitkom­ ponente in einem Gasgemisch, insbesondere zur Anordnung in einem Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch einen Gassensor (12) mit einer Beschichtung, die mit Palladium oder einem anderen Edelmetall dotiertes SnO2 aufweist.1. Device for the detection of carbon monoxide as a Leitkom component in a gas mixture, in particular for arrangement in a ventilation system of a motor vehicle, characterized by a gas sensor ( 12 ) with a coating which has SnO 2 doped with palladium or another noble metal. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) unmittelbar auf einer Leiterplatine (10) mit Bauelementen (11) einer Auswerteelektronik angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the sensor ( 12 ) is arranged directly on a printed circuit board ( 10 ) with components ( 11 ) of an evaluation electronics. 3. Vorrichtung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) auf die Leiterplatine (10) gebondet ist.3. Device according spoke 2, characterized in that the sensor ( 12 ) is bonded to the circuit board ( 10 ). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) als Widerstandsele­ ment in einem digitalen RC-Oszillator wirkt.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sensor ( 12 ) acts as a resistance element in a digital RC oscillator. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich Einrichtungen zur Messung der Temperatur und/oder des Feuchtegehalts des Gasgemischs aufweist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized characterized that they have additional facilities for Measurement of the temperature and / or the moisture content of the Has gas mixture.   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen Sensoren (13) sind, die zusammen mit dem Gassensor (12) das resistive Element des digitalen RC- Oszillators bilden.6. The device according to claim 5, characterized in that the devices are sensors ( 13 ) which together with the gas sensor ( 12 ) form the resistive element of the digital RC oscillator. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, dass die Einrichtungen (13) ebenfalls auf der Leiter­ platine (10) mit der Auswerteelektronik (11) angeordnet sind.7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that the devices ( 13 ) are also arranged on the circuit board ( 10 ) with the evaluation electronics ( 11 ). 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatine (10) mit einem Gehäuse (15) vergossen ist, das mindestens eine Diffu­ sionsöffnung (17) zum Einlass des zu untersuchenden Gasge­ mischs und mindestens eine Steckverbindung (14) zu einer externen Leistungsversorgung und/oder Datenauswerte- oder Datenanzeigeeinrichtung aufweist.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the printed circuit board ( 10 ) is cast with a housing ( 15 ), the at least one diffusion opening ( 17 ) for inlet of the gas mixture to be examined and at least one plug connection ( 14 ) to an external power supply and / or data evaluation or data display device. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) ein Kunststoff-Spritzgussgehäuse ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the housing ( 15 ) is a plastic injection molded housing. 10. Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid im Lüftungs­ system eines Kraftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Auswerteelektronik (11), die die gemessene Kohlenmonoxid-Konzentration mit Schwell­ werten vergleicht und abhängig davon eine Verschlussklappe im Lüftungssystem öffnet und/oder schließt.10. A device for detecting carbon monoxide in the ventilation system of a motor vehicle according to one of claims 1 to 9, characterized by evaluation electronics ( 11 ) which compares the measured carbon monoxide concentration with threshold values and, depending on this, opens and / or closes a flap in the ventilation system , 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte sich der gegebenen Verkehrssituation automatisch anpassen. 11. The device according to claim 10, characterized in that the threshold values reflect the given traffic situation adjust automatically.   12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, dass die Auswerteelektronik (11) die Verschlussklappe auch in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und/oder der Luftfeuchte steuert.12. The apparatus of claim 10 or 11, characterized in that the evaluation electronics ( 11 ) controls the closure flap also in dependence on the air temperature and / or the air humidity. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (11) die Schwellwerte der Kohlen­ monoxidkonzentration in Abhängigkeit der gemessenen Tempe­ ratur und/oder Feuchte der Luft verändert.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the evaluation electronics ( 11 ) changes the threshold values of the carbon monoxide concentration as a function of the measured temperature and / or humidity of the air.
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