DE102013219101A1 - Apparatus and method for calibrating a gas sensor - Google Patents

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DE102013219101A1
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Richard Fix
Andreas Krauss
Michael Badeja
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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.Calibration device (100) for a gas sensor, comprising at least one of a thin plastic layer formed main chamber (10), by means of which the gas sensor is completely encompassed, wherein the main chamber (10) is filled with a first calibration gas, which is used for calibration of the gas sensor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kalibrationsvorrichtung für einen Gassensor. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Kalibrieren eines Gassensors.The invention relates to a calibration device for a gas sensor. The invention further relates to a method for calibrating a gas sensor.

Stand der TechnikState of the art

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.Gas sensors are usually calibrated before being delivered to the end customer by a sensor manufacturer. However, 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.

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.It is also known that devices and components of consumer electronics are delivered in gas-filled plastic packaging. These packages are particularly useful for protection against contamination, e.g. from contamination by dust.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kalibrationsvorrichtung für einen Gassensor bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide an improved calibration device for a gas sensor.

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.The object is achieved with 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.

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.According to the invention, a gas-filled chamber of thin plastic material for the gas sensor serving as a packaging is advantageously extended by a functionality of a calibration. As a result, a calibration of the gas sensor can be carried out in a simple manner. Advantageously, a calibration effort in the production process or after the manufacturing process of the gas sensor can be saved by means of the calibration device.

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.
The object is further achieved with a method for calibrating a gas sensor by means of a calibration device formed from a thin plastic layer, in which a calibration gas is present, comprising the steps:
  • Arranging the gas sensor in a main chamber of the calving device;
  • - putting the gas sensor in a calibration mode; and
  • - Performing the calibration of the gas sensor by means of a first calibration gas.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.Preferred embodiments of the calibration device according to the invention and the method according to the invention are the subject of dependent claims.

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 Kalibrationserfordernisse von unterschiedlichen Gassensoren berücksichtigt werden.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. In this way, an advantageous, easy-to-implement possibility is provided to provide a flexible number of secondary chambers with calibration gas. As a result, calibration requirements of different gas sensors can be taken into account individually.

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.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 into the main chamber are provided.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung 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.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 is connectable to the main chamber. As a result, different calibration points for the gas sensor can be realized in a simple manner, because calibration gas is transferred in a defined manner from the secondary chambers into the main chamber through the defined opening of the secondary chambers.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung 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.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.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung 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.Another 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.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung 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.A further preferred embodiment of the calibration device according to the invention sees that the main chamber to externally has a 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.

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 Rekalibrationsvorgang sehr nützlich ist.An advantageous development of the calibration device according to the invention provides that the main chamber has a resealable opening, by means of which the main chamber can be closed substantially in a gas-tight manner. In this way, a simple possibility for an introduction of the gas sensor is provided in the main chamber, which is particularly useful for a required after a defined operating period of the gas sensor recalibration process.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung 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.A further advantageous development of the calibration device according to the invention is characterized in that the gases in the chambers are non-toxic to humans. As a result, the calibration of the gas sensor can be carried out in a simple manner by technically untrained personnel (for example by end customers).

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung sieht vor, dass in wenigstens einer der Kammern ein Feuchtegetter angeordnet ist. Der Feuchtegetter, der auf einfache Weise z.B. mittels eines Silicagels 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. 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. is to implement by means of a silica gel, is used to produce a defined gas state in the chamber, in particular, a condensation of moisture to be prevented. This advantageously supports a substantially dry calibration process.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung 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.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.

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.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.

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.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.

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 Kalibrationsvorrichtung ist auf diese Weise vorteilhaft erhöht.According to a further preferred embodiment of the calibration device according to the invention, it is provided that at least one of the chambers has a coating which constitutes a gas barrier for the calibration gas. In this way it can advantageously be achieved that a defined concentration of the calibration gas is present within the at least one chamber for a long period of time. A usability or service life of the calibration device is advantageously increased in this way.

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.The invention will be described in detail below with further features and advantages with reference to several figures. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency, as well as regardless of their formulation or representation in the description or in the figures.

In den Figuren zeigt:In the figures shows:

1 eine prinzipielle Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung; 1 a schematic plan view of an embodiment of the calibration device according to the invention;

2 eine prinzipielle Querschnittsansicht entlang einer Achse A-B der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung von 1; und 2 a schematic cross-sectional view along an axis AB of the embodiment of the calibration device according to the invention of 1 ; and

3 einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 a basic sequence of an embodiment of the method according to the invention.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

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. 1 shows a schematic plan view of an embodiment of the calibration device according to the invention 100 , The calibration device 100 has a main chamber 10 in which the gas sensor to be calibrated 1 for example, in an electronic device 20 (eg a smartphone) can be installed installed. 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 is present under a defined pressure. The main chamber 10 encloses the gas sensor 1 completely, leaving the main chamber 10 also as a packaging for the gas sensor 1 can be used.

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. The trained as a multi-chamber packaging calibration device 100 Supports the operability of the gas sensor to be calibrated 1 wherein inputs of the user from the electronic device during the calibration procedure 20 to receive instructions or instructions to the user.

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 11, 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, 11, 12, 13 und 14 legt letztlich die Anzahl an Stützstellen für die Kalibration fest.Several secondary chambers 11 . 12 . 13 and 14 are around the main chamber 10 around with the main chamber 10 connected arranged. In their construction correspond to the secondary chambers 11 . 12 . 13 . 14 essentially the main chamber 10 , where the secondary chambers 11 . 12 . 13 . 14 in a transport mode from the main chamber 10 are separated by fluid technology. In the side rooms 11 . 12 . 13 and 14 There is also a calibration gas, which differs from the calibration gas in the main chamber 10 can differ in terms of concentration or chemical composition. The total number of chambers 10 . 11 . 12 . 13 and 14 ultimately sets the number of nodes for the calibration.

Die Hauptkammer 10 kann nach extern ein Überdruckventil 30 aufweisen, mit dem aus der Hauptkammer 10 überschüssige Fremdluft entfernt werden kann.The main chamber 10 can be externally a pressure relief valve 30 have, with that from the main chamber 10 Excess foreign air can be removed.

2 zeigt eine prinzipielle Querschnittsansicht durch die Kalibrationsvorrichtung 100 von 1 entlang einer Achse A-B. Man erkennt, dass die beiden Nebenkammern 11, 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. 2 shows a schematic cross-sectional view through the calibration device 100 from 1 along an axis AB. It can be seen that the two side chambers 11 . 13 separated by means of a pressure relief valve 30 , a breaking point of the PE material, or other suitable closing mechanism with the main chamber 10 are formed connectable. To initiate a calibration process, the gas sensor to be calibrated becomes 1 in a calbration mode, for example, via inputs of the user via a touchpad of the device 20 and corresponding feedback from the device 20 can be done.

Danach wird durch eine Druckerhöhung mittels manuellen Drückens in der Nebenkammer 11 aufgebaut, wodurch durch ein Öffnen des Überdruckventils 30 eine Fluidverbindung der Nebenkammer 11 zur Hauptkammer 10 geschaffen wird. Als Resultat strömt das in der Nebenkammer 11 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.Thereafter, by an increase in pressure by means of manual pressing in the secondary chamber 11 constructed, whereby by opening the pressure relief valve 30 a fluid connection of the secondary chamber 11 to the main chamber 10 is created. As a result, this flows in the secondary chamber 11 located calibration gas in the main chamber 10 , On the basis of a pre-defined reference analysis becomes in this way for the gas sensor 1 realized a calibration point K1, the first support point for the calibration process of the gas sensor 1 represents.

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 fluidtechnisch mit der Hauptkammer 10 zu verbinden, um dadurch einen weiteren Kalibrationspunkt K2 für den im Gerät 20 angeordneten Gassensor 1 bereitzustellen.In a further step of the calibration process can be provided, one between the secondary chamber 13 and the main chamber 10 arranged pressure relief valve 30 also open by manual pressure and thereby fluidly with the main chamber 10 to connect, thereby another calibration point K2 for in the device 20 arranged gas sensor 1 provide.

Im Ergebnis wird somit durch einfaches manuelles Drücken der Nebenkammern 11, 13 ein Kalibrationsprozess für den Gassensor 1 initiiert, was beispielsweise bei der Inbetriebnahme des Geräts 20 auf einfache Weise vom Endkunden durchgeführt werden kann.The result is thus by simply manually pressing the secondary chambers 11 . 13 a calibration process for the gas sensor 1 initiated, for example, during commissioning of the device 20 can be easily performed by the end customer.

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.In a particularly simple variant of the calibration device 100 It is also conceivable that the calibration device 100 only as main chamber 10 without any secondary chambers 11 . 12 . 13 . 14 is formed, wherein for initiating the calibration process, only the gas sensor 1 (eg via electronic device 20 ) must be put into calibration mode.

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.Another variant of the calibration device 100 Provides that the main chamber 10 a resealable opening 40 through which the gas sensor to be calibrated 1 for recalibration into the main chamber 10 is introduced. Thereafter, the resealable opening 40 closed again and the calibration process can be carried out in the usual way.

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.The multi-chamber packaging is preferably designed such that as little external air as possible into the main chamber 10 is introduced, which can be achieved for example by the fact that existing residual gas by means of a pressure relief valve 30 from the main chamber 10 Will get removed.

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.It is in this way with the calibration device according to the invention 100 possible to carry out both an initial and a recalibration of gas sensors in a simple and cost-effective manner.

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, 11, 12, 13, 14 kann man eine unterschiedliche Konstellation des Zielgases/-Zielgasgemisches auf einfache Weise dem Gassensor 1 zugeführt werden.By means of the calibration device according to the invention 100 Advantageously, a functionality of a package is combined with a functionality of a calibration device. With the provided chambers 10 . 11 . 12 . 13 . 14 One can a different constellation of the target gas / target gas mixture in a simple way the gas sensor 1 be supplied.

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 CO2) durchgeführt werden. Vorteilhaft ist mittels der erfindungsgemäßen Kalibrationsvorrichtung eine Kalibration unterschiedlicher Sensortypen möglich, wie z.B. optischer nichtdispersiver-Infrarot (NDIR) basierter Sensoren, halbleitender Metalloxide, elektrochemischer Zellen, chemisch basierter Feldeffekttransistoren (ChemFET), polymerbasierter Sensoren (resistiv, kapazitiv), kolorimetrischer Sensoren, usw.The advantages of the calibration device according to the invention include an increased service life and improved accuracy / reliability of the gas sensor. Advantageously, an adaptation of the sensors to a desired target measuring range (for example 0-1000 ppm CO 2 ) can be carried out. 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.

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).To carry out the method according to the invention, the gas sensors to be calibrated can be used either in a calibration device 100 can be delivered (initial calibration) or at a defined time after a certain period of operation in a calibration device 100 be introduced (recalibration).

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, CO2, 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.It is by means of the calibration device according to the invention 100 a variety of target or calibration gases feasible, whereby, for example, a selectivity of the gas sensor 1 can be checked. Possible calibration gases are, for example: CO, CO2, humid 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. In addition, 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.

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.The gases mentioned are essentially unnoticeable by humans and non-toxic, which ultimately also ensures good chemical compatibility with the film-like plastic material of the chambers 10 . 11 . 12 . 13 . 14 means.

Es können weiterhin zusätzliche Feuchtegetter (z.B. Silicagel) in wenigstens einer der Kammern 10, 11, 12, 13, 14 verwendet werden, um einen Feuchteeinfluss auf das Sensorsignal zu ermitteln und/oder die Kalibriergasbedingungen zu stabilisieren.Additional moisture getters (eg, silica gel) may also be present in at least one of the chambers 10 . 11 . 12 . 13 . 14 be used to determine a humidity influence on the sensor signal and / or to stabilize the Kalibriergasbedingungen.

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. By means of the secondary chambers 11 . 12 . 13 . 14 or media access via the septum in the main chamber 10 may be a purge of the gas sensor 1 , eg with reference air.

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.The multi-compartment package may be formed of, for example, polyethylene (PE) and have an aluminum layer or ethylene vinyl alcohol copolymer as a gas barrier layer analogous to the materials used in the food industry (see "Handbuch für Lebensmittelchemiker" by W. Frede, 3rd edition, pages 943 ff ). By means of said gas barrier layer, 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 maximizing a time constant for the presence of the calibration gas with a defined concentration within the calibration package to train long. In this way, a lifetime of the calibration device according to the invention is advantageously increased, whereby a quality or reproducibility of a calibration process is advantageously increased.

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 Kalibrationspunkt bereit, dies kann beispielsweise durch eine optische und/oder akustische Anzeige eines als Smartphone ausgebildeten Geräts 20 signalisiert werden.
  • d) Eine Nebenkammer 11 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 Kalibrationspunkt 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 K1 < K2 < K3.
By means of the invention, arbitrary concentration steps of the calibration gas and follow-up sequences of the calibration are possible, for example a 3-point calibration of the gas sensor 1 be achieved by the following exemplary sequence:
  • a) The gas sensor 1 or the device 20 with the gas sensor 1 is located in the main chamber 10 and is activated for calibration by the user, for example.
  • b) The gas sensor 1 or the device 20 takes the first calibration value K1 from the gas atmosphere of the main chamber 10 on.
  • c) The gas sensor 1 or the device 20 is ready for another calibration point, this can for example by an optical and / or acoustic display of a device designed as a smartphone 20 be signaled.
  • d) A side chamber 11 is opened, for example, by squeezing by the user and high-concentration calibration gas enters the main chamber 10 initiated. The gas sensor 1 then takes on the second calibration value K2.
  • e) 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.
  • f) Another secondary chamber 12 is opened and calibration gas with low concentration or inert gas is in the main chamber 10 which results in a dilution of the calibration gas concentration in the main chamber 10 leads. The sensor then picks up the third calibration value K3. We have K1 <K2 <K3.

Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung für massenfertigungstaugliche Gassensoren von Unterhaltungselektronik (z.B. Handys, Haushalt, Gaswarner), in Medizintechnikgeräten (z.B. Atemgasanalyse, Lab-on-Chip-Analytik) und für einen Einsatz in Flüssigkeiten (z.B. Kraftstoffanalyse und Körperflüssigkeiten) verwendet werden.Particularly advantageously, the present invention may be used for mass production gas sensors of consumer electronics (e.g., cell phones, domestic appliances, gas detectors), medical devices (e.g., respiratory gas analysis, lab-on-chip analysis), and for use in liquids (e.g., fuel analysis and body fluids).

3 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 shows a basic sequence of an embodiment of the method according to the invention.

In einem ersten Schritt S1 wird der Gassensor 1 in einer Hauptkammer 10 der Kalibrationsvorrichtung 100 angeordnet.In a first step S1, the gas sensor 1 in a main chamber 10 the calibration device 100 arranged.

In einem weiteren Schritt S2 wird der Gassensor 1 in eine Kalibrationsmodus versetzt. In a further step S2, the gas sensor 1 put into a calibration mode.

Schließlich wird in einem dritten Schritt S3 die Kalibration des Gassensors 1 mittels eines ersten Kalibriergases durchgeführt.Finally, in a third step S3, the calibration of the gas sensor 1 performed by means of a first calibration gas.

Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung eine Art „Kalibrationsverpackung“ 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 Herstellungsprozess 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.In summary, the present invention proposes a kind of "calibration packaging" which expands a gas-filled packaging for gas sensors by a calibration functionality. Advantageously, by means of the invention, a calibration of the gas sensor at the manufacturer or after a manufacturing process can be omitted, which means a cost-effective outsourcing of the calibration to the end customer. Due to a large number of possible embodiments of the calibration device according to the invention or the calibration gases that can be realized therewith, a multiplicity of calibration scenarios can be realized.

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.Although the present invention has been described by way of embodiments, it is by no means limited thereto. The skilled person will therefore combine or modify the features described without departing from the gist of the invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • „Handbuch für Lebensmittelchemiker“ von W. Frede, 3. Ausgabe, Seiten 943 ff [0046] "Handbuch für Lebensmittelchemiker" by W. Frede, 3rd edition, pages 943 ff. [0046]

Claims (15)

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.Calibration device ( 100 ) for a gas sensor, comprising at least one of a thin plastic layer formed main chamber ( 10 ), by means of which the gas sensor is completely encompassable, wherein the main chamber ( 10 ) is filled with a first calibration gas, which is used for calibration of the gas sensor. Kalibrationsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrationsvorrichtung (100) wenigstens eine Nebenkammer (11, 12, 13, 14) aufweist, die von der Hauptkammer (10) getrennt und mit der Hauptkammer (10) verbindbar ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine Nebenkammer (11, 12, 13, 14) mit einem zweiten Kalibriergas befüllt ist, welches zur Kalibration des Gassensors verwendbar ist.Calibration device ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the calibration device ( 100 ) at least one secondary chamber ( 11 . 12 . 13 . 14 ) from the main chamber ( 10 ) and with the main chamber ( 10 ) is formed connectable, wherein the at least one secondary chamber ( 11 . 12 . 13 . 14 ) is filled with a second calibration gas, which is used for calibration of the gas sensor. Kalibrationsvorrichtung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hauptkammer (10) und der wenigstens einen Nebenkammer (11, 12, 13, 14) ein Überdruckventil (30) oder eine Sollbruchstelle angeordnet ist.Calibration device ( 100 ) according to claim 2, characterized in that between the main chamber ( 10 ) and the at least one secondary chamber ( 11 . 12 . 13 . 14 ) a pressure relief valve ( 30 ) or a predetermined breaking point is arranged. Kalibrationsvorrichtung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Ausüben eines definierten manuellen Drucks auf die Nebenkammer (11, 12, 13, 14) die Nebenkammer (11, 12, 13, 14) mit der Hauptkammer (10) verbindbar ist.Calibration device ( 100 ) according to claim 3, characterized in that by applying a defined manual pressure to the secondary chamber ( 11 . 12 . 13 . 14 ) the secondary chamber ( 11 . 12 . 13 . 14 ) with the main chamber ( 10 ) is connectable. 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.Calibration device ( 100 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the gases in the chambers ( 10 . 11 . 12 . 13 . 14 ) are present in defined concentrations. 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. Calibration device ( 100 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least two gases in the chambers ( 10 . 11 . 12 . 13 . 14 ) have different chemical compositions. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkammer (10) nach extern ein Überdruckventil (30) aufweist.Calibration device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the main chamber ( 10 ) to the outside a pressure relief valve ( 30 ) having. 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.Calibration device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the main chamber ( 10 ) a resealable opening ( 40 ), by means of which the main chamber ( 10 ) is substantially gas-tight closable. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gase in den Kammern (10, 11, 12, 13, 14) für Menschen ungiftig sind.Calibration device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gases in the chambers ( 10 . 11 . 12 . 13 . 14 ) are non-toxic to humans. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer der Kammern (10, 11, 12, 13, 14) ein Feuchtegetter angeordnet ist.Calibration device ( 100 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that in at least one of the chambers ( 10 . 11 . 12 . 13 . 14 ) a moisture getter is arranged. Kalibrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Kammern (10, 11, 12, 13, 14) ein wiederverschließbares Septum aufweist.Calibration device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the chambers ( 10 . 11 . 12 . 13 . 14 ) has a reclosable septum. 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.Calibration device ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the chambers ( 10 . 11 . 12 . 13 . 14 ) has a coating which is a gas barrier to the calibration gas. 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. Method for calibrating a gas sensor by means of a calibrating device formed from a thin plastic layer ( 100 ), in which a calibration gas is present, comprising the steps: - arranging the gas sensor in a main chamber ( 10 ) of the calibration device ( 100 ); - putting the gas sensor in a calibration mode; and - performing the calibration of the gas sensor by means of a first calibration gas. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Hauptkammer (10) ein zweites Kalibriergas aus wenigstens einer Nebenkammer (11, 12, 13, 14) der Kalibrationsvorrichtung (100) zugeführt wird.Method according to claim 13, wherein the main chamber ( 10 ) a second calibration gas from at least one secondary chamber ( 11 . 12 . 13 . 14 ) of the calibration device ( 100 ) is supplied. 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.The method of claim 13 or 14, wherein prior to recalibrating the gas sensor, the gas sensor into the by means of a reclosable opening ( 40 ) provided main chamber ( 10 ) is arranged.
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