DE2622851A1 - Gasspuergeraet - Google Patents

Description

AUERGESELLSCHAPT GMBH, 1 BERLIN 05, FRIEDRICH-KRAUSE-UFER 24

Patentanmeldung

der Firma
AUERGESELLSCHAFT GmbH

1 Berlin 65 Friedrich -Kraus e-Ufer 2¹J

G as 3. ρ ü r g e r ä t

Die Erfindung betrifft ein Gasspürgerät mit einem Halbleiter-Gas spürelement in einer Schaltung, insbesondere einer Brückenschaltung, wobei sich der elektrische Widerstand des Gasspürelements unter Einwirkung verschiedener Gase und Dämpfe ändert. Mit Geräten dieser Art kann eine zeitlich begrenzte oder auch dauernde überwachung der Atmosphäre auf bestimmte Gase oder Dämpfe durch Messung der Konzentration derselben erfolgen. Bekannt sind Geräte dieser Art, die mit Gasspürelementen arbeiten, bei denen die bei der katalytischen Verbrennung auftretende Wärmetönung an einer elektrisch vorgeheizten Detektorwendel ausgenutzt wird.

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Die Lebensdauer dieser Gasspürelemente ist unter Umständen, insbesondere bei bestimmten Medien, wie bei chlorierten Kohlenwasserstoffen, z. B. Vinylchlorid oder Methylenchlorid sehr begrenzt, und schon nach kurzer Einsatzzeit müssen dieselben ausgewechselt werden_s da sich ihre Empfindlichkeit irreversibel verändert hat. Die Überwachung dieser Medien ist aber insbesondere im explosionsgefährdeten Konzentrationsbereich notwendig. Hinzu kommt bei den genannten Nachweiselementen die Frage der Eindeutigkeit der Anzeige. Ist es doch für den Nachweis erforderlich, daß hinreichend Sauerstoff in der zu überwachenden Atmosphäre vorhanden sein muß, damit eine vollständige Verbrennung am Nachweiselement erfolgen kann. Die Anzeige kann deshalb bei Wärmetönungsgeräten in diesem Bereich doppeldeutig sein, wenn die Konzentration des Gases einen Wert überschreitet, bei dem der vorhandene Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung nicht ausreicht.

Es sind ferner Gasspürgeräte bekannt, die mit Halbleiter-Sensoren arbeiten. Diese Halbleiter-Sensoren ändern unter Einwirkung bestimmter Gase oder Dämpfe ihre elektrische Leitfähigkeit, sie werden zu diesem Zweck aufgeheizt, gemessen wird die Leitfähigkeit. Die Empfindlichkeit dieser Elemente ist im allgemeinen sehr groß, und reicht z. B. bis in den Bereich von einigen 1000 ppm. Die Anzeige hängt im allgemeinen nicht linear von der Konzentration ab. Bei größer werdenden Konzentrationen geht die widerstandsänderung sehr 3tark zurück, so daß die Anzeigeänderung nur gering ist und eine Aussage über die Konzentration ungenau wird. Insbesondere bei brennbaren Gaeen und Dämpfen in Luft liegt der interessierende nachzuweisende Konzentrationsbereich im allgemeinen in der Größenordnung von einigen Volumenprozent, wenn man den Bereich der unteren Explosions- bzw. Zündgrenze erfassen will.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung anzugeben, mit der eine weitgehende Linearisierung der Abhängigkeit dee Ausgangssignals des Spürelementes in Abhängigkeit von der Gaskonzentration bis in den Bereich von 100 % der UZG (Untere Zündgrenze) erzielt werden kann.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Schaltung parallel zum Gasspürelement eine Diode in Durchlaßrichtung bezogen auf die anliegende Spannung geschaltet ist, und die Spannungsversorgung des Gasspürelementes mit parallel geschalteter Diode so eingestellt ist, daß bei Abwesenheit von nachzuweisenden Gasen oder Dämpfen der Durchlaßwiderstand der Diode wesentlich kleiner ist, als der Widerstand des Gasspürelementes .

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zur Temperaturkompensation der Diode im Meßzweig A der Brücke, die parallel zum Gasspürelement geschaltet ist, in den Brückenzweig B eine weitere Diode in Reihe mit dem Brückenwiderstand dieses Zweiges geschaltet ist.

Diese Maßnahme ergibt eine Stabilisierung des Arbeitspunktes der Brücke.

Um eine konstante Brückenspannung verwenden zu können, wird erfind ungs gemäß ferner vorgeschlagen, in Reihe mit dem Gasspürelement einen Stellwiderstand vorzusehen, der gestattet, den Arbeitspunkt der Diode einzustellen.

Schließlich können sowohl im Brückenzweig A, wie im Brückenzweig B Stellwiderstände vorgesehen sein, die auch als Doppelpotentiometer auf einer Achse angeordnet sein können, so daß mit einer Einstellung der günstige Arbeitsbereich der parallel zum Gasspürelement liegenden Diode eingestellt werden kann.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß es möglich ist, mit den bekannten Halbleiter-Gasspürelementen Gase und Dämpfe in einem weiten Konzentrationsbereich bie in den Bereich der "UZG" (Untere Zündgrenze) reproduzierbar und mit nahezu linearer Abhängigkeit von der Konzentration messen zu können. Wobei als weiterer Vorteil hinzukommt, daß diese Schaltung es ermöglicht, den bestehenden Vorteil des Gasspürelementes auch bei stark aggressiven Gasen und Dämpfen voll auszunutzen.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ausführungsbeispielen der Schaltung.

Es zeigen:

Fig, 1 : Beispiel einer prinzipiellen elektrischen Eingangsschaltung

Fig. 2 : Beispiel einer Eingangsschaltung mit Temperaturkompensation

Fig. 3 u.

Fig. 4 : Beispiele von Schaltungen mit konstanter Versorgungsspannung

Fig. 5 : zeigt den Kennlinienverlauf in Abhängigkeit von der Gaskonzentration
s) ohne Besehaltung
m) mit Beschaltung

In Fig. 1 ist ein Beispiel einer Eingangsschaltung eines Gasspürgerätes nach der Erfindung dargestellt.

Das Gasspürelement 1, welches durch eine nicht dargestellte elektrische Heizspannung auf die Arbeitstemperatur gebracht wird, ist mit den Anschlüssen der gasabhängigen Widerstandsschicht in einer Brückenschaltung zusammen mit den weiteren Widerständen 2, 3, 4 und 5 angeordnet. Der Abgleich der Brücke wird am Stellwiderstand vorgenommen. Die Brückenspannung wird an den Punkten a und b zugeführt. Der Abgleich der Brücke erfolgt durch Messung der Spannung an den Punkten c und d.

Parallel zum gasabhängigen Spürelement 1 ist eine Diode 7 in Durchlaßrichtung, bezogen auf die an den Punkten a und b liegende Gleichspannung, geschaltet. Die Einstellung der Brückenspannung erfolgt am Stellwiderstand 6, dieser liegt an der Brückenversorgungsspannung Uv, sie wird bei einer Atmosphäre, die frei ist von dem nachzuweisenden Gas bzw. Dampf so eingestellt, daß an der Diode 7 eine so große Spannung anliegt, daß der Diodenstrom gerade in Durchlaßrichtung im Knickbereich der Kennlinie der Diode liegt, so daß der Durchlaßwiderstand der Diode wesentlich kleiner als der Widerstand des Gasspurelenentes 1 ist. ,„„„„„j

Die Brücke wird nach dieser Einstellung mit dem Stellwiderstand 5 auf Null abgeglichen. Bei Auftreten von nachzuweisendem Gas ändert sich der Widerstand ies Gasspürelementes 1, er wird zum Beispiel kleiner, damit wird die an der Diode liegende Spannung kleiner, der Dioden-Durchlaßwiderstand wird deshalb größer. Schließlich bestimmt bei entsprechender Gaskonzentration der Widerstand 1 allein das Anzeigeverhalten. Um eine Temperaturabhängigkeit des Kennlinienverlaufs der Diode auszugleichen ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, eine weitere Diode 9 in den anliegenden Brückenzweig zu schalten, wie Fig. 2 zeigt. Zur besseren Symmetrierung ist es zweckmäßig, einen Widerstand 8 in diesen Brückenzweig einzuschalten. Ist dieser, wie in Pig. 3 dargestellt, einstellbar, so kann mit ihm der Arbeitspunkt der Diode 7 eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß die Versorgungsspannung der Brücke konstant gehalten werden kann, wodurch eine zusätzliche Stabilisierung der Brücke erreicht wird. In der Fig. ¹J ist schließlich eine Brückenschaltung dargestellt, bei der eine weitgehende Temperaturkonstanz der Brücke und ein konstanter Nullpunkt unabhängig vom Gasspürelement und der Einstellung der Stellwiderstände erzielt wird. Mit den Widerständen 8 und 10, die zweckmäßig auf einer Achse angeordnet sind, wird der Arbeitsbereich der Diode in der Brücke eingestellt. Die Widerstände 11 und 12 dienen zur Begrenzung des Einstellbereiches der Drehwiderstände 8 und 10.

Es ist ferner zweckmäßig, zur Temperaturkompensation des Gasspürelementes die Dioden 7 und 9 auch räumlich dem Sensor zuzuordnen. Fig· 5 gibt den Verlauf des Ausgangssignals der Brücke in Abhängigkeit von der Gaskonzentration an, wobei die Kurve "s" den Verlauf ohne Beschaltung und die Kurve "m" den Verlauf mit der Beschaltung durch die Diode 7 darstellt.

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Claims (7)

AUERGESELLSCHAFT GMBH, 1 BERLIN 65, PRIEDRICH-KRAUSE-UPER 24 Patentansprüche

1.j Gasspürgerät mit einem Halbleiter-Gasspürelement in einer Schaltung, insbesondere einer Brückenschaltung, wobei sich der elektrische Widerstand des Gasspürelementes unter Einwirkung bestimmter Gase oder Dämpfe ändert, dadurch gekennzeichnet , daß in der Schaltung parallel zum Gasspürelement (1) eine Diode (7) in Durchlaßrichtung, bezogen auf die anliegende Spannung geschaltet ist, und die Spannungsversorgung des Gasspürelementes (1) mit parallelgeschalteter Diode (7) so eingestellt ist, daß bei Abwesenheit von nachzuweisenden Gasen oder Dämpfen der Durchlaßwiderstand der Diode (7) wesentlich kleiner ist, als der Widerstand des Gasspürelementes (1).

2. Gasspürgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Brückenzweig vor dem Gasspürelement (1) mit parallelgeschalteter Diode (7) eine Diode (9) in Durchlaßrichtung eingeschaltet ist.

3. Gasspürgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Wahl des Arbeitspunktes der Diode (7) ein Potentiometer (6) an der Brückenversorgungsspannung vorgesehen ist.

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4. Gaaspürgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß für die Einstellung des Arbeitspunktes der Diode (7) in den Brückenzweigen (A) und (B) Einstellwiderstände (8, 10) vorgesehen sind.

5. Gasspürgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß für die Einstellwiderstände (8,10) ein mechanisch gekoppelter Doppeldrehwiderstand eingesetzt ist.

6. Gasspürgerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß als Dioden (7) und (9) Siliziumdioden eingesetzt sind.

7. Gasspürgerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß für die Diode (7) eine Zenerdiode verwendet wird.

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