DE10122487B4

DE10122487B4 - Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid in einem Gasgemisch

Info

Publication number: DE10122487B4
Application number: DE2001122487
Authority: DE
Inventors: Jürgen KAPPLER; Andreas Krauss
Original assignee: AppliedSensor GmbH
Current assignee: AppliedSensor GmbH
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2021-05-10
Also published as: DE10122487A1

Abstract

Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid als Leitkomponente in einem Gasgemisch, insbesondere zur Anordnung in einem Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gassensor (12) der eine Beschichtung mit Palladium oder einem anderen Edelmetall dotierte Beschichtung aus SnO₂ aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (12) unmittelbar auf einer Leiterplatine (10) mit Bauelementen einer Auswerteelektronik (11) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid als Leitkomponente in einem Gasgemisch, insbesondere zur Anordnung in einem Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist bereits aus der US 6,134,946 bekannt. Dort ist der Sensor auf einem separaten Substrat zusammen mit Heizeinrichtungen angeordnet. Die Auswerteelektronik befindet sich dagegen nicht auf dem Substrat.

Ein Haupteinsatzgebiet solcher Sensoren 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 Umgebungsluft durch Schließen einer entsprechenden Klappe oder dergleichen verhindert, um die Insassen des Fahrzeugs nicht einer gesundheitsschädlichen Atmosphäre auszusetzen.

Üblicherweise wird dabei die Luftqualität als ein Summenparameter über eine Messung mehrerer Gaskomponenten wie die Verkehrsschadstoffe CO und NO₂ 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.

Die bekannten Sensoren haben den Nachteil, dass sie fertigungstechnisch aufwendig sind und einen relativ großen Einbauraum benötigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur zuverlässigen Erfassung des Kohlenmonoxidgehalts in einem Gasgemisch vorzuschlagen, die einen nur geringen Fertigungsaufwand und einen kleinen Einbauraum erfordert und leicht ist.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Beschichtungsmaterial hat sich ausgezeichnet zur Detektion von Kohlenmonoxid bewährt. Seine Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen und Schwankungen der Luftfeuchtigkeit ist gering. Auch die Selektivität ist höher als bei handelsüblichen Sensoren. Die Vorrichtung kann zur Bestimmung der Luftqualität in einem Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, wobei Kohlenmonoxid als ausschließliche Leitkomponente der Luftqualität detektiert wird.

Besondere Vorteile ergeben sich dadurch, dass 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 einsetzen. Hierzu können Edelstahl- oder Edelmetalldrähte verwendet werden. Diese Art der Anordnung auf der Leiterplatine vermei det Herstellungskosten für einen gesonderten Sockel für den Sensor. Auch das Gewicht der Vorrichtung kann dadurch reduziert werden.

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 Sensorsignals. Da die Eingangsignale in der Regel ebenfalls digital sind, ist auch das Vorliegen des Ausgangssignals in digitaler Form von Vorteil.

Die Vorrichtung kann zusätzlich Einrichtungen zur Messung der Temperatur und/oder des Feuchtegehalts des Gasgemischs aufweisen. Diese Einrichtungen können Sensoren sein, die zusammen mit dem Gassensor das resistive Element des digitalen RC-Oszillators bilden. Es ist dann eine gemeinsame Auswerteelekronik für alle Sensoren ausreichend. Selbstverständlich kann der Feuchtegehalt und die Temperatur des Gasgemischs aber auch kapazitiv erfasst werden.

Falls die zusätzlichen Sensoren ebenfalls auf der Leiterplatine mit der Auswerteelektronik angeordnet werden, ergeben sich weitere Einsparmöglichkeiten an Gewicht und Montageschritten, da gesonderte Sockel für die Sensoren entfallen.

Für eine besonders stabile und kostengünstige Ausführung kann die Leiterplatine mit einem Gehäuse vergossen sein, das mindestens eine Diffusionsöffnung zum Einlass des zu untersuchenden 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 rauen Betriebsbedingungen ist dies von Vorteil. Das Gehäuse kann dabei. als Kunststoff-Spritzgussgehäuse gefertigt werden.

Für den Einsatz der Vorrichtung im Luftungssystem eines Kraftfahrzeugs kann außerdem eine Auswerteelektronik vorgesehen werden, die die gemessene Kohlenmonoxid-Konzentration mit Schwellwerten vergleicht und abhängig davon eine Verschlussklappe im Lüftungssystem öffnet und/oder schließt. Dabei können sich die Schwellwerte der gegebenen Verkehrssituation automatisch anpassen. Auch eine Berücksichtigung der gemessenen Temperatur und/oder Luftfeuchte zur Steuerung der Lüftungsklappe durch die Auswerteelektronik ist möglich. Zweckmäßigerweise 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 einfach zeitgesteuert nach einer bestimmten Verschlusszeit der Klappe ausgelöst. Andernfalls wird auch vor dem öffnen der Klappe durch die Auswerteelektronik wieder ein Schwellwertvergleich des gemessenen Kohlenmonoxidgehalts vorgenommen.

Nachfolgend wird ein möglicher Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine schematische dargestellte Leiterplatine einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Leiterplatine aus 1.
Die in 1 gezeigte Leiterplatine 10 weist Bauelemente 11 einer Auswerteelektronik für Sensorsignale auf, wobei im dargestellten Beispiel die Leiterplatine 10 mit zwei Sensoren 12, 13 versehen ist, die jeweils auf die Leiterplatine 10 gebondet sind. Der Sensor 12 besteht aus einem Gassensor zur Detektion von Kohlenmonoxid mit einer SnO₂-Beschichtung, wobei die Beschichtung mit Palladium oder einem anderen Edelmetall dotiert ist. Der Sensor 13 kann beispielsweise ein Temperatur- oder Feuchtesensor sein.
Am gegenüberliegenden Ende der Leiterplatine 10 sind Steckkontakte 14 mit oder ohne spezieller Halterung und/oder Isolation beispielsweise zum Anschluss einer externen Spannungsquelle und/oder einer externen Datenauswerte- und Datenanzeigeeinrichtung vorgesehen.
Die Platine 10 lässt sich, wie in 2 gezeigt, in ein Kunststoff-Spritzgussgehäuse 15 einsetzen und mit dem Gehäuse 15 mit einem Isolator 16 vergießen. Dadurch ist eine erschütterungsfreie Anordnung der Leiterplatine 10 im Gehäuse 15 möglich. Das Gehäuse 15 weist an einem Ende eine Diffusionsöffnung 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 vorgesehen, damit die Steckkontakte 14 von außen zugänglich sind.

Claims

Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid als Leitkomponente in einem Gasgemisch, insbesondere zur Anordnung in einem Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gassensor (12) der eine Beschichtung mit Palladium oder einem anderen Edelmetall dotierte Beschichtung aus SnO₂ aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (12) unmittelbar auf einer Leiterplatine (10) mit Bauelementen einer Auswerteelektronik (11) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (12) auf die Leiterplatine (10) gebondet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (12) als Wiederstandselement in einem digitalen RC-Oszillator wirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich Einrichtungen zur Messung der Temperatur und/oder des Feuchtegehalts des Gasgemischs aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen Sensoren (13) sind, die zusammen mit dem Gassensor (12) das resistive Element des digitalen RC-Oszillators bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (13) ebenfalls auf der Leiterplatine (10) mit der Auswerteelektronik (11) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatine (10) mit einem Gehäuse (15) vergossen ist, das mindestens eine Diffusionsöffnung (17) zum Einlass des zu untersuchenden Gasgemischs und mindestens eine Steckverbindung (14) zu einer externen Leistungsversorgung und/oder Datenauswerte- oder Datenanzeigeeinrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) ein Kunststoff-Spritzgussgehäuse ist.
Vorrichtung zur Detektion von Kohlenmonoxid im Lüftungssystem eines Kraftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (11) die gemessene Kohlenmonoxid-Konzentration mit Schwellwerten vergleicht und abhängig davon eine Verschlussklappe im Lüftungssystem öffnet oder schließt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte sich einer gegebenen Verkehrssituation automatisch anpassen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (11) die Verschlussklappe auch in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und/oder der Luftfeuchte steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (11) die Schwellwerte der Kahlenmonoxidkonzentration in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur und/oder Feuchte der Luft verändert.