DE19951163A1 - Gassensor mit einem katalytischen Strahler - Google Patents
Gassensor mit einem katalytischen StrahlerInfo
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Abstract
Der Erfindungsgegenstand ist ein Gassensor mit einem katalytischen Strahler (1) in einem Gehäuse (7), der in Bezug auf die Anzahl der damit messbaren Gase verbessert ist und durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: DOLLAR A - Der katalytische Strahler (1) dient auch als Strahlungsquelle für eine infrarotoptische Messanordnung, wobei DOLLAR A - die infrarotoptische Messanordnung einen Messstrahlungsdetektor (4) und einen Referenzstrahlungsdetektor (6) aufweist sowie einen Strahlteiler (5) zur Aufteilung der Strahlung vom katalytischen Strahler (1) auf den Messstrahlungsdetektor (4) und auf den Referenzstrahlungsdetektor (6), und DOLLAR A - das Gehäuse (7) des Gassensors ist zumindest in Teilbereichen gasdurchlässig.
Description
Die Erfindung betrifft einen Gassensor mit einem katalytischen Strahler in
einem Gehäuse.
Ein derartiger Gassensor geht beispielsweise aus der US 4,507,558 hervor.
In der dort beschriebenen Messvorrichtung werden die mittels zweier
Infrarotstrahlungsquellen ausgesendeten Messstrahlen gasspezifisch
absorbiert und mit geeigneten Strahlungsdetektoren gemessen. Andererseits
wird mit einem heißen katalytischen Strahler die Gesamtkonzentration der
brennbaren Gase ermittelt. Die Auswertung erfolgt rechnerisch, um den Anteil
Naturgas in einem Ethan-/Methangemisch zu bestimmen. Ein Nachteil der
bekannten Vorrichtung besteht in der Komplexität des Aufbaus mit drei
Strahlungsquellen und der speziellen Anwendung für Ethan-/Methangemische.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kompakten, aus wenigen
Komponenten aufgebauten Gassensor vorzuschlagen, mit dem die
gleichzeitige Bestimmung unterschiedlicher Komponenten eines Gasgemisches
möglich ist.
Die Lösung der Aufgabe erhält man mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die
Unteransprüche geben vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung nach Anspruch
1 an.
Ein wesentlicher Vorteil des Gassensors nach Anspruch 1 besteht darin, dass
auch die von einer infrarotoptischen Messanordnung aufgrund fehlender
)nfrarotabsorption nicht oder nur unzureichend messbaren Konzentrationen
bestimmter Gase und Dämpfe durch die Oxydation am katalytischen Strahler
und die damit einhergehende Temperaturerhöhung mit messbarer
Widerstandsänderung bestimmt werden können. Derartige, mittels der
Infrarotabsorption nicht oder nur unzureichend messbare Gase sind
insbesondere Acetylen, Wasserstoff, Ammoniak. Hinzu kommen verschiedene
Alkohole und Lösungsmittel. Insgesamt kann somit eine größere Anzahl von
Messgasen bezüglich ihrer Konzentration gemessen werden.
Ein weiterer Vorteil im Vergleich zu infrarotoptischen Messanordnungen besteht
in einer Reduzierung der Herstellkosten, weil im Falle der Messung von
explosiven Gasen oder Gasgemischen keine infrarotdurchlässigen,
explosionsgeschützten Fenster zur Abdichtung der Elektronik im Gassensor
von der Umgebungsatmosphäre notwendig sind: Brennbare Gase und Dämpfe
werden am katalytischen Strahler kontrolliert oxidiert.
Schließlich dient der katalytische Strahler gleichzeitig als Strahlungsquelle für
die infrarotoptische Messanordnung.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Hilfe der einzigen
Figur erläutert, die schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen
Gassensor zeigt.
Der erfindungsgemäße Gassensor weist im Ausführungsbeispiel ein
explosionsgeschütztes Gehäuse 7 mit einem Verschluss 8 und einem Träger 9
auf, wobei das Gehäuse 7 aus zumindest in Teilbereichen gasdurchlässigen
Materialien besteht. Die gasdurchlässigen Teilbereiche des Gehäuses 7
bestehen insbesondere aus mehreren zusammengesinterten, biegefesten
Gewebelagen aus Metall oder aus gesintertem Metallpulver, um eine
Entzündung der Umgebungsluft aus dem Gassensor heraus zu verhindern.
Zumindest Teilbereiche des Gehäuses 7 müssen gasdurchlässig sein, damit
die Umgebungsluft bzw. die zu messenden Gase in das Gehäuse 7 des
Gassensors hineindiffundieren können. Die zu messenden Gase diffundieren in
den Messraum 11. Die Konzentration jedes zu messenden Gases kann
entweder an dem katalytischen Strahler 1 und/oder mit der infrarotoptischen
Messanordnung mit dem für das zu messende Gas spezifischen
Messstrahlungsdetektor 4 und dem für das zu messende Gas unspezifischen
Referenzstrahlungsdetektor 6 bestimmt werden. Vorzugsweise sind 4 und 6
pyroelektrische Detektoren. Für die infrarotoptische Messung wird der
katalytische Strahler 1 als Strahlungsquelle verwendet, und die Strahlung
gelangt über einen insbesondere mittels eines Halters 2 und 10 gehaltenen
konkaven Spiegel 12 und eine Blende 3 für die Strahlführung auf einen
Strahlteiler 5 zur Aufteilung der Strahlung auf beide Detektoren. Die
Auswertung der an sich bekannten Infrarotmessung erfolgt durch
Quotientenbildung der Messsignale der Detektoren, so dass systematische
Fehler eliminiert werden und ein für das zu messende Gas
konzentrationsabhängiges Messsignal von der infrarotoptischen
Messanordnung an die Auswerteeinheit 13 abgegeben wird.
Der katalytische Strahler 1 besteht im allgemeinen aus Platin und/oder aus
einem oder mehreren anderen Edelmetallen und ist insbesondere mit einer
Beschichtung eines Oxydationskatalysators versehen. Das zu messende Gas
wird an dem katalytischen Strahler 1, der auf eine für die katalytische Oxydation
erforderliche Temperatur aufgeheizt wird, kontrolliert verbrannt. Die
Verbrennung führt zu einer Temperaturerhöhung des katalytischen Strahlers 1,
die wiederum zu einer von der Konzentration des zu messenden Gases
abhängigen Widerstandsänderung führt. Wird der elektrische Widerstand des
katalytischen Strahlers 1 auf einen konstanten Wert geregelt, führt die
Erwärmung zur Verminderung der zugeführten elektrischen Leistung. Die für
den Betrieb des katalytischen Strahlers 1 weniger erforderliche elektrische
Leistung ist ein Maß für die Gaskonzentration. Gleichzeitig findet durch die
Infrarotabsorption der infrarotoptischen Messanordnung eine
konzentrationsabhängige Messsignalabnahme am Messstrahlungsdetektor 4
statt.
Bei den brennbaren Gasen in einem Gasgemisch, deren Konzentration von der
infrarotoptischen Messanordnung aufgrund fehlender Absorptionsbanden nicht
erfasst werden kann, wird nur das Signal des katalytischen Strahlers 1
ausgewertet.
Durch Vergleich der mit beiden Methoden gemessenen Konzentrationen
können Querempfindlichkeiten der einzelnen Methoden reduziert werden. Dies
ist dann der Fall, wenn die Konzentration der betreffenden Gase sowohl durch
den katalytischen Strahler 1 als auch an der infrarotoptischen Messanordnung
erfasst werden kann, wie beispielsweise bei Kohlenwasserstoffen. Der
Vergleich beider Messwerte für die betreffende Gaskonzentration ermöglicht
eine dementsprechende Kalibrierung, so dass Umwelteinflüsse kompensiert
und Querempfindlichkeiten weitgehend eliminiert werden können.
Normalerweise macht die Kalibrierung des katalytischen Strahlers 1 ein zweites
gleiches, aber katalytisch inaktives Messelement erforderlich. Im
erfindungsgemäßen, kombinierten Messsystem kann hierauf jedoch verzichtet
werden, da die Kompensation von Umwelteinflüssen (Feuchte, Druck) und die
Beseitigung von Querempfindlichkeiten mit Hilfe des
Referenzstrahlungsdetektors 6 durchgeführt wird.
Die Auswertung der Messungen erfolgt in der zentralen Auswerteeinheit 13.
Für die Temperaturkompensation kann im Gehäuse 7 ein zusätzlicher
Temperatursensor vorgesehen sein, so dass die Signale des
Temperatursensors ebenfalls in der Auswerteeinheit 13 verrechnet und für die
Auswertung der Konzentrationsmessungen verwendet werden.
Claims (5)
1. Gassensor mit einem katalytischen Strahler in einem Gehäuse, dadurch
gekennzeichnet, dass der katalytische Strahler (1) als Strahlungsquelle für
eine infrarotoptische Messanordnung dient, wobei die infrarotoptische
Messanordnung einen Messstrahlungsdetektor (4) und einen
Referenzstrahlungsdetektor (6) sowie einen Strahlteiler (5) zur Aufteilung
der Strahlung vom katalytischen Strahler (1) auf den
Messstrahlungsdetektor (4) und auf den Referenzstrahlungsdetektor (6)
aufweist, und das Gehäuse (7) des Gassensors zumindest in
Teilbereichen gasdurchlässig ist.
2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
katalytische Strahler (1) aus einer Platin enthaltenden Wendel,
insbesondere mit katalytischer Beschichtung, besteht.
3. Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Gehäuse (7) des Gassensors im Bereich des katalytischen Strahlers (1)
und/oder im Bereich der infrarotoptischen Messanordnung aus einem
porösen, gesinterten Material oder aus einem gasdurchlässigen Gewebe
besteht.
4. Gassensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
gasdurchlässige Gewebe aus mehreren zusammengesinterten,
biegefesten Gewebelagen aus Metall besteht.
5. Gassensor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die für die Konzentration des gemessenen Gases
repräsentativen Messsignale des katalytischen Strahlers (1) und der
infrarotoptischen Messanordnung in einer zentralen Auswerteeinheit (13)
verglichen und für eine anschließende Kalibrierung des Gassensors
ausgewertet werden.
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