DE2738671A1

DE2738671A1 - Gasmessfuehler

Info

Publication number: DE2738671A1
Application number: DE19772738671
Authority: DE
Inventors: Leslie John Owen
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1976-08-27
Filing date: 1977-08-26
Publication date: 1978-03-02
Also published as: NL7709475A; US4175422A; JPS5359497A; FR2363105B1; FR2363105A1; BE858159A; GB1591372A

Description

Patentanwälte Dip!.- !ng. Curt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

T Dipl.-Ing. Rainer

D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 ■ Telex 5 29 513 wakai d Datum: 26. AugUSt 1977 Unser Zeichen: 15 999 - P/Ap Anmelder: British Steel Corporation

Orosvenor Place, London, S.W.I., England

Bezeichnung: Oasmeßfühler

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasmeßfühler mit einem Meßelement vom Halbleitertyp sowie insbesondere Jedoch nicht ausschließlich auf Gasmeßfühler, die das Vorhandensein von giftigen Gasen wie z.B. Kohlenstoffmonooxid in der Umgebungsluft feststellen können.

Die vorliegende Erfindung betrifft Überwachungseinrichtungen, bei denen der Gasmeßfühler ein elektrisch geheiztes Halbleiterelement aufweist, dessen Widerstand sich als Punktion des adsorbierten Gases ändert. Typischerweise enthalten solche Meßelemente ein geeignet dotiertes Metalloxid und Gasmeßfühler dieser Art sind beispielsweise in der britischen Patentschrift 575 beschrieben.

Gasmeßfühler dieser Art werden allgemein in einen Arm einer Brückenschaltung oder in irgendeine andere, widerstandsabhängige Netzwerkschaltung eingeschaltet, so daß durch Änderungen der Konzentration eines Bestandteiles in der den Meßfühler umgebenden Umgebungsluft hervorgerufenene Widerstandsänderungen festgestellt und aufgezeichnet werden können. Die relative Empfindlichkeit des Gasmeßfühlers auf verschiedene Bestandteile der Umgebungsluft kann durch Auswahl der Betriebstemperatur des Halbleiterelementes modifiziert werden und eine Temperatur zur Feststellung bestimmter Gase wird durch Einstellung des Wertes des Meßfühler-Heizstromes erzielt.

Es wurde festgestellt, daß sich selbst bei einer sehr genauen Steuerung des Heizstromes und der Temperatur die Empfindlichkeit eines Gasmeßfühlers dieser Art zeitlich in einem Ausmaß ändert, das die Zuverlässigkeit einer Oasüberwachungseinrichtung, In der dieser Gasmeßfühler verwendet wird, in erheblichem Ausmaß beeinflußt»

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derartige
Ein Beispiel für eine zeitliche Änderung ist in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen gezeigt, und diese Figur 1 stellt die Empfindlichkeitsänderung einer bekannten Überwachungseinrichtung vom Typ 712 oder 812 der Firma Figaro über eine 24-stündige Zeitperiode dar, die willkürlich ausgewählt wurde. Diese Änderung ist typisch für andere Perioden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasmeßfühler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Änderungen der Empfindlichkeit wesentlich verringert sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß die Empfindlichkeit von Meßfühlerelementen vom Halbleitertyp von der Wasserdampfkonzentration in der untersuchten Umgebung abhängig ist.

Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der GasmeßfUhler mit dem Meßelement vom Halbleitertyp in einer Umschließung oder einem Gehäuse angeordnet ist, das den Zutritt und das in Berührungkommen von Gas mit dem Meßelement ermöglicht und Einrichtungen aufweist, die benachbart zum Meßelement eine im wesentlichen konstante relative Feuchtigkeit aufrechterhalten.

Die relative Feuchtigkeit kann dadurch auf einem konstanten Wert gehalten werden, daß die Wmgebungsatraosphäre benachbart zum Meßelement mit Hilfe gut bekannter Mittel entfeuchtet wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die relative Feuchtigkeit auf einem im wesentlichen 100^-igen

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Wert gehalten, und zwar vorzugsweise dadurch« daß das zu untersuchende Gas durch ein Kissen hindurchgeleitet wird, das gasdurchlässig ist und das mit Wasser gesättigt ist. Das Kissen» das aus Pilz, Schaumstoff oder ähnlichem Material bestehen kann, wird zweckmäßigerweise durch direkte oder indirekte Berührung mit einem Wasservorrat in einem im wesentlichen gesättigten Zustand gehalten. Eine indirekte Berührung kann durch einen langgestreckten Docht erreicht werden, von dem ein Ende mit dem Kissen in Berührung steht während das andere Ende in den Wasservorrat eingetaucht ist.

Alternativ kann das mit Wasser gesättigte Kissen unmittelbar benachbart zum Meßelement angeordnet werden, so daß das Gas durch Diffusion durch das Kissen hindurch in Berührung mit dem Meßelement kommen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine die zeitliche Empfindlichkeitsänderung eines bekannten Gasmeßfühlers zeigende Kurve;

Fig. 2 eine zeitliche Schnittansicht einer Ausführungsform des Gehäuses für einen Gasmeßfühler mit einem Meßelement vom Halbleitertyp;

Fig. 3 eine Kurve, die die zeitliche Empfindlichkeitsänderung der Ausführungsform des Gasmeßfühlers zeigt.

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Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des Gasmeßfühlers weist ein Qehäuse mit einer Außenwand 2 aus PVC oder einem anderen inerten Material auf, die eine Anzahl von Ausnehmungen aufweist, die durch maschinelle Bearbeitung oder während des Formgießens hergestellt werden können. Eine Ausnehmung, die allgemein mit 4 bezeichnet ist, nimmt das Meßelement 6 auf, das vom Halbleitertyp ist und beispielsweise unter der Bezeichnung "Monitor Type 712 und 812" von der Firma Figaro vertrieben wird. Die Ausnehmung 4 weist eine ausreichende Tiefe auf, um das Meßelement fest an seinem Platz zu halten während die mit dem Meßelement und der elektrischen Heizeinrichtung verbundenen, nach außen vorspringenden Stifte direkt in die Überwachungsschaltung eingesteckt werden können.

Die innere Stirnfläche der Ausnehmung 4 ist mit einer Öffnung versehen, über die das Meßelement mit dem Umgebungsgas und mit dem Wasserdampf einer Wasserquelle in Berührung kommen kann, wobei dieser Wasserdampf die Empfindlichkeit stabilisiert.

Das Gehäuse des Meßelementes ist mit Festsitz in die Wände der Ausnehmung 4 eingepaßt um den Zutritt von Gas an anderen Stellen als durch die Öffnung zu verhindern.

Das Umgebungsgas wird dem Meßelement über einen Einlaß 10 zugeführt, der mit der Ausnehmung 4 über ein Staubfilter 11, ein Befeuchtungskissen 12 und eine halbdurchlässige Membran 14 in Verbindung steht, die beispielsweise aus einem unter dem Warenzeichen Vyon vertriebenen Material Firma Industrial Division of Povair besteht.

Das Umgebungsgas kommt mit dem Meßelement 6 durch Diffusion durch die Kombination aus dem Filter 11, dem Befeuchtungskissen und der Membran hindurch in Kontakt und alle diese Elemente sind so ausgewählt, daß sie das Auftreten dieser Diffusion ermöglichen.

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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das mit dem Meßelement 6 in Kontakt gebrachte Gas dadurch auf eine relative Feuchtigkeit von 100$ gebracht, daß es durch das Kissen 12 hindurchläuft, das mit aus einem Vorratsbehälter entnommenen Wasser gesättigt gehalten wird. Dieser Vorratsbehälter ist durch eine weitere abgedichtete Ausnehmung 16 in dem Meßfühlergehäuse gebildet. Der Vorratsbehälter ist durch eine wasserdichte Füllkappe 18 dicht abgeschlossen und führt dem Befeuchtungskissen 12 Wasser über einen Docht 20 aus Schaumstoff, Filz oder ähnlichem Material zu. Der Docht ist mit einer aus PVC oder aus irgend einem anderen inerten und wasserundurchlässigem Material bestehenden Umhüllung entlang seiner Länge mit Ausnahme seines Endbereiches versehen, um ein gewisses Ausmaß einer Steuerung der Geschwindigkeit zu erzielen, mit der Wasser von dem Vorratsbehälter zu dem Befeuchtungskissen überführt wird und um sicherzustellen, daß dieses Befeuchtungskissen immer eine Gasdiffusion ermöglicht.

Das auf das Meßelement auftreffende und im wesentlichen mit Wasserdampf gesättigte Gas bewirkt, daß die Empfindlichkeit des Meßfühlers für den ausgewählten Bestandteil oder die Verunreinigung in dem untersuchten Gas stabilisiert wird. Wie es weiter oben beschrieben wurde, wird die relative Empfindlichkeit gegenüber diesem bestimmten Gasbestandteil oder der Verunreinigung durch Steuerung der Temperatur des Meßelementes erzielt und es wurde festgestellt, daß verschiedene Temperaturen die Verbesserung der Stabilität nicht beeinflussen, die durch die beschriebene Ausgestaltung des Gasmeßfühlers erreicht wurde.

Fig. 2 zeigt die Empfindlichkeitsänderung, die bei der beschriebenen Ausführungsform des Gasmeßfühlers erreicht wurde. Ein Vergleich dieser Empfindlichkeitsänderung mit der in Fig. 1 gezeigten Empfindlichkeitsänderung zeigt das Ausmaß der erzielten Verbesserung.

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Der Wasserspiegel in dem Vorratsbehälter Io kann dadurch überprüft werden, daß ein geeignetes Fenster zweckmliijigerweise in der Füllkappe 18 vorgesehen wird. Alternativ Kann der Verbrauch des Wasservorrates dadurch festgestellt werden, dau die elektrische Leitfähigkeit des Kissens 14 beispielsweise durch in das Kissen eingesetzte Elektroden gemessen wird.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

1. Gasmeßfühler mit einem Meßelement vom Halbleitertyp, dadurch gekennzeichn et, daß das Meßelement in einer Umschließung (2, 18) angeordnet ist, die den Zutritt und das in Berührungkommen von Gas mit dem Meßelement (6) ermöglicht und Einrichtungen (12, 14, 16, 20) zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten relativen Feuchtigkeit benachbart zu dem Meßelement (6) einschließt.

2. Gasmeßfühler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Heizeinrichtung vorgesehen ist, um die Temperatur des Meßelementes (6) zu ändern und seine relative Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Gasen zu modifizieren.

3. Gasmeßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschließung ein Exsiccator-Mittel enthält, das die Feuchtigkeit aus dem Bereich benachbart zum Meßelement (6) entfernt.

4. Gasmeßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschließung (12,18) eine Befeuchtungseinrichtung (12, 14) einschließt, die Feuchtigkeit in den Bereich benachbart zum Meßelement (6) einführt.

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ORIGINAL INSPECTED

5. Gasmeßfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungseinrichtung ein wasserabsorbierendes Kissen (12,14) aufweist, das benachbart zum Meßelement (6) angeordnet ist und direkt oder indirekt mit einem Wasservorratsbehalter (16) in Verbindung steht.

6. Gasraeßfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserabsorbierende Kissen (12) im gesättigten Zustand gasdurchlässig ist und zwischen dem Meßelenent (6) und der zu untersuchenden Oasumgebung angeordnet ist.

7. Oasmeßfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschließung das Hindurchpumpen von Gas durch das Kissen (12) in Berührung mit dem Meßelement (6) ermöglicht.

8. Gasmeßfühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschließung so ausgebildet ist, daß Gas das Meßelement (6) durch Diffusion erreichen kann.

9. OasmeßfUhler nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kissen (12) mit dem Wasservorratsbehalter (16) über einen Docht (20) in Verbindung steht.

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10. Qasmeßfühler nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß der Docht (20) mit einer wasserundurchlässigen Umhüllung entlang %iner Länge zwischen den Endbereichen versehen ist.

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