DE3636520A1

DE3636520A1 - Anordnung und verfahren zur erfassung der sich zeitlich veraendernden parameter von sensorsystemen

Info

Publication number: DE3636520A1
Application number: DE19863636520
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-27
Filing date: 1986-10-27
Publication date: 1988-06-01

Description

Die beschriebene Erfindung ermöglicht die Nutzbarmachung solcher Sensoren, die Signale liefern, die zeitlich nicht konstant sind. Durch eine Zusatzvorrichtung ist es möglich, die für diese Inkonstanz verantwortlichen Parameter quantitativ zu erfassen. Dadurch kann man einen Korrekturfaktor ermitteln, der die Berechnung eines zuverlässigen Meßwerte aus der Meßgröße ermöglicht.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß ein Sensor nicht unmittelbar das verwertbare Signal liefert. Einflüsse wie Druck, Temperatur oder Feuchtigkeit verändern die Empfindlichkeit, wodurch es zur Anzeige verfälschter Werte kommen kann. Aus diesem Grunde werden entsprechende Korrekturen vorgenommen. Aktuelle Werte werden durch Signale, die von anderen Sensoren geliefert werden, korrigiert. So muß beispielsweise der Meßwert eines Druckfühlers hinsichtlich des Einflusses der Temperatur korrigiert werden. Oft wird dann der Temperatur-Sensor in das Druckmeßgerät integriert, so daß die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung des Druckfühlers erfaßt wird.

Sind die Zusammenhänge quantitativ bekannt, kann die Korrektur durch analytische Verfahren oder durch eine zuvor vorgenommene Kalibrierung, die als Tabelle oder als Graphik vorliegen kann, vorgenommen werden. Für derartige Korrekturen stehen Lösungen von einfachen Differentialschaltungen bis hin zu Mikroprozessoren oder Datenverarbeitungssystemen zur Verfügung.

Im vorliegenden Fall handelt es sich um Sensoren, dessen aktuelle Meßwerte entscheidend durch das Vorleben der Meßeinheit beeinflußt werden. Diese Sensoren können z. B. solche Sensoren sein, die einen sogenannten Memorieeffekt besitzen. Dies kann z. B. bedeuten, daß der Sensor bei gleichen äußeren Einflüssen in Abhängigkeit von vorher gemessenen größeren oder kleineren Werten unterschiedliche Signale liefert. Besonders bei chemischen Sensoren kann es vorkommen, daß Stoffe aus der vorhergehenden Messung noch im Sensor gebunden sind, sich nur sehr langsam entfernen lassen und durch ihre Anwesenheit die Empfindlichkeit des Sensors drastisch verändern. Durch vorangegangene Messungen kann sich z. B. auch die Oberflächenbeschaffenheit des Sensors verändert haben (z. B. durch Redoxvorgänge, Schichtentfernung, Kondensation von Wasser, Austrocknung, Anlagerung von Feststoffen oder Flüssigkeiten u. a.). Obwohl diese Veränderungen reversibel sein können, können die Prozesse Tage oder Wochen dauern.

Veränderungen wie diese können die Sensoreigenschaften drastisch beeinflussen und so die zuvor vorgenommene Kalibrierung unbrauchbar machen, was zu einer Mißdeutung des Sensorsignals führt. Die Kalibrierung muß also infolge des Vorlebens des Sensors aktualisiert werden. Die Notwendigkeit einer neuen Kalibrierung oder einer Regeneration konnte bisher nur bei der Kalibrierung selbst festgestellt werden.

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf die Veränderung der Sensoreigenschaften aufmerksam zu machen und so die Notwendigkeit einer neuerlichen Kalibrierung anzuzeigen und/oder die Korrektur des Sensorsignals durchzuführen und/oder Maßnahmen zur Regeneration einzuleiten.

Die Aufgabe wird gemäß den Ansprüchen dadurch gelöst, daß die Effekte, die auf den Sensor eingewirkt haben, gespeichert werden. Aufgrund dieses Vorlebens wird durch logische Entscheidungen geprüft, ob möglicherweise eine Veränderung der Sensoreigenschaften stattgefunden hat. Mit diesen, zuvor ausgemessenen und gespeicherten Parametern wird eine Korrektur vorgenommen. Es können außerdem noch andere, kurz- oder langfristige Effekte die Sensoreigenschaften beeinflussen. Deswegen ist es vorteilhaft, diese anderen Effekte mit anderen Sensoren zu messen und den Einfluß von anderen Größen durch eine Korrektur zu eliminieren und dies chronologisch festzuhalten. Weiterhin ist es vorteilhaft, auch die auf die "Hilfssensoren" einwirkenden Effekte chronologisch festzuhalten, um auch hier eine Korrektur vornehmen zu können.

Die mit dieser Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß keine falschen Werte angezeigt werden, weil Korrekturen vorgenommen werden oder weil angezeigt wird, daß eine neue Kalibrierung notwendig ist. Durch diese Lösung ist die Gefahr von Vergiftungen oder Explosionen durch mißgedeutete Signale beseitigt.

Beispiel 1

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird dort näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Empfindlichkeitsverminderung eines Wasserstoffsensors in Abhängigkeit von der Zeit seit der letzten Wasserstoffmessung,

Fig. 2 die Empfindlichkeitserhöhung des Sensors durch die Einwirkung von Wasserstoff während der Messung.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß ein Wasserstoffkonzentrations-Meßsensor seine Empfindlichkeit in der Zeit verändert. Bei t = 0 direkt nach einer längeren Wasserstoffkonzentrationsmessung besitzt der Sensor seine höchste Empfindlichkeit. Ohne eine neue Messung aber nimmt die Empfindlichkeit ab, bis sie etwa 20% des ursprünglichen Wertes erreicht. Wenn also nach 5-6 Tagen Meß-Pause der Sensor für weitere Messungen eingesetzt wird, muß der aktuelle, vom Sensor gelieferte Wert mit dem entsprechenden Korrekturfaktor betrachtet werden, oder aber es muß die Notwendigkeit einer neuerlichen Kalibrierung angezeigt werden.

Ist die Zeitdauer dieser zweiten Messung jedoch relativ hoch (z. B. bis zu Minuten), wird die Empfindlichkeit des Sensors durch Regeneration erhöht. Bei jeder weiteren Messung wird die Empfindlichkeit größer. Diesen Zusammenhang gibt Fig. 2 wieder. Hier ist die relative Empfindlichkeit bei verschiedenen Gaskonzentrationen als Funktion der Zeitdauer der Gaseinwirkung aufgetragen. Dies hat die Konsequenz, daß in derartigen Fällen eine kurzfristige Kalibrierung nicht von Nutzen ist, weil man aufgrund der Gaseinwirkung bei der nächsten Messung einen erhöhten Empfindlichkeitswert konstatieren muß. Es ist deswegen genauer, statt einer Kalibrierung die aktuelle Konzentration mit Hilfe der Meßwerte auszurechnen.

Claims

1. Meßanordnung, bestehend aus einem oder mehreren Sensoren und einem Auswertungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertungssystem vorhergehende Einwirkungen auf den Sensor oder die Sensoren, also die Vorgeschichte des Meßsystems festhält und logische Entscheidungen bezüglich der Richtigkeit des von dem Sensor oder den Sensoren gelieferten Meßwertes trifft und/oder bestimmte Maßnahmen einleitet.

2. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem einen Sensor enthält, dessen Vorleben in einer Memorie-Einheit festgehalten wird und daß dadurch entstehende Veränderungen der Betriebsparameter (Empfindlichkeit, Nullpunkt, Querempfindlichkeit, usw.) gespeichert werden und daß entsprechende Korrekturen der Meßwerte vorgenommen werden.

3. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal außer durch die Vorgeschichte auch durch aktuelle Meßwerte, die von anderen Sensoren geliefert werden, korrigiert wird.

4. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System mehrere Sensoren enthält, dessen Vorgeschichte zum Teil oder vollständig aufgezeichnet wird und dessen Parameter entsprechend korrigiert werden. Durch diese aktualisierten Informationen wird wiederum der Meßwert des Hauptsensors korrigiert.

5. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren als Einzelsensoren vorliegen.

6. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren oder ein Teil der Sensoren als integrierte Sensoren vorliegen (monolytische, Dünnfilm- oder Dickfilmsensoren).

7. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungseinheit als eine integrierte Einheit vorliegt.

8. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertungssystem und der oder die Sensoren als eine integrierte Einheit vorliegen.

9. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der im Memorie gespeicherten und der neuen Kalibrierung ein Vergleich vorgenommen werden kann.

10. Nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß Messungen von anderen Sensoren gespeichert werden und daß der Hauptsensor auf diese Weise korrigiert werden kann.

11. Nach 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß keine Korrektur des Signals vorgenommen wird, sondern Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.

12. Nach 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß keine Korrektur vorgenommen wird, sondern angezeigt wird, daß eine erneute Kalibrierung nötig ist.

13. Nach 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß Betriebsunfähigkeit durch einen Alarm angezeigt wird.

14. Nach 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Gegenmaßnahmen Selbstkalibrierung oder Selbstregeneration sind.

15. Verfahren zur Speicherung der Vorgeschichte und zur Korrektur der Parameter; dadurch gekennzeichnet, daß ein externes Datenverarbeitungssystem von dem Meßsystem angerufen wird.

16. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß Speichersystem und Korrektursystem eine Einheit bilden.

17. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß Speicherung und Korrektur mikroprozessorgesteuert sind.

18. Verfahren zum Vergleich der überholten Kalibrierung mit dem aktuellen Zustand. Dadurch wird ein Lernprozeß eingeleitet, wonach die Meßeinheit zu einer schon abgelaufenen Vorgeschichte die richtige Kalibrierung zuordnet. Bei einem wiederholten Auftauchen desselben Vorlebens kann die zugehörige Kalibrierung aufgerufen werden.