DE2655271C2

DE2655271C2 - Vorrichtung zur Messung der Gaskonzentration in mehreren Räumen

Info

Publication number: DE2655271C2
Application number: DE19762655271
Authority: DE
Inventors: Jürgen 7570 Baden-Baden Dittrich
Original assignee: BIELER U LANG OHG AUTOMATION STEUER-REGELTECHNIK 7590 ACHERN DE
Current assignee: BIELER U LANG OHG AUTOMATION STEUER-REGELTECHNIK 7590 ACHERN DE
Priority date: 1976-12-07
Filing date: 1976-12-07
Publication date: 1986-02-27
Also published as: DE2655271A1

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der in den Meßfühlern (IS₁ bis 15„) vorhandenen Schwingkreise (18) durch die Widerstandswerte der Gassensoren (17) in den Meßfühlern bestimmt und verändert werden und der Abstand der Grundfrequenzen größer als die für die Konzentrationsmessung notwendige Bandbreite ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Grundfrequenzen etwa doppelt so groß als die für die Konzentrationsmessung notwendige Bandbreite ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizungen (16) aller Meßfühler (15i bis 15„) in Reihe liegen und mit konstantem Strom gespeist werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung für den Schwingkreis (18) vom Heizkreis (13, 14) abgezweigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Auswertgeräten (22, bis 22„) an sich bekannte Alarmgeräte über Relais etc. nachgeordnet sind.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Gaskonzentration in mehreren mit Meßfühlern ausgestatteten Räumen unter Verwendung eines Gas-Sensors, dessen Widerstandswert sich mit und entsprechend der Gaskonzentration ändert und in jedem Meßfühler ein Schwingkreis mit einer Grundfrequenz vorhanden ist, welche am Auswertgerät mittels eines Frequenzfilters ausgefiltert und ausgewertet wird.

Die Schwierigkeit bei der Überwachung mehrerer Räume auf schädliche oder giftige Gase oder solche Gase, welche bei Verbrennungsvorgängen entstehen, besteht im wesentlichen darin, daß der Meßfühler zwar nicht sehr aufwendig ist, daß aber die Verbindung des Meßfühlers zum Auswertgerät aufwendig ist und jedem Meßfühler ein vollständiges Auswertgerät zugeordnet werden muß. Zur Vermeidung dieses Aufwandes hat man schon versucht, am Auswertgerät einen Wählschalter vorzusehen, mit dem jeder einzelne Meßfühler nacheinander an das Auswertgerät angeschaltet wird. Der Nachteil dieser Methode besteht vor allem darin, daß an den Kontakten des Schalters Übergangswiderstände entstehen und vorhanden sind, welche sich mit jedem Schaltvorgang ändern können. Da aber der Meßfühler als aktives Element einen Halbleiter besitzt, dessen Widerstandswert sich mit der Gaskonzentration ändert, führt ein nicht konstanter Übergangswiderstand an den Schakkon takten zu unzuverlässigen Meßergebnissen, wenn man nicht eine aufwendige Kompensationsschaltung vorsehen will.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um einfach und trotzdem absolut zuverlässig und genau die vom Meßfühler ermittelten Widerstandswerte zum Meßgerät übertragen werden können. Dabei sollte mit einem Minimum an Leitungen ausgekommen werden und der Aufwand sollte möglichst klein sein.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Frequenzen der in den Meßfühlern vorhandenen Schwingkreise durch die Widerstandswerte der Gassensoren in den Meßfühlern bestimmt und verändert werden und der Abstand der Grundfrequenzen größer als die für die Konzentrationsmessung notwendigen Bandbreite ist

Vorteilhaft liegen die Heizungen aller Meßfühler in Reihe und werden mit konstantem Strom gespeist.

Zweckmäßig ist die Speisespannung für den Schwingkreis vom Heizkreis abgezweigt
Der Vorteil dieser Vorrichtung liegt darin, daß man soviele Meßfühler oder Meßköpfe in Reihe hintereinander an ein dreiadriges Kabel anschließen kann, als man Stufen im Frequenzfilter des Auswertgerätes zur Verfugung hat, so daß keine große Verkabelung notwendig ist, um eine größere Anzahl Räume mit Meßfühlern auszustatten und damit die Gaskonzentration zu überwachen. Dies ist z. B. in chemischen Labors äußerst wichtig, wo relativ viele, aber kleine Räume überwacht werden müssen. Neben dem in jedem Raum anzuordnenden Meßfühler ist aber kein größerer Aufwand nö-

tig, als bei der Überwachung eines einzigen Raumes, weil eben ein Frequenzfilter ein üblicher Baustein ist und die Auswertung in bekannter Weise über einen Gleichrichter und ein Meßgerät, wie z. B. Voltmeter, angezeigt wird.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wonach in der Schalt- und Meßelektronik 11 mit den bekannten Anschlüssen für die Netzspannung ein Baustein 12 angeordnet ist, welcher über die Leitungen 13 und 14 einen konstanten Heizstrom in die Meßfühler 15i bis 15„ für die Erwärmung der Heizwiderstände 16 schickt. Die Heizwiderstände 16 aller Meßfühler 15i bis 15„ liegen dabei im Heizkreis 13,14 in Reihe, wodurch alle Halbleitersensoren 17 der Meßfühler auf gleicher Arbeitstemperatur, vorzugsweise ca. 240⁰C, gebracht und gehalten werden. Durch den konstanten Heizstrom wird die Arbeitstemperatur sehr genau eingehalten. Eine Kompensation der unterschiedlichen Umgebungstemperaturen an den Meßfühlern kann in bekannter Weise, z. B. auch nach der Erfindung der deutschen Patentanmeldung P 26 46 927.2 durchgeführt werden.

Im Meßfühler ist ein Schwingkreis 18 angeordnet, welcher von der Heizleitung 13,14 mit Strom versorgt wird und dessen frequenzbestimmender Widerstand von dem sich mit der Gaskonzentration ändernden Widerstandswert des Sensors 17 gebildet wird. Es kann jede bekannte Schaltung eines Schwingkreises verwendet werden, bei der die Frequenz sich in Abhängigkeit von einem Widerstand steuern läßt. Die vom Schwingkreis erzeugte Wechselspannung wird über einen Trennkondensator 19 und die Leitung 20 zur Schaltelcktronik 11 und dort in ein Frequenzfilter 21 geführt. Jeder Filterstufe des Frequenzfilters 21 ist ein Auswert- und

Anzeigegerät 22| bis 22„ zugeordnet denen außerdem noch weitere an sich bekannte Relais zur Schaltung von Alarmeinrichtungen etc. nachgeschaltet sein können. Alle Meßfühler 15, bis 15„ sind parallel an die Leitung 20 angeschlossen.

Die Funktion sei anhand einer Anlage mit drei Meßfühlern 15|, 152 und 153 beschrieben. Dazu werden in den Meßfühler 15| ein Schwingkreis 18 eingebaut, welcher eine Grundfrequenz von ca. 1 kHz produziert, in den Meßfühler 15? ein Schwingkreis 18 für eine Grundfrequenz von ca. 2 kHz und in den Meßfühler 15j ein Schwingkreis 18 für eine Grundfrequenz von ca. 3 kHz. Der Abstand von 1 kHz zwischen zwei benachbarten Schwingkreisen bzw. deren Grundfrequenzen ist etwa dreimal so groß wie die aufgrund der höchsten zu erwartenden Gaskonzentration zu erwartenden Frequenzänderung. Das Frequenzfilter 21 hat drei Stufen und jeder Stufe ist ein Auswert- und Anzeigegerät 22i, 22₂ und 223 in Form eines mit einem Gleichrchter bestückten Voltmeters zugeordnet Wird nun beispielsweise am Meßfühler 152 eine erhöhte Gaskonzentration festgestellt, so ändert sich der Widerstandswert des Widerstandes 16, wodurch der Schwingkreis 18 verstimmt wird und nunmehr eine Wechselspannung von z. B. 2.02 kHz über die Leitung 20 an das Frequenzfilter 21 gibt, wo alle Frequenzen zwischen 1,9 und 2,9 kHz ausgefiltert und an das Meß- und Anzeigegerät 222 gegeben werden. Da dieses Gerät, wie auch alle anderen Geräte 22, so geeicht ist, daß es Null anzeigt, wenn die Frequenz aus dem Filter 21 bei 2,00 kHz liegt, zeigt es nun bei einer Frequenz von 2,02 kHz beispielsweise einen Gehalt von 1,25 Vol.-% Methan an. Da dieser Wert noch unter der Toleranzgrenze liegt, passiert noch nichts.

Steigt aber der angezeigte Wert über eine vorher eingestellte Höchstgrenze an, so wird über ein dem Gerät 222 nachgeschaltetes Relais ein Alarmgerät ausgelöst, so daß die Ursache für die Erhöhung der Gaskonzentration ermittelt und abgestellt werden kann.

Werden gleichzeitig an zwei Meßfühlern erhöhte Gaskonzentrationen festgestellt, so werden die Schwingkreise dieser beiden Meßfühler verstimmt und die beiden nunmehr vom Schwingkreis 18 gelieferten Frequenzen werden über die Leitung 20 gemeinsam dem Frequenzfilter 21 zugeführt, wo sie getrennt und den zugehörigen Meß- und Anzeigegeräten 22 zügeführt werden und dort die entsprechende Anzeige veranlassen.

Es ist ohne weiteres möglich, auch größere Anzahlen von Meßfühlern einzusetzen, wobei der Abstand der Grundfrequenzen letzten Endes nur von der Auflösung des Frequenzfilters abhängt. Selbstverständlich kann auch die Anordnung des Auswert- bzw. Meßgerätes im Verhältnis zum Anzeigegerät frei gewählt werden. Man kann sogar ohne Anzeigegerät auskommen, wenn man beim Meßgerät einen einstellbaren Grenzwert vorsieht, bei dessen Überschreitung der Alarm ausgelöst wird.

Der Schwingkreis kann in bekannter Weise auf einer Leiterplatte fertig montiert sein oder auch als IC oder Modul aufgebaut werden, damit möglichst wenig Platz im Meßfühler vorgesehen werden muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Gaskonzentration in mehreren mit Meßfühlern ausgestatteten Räumen, wobei jeder Meßfühler aufweist:

— einen Gassensor, dessen Widerstandswert sich mit und entsprechend der Gaskonzentration ändert,

— eine Heizung mit einem Heizkreis,

— einen mit einer Speisespannung versorgten Schwingkreis mit zugeordneter Grundfrequenz,

— ein Auswertgerät, welches unter Ausfilterung der Grundfrequenz durch einen Frequenzfilter die Frequenz des Schwingkreises zur Konzentratioasmessung auswertet,