具有加热装置的气体测量设备的制作方法

1.本发明涉及一种用于分析气体混合物和用于监测环境的气体测量设备，其具有用于限定测量内部容积和/或用于将所述测量内部容积与包含气体混合物的环境的隔开的壳体，该壳体带有气体入口和气体出口，用于所述测量内部容积和所述环境之间的相应流体传导的连接，并具有布置在所述测量内部容积内的气体传感器单元，特别是电化学气体传感器单元，用于确定所述气体混合物中包含的气体成分的浓度，特别是氧气成分的浓度。
2.本发明还涉及一种用于这种气体测量设备的加热装置以及一种用于控制和/或调节加热装置的方法。


背景技术：

3.在房间和建筑物监控的技术领域中，例如通常使用气体测量设备来监控环境并分析存在于环境中的气体混合物，通常是空气。这种气体测量仪器便利地放置在壳体中，该壳体的气体入口和气体出口与待监测的环境保持恒定的流体传导连接。实际的气体传感器或气体传感器单元布置在所述壳体内部的测量内部容积中，通常也称为测量单元。术语“测量内部容积”总是指气体测量仪器或包含气体传感器单元的气体测量设备的内部容积。所述壳体限定所述测量内部容积，并且还能够可选地用于将其与环境隔开。具有两个壳体的气体测量仪器的结构形式也是已知的，其中“内”壳体设置用于限定测量内部容积并且“外”壳体设置用于将其与环境隔开。通过例如将气体测量仪器直立安装在要监测的房间中，其中气体入口位于气体出口下方，则自由对流能够实现测量内部容积的连续穿流，从而连续分析气体混合物并连续监测环境。
4.气体测量仪器也用于防火领域。气体测量仪器，特别是与所谓的氧气减少设施关系时是已知的，该氧气减少设施将环境、所谓的保护区中的氧气含量降低到低于环境空气中通常氧气含量的水平，并且特别是低于保护区内材料的点燃极限的水平。然而，优选地，环境中应仍然保留足够的氧气，以便人们能够停留在保护区内。为了排除对这些人的危险，在相应的保护区内安装氧气测量仪器形式的气体测量仪器，以监测环境。这些氧测量仪器包括氧传感器，例如用于确定环境空气中与容积相关的氧含量的顺磁氧传感器、二氧化锆氧传感器或还有电化学氧传感器。氧传感器通常表现出与温度相关的测量特性，即环境温度会影响测量精度。例如，与+20℃的环境温度相比，市售电化学氧传感器的测量偏差在-20℃的环境温度下增加了约-2vol％，即电化学氧传感器在-20℃的环境温度下指示相同气体混合物的氧容积分数值比在+20℃的环境温度下低10％。因此，不能够实现可靠地使用与温度相关的氧传感器来监测低温的房间或保护区(例如，环境温度为-30℃的冷冻仓库)。
5.从使用气体传感器的其他技术领域已知，调节输送到气体传感器的气体混合物流的温度。例如，wo2016/083576a2公开了一种用于对呼吸空气中的气体进行各向同性分离检测的仪器或光谱仪。该光谱仪包括具有激光源和检测器的激光检测器装置以及位于激光源和检测器之间的光束路径中的测量单元，该测量单元具有用于待分析的呼吸空气的入口和出口。为了分析呼吸空气，患者向仪器的气体入口吐气，这就是为什么要分析的呼吸空气间
歇性地和喷射形式地到达测量单元的原因。为了改善测量结果，设置了用于根据流量进行预热的预调温单元，其应能够实现对患者循环到达的呼吸空气的均匀加热和干燥。所述预调温单元包括测量电阻、预热元件和预热元件调节器，它们以控制回路的方式相互连接。借助从测量电阻获得的信号计算呼吸空气的容积流量，并经由预热元件的控制单元使用，以根据流量调节呼吸空气的加热。根据流量的调节的缺点是呼吸空气周期性地以喷射形式到达，这就是为什么需要快速或高频调节，因此更容易受到干扰。测量单元本身的温度也借助主调温单元控制，其中在测量单元底部处通过温度传感器测量所述主温度调节器的设置变量。因此，对于主温度调节需要在测量单元本身中集成额外的温度传感器，从而一方面会影响测量结果，另一方面需要对测量单元进行改造。


技术实现要素：

6.本发明的目的是消除现有技术的缺点并创造一种气体测量设备，该气体测量设备能够实现尽可能高的测量精度，而与待测得的气体混合物的温度和/或环境温度无关。
7.该目的通过具有根据权利要求1的加热装置的根据本发明的气体测量设备、用于根据权利要求11的气体测量设备的根据本发明的加热装置以及用于控制和/或调节根据权利要求12所述的加热装置的根据本发明的方法而实现。
8.开始详细描述的类型的根据本发明的气体测量设备的特征在于具有至少一个加热元件和控制系统和/或调节系统的加热装置，其中能够借助所述控制系统和/或调节系统设定所述至少一个加热元件的加热温度(th)，以提高或保持所述测量内部容积的内部温度(ti)。
9.因此，在本发明的范围内提出，为气体测量设备扩充加热装置，该加热装置能够实现在测量内部容积中设定期望的内部温度(ti)，所述测量内部容积即气体传感器单元布置的地方，优选地在气体传感器单元的紧邻处。例如也可以考虑，将气体传感器单元布置在气体入口或气体出口内或在气体测量设备和/或加热装置的气体混合物流过的其他区域或部件中。要设定内部温度(ti)，首先将其增加到期望的温度范围，例如0℃和20℃之间的范围，或所需的温度值，例如10℃，然后将其保持在那里。由此能够在恒定温度条件下在测量内部容积内实现确定待分析的气体混合物中所含的气体成分的浓度，特别是氧气成分的浓度，从而与气体测量设备所在的环境的环境温度(tu)无关。至少一个加热元件的加热温度(th)能够借助控制系统和/或调节系统设定，该控制系统和/或调节系统在最简单的设计方案中具有可由用户手动致动的操作元件，例如旋转开关。
10.特别是对于具有开放式结构形式的用于连续房间监测的气体测量设备，其中测量内部容积和气体传感器单元经由气体入口和气体出口与环境空气持续交换，通过根据本发明的环境温度(tu)与测量内部容积的内部温度(ti)是去耦，开辟了更广泛的应用领域。因此，根据本发明的气体测量设备也能够在例如-30℃的特别低的环境温度(tu)下在冷冻仓库内使用，其中确保了气体成分、特别是氧气成分的浓度的可靠的监测。同时，气体传感器、特别是氧传感器的使用寿命通过在正温度下运行能够增加。
11.此外，本发明还涉及气体测量设备的结构形式，在该结构形式中气体入口和气体出口构造为相同的部件并/或构造为同一开口或凹口，其中气体混合物于是通过组合的气体入口和气体出口进入壳体或被放进壳体内，也又离开或被排出。
12.在有利的设计方案中，一个或多个加热元件布置在气体测量设备的测量内部容积中的壳体内部，或者能够集成到壳体本身中，例如集成到其盖中。为了减少升高或保持温度所需的热能或降低要施加的加热功率，测量内部容积可以与环境隔开。在这种情况下能够考虑，仅对其中布置有气体传感器单元和/或至少一个加热元件的测量内部容积的一部分设有绝缘体。在构造上更简单的是，气体测量设备的整个壳体配备绝缘体和/或将其绝缘地构造。
13.根据一个有利的实施形式，如果加热装置具有比增加到或保持测量内部容积的期望内部温度(ti)总地所需的热能或加热功率所需的数量的加热元件更高的数量的加热元件，则达到特别高的运行可靠性。在一个或多个加热元件意外发生故障的情况下，所需的总加热功率能够通过附加的、特别是冗余的加热元件继续提供。
14.根据本发明的一个设计方案，至少一个加热元件能够有利地包括在加热体上的加热电阻器，其中加热元件的加热温度(th)能够借助施加到加热电阻器的加热电压来控制。
15.为此，加热电阻器与加热体热耦合，其中通过电流流过加热电阻器在加热电阻器中产生热能。根据施加到加热电阻器的加热电压来控制在加热元件处，特别是在加热体处产生的加热温度(th)。
16.为了获得关于在加热元件处实际存在的瞬时加热温度(t
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)的反馈，根据本发明的一个同样有利的变体，控制系统和/或调节系统能够具有至少一个用于测量至少一个加热元件的瞬时加热温度(t
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)的第一温度传感器，并且构造用于基于至少一个加热元件的可预设的期望加热温度(t
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)来控制和/或调节瞬时加热温度(t
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)。
17.因此，通过加热元件上可选的，特别是构造为测量电阻器(例如pt100)的第一温度传感器，借助控制系统和/或调节系统能够进行实际存在的瞬时加热温度(t
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)与可预设的和/或预设的期望加热温度(t
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)的期望值/实际值比较，并且基于瞬时加热温度(实际值)与预设的期望加热温度的温度偏差进行调节。
18.可预设的和/或预设的期望加热温度(t
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)能够例如可选地手动地设定或者作为固定值存储在控制系统和/或调节系统中。根据上述发明变体的一种扩展构造有利的是，控制系统和/或调节系统具有至少一个用于在气体入口处的的气体入口温度(tg)和/或存在在环境中的气体混合物的环境温度(tu)的第二温度传感器，并且可预设的期望加热温度(t
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)能够基于存储在控制系统和/或调节系统中的、在测量内部容积的内部温度(ti)与至少一个的加热元件的所述瞬时加热温度(t
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)之间的相关性和/或其它关系，根据测得的所述气体入口温度(tg)和/或测得的所述环境温度(tu)来确定。
19.因此，由控制系统和/或调节系统借助第二温度传感器测得的气体入口温度(tg)和/或测得的环境温度(tu)的函数f(tg；tu)来计算可预设的期望加热温度(t
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)。通过调节至少一个加热元件的加热温度(th)，即将瞬时加热温度(t
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)与算出的期望加热温度(t
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)进行比较并借助加热电压操控，因此能够实现间接控制和/或调节测量内部容积的内部温度(ti)，该内部温度(ti)于是充当(间接)参考变量。在达到的相应瞬时加热温度(t
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)(实际值＝期望值)时在气体测量设备的测量内部容积中分别产生的内部温度(ti)基于在测量内部容积的内部温度(ti)与至少一个的加热元件的瞬时加热温度(t
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)之间的相关性和其它关系或基于其它的尤其函数关系而储存在控制系统和/或调节系统中。例如，在内部温度(ti)和瞬时加热温度(t
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)之间可以存在比例关系，并且能够作为函数存
储。
20.替代地或可选地，可预设的期望加热温度(t
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)也能够基于存储在控制系统和/或调节系统中的、瞬时加热温度(t
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)的具体值与内部温度(ti)的相应值的对应，特别是以表格对应的形式，根据测得的气体入口温度(tg)和/或测得的环境温度(tu)来确定。
21.在此同样有利的是，气体测量设备构造成具有恒定的预设几何关系和/或其他参数。例如，气体测量设备的测量内部容积、至少一个加热元件与气体传感器单元之间的距离、至少一个加热元件的(相应)加热功率或总加热功率、温度传感器的放置、绝缘程度和/或气体测量设备的其他结构是预先确定的。特别是由自由或强制对流引起的流速，气体混合物以该流速流过测量内部容积，也恒定地设定，因此内部温度(ti)仅还取决于气体入口处测得的温度(tg)和在加热元件上测得的瞬时加热温度(t
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)。内部温度(ti)与瞬时加热温度(t
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)之间的相关性或其他关系和/或瞬时加热温度(t
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)的具体值与内部温度(ti)的相应值的对应，然后针对不同的气体入口温度(tg)通过实验求取并将其存储在控制系统和/或调节系统中。
22.由于间接调节能够由此省去测量内部容积中和/或气体传感器单元上的温度传感器，由此排除相互的电干扰并且同时使气体量设备上实施的修改和/或改造最小化。可选地，代替气体入口温度(tg)或除此之外，能够采用环境温度(tu)来计算期望加热温度(t
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)。
23.因此，在本发明的该变体的实际应用中，始终提供相似或甚至相同的机构形式的气体测量设备是有利的，以基于分别测得的气体入口温度(tg)和/或环境温度(tu)实现测量内部容积的内部温度(ti)的不易出错和可靠的(间接)控制和/或调节。
24.在有利的扩展构造中，加热装置的控制系统和/或调节系统包括数字计算单元，特别是数字微控制器，该数字计算单元具有相对于至少一个第一温度传感器、至少一个第二温度传感器和至少一个加热元件的接口，并且其中在测量内部容积的内部温度(ti)与至少一个的加热元件的所述瞬时加热温度(t
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)之间的相关性和/或其它关系和/或所述瞬时加热温度(t
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)的具体值与所述内部温度(ti)的相应值的对应存储在计算单元中，并且计算单元构造用于根据测得的气体入口温度(tg)和/或测得的环境温度(tu)来确定可预设的期望加热温度(t
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)。
25.优选地，所需期望加热温度(t
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)的计算和瞬时加热温度(t
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)的调节由数字计算单元执行。为此，在计算单元中，特别是在存储单元上，例如以编程和/或软件的形式，存储了或能够存储测量内部容积的期望内部温度(ti)或期望内部温度(ti)的范围。此外，还存储了在内部温度(ti)与瞬时加热温度(t
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)之间的相关性和/或其它关系和/或瞬时加热温度(t
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)的具体值与内部温度(ti)的相应值的对应。在输入侧，借助合适的模数转换器在相应的模拟测量温度传感器和数字计算单元之间进行模拟传感器信号的转换。在输出端，数字计算单元的数字信号被转换，其中由运算单元经由脉冲宽度调制操控加热元件的加热电阻并且借助模拟加热电压来控制开关电源供应器。
26.在扩展构造中，计算单元有利地构造为，如果瞬时加热温度(t
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)的测量值低于存储在数字计算单元中的最小温度比较值，或瞬时加热温度(t
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)的测量值大于存储的最大温度比较值，则输出出错提示和/或关闭加热装置。
27.例如，如果瞬时加热温度(t
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)低于存储的最低温度比较值，这可能提示一个或
多个加热元件有缺陷或故障，在这种情况下，计算单元优选输出出错提示。可选地，也能够以相应的方式监测气体入口温度(tg)和/或环境温度(tu)，其中如果测量值低于存储的最低环境温度并且例如加热装置的总热量功率不足以提高或保持所需的内部温度，则输出出错提示。
28.如果瞬时加热温度(t
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)的测量值大于存储的最大温度比较值，例如50℃-60℃，即存在发生过热以及一个或多个加热元件的相关缺陷或故障的危险情况下，则优选关闭加热装置。
29.为了关闭加热装置能够在控制系统和/或调节控制系统中设置故障继电器，其中计算单元包括比较器功能，从而操控所述故障继电器。除了这种软件控制的关断之外，硬件控制的关断也能够用相同的故障继电器来实现，其中为此在操控故障继电器的电路中安装相应的构件，例如比较器或双金属片。
30.在一种优选的设计方案中，气体测量设备包括带有气体混合物返回管线的气体混合物返回装置，其中从壳体的气体出口处流出的气体混合物能够经由气体混合物返回管线至少部分地输送到加热装置。
31.通过已经预热的气体混合物的返回能够降低至少一个加热元件的热功率需求。在气体入口处，气体混合物的返回部分与源自环境的气体混合物的一部分一起输送到测量内部容积。
32.根据本发明的一种有利变体，加热装置具有用于产生气体混合物流的风扇。
33.在本发明的该变型的扩展构造中，气体测量设备的测量内部容积的内部温度(ti)的增加或保持能够间接地通过用至少一个加热元件加热气体混合物流来实现。
34.优选将风扇设定为恒定转速以产生恒定的容积流量，从而不必为了调节和/或控制加热功率或瞬时加热温度(t
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)而考虑气体混合物流的容积流量的变化。加热温度(t
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)。通过间接使用气体混合物流来增加或保持测量内部容积的内部温度(ti)，使得至少一个加热元件的更可变的布能够实现置，例如在气体测量设备的壳体之外，特别是还有在气体混合物返回管线内。风扇和/或至少一个加热元件相对于气体混合物流的流动方向有利地布置在气体传感器单元的前面。由此能够进一步最小化气体测量设备本身所需的修改或改造。
35.根据一种实施方式，对于改装已经运行的气体测量设备特别有利的是，加热装置具有用于容纳至少一个加热元件和用于容纳控制系统和/或调节系统的加热器壳体，该加热器壳体具有用于与环境流体传导地连接的加热器壳体入口以及用于与气体测量设备的壳体的气体入口流体传导地连接的加热器壳体出口。
36.容纳加热装置的加热器壳体因此能够与气体测量设备的壳体分开设计，其中加热器壳体出口通过连接元件、例如绝缘塑料管直接或间接与气体测量设备壳体的气体入口连接。
37.在加热器壳体内也可选地能够容纳用于产生气体混合物流的风扇，第二温度传感器，该第二温度传感器用于测量在加热器气体入口处的的气体入口温度(tg)和/或存在在环境中的气体混合物的环境温度(tu)。
38.结合之前解释的调节方案，该实施形式中的加热装置能够通过单独的加热器壳体和对测量内部容积的内部温度(ti)的间接控制和/或调节与气体传感器单元在房间上和电
上完全分离地实施。因此完全避免了气体测量设备的修改，特别是测量内部容积中的修改。通过电势隔开和/或电流隔开能够防止由于加热装置的电影响而损害气体传感器单元的测量精度。加热装置因此能够改装为独立工作的模块，用于控制和/或调节气体测量设备的测量内部容积的内部温度(ti)。
39.因此，开始时设定的本发明的目的也通过用于气体测量设备、特别是根据上述实施例之一的气体测量设备的加热装置来实现，用于提高或保持气体测量设备的测量内部容积的内部温度(ti)，所述加热装置具有加热器壳体，该加热器壳体具有用于与包含气体混合物的环境流体传导地连接的加热器壳体入口和用于与气体测量设备的测量内部容积流体传导单独连接的加热器壳体出口。此外，具有布置在加热器壳体内的至少一个加热元件，和控制系统和/或调节系统，其布置在加热器壳体内并且构造用于设定至少一个加热元件的加热温度(th)。
40.根据本发明，控制系统和/或调节系统具有至少一个用于测量至少一个加热元件的瞬时加热温度(t
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)的第一温度传感器，并构造用于基于至少一个加热元件的可预设的期望加热温度(t
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)来控制和/或调节瞬时加热温度(t
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)。
41.控制系统和/或调节系统此外具有至少一个第二温度传感器，该第二温度传感器用于测量在加热器壳体入口处的的气体入口温度(tg)和/或存在在环境中的气体混合物的环境温度(tu)，并且可预设的期望加热温度(t
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)能够基于存储在控制系统和/或调节系统中的、在测量内部容积的内部温度(ti)与至少一个的加热元件的瞬时加热温度(t
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)之间的相关性和/或其它关系并/或基于存储在控制系统和/或调节系统中的、瞬时加热温度(t
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)的具体值与内部温度(ti)的相应值的对应，分别根据测得的气体入口温度(tg)和/或测得的环境温度(tu)来确定。
42.最后，本发明的任务也通过一种用于控制和/或调节具有至少一个加热元件的加热装置的方法实现，该加热装置用于气体测量设备、特别是用于具有根据本发明的加热装置的根据以上实施形式之一所述的气体测量设备，其中所述方法包括以下步骤：
43.记录通过第一温度传感器测得的气体入口温度(tg)和/或环境温度(tu)。记录所述至少一个加热元件的瞬时加热温度(t
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)，其通过第二温度传感器测得。根据测得的气体入口温度(tg)和/或测得的环境温度(tu)来计算至少一个加热元件的期望加热温度(t
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)。基于计算的期望加热温度(t
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)控制和/或调节瞬时加热温度(t
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)。
44.根据一个优选的方法变体，借助瞬时加热温度(t
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)来控制气体测量设备的测量内容积的内部温度(ti)，其中至少一个加热元件的期望加热温度(t
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)的计算基于在内部温度(ti)与瞬时加热温度(t
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)之间的相关性和/或其它关系并/或基于瞬时加热温度(t
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)的具体值与内部温度(ti)的相应值的对应来实现。
附图说明
45.基于本发明的其它细节、特征、特征(子)组合、优点和效果由以下对本发明的优选性实施例的描述和附图给出。附图示出：
46.图1根据本发明的具有集成加热装置的气体测量设备的第一示例性实施形式的示意图；
47.图2具有前置的加热装置的根据本发明的气体测量设备的第二示例性实施形式的
示意图；
48.图3具有前置的加热装置和气体混合物返回装置的根据本发明的气体测量设备的第三示例性实施形式的示意图；
49.图4根据本发明的加热装置的调节系统和/或控制系统的示例性调节回路的框图，以及
50.图5用于控制和/或调节用于气体测量设备的加热装置的根据本发明的方法的示例性过程的流程图。
具体实施方式
51.附图仅仅是示例性的并且仅用于理解本发明。同样的元件具有相同的附图标记。
52.图1示意性地示出了根据本发明的具有集成的加热装置200的气体测量设备100的第一示例性实施例。气体测量设备100包括壳体110，该壳体将测量内部容积120与环境300隔开。气体入口111和气体出口112在此构造在彼此对置的壳体壁上并且分别设置用于与环境300的流体传导地连接。环境300例如能够是氧气降低设施的保护区域，在该保护区域内通过引入惰性气体来降低氧气含量。为了监测所述环境300，能够借助气体测量设备100对存在于环境300中的气体混合物310、例如氧气降低的环境空气进行特别是连续的分析。
53.为此，气体传感器单元130便利地放置在气体测量设备100的测量内部容积120内，该气体传感器单元确定气体混合物310中包含的气体成分、特别是氧气成分的浓度，用于分析气体混合物310。在有利的设计方案中，气体传感器单元130是市售的电化学氧传感器。气体测量设备100能够放置在要监测的环境300内，其中由于例如通过自由对流产生的从气体入口111到气体出口112的气体混合物流320而实现气体混合物310在测量内部容积120和环境300之间连续交换。可替代地并且在该图中未示出，还可以设想将气体入口111和气体出口112构造为一致的部件并/或在同一的壳体壁上，其方式是，例如管座或由网格保护的壳体中的凹口用作气体入口和气体出口111、112。然后气体混合物310通过用作气体入口和气体出口111、112的同一开口或凹口进入和排出，其中气体混合物流320然后在气体入口和气体出口111、112处进入壳体110，经过气体传感器单元130然后接着又从气体入口和气体出口111、112离开。
54.为了能够在不受环境温度tu影响的情况下确定包含在气体混合物310中的气体成分，在此设置加热装置200作为气体测量设备100的组成部分。在该实施例中，加热装置200示例地包括两个加热元件220和具有数字计算单元235、特别是数字微控制器的控制系统和/或调节系统230，所述数字微控制器与印刷电路板236连接。替换地也可以考虑，将加热元件220集成到壳体110的盖中。数字计算单元235在输入侧经由接口与至少一个第一温度传感器231连接，当前与两个第一温度传感器231连接，用于测量加热元件220的瞬时加热温度t
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，并且与至少一个第二温度传感器232连接，用于测量气体入口111处的气体入口温度tg和/或存在于环境300中的气体混合物310的环境温度tu。在本实施例中，气体入口温度tg对应于环境温度tu。在出口侧，经由计算单元235的相应接口来控制加热元件220。每个加热元件220尤其具有彼此热耦合的加热电阻器221(见图4)和加热体(未示出)。借助加热元件220能够提高测量内部容积120的内部温度ti和/或将其保持在期望的温度水平上。借助可选的风扇240，能够通过强制对流产生气体混合物流320，其流速和/或容积流量能够基于
风扇240的转速来设定或调节。
55.根据本发明的气体测量设备100的第二示例性实施形式在图2中示意性地示出并且基本上具有与第一示例性实施形式的组件相对应的组件，这就是为什么不再详细地解释这些组件的原因。然而，不同于第一示例性实施形式，加热装置200在此构造有其自己的、单独设计的加热器壳体210，其加热器壳体入口211流体传导地通向环境300，并且其加热器壳体出口212，在此例如经由管连接件250，特别是经由设有绝缘体251的塑料管，与气体测量设备100的壳体110的气体入口111连接。加热器壳体210内共容纳有五个加热元件220、控制系统和/或调节系统230和第一温度传感器231和第二温度传感器232，所述加热元件由此处未示出的数字计算单元235操控。第二温度传感器232在本实施例中布置在加热器壳体入口211处，用于测量未预热的气体入口温度tg或环境温度tu。用于产生气体混合物流320的风扇240也设置在加热器壳体210内。气体混合物流320在此已经在加热器壳体210中，关于气体混合物流320的流动方向在气体测量设备100的上游，通过加热元件220预热。在这种情况下，实现了间接增加或间接保持气体传感器单元130处的内部温度ti。可选地，加热装置200还包括第三温度传感器233，其布置在加热器壳体出口212处，位于加热元件220的下游，用于测量已经加热的气体混合物流320的预热温度tv。可选地，第四温度传感器234能够设置在测量内部容积120中或集成到气体传感器单元130中，以便能够实现对气体传感器单元130附近的内部温度ti的监测。
56.与第二实施例相比，根据图3的示意图的根据本发明的气体测量设备100的第三实施例的不同之处在于气体混合物返回装置260。气体混合物返回装置260包括气体混合物返回管线261，其输入侧端与气体测量设备100的壳体110的气体出口112流体传导地连接，并且其输出端端与加热器壳体210的加热器壳体入口211连接。借助气体混合物返回管线261能够使在气体出口112处流出的气体混合物流320的部分气流分流并且经由加热器壳体入口211返回到加热装置200和加热元件220。气体混合物流320的返回的部分气流在加热器壳体入口211处与来自环境300的气体混合物流320的部分气流一起流动并且作为混合流输送到加热器壳体入口211。第二温度传感器232布置在加热器壳体入口211中，其中在该实施例中，在那里测得的气体入口温度tg具有比环境温度tu更高的值。通过气体混合物返回装置260能够降低所需的总加热功率。为了进一步减少总加热功率，壳体100、加热器壳体200和/或气体混合物返回管线261可选地能够各自配备有绝缘体。
57.图4示出了根据本发明的加热装置200的调节系统和/或控制系统230的示例性调节回路的框图。这里，数字计算单元235通过输入侧接口与第一温度传感器231以信号技术地方式连接用于测量瞬时加热温度t
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，并且与第二温度传感器232以信号技术地方式连接用于测量气体入口温度tg和/或环境温度tu。在温度传感器231、232处分别以模拟形式测得的温度值通过合适的模拟/数字转换器进行转换并传输到数字计算单元235。计算单元235执行关于加热温度th的期望值/实际值比较，其中基于测得的气体入口温度tg和/或测得的环境温度tu计算期望加热温度t
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。为了控制和/或调节瞬时加热温度t
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，计算单元235操控加热电阻器221，其中计算单元235以数字方式输出的输出信号作为脉宽调制238输出到开关电源供应器239。最后，经由由开关电源供应器239输出的加热电压222和加热电阻221控制加热元件220的加热温度th。
58.为了通过所示控制回路间接控制和/或调节气体测量设备100的测量内部容积120
的内部温度ti，测量内部容积120的内部温度ti和至少一个加热元件220的瞬时加热温度t
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之间的相关性或其他关系和/或瞬时加热温度t
h，ist
的具体值与内部温度ti的相应值的对应存储在计算单元235中，尤其在存储单元237中。还有期望的内部温度ti或内部温度ti应保持的温度范围也能够存储在计算单元235中，或由用户储存。
59.最后，图5示出了根据本发明的用于控制和/或调节具有用于气体测量设备100(见图1-3)的至少一个加热元件220的加热装置200的方法400的示例性过程的流程图。当控制方法和/或调节方法400开始时，在第一步骤410中，记录由加热装置200的第二温度传感器232测得的气体入口温度tg和/或测得的环境温度tu。在第二步骤420中，记录由加热装置200的第一温度传感器231测得的瞬时加热温度t
h，ist
。第一步骤410和第二步骤420能够任意依次或并行或同时进行。
60.在第三步骤430中，基于在第一步骤410中测得的气体入口温度tg和/或测得的环境温度tu计算至少一个加热元件220的期望加热温度t
h，soll
。为了计算期望加热温度t
h，soll
，除了测得的气体入口温度tg和/或测得的环境温度tu，优选地还采用内气体测量设备100的测量内部容积120的内部温度ti和至少一个加热元件220的瞬时加热温度t
h,ist
之间的相关性或其他关系和/或瞬时加热温度t
h,ist
的具体值与内部温度ti的相应值的对应关系。相应的相关性或其他关系和/或对应优选地在方法400开始之前在一次性步骤431中、特别是在实验基础上求取并且存储在控制系统和/或调节系统230中，以便在进一步的方法进行中在第三步骤430中分别采用来计算期望加热温度t
h，soll
。
61.在第四步骤440中，基于计算的期望加热温度t
h，soll
来控制和/或调节瞬时加热温度t
h,ist
。在这样的情况下，执行瞬时加热温度t
h,ist
和期望加热温度t
h，soll
之间的两个连续的期望值/实际值比较441、442，其中在第一期望值/实际值比较441比较中检查，是否瞬时加热温度t
h,ist
小于期望加热温度t
h，soll
。在检查的结果是肯定的情况下(如果“是”)，则相应地操控至少一个加热元件220，其方式是，将传输控制信号的脉冲宽度调制238设置为“更高”443，特别是脉冲宽度调制238的占空比，即提高脉冲持续时间相对于周期持续时间的比率。在第一期望值/实际值比较441的检查结果是否定的的情况下(如果“否”)，则继续进行第二期望值/实际值比较442，其中检查是否瞬时加热温度t
h,ist
大于期望加热温度t
h，soll
。在检查的结果是肯定的情况下(如果“是”)，则相应地操控至少一个加热元件220，其方式是，将传输控制信号的脉冲宽度调制238设置为“更小”444，特别是减少脉冲宽度调制238的占空比。在第二期望值/实际值比较442的测试结果是否定的情况下(如果“否”)，则瞬时加热温度t
h,ist
与期望加热温度t
h，soll
相符并且方法进程结束而不操控至少一个加热元件220。在根据本发明的加热装置200的操作期间，优选地以规则的时间间隔重复所描述的过程。
62.附图标记列表
63.100
ꢀꢀꢀꢀ
气体测量设备
64.110
ꢀꢀꢀꢀ
壳体
65.111
ꢀꢀꢀꢀ
壳体入口
66.112
ꢀꢀꢀꢀ
壳体出口
67.120
ꢀꢀꢀꢀ
测量内部容积
68.130
ꢀꢀꢀꢀ
气体传感器单元
69.200
ꢀꢀꢀꢀ
加热装置
70.210
ꢀꢀꢀꢀ
加热器壳体
71.211
ꢀꢀꢀꢀ
加热器壳体入口
72.212
ꢀꢀꢀꢀ
加热器壳体出口
73.220
ꢀꢀꢀꢀ
加热元件
74.221
ꢀꢀꢀꢀ
加热电阻器
75.222
ꢀꢀꢀꢀ
加热电压
76.230
ꢀꢀꢀꢀ
控制系统和/或调节系统
77.231
ꢀꢀꢀꢀ
第一温度传感器
78.232
ꢀꢀꢀꢀ
第二温度传感器
79.233
ꢀꢀꢀꢀ
第三温度传感器
80.234
ꢀꢀꢀꢀ
第四温度传感器
81.235
ꢀꢀꢀꢀ
数字计算单元
82.236
ꢀꢀꢀꢀ
印刷电路板
83.237
ꢀꢀꢀꢀ
存储单元
84.238
ꢀꢀꢀꢀ
脉冲宽度调制
85.239
ꢀꢀꢀꢀ
开关电源供应器
86.240
ꢀꢀꢀꢀ
风扇
87.250
ꢀꢀꢀꢀ
管连接件
88.251
ꢀꢀꢀꢀ
绝缘体
89.260
ꢀꢀꢀꢀ
气体混合物返回装置
90.261
ꢀꢀꢀꢀ
气体混合物返回管线
91.300
ꢀꢀꢀꢀ
环境
92.310
ꢀꢀꢀꢀ
气体混合物
93.320
ꢀꢀꢀꢀ
气体混合物流
94.400
ꢀꢀꢀꢀ
控制和/或调节方法
95.410
ꢀꢀꢀꢀ
记录气体入口温度(tg)和/或环境温度(tu),第一步骤
96.420
ꢀꢀꢀꢀ
记录至少一个加热元件的瞬时加热温度(t
h，ist
)，第二步骤
97.430
ꢀꢀꢀꢀ
计算期望加热温度(t
h，soll
)，第三步骤
98.431
ꢀꢀꢀꢀ
求取瞬时加热温度(t
h，ist
)和内部温度(ti)之间的相关性
99.440
ꢀꢀꢀꢀ
控制和/或调节瞬时加热温度(t
h，ist
)，第四步骤
100.441
ꢀꢀꢀꢀ
第一期望值/实际值比较
101.442
ꢀꢀꢀꢀ
第二期望值/实际值比较
102.443
ꢀꢀꢀꢀ
占空比变大
103.444
ꢀꢀꢀꢀ
占空比减少
104.tuꢀꢀꢀꢀꢀ
环境温度
105.tgꢀꢀꢀꢀꢀ
气体入口温度
106.tiꢀꢀꢀꢀꢀ
内部温度
107.tvꢀꢀꢀꢀꢀ
预热温度
108.thꢀꢀꢀꢀꢀ
加热温度
109.t
h,ist
ꢀꢀ
瞬时加热温度
110.t
h,soll 期望加热温度