Uproszczona metoda kalibracji przetworników do pomiaru stężenia gazów z czujnikami półprzewodnikowymi rezystancyjnymi

• Autorzy: Urzędniczok H.

Warianty tytułu

EN

A simplified calibrating method for gas concentration measuring transducers with solid- state resistive sensors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule opisano wyniki badań zmian czasowych typowego półprzewodnikowego rezystancyjnego czujnika gazów przeprowadzone w odstępie dwóch lat. Ze względu na znaczne zmiany charakterystyk, konieczna jest częsta kalibracja przetworników z takimi czujnikami. Opisano skrótowo metodę wyznaczania współczynników modelu odwrotnego uwzględniającego podstawowe wielkości wpływające. Wykazano, że pomimo znacznych zmian charakterystyk czujnika z upływem czasu, nie jest konieczna pełna ponowna kalibracja. Możliwa jest kalibracja uproszczona, zmierzająca do wyznaczenia mniejszej liczby współczynników niż liczba współczynników modelu pierwotnego. Pozwala to znacznie ograniczyć czasochłonność i pracochłonność kalibracji, co ma istotne znaczenie w przypadku przetworników do pomiaru stężenia gazów będących w ciągłej eksploatacji.

EN

A very important feature of the resistive semiconductor gas sensors is ageing effect, sometimes very considerable. From a practical point of view, this results in the need for frequent calibration of gas concentration (C) measuring transducers equipped with such sensors. Calibration is typically laborious and time-consuming, due to the long response times of sensors [2], and to the impact of influence quantities (mainly temperature T and humidity H [3, 4]). The results of studies of temporal changes of a typical SnO2 based gas sensor carried out at an interval of two years are described in this paper. They indicate the possibility of a simplified calibration when the previously calibrated transducer is recalibrated after a long period of operation. Determination of all the coefficients of the complete model (formula 1), which allows the calculation of the measurement result, requires at least nine points of calibration in space (C, T, H). The simplification consists in the introduction of four additional correction factors determined in each recalibration, which allows scaling the output voltage of the converter according to the formula 4. The nine main coefficients in model (1), which was determined in the first calibration, remain constant. As a result, it is enough to recalibrate four points in space (C, T) instead nine points. The comparison of characteristics of Figure 5 shows that the proposed method is effective.

Słowa kluczowe

PL

czujniki gazów; zmiany czasowe; kalibracja przetwornika

EN

gas sensors; aging effects; transducer calibration

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 60, nr 5
• Strony: 269--271
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., wykr.

Twórcy

autor

Urzędniczok H.

• Politechnika Śląska, Instytut Metrologii, Elektroniki i Automatyki, ul. Akademicka 10, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Teterycz H.: Grubowarstwowe chemiczne czujniki gazów na bazie dwutlenku cyny. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005.
• [2] Urzędniczok H.: Numeryczna korekcja dynamiki półprzewodnikowych czujników gazów. PAK, vol. 60, nr 2 (2014), str. 80-82.
• [3] Bârsan N., Tomescu A.: The temperature dependence of the response of SnO2 based gas sensing layers to O2 , CH4 and CO. Sensors and Actuators B, 26–27, 1995, s. 45–48.
• [4] Bârsan N., Weimar U.: Understanding the fundamental principles of metal oxide based gas sensors; the example of CO sensing with sensors in the presence of humidity. J. Phys.: Condens. Matter, 15, 2003, s. R813–R839.
• [5] Urzędniczok H.: Przetwornik do pomiaru stężeń gazów w mieszaninie gazowej. Przegląd Elektrotechniczny, 2010 R. 86 nr 10, s. 114-117.
• [6] Urzędniczok H.: A numerical method of correcting the influence of the additional quantities for nonselective sensors. Proceedings of the 19th IMEKO TC-4 Symposium “Measurements of Electrical Quantities”, Barcelona, July 18-19, 2013.
• [7] Domański W., Zakrzewski J.: A Simple Algorithm for Solving a Twodimensional Nonlinear Measurement Problem, Proc. of International Measurement Technology Conference, IMTC, Warsaw 2007.
• [8] Roj J.: Neural approximation of empirical functions. Acta Phys. Pol. A 2013 vol. 124 no. 3, s. 554-557.
• [9] Muciek A.: Wyznaczanie modeli wielomianowych obiektów z danych eksperymentalnych, Pomiary Automatyka Kontrola, vol. 35, nr 9bis (2007), 198-201.