VDI VDE 3518 Blatt 1-2011 Multigas sensors - Terms configuration function and classification.pdf

1、 ICS 71.040.40 VDI/VDE-RICHTLINIEN Mai 2011 May 2011 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE VERBAND DER ELEKTROTECHNIK ELEKTRONIK INFORMATIONSTECHNIK Multigassensoren Begriffe, Aufbau und Arbeitsweise, Klassifizierung Multigas sensors Terms, configuration, function and classification VDI/VDE 3518 Blatt 1 / Par

2、t 1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GM

3、A) Fachbereich Prozessmesstechnik und Strukturanalyse VDI/VDE-Handbuch Prozessmesstechnik und Strukturanalyse VDI-Handbuch Raumlufttechnik VDI-Handbuch Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, Band 5: Spezielle Verfahrenstechniken Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Rep

4、roductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:12.09 Entwurf,deutschFormeredition:12/09Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2011Inhalt Seite Contents Page Vorbemerku

5、ng . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Begriffe 3 3 Aufbau und Funktionsweise 6 3.1 Sensorelemente und Sensorarray . 6 3.2 Baueinheiten zur Steuerung, Signal-auswertung und Datenspeicherung 7 3.3 Baueinheiten zur Ergebnisausgabe, Datenbertragung und Schnittstelle . 8 3.4 Baueinheiten zur Pr

6、obenahme und -konditionierung 9 3.5 Betriebsweise . 9 3.6 Besonderheiten von Multigassensoren . 10 4 Klassifizierung 11 4.1 Klassifizierung nach Anwendungskategorien 11 4.2 Klassifizierung nach Funktionalitten 11 4.3 Weitere Klassifizierungsmglichkeiten . 11 5 Mindestanforderungen . 12 5.1 Allgemein

7、es . 12 5.2 Bauweise 12 6 Leistungsmerkmale 13 7 Bewertung . 14 Schrifttum 16 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Terms and definitions . 3 3 Construction and functional principle . 6 3.1 Sensor elements and sensor array . 6 3.2 Modules for control, signal analysis and data storage 7 3

8、3 Modules for outputting the results, data transmission and interface 8 3.4 Modules for sampling and conditioning 9 3.5 Operational mode . 9 3.6 Special features of multigas sensors . 10 4 Classification . 11 4.1 Classification by application category . 11 4.2 Classification by functionality 11 4.3

9、 Other classification options 11 5 Minimum requirements . 12 5.1 General . 12 5.2 Construction . 12 6 Performance characteristics 13 7 Evaluation 14 Bibliography . 16 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 2 VDI/VDE 3518 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein D

10、eutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise

11、 oder vollstndig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Die Richtlinie wurde im Ausschuss Multigassenso-rik der VDI/VDE-Gesellschaf

12、t Mess- und Automa-tisierungstechnik erarbeitet. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3518. Preliminary note The content of this guide

13、line has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of ex

14、tracts. The use of this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). This guideline was prepared by the VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik Committee on Multigas Sensor Technolo

15、gy. We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline. A catalogue of all available parts of this series of guidelines can be accessed on the internet at www.vdi.de/3518. Einleitung Diese Richtlinie betrifft Multigassensoren fr das Unterscheiden, Erkennen und mengenmig

16、e Bestimmen von Gemischen gasfrmiger Stoffe. Darber hinaus knnen Multigassensoren als elekt-ronische Nasen in Anlehnung an den biologischen Geruchssinn zur Wahrnehmung und Charakterisie-rung von Gerchen eingesetzt werden. Die Spezifik von Multigassensoren besteht darin, dass durch die Wahl und Betri

17、ebsweise der Senso-ren eine Vielzahl von geeigneten Messsignalen er-zeugt werden, aus denen mit mathematischen Ver-fahren die fr die Anwendung gewnschten Infor-mationen extrahiert werden. Hierzu ist hufig ein Training des Messeinrichtung mit Proben bekannter Eigenschaften notwendig. Introduction Thi

18、s guideline concerns multigas sensors for the differentiation, recognition and quantitative deter-mination of mixed gaseous substances. In addition, multigas sensors can be used as electronic noses in analogy with the biological sense of smell, in order to perceive and characterise odours. The speci

19、fic aspect of multigas sensors consists in the fact that through the selection and operational mode of the sensors, a large number of suitable measurement signals are generated, from which the data required for the application are derived using mathematical methods. Often it is necessary to train th

20、e measurement system with samples that have known properties. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie soll als ein Leitfaden Herstellern, Anbietern und Nutzern Informationen und Erlute-rungen fr die korrekte und sichere Arbeit mit Mul-tigassensoren liefern. Sie definiert Begriffe, beschreibt den Aufbau

21、 von Multigassensoren, klassifiziert Multigassensoren, stellt Mindestanforderungen an diese auf und be-nennt Kenngren und Gteklassen zur Bewertung von Multigassensoren. Zielsetzung ist, die wichtigs-ten Begriffe und Definitionen in diesem Bereich zu erlutern und eine Orientierungshilfe fr die An-wen

22、dung von Multigassensoren zu bieten. In weiteren Blttern der Richtlinienreihe VDI/ VDE 3518 wird die Prfung von Multigassensoren, 1 Scope This guideline is designed to assist manufacturers, suppliers and users by providing information and explanations for working with multigas sensors correctly and

23、safely. It defines the terminology, describes the construc-tion of multigas sensors, classifies multigas sen-sors, establishes minimum requirements for them and specifies parameters and quality classes for the evaluation of multigas sensors. The objective is to explain the most important terms and d

24、efinitions in this field and offer guidance for the use of multigas sensors. Later parts of the series of guidelines VDI/ VDE 3518 will cover the testing of multigas sen-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldor

25、f 2011 VDI/VDE 3518 Blatt 1 / Part 1 3 spezielle Anwendungen, die Geruchsbestimmung mit elektronischen Nasen und Hinweise fr eine sachgeme Handhabung von Multigassensoren beschrieben werden. sors, special applications, determining odours with electronic noses and notes on the proper handling of mult

26、igas sensors. 2 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe. Anwendungskategorie Oberbegriff fr die Einteilung in hnliche Anwen-dungsbereiche eines Multigassensors, wobei die Kategorien Komfort, Diagnose, Prozessberwa-chung sowie Sicherheit unterschieden werden. Diagnos

27、e Eine der Anwendungskategorien von Multi-gassensoren: Das Erkennen und Benennen von Zu-stnden, Prozessablufen oder Fehlfunktionen ins-besondere in Technik, Umwelt, Biologie oder Medi-zin. Differenzieren Eine der Funktionalitten von Multigassen-soren: Das Unterscheiden von Gasgemischen hin-sichtlich

28、 ihrer chemischen Zusammensetzung durch Messung und Signalauswertung. Elektronische Nase Ein Multigassensor, der unter Verwendung von humansensorisch ermittelten Geruchsreferenzdaten Aussagen ber den Geruch eines Gasgemischs liefert. Funktionalitt Die Fhigkeit eines Multigassensors, Gas-gemische unt

29、erscheiden (differenzieren), erken-nen (identifizieren) und mengenmig erfassen (quantifizieren) zu knnen. Gasgemisch Ein Stoffgemisch, bestehend aus mindestens zwei verschiedenen chemischen Elementen oder chemi-schen Verbindungen (Komponenten bzw. Bestand-teilen), die unter den betrachteten Bedingun

30、gen in einem gasfrmigen Zustand vorliegen. Anmerkung: Dabei knnen ein oder mehrere Bestandteile auch als Dampf vorhanden sein. Gasprobe Der zum Zwecke der Untersuchung (Analyse) ent-nommene Teil aus einem Gasgemisch. Gassensor Oberbegriff fr Monogassensor und Multigas-sensor. Sensor mit mindestens e

31、iner der genannten Funktionalitten fr einzelne gasfrmige Kompo-nenten (Monogassensor) und/oder fr Gasgemische (Multigassensor). 2 Terms and definitions For the purposes of this guideline, the following terms and definitions apply: Application category Umbrella term for a classification of similar ap

32、pli-cations of multigas sensors in the categories Comfort, Diagnosis, Process monitoring and Safety. Diagnosis Application category of multigas sensors, which covers the recognition and naming of states, process flows or malfunctions, especially in engi-neering, the environment, biology or medicine.

33、 Differentiation One of the functionalities of multigas sensors: distinguishing between gas mixtures in terms of their chemical composition through measurement and signal analysis. Electronic nose A multigas sensor which provides information about the odour of a gas mixture by using odour reference

34、data derived from the human sense of smell. Functionality The ability of a multigas sensor to distinguish between gas mixtures ( differentiation), recog-nise them (identification) and record them quan-titatively (quantification). Gas mixture A mixture of substances, consisting of at least two differ

35、ent chemical elements or chemical com-pounds (components or constituents), which under the relevant conditions are present in a gaseous state. Note: One or several constituents can also be present as a vapour. Gas sample Part of a gas mixture extracted for the purpose of examination (analysis). Gas

36、sensor Umbrella term for single gas sensor and multigas sensor. Sensor with at least one of the described functionalities for single gaseous components (single gas sensor) or for gas mixtures (multigas sensor) B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04 4 VDI/VDE 3518 Blatt

37、1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 Geruch Die Wahrnehmung gasfrmiger, in der Luft enthal-tener chemischer Stoffe durch den Menschen. Gteklasse Die Klassifikation der Eignung von Multigas-sensoren anhand von definierten und nachgewiese-nen Eigenschafte

38、n bzw. Leistungsmerkmalen bezo-gen auf die gewnschten Anwendungskategorien und die geforderte Funktionalitt. Identifizieren Eine der Funktionalitten von Multigassen-soren: Das Erkennen und Nachweisen von Gasen und Gasgemischen. Klassifizierung Zusammenfassen bzw. Zuordnen von Objekten zu Klassen mit

39、 gleichen Merkmalen. Klassifizierung von Gasproben Nach mathematischen Kriterien beurteilte Zuord-nung von einzelnen Messungen eines Multigas-sensors zu Probenklassen anhand der hnlichkeit der Signalmuster. Klassifizierung von Multigassensoren Zusammenfassen von Multigassensoren zu Klas-sen mit glei

40、chen Funktionalitten und Anwen-dungskategorien. Komfort Eine der Anwendungskategorien von Multigas-sensoren: Die Gewinnung von Informationen, wel-che einen wnschenswerten, z. B. die Lebensqualitt erhhenden Nutzen erbringen, die aber verzichtbar sind. Messsignal Der Absolutwert oder die nderung einer

41、 direkten, unverarbeiteten Messgre (Rohdatum) eines Sensorelements. Multigassensor Eine Messeinrichtung zum unterscheiden, erkennen und/oder mengenmigen Erfassen mehrerer gas-frmiger Komponenten in einem Gasgemisch sowie zur Unterscheidung mehrerer Gasgemische voneinander. Muster Merkmalssatz, der a

42、llen Reprsentanten einer Klas-se gemeinsam ist. Mustererkennung Ein auf Multigassensoren anwendbares mathema-tisches Verfahren zur Einordnung von gemessenen Signalen in Klassen durch das Erkennen von Mus-tern und die Unterscheidung von Merkmalen ande-rer Klassen oder die Zuordnung neuer Signale zu v

43、orher festgelegten Klassen. Smell The perception of gaseous chemical substances present in the air through humans. Quality class The classification of the suitability of multigas sensors, based on defined and verified properties and/or performance features, with reference to the required application

44、 categories and the required functionality. Identification One of the functionalities of multigas sensors: the detection and recognition of gases and gas mixtures. Classification The aggregation or assigning of objects to classes with the same features. Classification of gas samples The allocation o

45、f individual measurements to sam-ple classes based on similarity between the signal patterns. The similarity of signal pat-terns is judged according to mathematical criteria. Classification of multigas sensors Aggregation to classes with the same functiona-lities and application categories. Comfort

46、One of the application categories of multigas sensors: the obtaining of data that offer a desirable utility, e.g. enhanced quality of life, which however are non-essential. Measurement signal The absolute value or the change in a direct, un-processed measured quantity (raw data) of a sensor element.

47、 Multigas sensor A measurement system for the differentiation, identification and/or quantification of several or all gaseous components in a gas mixture and for the differentiation of several gas mixtures from each other. Pattern Set of features common to all representatives of a class. Pattern rec

48、ognition A mathematical method applicable to multigas sensors, in which the measured signals are assigned to classes by the recognition of patterns and the distinction from features of other classes or the allocation of new signals to previously established classes. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F

49、09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 VDI/VDE 3518 Blatt 1 / Part 1 5 Prozessberwachung Eine der Anwendungskategorien von Multigas-sensoren: Die Gewinnung von Signalen zur Pro-zessbeeinflussung, z. B. zur Steuerung und Regelung und zum Nachweis der Einhaltung von Prozesspa-rametern. Quantifizieren Eine Funktionalitt von Multigassensoren: Anhan