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VOC Sensor Anomalien

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    [wiregate] VOC Sensor Anomalien

    Hallo,

    ich habe nun zwei VOC-Sensoren seit einem Monat im (Test-) Einsatz. Ich habe den "Fehler" gemacht, beide Sensoren parallel im Abstand von wenigen Zentimetern zu plazieren - und habe dennoch unterschiedliche Ergebnisse gesehen. Das Totschlag-Argument, daß man die Gase nicht riechen kann und daher die Meßwerte nicht wirklich bezweifeln darf, läuft da ins Leere.
    Inzwischen meine ich, die beobachteten Effekte auch halbwegs erklären zu können, vielleicht interessiert es jemanden oder jemand hat ähnliche Beobachtungen gemacht.

    Das erste Bild zeigt die Meßwerte der zwei Sensoren über einen Zeitraum von zwei Wochen - weitgehend in einem Kellerraum gemessen. Der Keller ist unbelüftet und dürfte daher mehr oder weniger konstant belastet sein. Die spitzen kurzen Peaks nach unten sind verursacht durch Fensterlüftung, die nach oben durch Stinkequelle (wenige Tropfen Essig in gewissen Abstand).

    Man erkennt unschwer, daß die Sensoren von der Tendenz her beide funktionieren, aber eine teilweise riesige Differenz haben. Starke Änderungen (Lüftung) haben aber einen Einfluß auf die Meßdifferenz, sodaß sie schließlich ab Freitag in der Mitte etwa dieselben Werte anzeigen. Nach der Hälfte der Zeit habe ich die Sensoren neu angeklemmt, danach sind sie sehr unempfindlich, obwohl der Keller derselbe ist.
    Ca. 550ppm im unbelüfteten Keller sind unglaubwürdig, anhand der Meßwerte die Tage davor erst recht.

    Die zweite Abbildung zeigt zwei Tage Messung im Schlafzimmer. Am zweiten Tag habe ich gegen 7:30 Uhr einen der Sensoren kurz abgeklemmt, als der Wert bei etwa 800ppm stand. Daraufhin zeigt dieser Sensor dauerhaft ca (800-500)ppm weniger an als der andere. Nachdem der Mief durch die Lüftung raus ist, und beide Sensoren wieder 500ppm erreichen, zeigen die Sensoren nun dauerhaft - auch in der folgenden Nacht - den selben Wert an.

    Nun muß man hier einwenden, daß der zweite Sensor ja keine Drischluft bekommen hat und daher sich nicht korrekt kalibrieren konnte. Aber warum klappt das im Keller nicht? Ich habe zweimal täglich bis zu 15 Minuten gelüftet, direkt über den Sensoren. (Die Peaks sind aus der Abbildung bei dem Maßstab teilweise rausgemittelt, die Meßwerte gingen immer auf 500ppm zurück.) Vermutlich reicht es einfach nicht, eine nur eine Viertelstunde stoßzulüften!?

    Die Frage ist also, wie lange muß diese initiale Lüftungsdauer sein? Diese muß mindestens nach jedem Stromausfall eingehalten werden, wenn man plausible Werte haben will.

    Interessant auch ein Detail in der ersten Abbildung am ersten Samstag, was wie eine Entladekurve aussieht, wo die Kurven ausnahmsweise mal nicht parallel laufen.
    Ich könnte wetten, daß man hier denselben Effekt sieht, da die Kurve einfach zu perfekt aussieht.

    In der dritten Abbildung sind die Messungen im Schlafzimmer über 13 Tage zu sehen. Der vorletzte Berg ist der aus der zweiten Abbildung.
    Wenn die Sensoren nicht täglich Frischluft bekommen, liegen die Werte schonmal 200ppm auseinander. Mich wundern etwas die Unterschiede zwischen den Tagen, da die Bedingungen (KWL-Lüftung, Türen) stets gleich waren. Warum geht der Wert an einigen Tagen nicht auf 500ppm zurück?

    Unterm Strich bin ich etwas ernüchtert. Es gibt ganz klar Situationen, wo die Sensoren ungenaue oder falsche Werte anzeigen, aber diese Zeiträume sind normalerweise nicht erkennbar. Einziges Hilfsmittel dagegen sind regelmäßige (längere) Frischluftperioden.
    Wenn man sich die Funktionsweise der VOC-Sensoren betrachtet, die beeinflußt wird von Temperatur, Luftfeuchte und Alter, ist es aber vielleicht eher erstaunlich, daß es so gut funktioniert.

    Grüße,
    Manuel
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    #2
    Das sieht nicht gut aus, vor allem wenn man mit den Messwerten plausibel etwas steuern möchte :-)

    Die Idee, mal zwei Sensoren parallel bei gleichen Luftbedingungen nebenher laufen zu lassen, ist super! Nur so ist es möglich, überhaupt mal eine Aussage darüber treffen zu können, wie groß die Serienstreuung und die Messgenauigkeit ist.

    Für mich bedeutet die Messreihe, dass es a) entweder noch viel zu tun gibt hinsichtlich Kalibrierung der Sensoren oder b) die Teile einfach nur als Schätzeisen zu gebrauchen sind. Abweichungen von über 500ppm sind nicht tolerabel, da gibt es nichts daran zu rütteln.

    Ein manuelles "Nachjustieren" mittels Fensteraufreissen und nach Stromausfall lässt mich daran zweifeln, ob diese Sensoren tatsächlich für Regelungszwecke geeignet sind. Heutzutage ist Einbauen&Vergessen angesagt, der Benutzer möchte keinen Wartungsaufwand.

    Die Frage ist: liegts am Kalibrieralgorithmus (herstellerspezifisch) oder an den Sensoren selbst....etwas Hoffnung habe ich ja noch, da es ja auch Messwerte gibt die ziemlich gut übereinader liegen....
    Viele Grüße,
    Stefan

    DIY-Bastelprojekte: || >> Smelly One << || >> BURLI << ||

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      #3
      Naja, ein paar mehr Nutzer und Diagramme wären schon gut, bevor man genaueres schliessen kann...
      Derzeit zwischen Kistenauspacken und Garten anlegen.
      Baublog im Profil.

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        #4
        So, mal ein Update von letzter Woche, gemessen nochmal im Keller, s. Anhang.
        Wie gehabt beide Sensoren direkt nebeneinander.

        - zu Beginn Anschluß ohne durchlüften, daher konstant 500ppm
        - bei 1. und 2. Durchlüften war roter Sensor in Tüte, damit weniger Frischluft.
        - Mittwoch Abend blauen neu anklemmen
        - Samstag nachmittag roten neu anklemmen

        Eigentlich keine neuen Erkenntnisse, nach unterschiedlichen Startbedingungen (erneutes anklemmen oder weniger Frischluft) gleicht sich der eine Sensor dem anderen nach ein paar Lüftungsereignissen an. Die Länge der Lüftung scheint nicht entscheidend zu sein,
        eine halbe Stunde Frischluft (Do morgen) half nichts.

        Man könnte sich nun auf runde 800ppm für den Keller einigen. Das finde ich für einen dichten Keller, der nur zweimal täglich für 15 Minuten gelüftet wird, schon recht gut ...
        (ehrlich gesagt viel zu gut).

        Dummerweise bin ich heute morgen auf die Idee gekommen, die Sensoren an echter Frischluft draußen (vorm Kellerfenster) anzuklemmen , dort 15 Minuten zu lassen, und dann an alter Position zu plazieren, Kabel machts möglich. Außentemperatur übrigens 8 Grad.
        Nun kleben die Sensoren am Anschlag von 1950 ppm. . Was soll man nun glauben?
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          #5
          Zitat von nipponichi Beitrag anzeigen
          Was soll man nun glauben?
          Dass es eine gewisse Serienstreuung gibt, dass die Umgebungstemperatur entscheidend für die Messung ist, und dass der Algorithmus für die Kalibrierung sehr lange braucht.

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            #6
            Hallo Manuel,

            das ist schon alles sehr ungewöhnlich was Du erlebst. In unseren Tests hatten wir sowas nicht fertig gebracht. Irgendwas ist außergewöhnlich bei Dir - die Sensoren, Dein Haus oder Du.

            Wenn wir die neue Serie produzieren (in den nächsten Wochen), schlage ich einen Austausch vor um das zu verifizieren. Wir werden unsererseits auch ein paar speziellere Tests machen, dafür besorgen wir nochmal andere Prüfgase.

            Falls Du mittlerweile die Sensoren lieber zurückgeben möchtest, dann erstatten wir Dir auch gerne den Kaufpreis, kein Problem.

            lg

            Stefan

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              #7
              Zitat von nipponichi Beitrag anzeigen
              Dummerweise bin ich heute morgen auf die Idee gekommen, die Sensoren an echter Frischluft draußen (vorm Kellerfenster) anzuklemmen , dort 15 Minuten zu lassen, und dann an alter Position zu plazieren, Kabel machts möglich. Außentemperatur übrigens 8 Grad.
              Nun kleben die Sensoren am Anschlag von 1950 ppm. .
              Nachtrag dazu: Das erste Lüften veringerte den Wert auf etwa 1900ppm, bei längerem Lüften ging es nicht unter 1500ppm. Vermutlich hat die Temperatur einen großen Einfluß, daß es die Sensoren in - bei Raumtemperatur - völlig falsche Bereiche kalibriert hat.

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                #8
                Hallo Stefan,

                ich glaube, die Sache ist gar nicht so merkwürdig, wie sie aussieht.

                Meine These:
                Der Sensor nimmt den gemessen Wert bei Einschalten als Referenz (Basis). Bekommt er danach bessere Luft, wird die Basis langsam nach unten geschoben. Dies ist sehr träge und das ist das eigentlich unerwartete.
                Es scheint insgesamt Stunden zu dauern. Entweder hat man dies am Stück (Beispiel Schlafzimmer am Tage), oder man lüftet mehrere Male über mehrere Tage verteilt, bis der Sensor sich drauf eingestellt hat.
                Zudem ist der Sensor noch stark temperatur- und feuchtigkeitsabhängig, was den Startwert ebenfalls beeinflußen kann.
                Mit dieser Erklärung finde ich alle Screenshots, die ich gepostet (und nicht gepostet) habe, zumindest halbwegs plausibel. (Alles kann man nicht erklären, aber von Totschlagargumenten (man riecht es nicht -> man kann es nicht überprüfen) sollte man sich genauso frei machen.)

                Mir ist dies auch nur aufgefallen, weil meine Sensoren eine Zeit lang bei 500ppm klebten (halt in schlechter Luft angeklemmt und es dauerte) und meine Sensoren teils unterschiedliche Startbedingungen hatten und dadurch total auseinanderliefen.
                Wer sich einen einzelnen Sensor anbringt und nicht genau hinguckt, wird dies gar nicht merken. Die Abweichungen sind nach Tagen vermutlich immer im normalen Rahmen. Bei KWL-Umgebung sehe ich keine wirklichen Probleme, ohne KWL halte ich Messungen aber für problematisch!
                Man sollte auch nicht die letzten beiden Stellen des ppm-Wert ansehen, das täuscht nur eine Genauigkeit vor, die nicht gegeben ist. Bei Parallelmessung liegt man ja schonmal 200ppm nebeneinander ...

                Stefan, Du wolltest doch mal mit den Applied Sensor Jungs sprechen.
                Weißt Du mehr über Kalibriereigenschaften, Temperatur- und Feuchtigkeitsabhängigkeit? Das hätte hier die Sache abkürzen können ...

                Ich kann gerne nochmal mit einem neuen Sensor parallelmessen, aber ich schätze, der Kalibrieralgorithmus ist, wie er ist ...
                Ich fände es interessant, den Widerstandswert direkt aulesen zu können, dann könnte man sich seinen eigenen Kalibrieralgorithmus basteln ... Der Sensor kann den Wert ja ausgeben.

                Grüße,

                Manuel

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                  #9
                  Meine beiden VOCs hängen mittlerweile zu Testzwecken auch nebeneinander in der Zuluft meiner KWL. Beide VOCs reagieren jedoch sehr unterschiedlich. Gerne würde ich auch herausfinden, woran das liegt. Im anderen Thread https://knx-user-forum.de/368864-post8.html hatte ich Stefan auch bereits nach der Kalibrierung gefragt, bisher aber keine Antwort erhalten.

                  Das aktuelle Diagramm der letzten 48 Stunden zeigt mir nur, dass die beiden Sensoren völlig unterschiedlich messen.

                  Stefan, Du wolltest doch auch beim Hersteller mal bezüglich des Betriebs in der Lüftungsanlage nachfragen. Hast Du schon etwas für uns erfahren?

                  Viele Grüße

                  Micha
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                    #10
                    Hallo Micha,
                    hast Du die Sensoren der Zuluft vor oder hinter dem Wärmetauscher? Vor (also auf der z.Z. kalten Seite) stelle ich mir wegen der Temperaturschwankungen problematisch vor, oder, ich kann mir nicht vorstellen, daß man da sinnvolle Meßergebnisse bekommt.
                    Im aktuellen Fall gibt es zwei Möglichkleiten: Entweder warten, nach einem Tag müßten sie sich spätestens angeglichen haben, oder neu anklemmen.
                    Interessantes Thema.

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                      #11
                      Mal so ins Blaue sinniert:

                      VOC-Sensoren mögen aufgrund ihres Messprinzipes keine deutlichen Luftbewegungen. Gerade beim Thema Messung in Zu- und Abluftkanälen einer KWL wäre das ein Effekt, den es zu klären gilt und der hier evtl. für große Messfehler verantwortlich ist.

                      Warum?
                      VOC-Sensoren bestehen aus zwei Funktionseinheiten: einem Heizelement und einem Sensorelement, welches abhängig vom exponierten Gas seinen Widerstandswert ändert (der dann ausgewertet wird). Dazu wird das Heizelement auf um die 300°C aufgeheizt. Die Raumluft mit all seinen Bestandteilen wird also praktisch auf dem Heizelement "verdampft". Kommt nun für das Sensorelement sensitives Gas dazu (z.B. Alkohole, VOC's), kommt es zu einer Verringerung des Widerstandswertes am Sensorelement. Das Ganze funktioniert natürlich nur dann reproduzierbar, wenn die Temperatur des Heizelementes konstant ist...und da liegt evtl. genau das Problem:
                      Durch hohe Luftgeschwindigkeiten kühlt das winzige, mit geringster Wärmekapazität behaftete Heizelement etwas runter...und der letztendlich chemische Verdampfungsprozess wird gestört. Und damit auch das Messergebnis und die Reproduzierbarkeit. Da könnten kleinste Luftverwirbelungen extreme Unterschiede bei der Messung auslösen.

                      Wie gesagt, nur so eine Theorie...ich denke mal, dass die Sensoren eher für stationäre Anwendungen mit ganz geringen Luftbewegungsanteilen geeignet sind.
                      Viele Grüße,
                      Stefan

                      DIY-Bastelprojekte: || >> Smelly One << || >> BURLI << ||

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                        #12
                        Zitat von nipponichi Beitrag anzeigen
                        Hallo Micha,
                        hast Du die Sensoren der Zuluft vor oder hinter dem Wärmetauscher?
                        Die Sensoren hängen hinter dem Wärmetauscher in der Zuluft, also im warmen Bereich.

                        Ich habe sie natürlich nach dem Umbau vor 3 Tagen von der Spannung getrennt, die Messungen waren aber direkt schon sehr unterschiedlich.

                        Viele Grüße

                        Micha

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                          #13
                          Zitat von dreamy1 Beitrag anzeigen
                          ...ich denke mal, dass die Sensoren eher für stationäre Anwendungen mit ganz geringen Luftbewegungsanteilen geeignet sind.
                          Dagegen würde sprechen, dass die Sensoren auch in Dunstabzugshauben eingesetzt werden, so wie ich das verstanden hatte. Es sei denn, man trifft hier bestimmte Vorkehrungen um den Sensor in "beruhigten Zonen" unterzubringen. Das werde ich als nächstes mal probieren. Die Sensoren befinden sich derzeit im geöffneten Kunstoff-Kleingehäuse inkl. Befestigungssatz für Bausatz Dual-Relais; Art-Nr: 0120 . Ich werde den Deckel aufsetzen und die Sesoren ausserhalb des Strömungsbereichs befestigen.

                          Danke für's mitdenken!

                          Viele Grüße

                          Micha

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                            #14
                            Zitat von micha218 Beitrag anzeigen
                            Dagegen würde sprechen, dass die Sensoren auch in Dunstabzugshauben eingesetzt werden, so wie ich das verstanden hatte.
                            Zur Info: Hierbei handelt es sich um andere Sensoren mit einer anderen Software - speziell für Dunstabzugshauben.


                            Die anderen Dinge erfrage ich noch, Klärung sollte bis Ende der Woche erfolgt sein.

                            lg

                            Stefan

                            Kommentar


                              #15
                              Man soll ja wenigstens alle 24h lüften. Macht man das nicht, sinkt der Wert bis auf "null", also 500ppm, ab. (Im Diagramm vorne zwei, hinten eine Lüftung).
                              Wenn der Abfall linear ist, macht pro 24h locker 100 ppm Abweichung nach unten.
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