Úplné počátky kalibrací

Tak takto jsme opravdu nezačínali - a doufáme, že ani neskončíme! :-)

Začátky byly mnohem prozaičtější, ale o nic méně vzrušující a zajímavé. Vždyť jsme objevovali něco úplně nového!

Ale pěkně od začátku.
Zavedení kalibrací v naší firmě jsou spojeny zejména s tehdy velmi rozšířeným modelem AML 945 a potřebou jeho servisu a oprav. Nikdy jsme totiž nedodávali na trh něco, o co bychom se následně nedovedli postarat - a nikdo jiný tu ku pomoci po ruce nebyl. 

Prvním úkolem bylo sehnat senzory, které jsou srdcem každého alkohol testeru a které bylo třeba po kratší nebo delší době používání měnit a které - stejně jako dnes - představovaly naprosto převažující příčinu závad těchto přístrojů. Jak již zmíněno, tato činnost probíhala zcela bez jakékoliv podpory výrobce. Neměli jsme ani senzory, ani jiné náhradní díly, dokonce ani schémata zapojení nebo možnost konzultací. Výrobci chtěli jen prodávat, o nic dál se nestarali. Dlužno říci, že alkohol testery této generace ještě nebyly na nějaký servis, výměnu senzorů nebo kalibrace vůbec vybaveny a připraveny.

Senzory se nám tehdy podařilo získat v laboratořích ČKD Praha Polovodiče od ochotných kolegů z vývoje, kteří byli rovněž zapálení do své práce a kromě toho, že nám umožnili jejich nákup z jejich vlastního dovozu, poskytli nám do začátku i spoustu velmi užitečných odborných informací. Např. o životnosti čidel, vhodných typech (bylo třeba nahradit ta používaná výrobcem), jejich zahořování apod. A dále katalogové listy a další technické a odborné informace. Jednalo se samozřejmě o polovodičové senzory s mnohem širším spektrem indikovaných plynů, která používali k jiným účelům a obvykle i pro jiné plyny. Jako jedny z nejlepších se tehdy ukázal typ SP-31 na následujícím obrázku:

Ovšem velmi rychle jsme zjistili, že v případě poškozeného senzoru vyměnit "kus za kus" bez dalšího prostě nelze. Senzor opravdu není šroubek a vykazuje tak obrovský rozpyl parametrů, že po jeho výměně bylo nutné nové nastavení přístroje. A potřeba kalibrací byla na světě.

Dnes jsou moderní přístroje na toto již připraveny, prostě se jen přepnou do kalibračního módu a po expozici kalibračním médiem se samy správně nastaví, tehdy ovšem nic takového nebylo. A tak bylo nutné zjistit, jak to vlastně "uvnitř" funguje.

Základní informaci jsme měli k dispozici: polovodičový senzor funguje na principu změny svého odporu v závislosti na koncentraci plynu. To vše při poměrně vysoké teplotě 350 °C, na který musí být jeho aktivní povrch zahřátý. Takže dva vývody slouží k jeho zahřívání, na dalších dvou je snímán jeho odpor. Ale co s touto informací dál? Jak je změna odporu vyhodnocována, a jak je možné tento mechanismus ovlivnit a využít pro nastavovaní správných hodnot tak, aby údaj přístroje odpovídal správné koncentraci?

Prvním úkolem tedy bylo zjistit, "jak" se mění odpor senzoru s koncenrací plynu. Katalogové listy k senzorům namontovaným v přístrojích nebyly. Tedy - s trochou nadsázky - "základní výzkum":

V uzavřené skleněné baňce do které se přivádí z tlakové lahve plyn se známou koncentrací (vyrobený v laboratořích Linde) je umístěn senzor a vyvedeny jeho čtyři funkční vývody, dva pro žhavení, dva pro snímání jeho odporu. Celé zapojení vypadalo nějak takto (na dalším obrázku jeho rekonstrukce po více než 20 letech):

Dále bylo třeba zjistit, jak je tato změna odporu přístrojem vyhodnocovávána a zpracovávána, a jak ji možno ovlivnit = přístroj nastavit, kalibrovat.

Ze začátku jsme samozřejmě trochu tápali. Domnívali jsme se např., že nositelem informace bude nejspíše změna napětí na proměnném odporu senzoru, protékaného konstatním proudem, nebo snad že tento odpor je vyhodnocován v můstkovém zapojení. Ale to se nepotvrdilo. Trochu k našemu překvapení se oním "nositelem informace" o aktuální hodnotě odporu stala frekvence! Ano, po vykreslení schématu zapojení (podle součástek na plošném spoji) se ukázalo, že náš "ostře sledovaný" odpor je jednou ze dvou veličin, určujících kmitočet v zapojení, známého mezi elektroniky jako multivibrátor:

Tou druhou veličinou byla kapacita, tedy kondenzátor (zde konkrétně v rozsahu nF až desítek nF), který zde měl při kalibracích také svoji úlohu. Spolu s odporem tvořil RC článek a jeho časovou konstantu (frekvenci) bylo možno ovlivňovat velikostí obou prvků, což se již dalo využít pro dostavování frekvence, potažmo výsledného údaje přístroje - tedy přístroj nastavit, nakalibrovat. A také využívalo, a to nejen u uvedeného, dnes již "prehistorického" typu AML 945, ale např. i u mnohem mladšího a ještě mnohem rozšířenějšího CA 2000, této legendy další generace alkohol testerů (o něm určitě zase někdy příště).

Pozn.:
Ve schématu uvedené vztahy pro výpočet frekvence multivibrátoru jsou citovány z vynikající monografie o operačních zesilovačích Josef Punčochář: Operační zesilovače v elektronice, str. 277 -279,  nakladatelství technické literatury BEN.

První krok byl učiněn. Ale ještě jich dost zbývá, jsme teprve na začátku. Kde konkrétně vstupovat do kalibračního nastavení přístroje? A jak provádět kalibrace alespoň částečně "rutinně", tedy aby každá jednotlivá nebyla vývojovým úkolem na několik hodin nebo dnů? Jsou nějaké obecné souvislosti, které mohou pomoci?
Pro nás tehdy námět na další výzkum, v současné době na další příspěvek na našem blogu, který by byl pokračováním toho dnešního.