石化行业对安全仪表提出了越来越严格的要求，基于电化学传感器的有毒气体检测仪很难达到高于SIL2的操作安全水平，因为传感器本身的可靠性。文分析了三电极电化学传感器及其信号处理电路的原理和特点。
计了一种在线故障检测方法，用于检测电化学传感器的主要故障模式，提高有毒气体检测仪的整体诊断覆盖率。格。化学传感器故障排除功能安全诊断范围简介带有电化学传感器的有毒气体传感器广泛用于石油化学工业，以检测各种有毒有害气体，恒温阀芯如一氧化碳，硫化氢和二氧化碳。着这些安全仪器可靠性要求的逐步提高，功能安全认证将逐渐成为一种趋势。而，电化学传感器是安全功能回路的重要组成部分，但其可靠性并不高。其他原理的传感器相比，电化学传感器具有低环境耐受性，对干扰气体敏感，存在电解质泄漏的风险并且寿命不到2年，因此更高的失败率。分析系统的可靠性时，通常需要计算安全故障分数，即故障分为可检测的安全故障λsd，不可检测的安全故障λsu ，可检测到的危险故障λdd和不可检测的危险故障λdu改善了系统。靠性包括增加λsd，λsu和λdd以及减少λdu。
于电化学传感器的原理，在线监测方法提高了λdd，降低了λdu，使有毒气体探测器的安全失效分数和诊断覆盖率达到SIL2水平。述电化学传感器和其处理电路的电化学传感器的工作原理的原理是类似的原电池的：当敏感气体扩散到传感器中，氧化还原反应发生，并且负载的载体和浓度反应过程中的气体只是成比例。1显示了三电极电化学传感器的等效内部电路，其中WE是工作电极，CE是反电极，If是与气体浓度成比例的电流信号，如果是工作电极和反电极，RE作为参考电极，电极不通过电流，其功能是稳定工作电极的电位。2显示了典型的电化学传感器匹配电路。该图中，U1，R3，R5，C3和C4构成恒定电位电路，并且通过检测参考电极RE的电位来调节对电极CE的电位，从而稳定电位的电位。作电极WE。
该图中，U2，R4，R6和C5形成跨阻抗放大器，其将电化学传感器的输出处的电流If转换成电压信号。分电化学传感器必须给参考电极RE一个偏置电压，使得工作电极的电位总是大于参考电极的电位为200mV到400mV。化学传感器失效模式和影响分析在分析电化学传感器的失效模式时，我们假设图2的匹配电路不会失效，这对应于四种失效模式。下。路电极，电极间短路，改性电解质性能，修饰电极活性。述四种基本故障模式基本上涵盖了由机械结构损坏和人为因素引起的故障情况。果传感器没有安装，或者如果内部处理是有缺陷的，电极之间的开路电极或短路可以défectueux.Le传感器不能获得外部电路基板与外部电路无法控制传感器或从传感器获得正确的信号。
种类型的故障风险非常高，因为它会直接导致无法检测到气体浓度，并且没有很好的在线监测能够发现，但这两种故障模式可以智能化使用本文档中描述的方法在线实现。时找到问题。感器内部电解质的性质由于气体反应，温度和湿度等环境反应而发生变化，但传感器电极的活性也会因这些外部因素而发生变化，这将导致传感器的零点和灵敏度发生变化。种变化通常是渐进的，但最终会导致严重的零漂移，灵敏度的显着降低，以及无法准确检测气体浓度。过传统方法可以在线诊断严重的零点漂移，但是不能在线检测到严重的灵敏度漂移，只能通过定期校准气体来检测，这就是这种探测器需要的原因。期维护。
论是检测气体浓度还是气体浓度偏差大，都会在评估功能安全等级时将其归类为危险故障λd，并将结果归类为故障模式。常不会在线诊断。
可检测的危险故障λDU，根据下式计算安全失败得分，以提高整个系统的安全性失效得分，它需要控制危险失效的比例，特别是危险的故障检测不到。外，从该设备的复杂性的观点出发，所述电化学传感器必须被列为TYPEB，这意味着故障模式的装置不是唯一的，并且其故障率不能由被测量具体价值。使用在线诊断来涵盖尽可能多的已知故障模式，提高诊断覆盖率并降低与应用程序相关的安全风险。何实施错误诊断措施当不进行有效的诊断测量时，使用电化学传感器和气体检测器获得大于90％的安全失效指数更加困难当硬件HFT = 0时，诊断覆盖率大于60％，即难以实现等于或大于SIL2的安全完整性等级。此，对于难以在线监测的电化学传感器电极短路和电极开路故障模式，必须采取相应的故障诊断措施。传感器正常工作时，电化学传感器在正常工作且没有气体时具有稳定的基极电流。图2所示的电路之后，在U2的输出端形成稳定的电压，记录为UB。过控制R7（R7只是电压控制的符号设备，必须在实际应用中灵活处理），在U1输出端产生不超过500 ms的短期0V电压脉冲并在传感器的参考端。应的输出收集在相应的响应曲线上，恒温阀芯如图3所示。应于参考脉冲电压，输出电压U2从原始正常值下降并保持低电平一段时间后，输出电压上升到正常值并产生大的过冲，相当于比正常电压高约300 mV。意该溢出电压的最大值。后，输出电压开始缓慢恢复到正常范围。出过冲的幅度和最终恢复的时间与传感器的等效阻抗特性有关。Ub和Us用作普通传感器的特征参数。
电极的电极被短路，传感器电极的电压被直接施加到sortie.La供应终端的U2也经历3个衰减阶段，保持和爬山的输出，但在升级阶段没有超限，即Us = Ub。电极打开时特征传感器电极打开时，施加到参比电极的电压脉冲不能作用于输出极，输出端子U2处的电压不会下降，不站着，或上去，并始终留在Ub。析电极的开路和短路特性使得易于获得特定的在线诊断策略，如表1所示。测器周期性地向传感器参考极施加短脉冲。根据表1的内容同时收集输出极信号并评估传感器的故障模式。于不同规格的电化学传感器，过载电压和恢复时间不同，并且比较阈值必须根据具体情况进行调整。
您必须小心时，传感器参考端的电压变化会对传感器产生很大影响，有些甚至可能会损坏传感器。此，测试的脉冲宽度必须小于500 ms。论通过在电化学传感器的参比电极上施加短测试脉冲，可以很容易地检测传感器电极的短路和开路故障模式，而无需添加额外的电路，并且增加危险和可检测的故障数量。重降低了无法检测到的危险故障的比例，最终提高了电化学传感器和整个探测器的诊断覆盖率和安全性失效评分，使这些安全仪器能够实现更高的功能安全水平和更好的最终用户。趣
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