CN117110378A - 用于监测感测器健康状况和催化式催化珠毒化的气体反应的方法、装置和系统 - Google Patents

用于监测感测器健康状况和催化式催化珠毒化的气体反应的方法、装置和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于检测包括电阻器、检测器和补偿器的气体感测装置的催化式催化珠毒化的方法、装置和系统。该方法包括对电阻器的电压读数进行采样，基于电阻器的所采样的电压读数计算气体感测装置电路的电流值，在持续时间内对与检测器和补偿器相关联的电压读数进行采样，基于来自检测器和补偿器的所采样的电压读数计算检测器的电阻值和补偿器的电阻值，将检测器的电阻值与补偿器的电阻值进行比较，以及基于该比较结果识别气体感测装置的毒化。

Description

用于监测感测器健康状况和催化式催化珠毒化的气体反应的 方法、装置和系统
技术领域
本公开整体涉及监测气体检测器的功能性，并且更具体地涉及用于检测具有催化式催化珠的气体检测器的不可操作性的方法、装置和系统。
背景技术
催化式催化珠设备用于检测空气中的易燃气体和蒸汽(例如，浓度接近爆炸范围)。虽然催化式催化珠设备通过利用催化反应的效应提供快速且准确的气体测量结果，但许多催化式催化珠设备受制于技术挑战和技术难题。
发明内容
本文所述的各种实施方案涉及用于监测气体检测器的方法、装置和系统。具体地，各种实施方案涉及检测包括检测器和补偿器的气体感测设备的不可操作性。
根据本公开的各种示例，提供了一种用于检测与气体感测设备相关联的催化式催化珠毒化的方法，其中，气体感测设备包括电路，该电路包括电阻器、补偿器和检测器。该方法包括确定电阻器的初始电阻器电压值，确定补偿器的初始补偿器电压值和检测器的初始检测器电压值，以及至少部分地基于初始电阻器电压值和电阻器的电阻值计算初始电路电流值。在致使气态物质注射到气体感测设备之后，确定补偿器的后续补偿器电压值和检测器的后续检测器电压值。基于后续电阻器电压值和电阻器电阻值计算后续电路电流值。至少部分地基于初始电路电流值、初始补偿器电压值、后续电路电流值和后续补偿器电压值计算补偿器电阻变化值。至少部分地基于初始电路电流值、初始检测器电压值、后续电路电流值和后续检测器电压值计算检测器电阻变化值。该方法还包括至少部分地基于补偿器电阻变化值和检测器电阻变化值生成催化式催化珠毒化指示标识。
在一些实施方案中，初始检测器电压值和初始补偿器电压值可包括用于建立检测器和补偿器的功能性的基线基准。在一些实施方案中，基线基准可能与不存在气态物质相关联。在一些实施方案中，初始电路电流值可包括在注射气态物质之前从供应电源供应到电路的电流的量。在一些实施方案中，计算初始电路电流值还可包括将初始电阻器电压值除以电阻器的电阻值。
该方法还可包括记录注射气态物质的时间并且监测后续补偿器电压值和后续检测器电压值的变化。在一些实施方案中，后续补偿器电压值和后续检测器电压值可对应于在注射气态物质之后的时间。在另一个实施方案中，该方法还可包括使用补偿器电阻变化值和检测器电阻变化值执行部件故障分析。
在一些实施方案中，生成催化式催化珠毒化指示标识可包括确定在注射气态物质之后检测器电阻变化类似于补偿器电阻变化。在又另一个实施方案中，生成催化式催化珠毒化指示标识还可包括确定在注射气态物质之后降低检测器电阻以及降低补偿器电阻。在一些实施方案中，检测器可包括催化式催化珠，该催化式催化珠包括具有催化材料的珠结构。在一些实施方案中，补偿器可包括具有非催化材料的基准珠结构。
根据另一个实施方案，该方法包括对电阻器的电压读数进行采样以及基于电阻器的所采样的电压读数计算气体感测装置电路的电流值。在一些实施方案中，在持续时间内对检测器和补偿器的电压读数进行采样。在一些实施方案中，基于来自检测器和补偿器的所采样的电压读数计算检测器的电阻值和补偿器的电阻值。在一些实施方案中，该方法还包括将检测器的电阻值与补偿器的电阻值进行比较以及基于比较结果识别气体感测装置的毒化。
该方法还可包括使用与电阻器相关联的电阻值以及电阻器的所采样的电压读数计算电流。在一些实施方案中，可通过将电阻器的所采样的电压除以电阻器的电阻值来计算电流。在一些实施方案中，可向检测器和补偿器提供电流。在一些实施方案中，检测器可包括催化式催化珠，该催化式催化珠包括具有催化材料的珠结构。在一些实施方案中，补偿器可包括具有非催化材料的基准珠结构。在一个实施方案中，计算检测器的电阻值和补偿器的电阻值还包括将来自检测器和补偿器的所采样的电压读数除以电流。
根据另一个实施方案，提供了一种用于检测气体感测装置的催化式催化珠毒化的系统，该气体感测装置包括电阻器、检测器和补偿器。该系统包括具有存储在其中的可执行指令的存储器设备和处理器。响应于可执行指令，处理器被配置为对电阻器的电压读数进行采样以及基于电阻器的所采样的电压读数计算气体感测装置电路的电流。处理器被进一步配置为在持续时间内对检测器和补偿器的电压读数进行采样以及基于检测器和补偿器的所采样的电压读数计算检测器的电阻值和补偿器的电阻值。处理器被进一步配置为将检测器的电阻值与补偿器的电阻值进行比较以及基于比较结果识别气体感测装置的毒化。
上述例示性发明内容以及本公开的其他示例性目的和/或优点以及实现这些目的和/或优点的方式在以下具体实施方式及其附图中进一步解释。
附图说明
可结合附图阅读例示性实施方案的描述。将了解，为了说明的简单和清晰，除非另外描述，否则图中所示出的元件不一定按比例绘制。例如，除非另外描述，否则元件中的一些元件的维度可相对于其他元件被夸大。结合有本公开的教导内容的实施方案相对于本文中呈现的附图来展示和描述。
图1示出了根据本公开的各种实施方案的示例性珠结构的半剖视图。
图2示出了根据本公开的各种实施方案的示例性气体感测装置的各种部件的示例图。
图3示出了根据本公开的各种实施方案的示例性气体感测电路的各种部件的示例图。
图4示出了根据本文描述的各种实施方案的根据由计算设备执行的操作的与气体感测装置的正常操作相关联的测量结果读数。
图5示出了根据本文描述的各种实施方案的根据由计算设备执行的操作的与气体感测装置的毒化相关联的测量结果读数。
图6示出了根据本公开的各种实施方案的由与气体感测装置相关联的计算设备执行的示例性方法。
图7示出了根据本公开的各种实施方案的用于测试气体感测装置的示例性流程图。
具体实施方式
在下文中将参考附图更全面地描述本公开的一些实施方案，附图中示出了本公开的一些实施方案，但未示出全部实施方案。实际上，这些公开内容可以以许多不同的形式体现，并且不应该被解释为限于本文中所阐述的实施方案；相反，提供这些实施方案是为了使本公开满足适用的法律要求。在全篇内容中，类似的标号指代类似的元件。
短语“在一个实施方案中”、“根据一个实施方案”等一般意指跟在该短语后的特定特征、结构或特性可以被包括在本公开的至少一个实施方案中，并且可以被包括在本公开的不止一个实施方案中(重要的是，这类短语不一定是指相同的实施方案)。
词语“示例”或“示例性”在本文中用于意指“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何具体实施不一定被解释为比其他具体实施优选或有利。
如果说明书陈述了部件或特征“可以”、“能够”、“能”、“应当”、“将”、“优选地”、“有可能地”、“通常”、“任选地”、“例如”、“经常”或“可能”(或其他此类语言)被包括或具有特性，则具体部件或特征不是必须被包括或具有该特性。此类部件或特征可任选地包括在一些实施方案中，或可排除在外。
如上所述，许多催化式催化珠设备受制于技术挑战和技术难题。此类设备可包括催化珠，该催化珠包括浇铸在线圈或导线上的小陶瓷珠。催化珠可包括催化剂表面并且用作加热器和/或温度计。在适当的温度下，催化剂表面致使待由催化式催化珠设备测量的气态物质(诸如气体或蒸汽)与空气中的氧气发生反应(例如，燃烧)。该反应产生的热量提高了珠的温度和线圈或导线的电阻。电阻的变化提供了易燃气体或蒸汽的量的测量结果。
尽管它们很有用，但是催化式催化珠易受毒化的影响，这可能导致灵敏度损失或不可操作性。在本公开中，术语“毒化”或“催化毒化”可以是指由于沉积物、残渣、残余物、污染物和/或聚积并且保持在催化式催化珠的催化剂表面上的物质而导致催化珠的灵敏度降低或损失。例如，在催化剂表面上的含硅化合物或其它吸附性材料可能削弱催化式催化珠的气体反应，导致性能降低或失效。催化毒化是一种代价高昂的问题，因为它可能降低感测器读数的准确度并且破坏用于气体检测的昂贵催化剂系统的可用性。
可在使用之前检测催化式催化珠设备以确保正确操作。例如，可将受控浓度的易燃气体引入跨过催化式催化珠的检测器并且监测期望的响应(例如，点火和/或警报)。如果检测器未达到测试条件并且未提供期望的响应，则可确定催化式催化珠发生故障。为了使此类测试有效，应当定期执行或作为维护计划的一部分执行，这可能很耗时、昂贵且麻烦。然而，催化式催化珠的毒化可能发生在检测之间。例如，当检测识别出催化式催化珠设备已经由于毒化而发生故障时，催化式催化珠设备可能已经不可操作一段时间。催化式催化珠设备被毒化的时间与识别出毒化的时间之间的延迟可能导致安全危害。
因此，需要一种实时检测由于毒化而使催化式催化珠部件发生故障的催化式催化珠监测系统。
根据本公开的各种示例，催化式催化珠可包括检测器和补偿器，该检测器包括对易燃气体敏感的催化剂负载陶瓷，并且该补偿器是惰性补偿器。当操作时，检测器可能使易燃气体燃烧，导致它的温度和电阻上升。由燃烧生成的热量可由检测器测量。同时，补偿器没有使易燃气体燃烧，并且它的温度和电阻在存在易燃气体的情况下保持不变或降低。补偿器可提供非活化基准以补偿环境因素，诸如温度和压力。例如，可将由检测器测量到的温度与补偿器的温度进行比较。
根据本公开的各种示例，补偿器和/或检测器可呈各种形式。在一些实施方案中，补偿器和/或检测器可呈珠结构的形式。现在参见图1，示出了示例性珠结构。具体地，图1提供根据本文所公开的各种实施方案的示例性珠结构的半剖视图。金属导线线圈102设置在覆盖构件104内。
在一些实施方案中，示例性气体感测装置可包括两个珠状构件。第一珠结构(“检测器”)可包括覆盖构件104，该覆盖构件包括催化材料。催化材料可允许发生催化燃烧或氧化。就这一点而言，当向金属导线线圈102供应电压时，金属导线线圈102可加热珠状构件。当电压足够高时，珠结构的较高温度可能导致易燃气态物质在检测器上反应(例如，催化氧化)。
第二珠结构(“补偿器”)可包括覆盖构件104并且可在其它方面类似于检测器，该覆盖构件包括非催化材料。换句话讲，补偿器未触发催化燃烧或氧化，并且易燃气态物质可在补偿器上保持惰性。
参见图2，提供了气体感测装置200的示意图，可根据本公开的各种实施方案使用该气体感测装置。气体感测装置200包括气体感测装置电路，该气体感测装置电路包括检测器202，该检测器包括基于桥接电路(例如，惠斯通桥接电路)进行配置的催化式催化珠(例如，具有催化材料的珠结构)和补偿器204(例如，具有非催化材料的珠结构)。经由电源208向气体感测装置200供应电流210。
检测器202的金属导线线圈可具有电阻RD，并且补偿器204的金属导线线圈可具有电阻Rc。在气体感测装置200的非毒化状态下的正常操作期间，当存在易燃气体时，可能在检测器202处发生催化反应，这导致与检测器202相关联的温度和电阻RD两者上升。同时，由于气体热传导现象通过气体带走热量引起热量损失，因此与补偿器204相关联的温度和电阻Rc可保持恒定或略低。检测器202的电阻RD的上升和变化可能在电路中产生失衡。即，可测量跨过检测器202的电阻RD和电阻Rc之间的差值，作为气体输出信号206。气体输出信号206可包括与被检测的易燃气体的浓度成比例的值。因此，可基于检测器202的电阻RD确定气体浓度。
在气体感测装置200轻度毒化的情况下，可能使检测器202的功能性(例如，催化反应)降低，致使温度升高的降低和电阻RD升高的降低，导致气体输出信号206不精确或与易燃气体的浓度不一致(相对于正常操作)。在极度毒化的情况下，检测器202的功能性可能出现故障或不存在，从而不会致使温度或电阻RD增加并且产生表示未检测到气体的错误气体输出信号206。在这种情况下，尽管补偿器204暴露于气体，但是补偿器204不与气体发生反应，并且气体感测装置200的状态在电方面对应于当不存在气体时的状态。因此，极度毒化的气体感测装置200无法按预期使用(例如，作为安全设备)。
根据本公开的各种实施方案，可通过将电阻器添加到气体感测装置电路并且将测量电路连接到珠状构件的金属导线线圈和电阻器来修改气体感测装置以用于监测催化式催化珠毒化。参见图3，提供了气体感测装置300的示意图，可根据本公开的各种实施方案使用该气体感测装置。气体感测装置300包括桥接电路部分，该桥接电路部分包括检测器302，该检测器包括催化式催化珠(例如，具有催化材料的珠结构)和补偿器304(例如，具有非催化材料的珠结构)。例如，检测器302的第一引线直接联接到补偿器304的第一引线。气体感测装置300还包括串联连接到补偿器304的电阻器318(例如，电阻器318的第一引线直接联接到补偿器304的第二引线)。电源308直接联接到电阻器318(例如，电阻器318的第二引线)和桥接电路部分(例如，检测器302的第二引线)两者。因此，电流从电源308流动到电阻器318的第二引线并且通过电阻器318，从电阻器318的第一引线流动到补偿器304的第二引线并且通过补偿器304，从补偿器304的第一末端流动到检测器302的第一末端并且通过检测器302，并且从检测器302的第二末端流动到电源308。
气体感测装置300还包括测量电路312、测量电路314和测量电路316。检测器302的金属导线线圈可具有电阻RD，并且补偿器304的金属导线线圈可具有电阻Rc。在气体感测装置300的正常操作期间，电阻RD和电阻Rc的值在稳态期间(例如，当不存在气体时)可具有相同的电阻值。然而，在气体感测装置300毒化的情况下，RD和Rc的测量值可用于根据本公开的各种实施方案检测至少检测器302发生的故障。在一些实施方案中，电阻器318可包括分流电阻器，该分流电阻器包括固定值电阻器。附加地，或另选地，电阻器318可包括可变电阻器，诸如电位差计。因此，电阻器318的电阻值可例如通过手动输入或数字编程/预配置提供给可编程处理器320。
测量电路312被配置为与电阻器318并联。测量电路312可包括电压测量仪，该电压测量仪包括引线、接触件和探针中的至少一者的任何组合。例如，测量电路312(例如，电压测量仪)的第一引线直接联接到在电源308和电阻器318的第二引线之间的电路导线，并且测量电路312(例如，电压测量仪)的第二引线直接联接到在电阻器318的第一引线和补偿器304的第二引线之间的电路导线。在一些实施方案中，测量电路(例如，电压测量仪)进一步联接到可编程处理器320。可编程处理器320可被配置为通过使用测量电路312测量跨过电阻器318的电压降并且使用电阻器318的已知电阻值应用例如欧姆定律(电压＝电流×电阻)来计算电流310。所计算的电流310提供给串联连接的检测器302和补偿器304。因此，RD和Rc的值可由可编程处理器320使用经由测量电路316的检测器302以及经由测量电路314的补偿器304的所计算的电流310和电压测量结果进行计算(例如，欧姆定律)。例如，测量电路314被配置为与补偿器304并联，并且测量电路316被配置为与检测器302并联。测量电路314和测量电路316可各自包括联接到电压测量仪(未示出)并且联接到可编程处理器320的引线、接触件和探针中的至少一者的任何组合。例如，测量电路314(例如，电压测量仪)的第一引线直接联接到在电阻器318的第一引线和补偿器304的第二引线之间的电路导线，并且测量电路314(例如，电压测量仪)的第二引线直接联接到在补偿器304的第一引线和检测器302的第一引线之间的电路导线。类似地，测量电路316(例如，电压测量仪)的第一引线直接联接到在补偿器304的第一引线和检测器302的第一引线之间的电路导线，并且测量电路316(例如，电压测量仪)的第二引线直接联接到在检测器302的第二引线和电源306之间的电路导线。即，可由可编程处理器320使用跨过检测器302测量的电压和所计算的电流310计算RD。类似地，可由可编程处理器320使用跨过补偿器304测量的电压和所计算的电流310计算Rc。
检测器302和补偿器304的电阻值在气体感测装置300的操作期间可由可编程处理器320监测。可编程处理器320可实现为例如各种设备，包括一个或多个伴随有数字信号处理器的微处理器；不具有随附数字信号处理器的一个或多个处理器；一个或多个协处理器；一个或多个多核处理器；一个或多个控制器；处理电路；一个或多个计算机；和各种其他处理元件(包括集成电路，诸如ASIC或FPGA或它们的某种组合)。在一些实施方案中，可编程处理器320可包括一个或多个处理器。
可编程处理器320可被配置为在正常操作期间以及在气体感测装置300的非毒化状态下辨别出检测器302的电阻值RD，在与气体发生反应(例如，由催化反应导致)时该电阻值可能增加。检测器302的电阻值RD增加可使用较高的气体输出306读数进行确认，以确认正在发生正常的气体反应。可存储非毒化状态的电阻值RD和各种气体输出306，以建立气体感测装置300的基线功能性。此外，可编程处理器320还可被配置为考虑由于气体热传导现象通过气体带走热量引起的热量损失，热量损失可能导致补偿器304的电阻值Rc由于气体热传导现象通过气体带走热量引起热量损失而降低。具体地，当检测器302被毒化并且未与气体发生反应时，气体热传导现象也可能导致检测器302的电阻值RD降低。然而，具体地，当检测器302未被毒化时，由于气体热传导使检测器302的电阻值RD降低可通过由于检测器302与气体发生反应产生的热量而使检测器302的电阻值RD增加所抵消。因此，可由可编程处理器320使用对应于检测器302和补偿器304的电阻值以确定检测器302在暴露于气体时是否被毒化。
根据一个实施方案，检测器302的毒化状态可由可编程处理器320通过检查补偿器304的电阻进行确认。例如，当检测器302暴露于气体时，可编程处理器320可检测到电阻值RD降低并且电阻值Rc降低，指示检测器302未与气体发生催化反应，并且检测器302和补偿器304两者均出现因引入气体引起的热量损失。可编程处理器320还可识别出当由于轻度毒化而暴露于气体时检测器302的功能减弱。即，可编程处理器320可将电阻值Rc、电阻值RD和气体输出306的读数与上文论述的基线功能性进行比较。低于相同给定气体输出值的基线电阻值RD的给定气体输出读数的电阻值RD可指示检测器302与气体发生的反应减少，以及指示检测器302的轻度毒化。根据另一个实施方案，可基于检测器302处的功率(例如，功率＝电流×电压)与电阻值RD的比率测量检测器功能性。
图4呈现了根据本文描述的各种实施方案的根据由计算设备执行的操作的与气体感测装置的正常操作相关联的测量结果读数。例如，包括可编程处理器320的计算设备可接收来自气体感测装置300的测量电路312、314和316的信号或对该信号进行采样。计算设备可处理信号以及生成用于监测用户界面400的数据读数。监测用户界面400包括电路电流通道402、检测器电阻通道404和补偿器电阻通道406。电路电流通道402可对应于使用本文所述的技术针对气体感测装置300计算的电流(例如，所计算的电流310)。检测器电阻通道404和补偿器电阻通道406可分别对应于检测器302和补偿器304的所计算的电阻值，也如本文所论述。沿着以秒为单位进行测量的水平时间轴线，以及包括以欧姆为单位进行测量的电阻和以毫安(mA)为单位进行测量的电流的双垂直轴线绘制与通道402、404和406相关联的数据读数。
根据例示的实施方案，呈现在监测用户界面400中的数据值可对应于用于与毒化条件进行比较的基线。例如，可在使用气体对气体感测装置进行测试或校准期间记录与通道402、404和406相关联的数据读数。所记录的数据可用于创建基准，或者在其它实施方案中，创建用于机器学习的训练数据，对应于气体感测装置300的正常操作。在一个实施方案中，采用监督式学习以通过在不存在气体期间和在存在气体期间将通道402、404和406的数据读数与气体感测装置的正常功能性进行关联来创建训练数据。然后，可由计算设备使用训练数据以基于训练数据推断功能，以创建被配置为检测气体感测装置的正常功能性和异常功能性的事件分类器。
气体存在情况408对应于气体被注射到由气体感测装置300监测的系统中(例如，50％爆炸下限(LEL))的特定时间段。当在气体存在情况408期间注射气体时，检测器电阻通道404指示检测器的电阻值显著增加。同时，在气体存在情况408期间，电路电流通道402指示电流读数降低，并且补偿器电阻通道406指示电阻值较低。
在操作期间向气体感测装置300提供恒定电压。如由检测器电阻通道404所指示的检测器的电阻增加多于如由补偿器电阻通道406所指示的补偿器的电阻降低，导致气体感测装置300的气体感测装置电路的电阻/电阻抗增加。由于电阻/电阻抗增加，因此如由电路电流通道402所指示的电流310减小。
图5呈现了根据本文描述的各种实施方案的根据由计算设备执行的操作在气体感测装置被毒化时的测量结果读数。根据例示的实施方案，呈现在监测用户界面500中的数据值可对应于气体的相同或类似浓度的检测结果，如相对于图4所论述，但是在气体感测装置300已经被例如硅之类的污染物毒化的情况下。例如，包括可编程处理器320的计算设备可基于从气体感测装置300的测量电路312、314和316接收或采样到的信号生成用于监测用户界面500的数据读数。
监测用户界面500包括电路电流通道502、检测器电阻通道504和补偿器电阻通道506。电路电流通道502可对应于针对气体感测装置300计算的电流(例如，所计算的电流310)，如本文所论述。检测器电阻通道504和补偿器电阻通道506可分别对应于检测器302和补偿器304的所计算的电阻值，也如本文所论述。沿着以秒为单位进行测量的水平时间轴线，以及包括以欧姆为单位进行测量的电阻和以毫安(mA)为单位进行测量的电流的双垂直轴线绘制与通道502、504和506相关联的数据读数。
在毒化的情况下，特别是当在气体存在情况508期间注射气体时，检测器电阻通道504指示低于基线的电阻值。具体地，检测器电阻通道504指示在气体存在情况508期间未检测到或未与气体发生催化反应。相反，例如，由于气体热传导引起热量损失，因此检测器电阻通道504和补偿器电阻通道506两者均指示电阻降低。当在气体存在情况508期间注射气体时，检测器302和补偿器304两者的电阻降低可能导致气体感测装置300的气体感测装置电路的电阻/电阻抗降低(并且在恒定电压被应用到电路的示例中，引起电流310增加)，如电路电流通道502所指示。因此，电路电流通道502读数的增加结合检测器电阻通道504和补偿器电阻通道506的降低可指示检测器302的毒化。
附加地，或另选地，通过监测与电路电流通道502相关的补偿器电阻通道506或每瓦特功率(例如，功率＝电流×电压)的补偿器电阻，可检测到检测器302的毒化和功能性降低，并且无论检测器电阻通道504的值如何，都可以发出气体警报。每功率电阻值比率可用作用于基于由于检测器302的低于正常值的电阻而导致的(例如，桥接电路的)电路失衡来确定检测器功能性的度量。例如，可由计算设备通过计算补偿器304的每功率实时电阻值比率并且将其与补偿器304的每功率基线/历史电阻值比率进行比较来检测由于部分毒化引起气体输出检测结果降低。低于补偿器304的每功率基线/历史电阻值比率的补偿器304的每功率实时电阻值比率可指示部分毒化。
现在参见图6和图7，提供了示出了根据本公开的一些示例性实施方案的检测催化式催化珠毒化的示例性方法的示例性流程图。需注意，流程图中的每个框以及流程图中的各框的组合可以通过各种构件(诸如硬件、固件、电路系统和/或与包括一个或多个计算机程序指令的软件的执行相关联的其它设备)来实现。例如，图6和图7中描述的步骤/操作中的一个或多个步骤/操作可以由计算机程序指令体现，该计算机程序指令可以由采用本公开的实施方案的装置的非暂态存储器存储，并且由装置中的处理器部件执行(诸如，但不限于气体感测装置、可编程处理器、客户端计算设备、远程计算服务器等)。例如，这些计算机程序指令可以指示处理器部件以特定方式发挥功能，使得存储在计算机可读存储存储器中的指令产生一种制品，该制品的执行实现流程图框中指定的功能。
在图6中，示例性方法600可由与包括检测器、补偿器和电阻器(例如，如上文结合至少图3举例说明和描述)的气体感测装置相关联的计算设备执行。在步骤602，对第一测量电路的电阻器的电压读数进行采样。第一测量电路可包括被配置为与电阻器并联的引线、探针和接触件中的任何一者，用于通过联接到计算设备的电压测量仪测量电压。
在一些实施方案中，在步骤602之后，示例性方法前进到步骤604，在该步骤中，基于电阻器的所采样的电压读数计算气体感测装置的气体感测装置电路的电流。计算设备可被配置为通过使用电阻器的电阻值和电阻器的所采样的电压应用例如欧姆定律来计算电流。电阻器的电阻值可以是已知的或预先配置的电阻值，该电阻值可被设置为计算设备上的可编程变量。可由计算设备通过将电阻器的所采样的电压除以电阻器的电阻值来计算电流。所计算的电流可表示向检测器和补偿器两者提供的电流。
在一些实施方案中，在步骤604之后，示例性方法前进到步骤606，在该步骤中，在持续时间内对与检测器相关联的和补偿器的电压读数进行采样。对与检测器相关联的电压读数进行采样可包括接收来自联接到检测器的第二测量电路的信号读数。对与补偿器相关联的电压读数进行采样可包括接收来自联接到补偿器的第三测量电路的信号读数。第二测量电路和第三测量电路可包括被配置为分别与检测器和补偿器并联的引线、探针和接触件中的任何一者，用于通过与计算设备通信的电压测量仪测量电压。检测器可包括催化式催化珠，该催化式催化珠包括具有催化材料的珠结构。补偿器可包括具有非催化材料的基准珠结构，并且补偿器与检测器一起使用。检测器和补偿器的所采样的电压读数可分别用于计算检测器和补偿器的电阻值。
在一些实施方案中，在步骤606之后，示例性方法前进到步骤608，在该步骤中，基于检测器和补偿器的所采样的电压读数计算检测器和补偿器的电阻值。计算设备可通过例如将检测器和补偿器的相应所采样的电压读数除以所计算的电流来计算检测器的电阻值和补偿器的电阻值。
在一些实施方案中，在步骤608之后，示例性方法前进到步骤610，在该步骤中，将检测器的电阻值与补偿器的电阻值进行比较。检测器和补偿器的电阻值可指示它们的功能性。即，可比较检测器和补偿器之间的电阻值以提供检测器毒化的指示和气体感测装置的总体功能性。如上所述，当不使用气体感测装置时(例如，当未向气体感测装置注射气体时)，检测器的电阻值和补偿器的电阻值相同。当气体感测装置在正常条件下操作时(例如，当不存在毒化时)，在存在气体的情况下，由于检测器与气体发生催化反应，因此检测器的电阻值可能增加，而由于气体热传导引起热量损失，因此补偿器的电阻值降低。然而，当检测器被毒化时，可能减少与气体发生催化反应，这减少了检测器的电阻值增加(或者不导致增加，或者由于气体热传导引起热量损失而引起降低)的量，而由于气体热传导引起热量损失，因此补偿器的电阻值降低。在检测器极度毒化的情况下，可能不存在与气体发生催化反应，并且相反，检测器的电阻值可反映补偿器的电阻值降低，其中，检测器和补偿器两者均经历由于气体热传导而导致的热量损失。因此，在步骤610，示例性方法确定检测器的电阻值和补偿器的电阻值是否相同。如果它们相同，则检测器被毒化。
在一些实施方案中，在步骤610之后，示例性方法前进到步骤612，在该步骤中，基于检测器电阻值与补偿器电阻值的比较结果识别气体感测装置的毒化。识别检测器的毒化可包括确定检测器未生成检测结果或未与气体发生催化反应，而检测器的电阻值和补偿器的电阻值两者均指示降低，例如，检测器和补偿器两者均经历气体热传导引起的热量损失。另外，气体感测装置的电流增加可进一步指示检测器和补偿器两者的电阻值均降低(例如，由于气体感测装置的桥接电路失衡引起)。
还可以通过监测与气体感测装置的电流相关的补偿器的电阻值或每瓦特功率的补偿器电阻识别气体感测装置的毒化。每功率电阻值比率可用作用于基于由于检测器的低于正常值的电阻而导致的(例如，桥接电路的)电路失衡来确定检测器功能性的度量。例如，可通过计算补偿器的每功率实时电阻值比率并且将其与补偿器的每功率基线/历史电阻值比率进行比较来检测由于部分毒化引起的气体输出检测结果降低。低于补偿器的每功率基线/历史电阻值比率的补偿器的每功率实时电阻值比率可指示部分毒化。在一些实施方案中，在步骤612之后，示例性方法可返回到步骤602并且在持续时间内重复示例性方法600的步骤。
参见图7，示例性方法700可由计算设备执行以对包括检测器、补偿器和电阻器(例如，如上文结合至少图3举例说明和描述)的气体感测装置进行测试。检测器可包括催化式催化珠，该催化式催化珠包括具有催化材料的珠结构。补偿器可包括具有非催化材料的基准珠结构，并且补偿器的电阻值与检测器的电阻值匹配。
在步骤702，确定电阻器的初始电阻器电压值。电阻器可被配置在气体感测装置的气体感测装置电路上，用于测量电路的电流，类似于上文所述的那些。可通过接收来自被配置为测量跨过电阻器的电压降的测量电路的电压测量数据来确定初始电阻器电压值。
在一些实施方案中，在步骤702之后，示例性方法前进到步骤704，在该步骤中，确定检测器的初始检测器电压值和补偿器的初始补偿器电压值。可通过经由分别联接到检测器和补偿器的测量电路接收电压测量数据来确定初始检测器电压值和初始补偿器电压值。可记录初始检测器电压值和初始补偿器电压值并且将其用作在不存在气态物质的情况下建立检测器和补偿器的功能性的基线基准。
在一些实施方案中，在步骤704之后，示例性方法前进到步骤706，在该步骤中，至少部分地基于初始电阻器电压值和电阻器的电阻值计算初始电路电流值。电阻器的电阻器电压值可用于确定初始电路电流值。初始电路电流值可包括从供应电源供应到气体感测装置的电流的量。电阻器的电阻值可以是已知值或特定值，使得可基于初始电阻器电压值和电阻器的电阻值计算初始电路电流值。例如，可将初始电阻器电压值除以电阻器的电阻值来计算初始电路电流值。初始电路电流值然后可用于计算气体感测装置的诸如检测器和补偿器之类的各种部件的初始电阻值，以测量各种部件的功能性，这将在下文进一步详细论述。
在一些实施方案中，在步骤706之后，示例性方法前进到步骤708，在该步骤中，计算设备致使气态物质注射到气体感测装置。该注射可包括将气态物质受控地引入到配置有气体感测装置的环境(例如，气体感测装置的检测器和补偿器所定位的环境)。注射时间可由计算设备记录以监测检测器和补偿器的电压值的变化。
在一些实施方案中，在步骤708之后，示例性方法前进到步骤710，在该步骤中，确定电阻器的后续电压值、补偿器的后续补偿器电压值和检测器的后续检测器电压值，类似于本文所述的那些。后续电阻器电压值、后续补偿器电压值和后续检测器电压值可对应于在将气态物质注射到气体感测装置之后的一段时间内电阻器、检测器和补偿器的电压的变化。
在一些实施方案中，在步骤710之后，示例性方法前进到步骤712，在该步骤中，基于电阻器的后续电压值和电阻器值计算后续电路电流值。类似于如上文所论述的计算初始电路电流值，可将后续电阻器电压值除以电阻器的电阻值以计算后续电路电流值。后续电路电流值然后可用于计算气体感测装置的诸如检测器和补偿器之类的各种部件的后续电阻值。
在一些实施方案中，在步骤712之后，示例性方法前进到步骤714，在该步骤中，计算检测器电阻值和补偿器电阻值的变化。可至少部分地基于初始电路电流值、后续电路值、初始检测器电压值、后续检测器电压值、初始补偿器电压值和后续补偿器电压值来计算电阻值的变化。
例如，可通过将初始检测器电压除以初始电路电流值来计算初始检测器电阻值，并且可通过将后续检测器电压除以后续电路值来计算后续检测器电阻值。初始检测器电阻和后续检测器电阻之间的差值可提供检测器电阻值的变化。类似地，可通过将初始补偿器电压除以初始电路电流值来计算初始补偿器电阻值，并且可通过将后续补偿器电压除以后续电路值来计算后续补偿器电阻值。初始补偿器电阻和后续补偿器电阻之间的差值可提供补偿器电阻值的变化。
检测器和补偿器的电阻变化值可用于由计算设备执行部件故障分析。例如，检测器和补偿器两者的电阻降低可能与从有限电压源汲取的电流增加同时发生，指示至少检测器可能发生故障。
在一些实施方案中，在步骤714之后，示例性方法前进到步骤716，在该步骤中，至少部分地基于补偿器电阻变化和检测器电阻变化生成催化式催化珠毒化指示标识。催化式催化珠毒化指示标识可包括在气体监测系统的用户界面上的警报或警示。在一个实施方案中，生成催化式催化珠毒化指示标识可包括确定在注射气态物质之后检测器电阻变化类似于补偿器电阻变化。根据另一个实施方案，生成催化式催化珠毒化指示标识可包括确定在注射气态物质之后降低检测器电阻以及降低补偿器电阻。
如上文所描述并且如将基于本公开所理解，本公开的实施方案可以包括各种构件，包括完全硬件或软件与硬件的任何组合。此外，实施方案可采取至少一个非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，该计算机程序产品具有体现在存储介质中的计算机可读程序指令(例如，计算机软件)。类似地，实施方案可以采取存储在至少一个非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序代码的形式。可利用任何合适的计算机可读存储介质，包括非暂态硬盘、CD-ROM、闪存存储器、光存储设备或磁存储设备。
应当理解的是，本公开不限于所公开的特定实施方案，并且修改和其他实施方案旨在包括在所附权利要求的范围内。尽管本文采用了特定术语，但是除非另有说明，否则它们仅以一般性和描述性意义使用，而不是出于限制的目的。

Claims (10)

1.一种用于检测与气体感测设备相关联的催化式催化珠毒化的方法，所述气体感测设备包括电路，所述电路包括电阻器(318)、补偿器(304)和检测器(302)，所述方法包括：
由计算设备确定所述电阻器(318)的初始电阻器电压值、所述补偿器(304)的初始补偿器电压值和所述检测器(302)的初始检测器电压值；
由所述计算设备至少部分地基于所述电阻器(318)的所述初始电阻器电压值和电阻值计算初始电路电流值；
在致使气态物质注射到所述气体感测设备之后：
由所述计算设备确定所述补偿器(304)的后续补偿器电压值和所述检测器(302)的后续检测器电压值；
由所述计算设备基于所述后续电阻器电压值和所述电阻器电阻值计算后续电路电流值；
由所述计算设备计算补偿器电阻变化值和检测器电阻变化值；以及
由所述计算设备至少部分地基于所述补偿器电阻变化值和所述检测器电阻变化值生成催化式催化珠毒化指示标识。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述初始检测器电压值和所述初始补偿器电压值包括用于分别建立所述检测器(302)和所述补偿器(304)的功能性的基线基准，其中，所述基线基准与不存在所述气态物质相关联。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，至少部分地基于所述初始电路电流值、所述初始检测器电压值、所述后续电路电流值和所述后续检测器电压值计算所述检测器电阻变化值，并且其中，补偿器电阻变化值至少部分地基于所述初始电路电流值、所述初始补偿器电压值、所述后续电路电流值和所述后续补偿器电压值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述初始电路电流值包括在所述注射所述气态物质之前从供应电源供应到所述电路的电流的量。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
记录所述注射所述气态物质的时间；以及
监测所述后续补偿器电压值和所述后续检测器电压值的变化。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述催化式催化珠毒化指示标识包括
确定在所述注射所述气态物质之后所述检测器电阻变化值类似于所述补偿器电阻变化值。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述催化式催化珠毒化指示标识包括确定在所述注射所述气态物质之后降低检测器电阻以及降低补偿器电阻。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述补偿器(304)包括具有非催化材料的基准珠结构。
9.一种用于在包括处理器和存储器的数据处理系统中检测气体感测装置(300)的催化式催化珠毒化的方法，所述气体感测装置包括电阻器(318)、检测器和补偿器(304)，所述方法包括：
由所述数据处理系统对所述电阻器(318)的电压读数进行采样；
由所述数据处理系统基于所述电阻器(318)的所述采样的电压读数计算气体感测装置电路的电流值；
由所述数据处理系统在持续时间内对与所述检测器(302)和所述补偿器(304)相关联的电压读数进行采样；
由所述数据处理系统基于与所述检测器(302)和所述补偿器(304)相关联的所述采样的电压读数计算所述检测器(302)的电阻值和所述补偿器(304)的电阻值；
由所述数据处理系统将所述检测器(302)的所述电阻值与所述补偿器(304)的所述电阻值进行比较；以及
由所述数据处理系统基于所述比较结果识别所述气体感测装置(300)的毒化。
10.一种用于检测气体感测装置(300)的催化式催化珠毒化的系统，所述气体感测装置包括电阻器(318)、检测器和补偿器(304)，所述系统包括：
存储器设备，所述存储器设备具有存储在其中的可执行指令；和
处理器，响应于所述可执行指令，所述处理器被配置为：
对所述电阻器(318)的电压读数进行采样；
基于所述电阻器(318)的所述采样的电压读数计算气体感测装置电路的电流值；
在持续时间内对与所述检测器(302)和所述补偿器(304)相关联的电压读数进行采样；
基于与所述检测器(302)和所述补偿器(304)相关联的所述采样的电压读数计算所述检测器(302)的电阻值和所述补偿器(304)的电阻值；
将所述检测器(302)的所述电阻值与所述补偿器(304)的所述电阻值进行比较；以及
基于所述比较结果识别所述气体感测装置(300)的毒化。
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GB0019649D0 (en) * 2000-08-10 2000-09-27 Central Research Lab Ltd A pellet resistor sensor
US7041256B2 (en) * 2001-01-30 2006-05-09 Industrial Scientific Corporation Poison resistant combustible gas sensors and method for warning of poisoning

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