CN207675696U - 三电极电化学传感器故障诊断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三电极电化学传感器故障诊断装置，包括三电极电化学传感器，三电极电化学传感器连接有恒电位仪电路和信号放大电路，恒电位仪电路连接有模拟选择开关，模拟选择开关连接分压电路和基准电压电路；信号放大电路连接有模数转换电路，模数转换电路和模拟开关分别与一微控制器相连接。本实用新型无须拆卸三电极电化学传感器，仅仅需要将模拟选择开关置于不同的触点接通位置，就能够改变三电极电化学传感器的偏置电压，对三电极电化学传感器产生激励。通过对比激励时的数字信号与已有的故障诊断模型，即可获知三电极电化学传感器有无故障以及故障类型，诊断工作十分简便。

Description

三电极电化学传感器故障诊断装置

技术领域

本实用新型涉及电化学气体监测领域，具体涉及在电化学气体监测过程中，如何发现电化学传感器故障。

背景技术

电化学传感器被广泛应用于气体监测领域，对气体的泄漏、气体含量进行检测，是石油、化工、电力以及生产生活过程中不可或缺的一种气体含量测量传感器。但是电化学传感器的工作寿命受到工作环境、被监测气体的浓度等因素的影响，长时间工作后，电极会发生老化及反应物质消耗，电极性能会随着工作时间逐渐减低，电化学传感器的可靠性下降。为了保证监测的可靠性，需要对传感器的工作状态进行检测，对传感器故障进行诊断。尤其是应用在在线连续监测的应用场合，更加对电化学传感器的可靠性诊断提出了需求。

电化学传感器在工作过程中，电极会发生老化及反应物质消耗，电极性能会随着工作时间逐渐减低，因此需要设计一种方法对传感器的工作状态进行检测。以往想要得知传感器工作状态是否正常，只能通过专业的校准检定实验室，非常不便且检测成本较高。

实用新型内容

为了克服传统专业校准检定实验室对电化学传感器进行检测，操作不便且检测成本较高的现状，本实用新型提供一种能够方便地对电化学传感器的可靠性进行诊断的三电极电化学传感器故障诊断装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：三电极电化学传感器故障诊断装置包括三电极电化学传感器，三电极电化学传感器连接有恒电位仪电路和信号放大电路，恒电位仪电路连接有模拟选择开关，模拟选择开关连接分压电路和基准电压电路；信号放大电路连接有模数转换电路，模数转换电路和模拟开关分别与一微控制器相连接。

所述模拟选择开关具有二个触点接通位置，二个触点接通位置分别为第一触点接通位置和第二触点接通位置；第一触点接通位置的电压为传感器正常工作时的偏置电压，第二触点接通位置的电压为传感器诊断过程中，对传感器产生激励所需的偏置电压。

进一步的，在正常测量状态，设定恒电位仪的偏置电压依照传感器数据手册给出的工作偏置电压，当需要进行故障诊断时，通过切换模拟开关对恒电位电压进行偏置，实现给传感器电极产生激励，并通过采集传感器信号放大电路输出信号，判定传感器的故障状态。

本实用新型的有益效果是，本实用新型无须拆卸三电极电化学传感器，仅仅需要将模拟选择开关置于不同的触点接通位置，就能够改变三电极电化学传感器的偏置电压，对三电极电化学传感器产生激励。通过对比激励时的数字信号与已有的故障诊断模型，即可获知三电极电化学传感器有无故障以及故障类型，诊断工作十分简便。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的三电极电化学传感器故障诊断装置包括三电极电化学传感器，三电极电化学传感器连接有恒电位仪电路和信号放大电路，恒电位仪电路的正端连接有模拟选择开关，模拟选择开关连接分压电路和基准电压电路；信号放大电路连接有模数转换电路，模数转换电路和模拟开关分别与一微控制器相连接。

所述模拟选择开关具有二个触点接通位置，二个触点接通位置分别为第一触点接通位置和第二触点接通位置；第一触点接通位置的电压为传感器正常工作时的偏置电压，第二触点接通位置的电压为传感器诊断过程中，对传感器产生激励所需的偏置电压。

三电极电化学传感器进行正常的测量工作时，依据三电极电化学传感器的数据手册给出的工作电压控制模拟选择开关置于相应的触点接通位置。当需要进行故障诊断时，通过微控制器向模拟选择开关发出切换指令，使模拟选择开关处于另外的触点接通位置，对电压进行偏置，给三电极电化学传感器电极产生激励。此时三电极电化学传感器的输出信号经信号放大电路放大后，通过模数转换电路转换为数字信号；微控制器采集该数字信号。将激励时的数字信号与已有的故障诊断模型进行对比评估，从而能够确定故障类型。

以氢气传感器为例，其传感器工作最佳状态偏置电压为0，因此通过模拟选择开关切换恒电位仪正端连接基准电压，当开始故障诊断模式时，通过模拟选择开关切换恒电位仪电路的正端，接入分压电路，获得一个偏置电压，以此作为氢气传感器的激励源，此激励持续时间为20毫秒。激励20毫秒后，微控制器再次控制模拟开关，将恒电位仪电路的正端接入基准电压，当开始施加偏置电压激励时，通过模数转换器开始采集信号放大电路的输出电压，此时采集到的输出电压会立即升高，当经过20毫秒撤销偏置电压激励时，开始观测信号放大电路以及模数转换电路的输出。

如果传感器处于正常工作状态时，此时因偏置激励产生的信号输出电压增加会在10～15秒左右，恢复到激励前状态。如果此时因偏置激励产生的信号输出电压增加到恢复至激励增加前状态的时间小于5秒，如果该时间小于1秒，表示传感器工作寿命已经终止；如果此时因偏置激励产生的信号输出电压增加到恢复至激励增加前状态的时间介于1秒与5秒之间，表示传感器工作寿命已经剩余不足5%，如果该时间介于5秒与10秒之间，说明传感器工作寿命剩余已经不足10%，此时建议更换新的传感器。如果在施加偏置激励后，信号输出电路未观测到随着偏置激励的施加而产生的输出电压上升，说明传感器电极工作故障，此时应立即更换传感器。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.三电极电化学传感器故障诊断装置，其特征在于：包括三电极电化学传感器，三电极电化学传感器连接有恒电位仪电路和信号放大电路，恒电位仪电路连接有模拟选择开关，模拟选择开关连接分压电路和基准电压电路；信号放大电路连接有模数转换电路，模数转换电路和模拟开关分别与一微控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的三电极电化学传感器故障诊断装置，其特征在于：

所述模拟选择开关具有二个触点接通位置，二个触点接通位置分别为第一触点接通位置和第二触点接通位置；第一触点接通位置的电压为传感器正常工作时的偏置电压，第二触点接通位置的电压为传感器诊断过程中，对传感器产生激励所需的偏置电压。