DE3118522A1

DE3118522A1 - Verfahren zum ueberwachen der funktionsfaehigkeit einer sauerstoffmesssonde

Info

Publication number: DE3118522A1
Application number: DE19813118522
Authority: DE
Inventors: Alwin 7321 Wangen Denzer
Original assignee: PROCESS ELECTRONIC ANALYSE und
Current assignee: PROCESS ELECTRONIC ANALYSE und
Priority date: 1981-05-09
Filing date: 1981-05-09
Publication date: 1982-12-02
Also published as: DE3118522C2

Description

Verfahren zum Überwachen der Funktionsfähigkeit einer Sauer-
stoffmeßsonde Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum überwachen der Funktionsfähigkeit einer Sauerstoffmeßsonde, die einen sauerstoffionenleitenden Festkörperelektrolyten enthält, der auf einer Seite mit Meßgas und auf der anderen Seite mit einem Referenzgas beaufschlagt wird und der auf jeder Seite mit jeweils ei -ner Elektrode versehen ist, die an eine Einrichtung zum Erfassen der Referenzspannung angeschlossen ist, die mit einer Auswerteschaltung verbunden ist.
Es sind Sauerstoffmeßsonden bekannt, die einen Festkörperelektrolyten aus Zirkoniumdioxid enthalten, der als ein einseitig geschlossenes Rohr ausgebildet ist, das im Bereich des geschlossenen Endes mit einer Innenelektrode und einer Außenelektrode versehen ist. Das Innere des rohrförmigen Festkörperelektrolyten wird mit einem Referenzgas beaufschlagt, vorzugsweise Luft, das einen konstanten Sauerstoffanteil enthält. Die Außenseite wird mit einem Meßgas beaufschlagt, dessen Sauerstoffgehalt zu messen ist. Dies ist möglich, da in dem Festkörperelektrolyten eine von den unterschiedlichen Sauerstoffpartialdrücken des Meßgases und des Referenzgases abhängige Spannung entsteht. Derartige Sauerstoffmeßsonden werden eingesetzt, um beispielsweise den Verbrennungsvorgang eines Brenners abhängig von dem Sauerstoffgehalt im Rauchgas zu optimieren.
Sie können auch bei anderen Anlagen eingesetzt werden, beispielsweise bei Aufkohlungsanlagen, bei der der Sauerstoffgehalt einer in der Anlage vorhandenen Atmosphäre eine Kenngröße für die Zusammensetzung der Atmosphäre ist. Diese Sauerstoffsonden haben den Vorteil, daß sie sehr schnell ansprechen, so daß eine sehr schnelle und exakte Regelung möglich ist.
Die Atmosphäre, in welchen die Sauerstoffmeßsonden zum Einsatz kommen, sind teilweise aggressiv, so daß sie zu Beschädigungen der Außenelektrode führen können. Zum anderen enthalten diese Atmosphären Partikel, insbesondere Ruß, die sich auf der Sauerstoffmeßsonde ablagern können. Beide Vorgänge beeinflussen die Funktion der Sauerstoffmeßsonde. Es ist deshalb wünschenswert, die Funktionsfähigkeit der Sauerstoffmeßsonde zu überwachen, um davon abhängig gegebenenfalls einen Wartungsvorgang aus zu lösen. Es ist bekannt, die Sauerstoffmeßsonde dadurch zu überprüfen, daß der ohmsche Widerstand zwischen den Elektroden gemessen und mit dem Wert einer neuen Sauerstoffmeßsonde verglichen wird. Wenn der bei der neuen Sauerstoffmeßsonde Vorhandene Wert überschritten wird, so ist dies ein Zeichen dafür, daß die Sauerstoffmeßsonde nicht mehr in einem ordnungsgemäßen Zustand ist. Diese Art der Überprüfung ist jedoch sehr ungenau, vor allem da ein Wert der Überprüfung zugrundegelegt wird, der bei der tatsächlichen Funktion der Sauerstoffmeßsonde nur eine untergeordnete Rolle spielt. Es ist deshalb kaum möglich, eine qualitative Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Sauerstoffmeßsonde vorzunehmen, d.h. ob die in ihrem ohmschen Widerstand nicht mehr der neuen Sauerstoffmeßsonde entsprechende Sauerstoffmeßsonde zur Erfüllung der von ihr geforderten Funktion noch ausreicht oder nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überwachen der Funktionsfähigkeit einer Sauerstoffmeßsonde zu schaffen, bei welchem ein für ihre Funktion wesentlicher Wert geprüft wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in vorgegebenen Zeitabständen die Sauerstoffmeßsonde durch Kurzschließen der Elektroden auf Null gesetzt wird, wonach nach Aufheben des Kurzschlusses der Anstieg der Referenzspannung erfaßt und mit einem abgespeicherten Wert verglichen wird, wobei bei Zurückbleiben des Anstiegs der Referenzspannung um ein vorgegebenes Verhältnis gegenüber dem abgespeicherten Wert ein Signal gesetzt wird.
Durch diese überprüfung wird nicht nur die Höhe der von der Sauerstoffmeßsonde abgegebenen Referenzspannung überwacht, sondern auch der bei Regelungsvorgängen wesentliche Zeitfaktor, so daß eine sehr exakte Aussage über die Funktionsfähigkeit der Sauerstoffmeßsonde erhalten wird. Das Verhältnis, in welchem der Anstieg gegenüber dem abgespeicherten Wert zurückbleiben darf, wird von der gewünschten Regelgenauigkeit abhängig gewählt. Ein Signal wird nur dann gesetzt, wenn die Sauerstoffmeßsonde nicht mehr in der Lage ist, die für ihre Regelaufgabe gewünschte Funktion zu erfüllen.
Um in einfacher Weise den Anstieg der Referenzspannung erfassen zu können, wird in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die nach einer vorgegebenen Zeit nach Aufheben des Kurzschlusses erreichte Referenzspannung mit einem vorgegebenen Prozentsatz des abgespeicherten Wertesder Referenzspannung einer neuen Sauerstoffmeßsonde verglichen wird.
In der Zeichnung ist ein Diagramm dargestellt, an welchem das Verfahren noch einmal erläutert wird.
Die Elektroden Festkörperelektrolyten, beispielsweise aus Zirkoniumdioxid, sind an eine Einrichtung zum Erfassen der Referenzspannung angeschlossen, die ihrerseits an eine Auswerteschaltung angeschlossen ist, die einen Rechner enthält.
An dem Festkörperelektrolyten wird eine mV-Spannung erfaßt, die bei einer neuen Sauerstoffmeßsonde nach einer vorgegebenen Zeit x den Wert von 100%,abhängig von dem jeweils vorhandenen Unterschied in dem Sauerstoffpartialdruck des Referenzgases cwicrh+ und des Meßgases/. Der Verlaut des Anstieges aut die 100% ist in der Kurve 1 des beigefügten Diagramms dargestellt. Nach einer gewissen Betriebszeit und einer damit verbundenen Alterung der Sauerstoffmeßsonde oder abhängig von Ablagerungen auf der Sauerstoffmeßsonde wird ein flacherer Anstieg der Referenzspannung erhalten und gegebenenfalls auch nicht mehr die 100% erreicht. Dieser Anstieg kann in gewissen Zeitintervallen dadurch gemessen werden, daß die Elektroden der Sauerstoffmeßsonde kurzgeschlossen werden, so daß diese zunächst auf Null gesetzt werden. Nach Aufheben des Kurzschlusses erfolgt ein neuer Anstieg. Abhängig von der gewünsc-hten Regelfunktion kann zugelassen werden, daß die Referenzspannung flacher ansteigt und auch die 100% nicht ganz erreicht. Abhängig von der gewünschten Regelfunktion ergibt sich somit ein Grenzwert, bis zu welchem die Sauerstoffmeßsonde noch für die Regelung brauchbar ist. Dieser Grenzwert kann beispielsweise so festgelegt werden, daß er durch eine vorgegebene Zeit x und ein vorgegebenes Verhältnis, in dem Diagramm beispielsweise 75%, der gemessenen Referenzspannung gekennzeichnet wird. Erreicht die Referenzspannung innerhalb der vorgegebenen Zeit x nach einem Kurzschließen nicht den gewählten Prozentsatz der Referenzspannung, so ist dies ein Zeichen dafür, daß die Funktionsfähigkeit der Sauerstoffmeßsonde nicht mehr voll gegeben ist. Dieser Fall ist mit der Kurve 2 dargestellt. Um ausgehend von diesen überlegungen die Funktionsfähigkeit der Sauerstoffmeßsonde zu überprüfen, wird deshalb vorgesehen, daß die Sauerstoffmeßsonde durch Kurzschließen der Elektroden in vorbestimmten Zeitintervallen zu Null gesetzt wird, wonach der Anstieg der Referenzspannung gemessen wird, d.h. der innerhalb der Zeit x erreichte Wert der Referenzspannung. Erreicht dieser nicht innerhalb der Zeit x das vorgewählte Verhältnis, beispielsweise 75%, so wird ein Signal gesetzt, das die mangelnde Funktionsfähigkeit der Sauerstoffmeßsonde anzeigt. Dabei ist es nicht nötig, daß das Signal die Anlage, die durch die Sauerstoffmeßsonde geregelt wird, außer Funktion setzt, da diese ja trotz der mangelnden Funktionsfähigkeit der Sauerstoffmeßsonde unter einwandfreien Bedingungen arbeiten kann. Es reicht deshalb aus, wenn das gesetzte Signal anzeigt, daß eine Überprüfung oder Wartung der Sauerstoffmeßsonde notwendig ist.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Überwachen der Funktionsfähigkeit einer Sauerstoffmeßsonde, die einen sauerstoffionenleitenden Festkörperelektrolyten enthält, der auf einer Seite mit Meßgas und auf der anderen Seite mit einem Referenzgas beaufschlagt wird und der auf jeder Seite mit jeweils einer Elektrode versehen ist, die an eine Einrichtung zum Erfassen der Referenzspannung angeschlossen ist, die mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in vorgegebenen Zeitabständen die Sauerstoffmeßsonde durch Kurzschließen der Elektroden auf Null gesetzt wird, wonach nach Aufheben des Kurzschlusses der Anstieg der Referenzspannung erfaßt und mit einem abgespeicherten Wert verglichen wird, wobei bei Zurückbleiben des Anstiegs der Referenzspannung um ein vorgegebenes Verhältnis gegenüber dem abgespeicherten Wert ein Signal gesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die. nach einer vorgegebenen Zeit nach Aufheben des Kurzschlusses erreichte Referenzspannung mit einem vorgegobenen Prozentsatz des abgespeicherten Wertes der Referenzspannung verglichen wird.