具有內部壽命測試的電化學檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】具有內部壽命測試的電化學檢測系統(tǒng)
【背景技術】
[0001] 很多工業(yè)過程天然地具有危害。該些過程通常在高溫和高壓環(huán)境下使用有毒、可 燃或者活性材料。在該些過程的設備故障或人為失誤事件中，可能發(fā)生災難性事件。安全 儀表系統(tǒng)（SI巧是設計用于防止該些事件的自動化系統(tǒng)。由于國際標準，對該些安全系統(tǒng) 的興趣（尤其在化工、石油化工及提煉工業(yè)）中的興趣已經增長。在該些安全儀表系統(tǒng)中， 能夠診斷出系統(tǒng)中設備的故障具有重要意義。
[0002] 在使用有毒氣體的工業(yè)過程中，該些氣體的檢測器能夠持續(xù)穩(wěn)定地檢測出該些氣 體是重要的。即使正常操作環(huán)境中事實上不存在該些有毒氣體時也是如此。此外，該些傳 感器和檢測系統(tǒng)可能部署在該些有害工業(yè)過程中或周邊很多年。當有毒氣體排放發(fā)生時， 傳感器有效地工作W檢測有毒氣體使得可W采取修復措施是重要的。
[0003] 電化學傳感器有時用在有毒氣體檢測器中作為傳感單元。利用該些傳感器，感興 趣的氣體的存在造成將在傳感器中引起可由合適的傳感電路檢測的電變化。電特性的示例 包括電壓、電阻、電抗、電容或任何其他合適的電參數。

【發(fā)明內容】

[0004] 一種檢測系統(tǒng)，包括電化學傳感器。測量電路禪合到所述電化學傳感器并被配置 為測量所述電化學傳感器的電特性?？刂破鞫U合到所述測量電路并被配置為基于所測量的 電特性來提供指示。所述控制控制器還被配置為對所述電化學傳感器生成電干擾并獲得傳 感器恢復簡檔，W提供與所述電化學傳感器相關的診斷指示。
【附圖說明】
[0005] 圖1是根據本發(fā)明實施例的使用電化學氣體檢測單元的氣體檢測系統(tǒng)的示意圖。
[0006] 圖2是根據本發(fā)明實施例的氣體檢測器的框圖。
[0007] 圖3A是屬性-功能傳感器的氣體傳感器響應相對于時間的示意圖。
[000引圖3B是針對退化或者有一定量磨損的傳感器的傳感器恢復簡檔的示意圖。
[0009] 圖4是根據本發(fā)明實施例的操作電化學傳感器的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0010] 圖1是根據本發(fā)明實施例的使用電化學檢測單元的電化學檢測系統(tǒng)的示意圖。在 一個具體實施例中，電化學檢測系統(tǒng)是氣體檢測系統(tǒng)。然而，本發(fā)明實施例可適用于測試和 電化學傳感器。
[0011] 系統(tǒng)10包括與傳感器本體14禪合的電子器件外殼12。傳感器本體14可包括與 感興趣氣體反應生成可檢測電響應的任何合適的電化學傳感器。該些傳感器的示例包括有 毒氣體傳感器。傳感器本體14的下部16被配置為暴露在環(huán)境空氣中W檢測感興趣氣體， 并潛在地確定和提供與感興趣氣體有關的濃度指示。
[0012] 傳感器可檢測的有毒氣體可包括硫化氨、二氧化硫、一氧化碳、氯氣、氨氣等。傳感 器本體14內的傳感器經由導管18與外殼12內的合適電子器件（如圖2中所示）禪合。外殼 12內的電子器件可W對傳感器響應進行放大、線性化并W其他方式進行特性化W提供氣體 濃度的指示?？山浻纱┻^導管20的過程連線，在過程通信環(huán)路或部分上提供該指示；經由 報警或顯示器在本地提供該指示；和/或經由合適的無線過程通信協(xié)議（例如IEC62591中 指定的無線過程通信協(xié)議）無線地提供該指示。當提供氣體檢測的本地指示時，該指示可 W是本地操作員界面的形式，本地操作員界面指示氣體存在和/或濃度的顯示、可聽見或 可看見的報警或其任意組合。
[0013] 圖2是根據本發(fā)明實施例的氣體檢測系統(tǒng)的框圖。系統(tǒng)10包括電子器件外殼12， 電子器件外殼12與傳感器本體14禪合。在電子器件外殼12內布置有控制器22、通信模 塊24、電源模塊26W及測量電路28。氣體傳感器30布置在傳感器本體14內并與測量電 路28禪合。
[0014] 控制器22可W是能夠與測量電路28交互W獲得與傳感器30有關的測量并基于 測量提供氣體存在和/或濃度的指示的任何合適的處理電路。在一個實施例中，控制器22 能夠執(zhí)行一系列指令W編程地確定氣體存在/濃度。在一個實施例中，控制器22是微處理 器?？刂破?2與通信電路24禪合，W允許控制器22與過程控制和監(jiān)控系統(tǒng)中的其他設 備進行通信。通信電路24可包括允許控制器22根據過程工業(yè)標準通信協(xié)議（例如，高速 可尋址遠程換能器（UART⑥）協(xié)議、FOUNDATION?現場總線協(xié)議等）進行通信的電路。在 一些實施例中，除了使用有線過程通信之外或不使用有線過程通信，系統(tǒng)10可W無線地進 行通信。例如，在一個實施例中，通信電路24可提供無線過程通信，例如上文列出的根據 IEC62591的協(xié)議。最后，通信電路24可提供本地輸出（例如本地顯示或報警）的通信。
[0015] 電源模塊26與外殼12內的所有組件禪合，如標有"到所有"的箭頭所示。電源模 塊26被配置為從合適的源接收電能，并為外殼12內的電路提供電壓調整或其他合適的供 電調節(jié)。在一些實施例中，電源模塊26可與有線過程通信環(huán)路禪合，使得系統(tǒng)10可從有線 過程通信環(huán)路接收其全部的操作電能。在其他實施例中，電源模塊26可與合適的AC或DC 電源禪合。
[0016] 測量電路28與控制器22禪合，并能夠從傳感器30獲得測量并向控制器22提供 其數字指示。測量電路28可包括模數轉換器，合適的復用器或開關電路，W及放大和/或 線性化電路。
[0017] 根據本發(fā)明實施例，控制器22被配置為使測量電路28或其他合適電路短暫對氣 體傳感器30生成電干擾，并隨后監(jiān)視傳感器30的恢復簡檔。在一個實施例中，通過將傳感 器30的一個導體進行接地來生成干擾。當釋放該短路時，因為傳感器信號從接地狀態(tài)轉變 為當前周邊環(huán)境中的氣體指示，測量電路28將獲得來自傳感器30的多個測量。包括恢復 簡檔的多個測量基于測量電路28和恢復的持續(xù)時間。例如，如果測量電路28包括能夠在 一秒鐘產生50次測量的模數轉換器，則兩秒時間順序地獲得并存儲單獨測量將生成100個 采樣。盡管恢復時段可W是固定時段，其還可W基于實現其預干擾值的穩(wěn)態(tài)或者某固定百 分比的傳感器信號。由于測量本質上W基于測量電路20的固定頻率上獲得，控制器22存 儲多個測量值創(chuàng)建傳感器30的恢復簡檔。恢復簡檔在兩個重要方面上有用。首先，傳感器 恢復所需的總持續(xù)時間可指示傳感器的正常工作。第二，取決于恢復持續(xù)時間的傳感器信 號幅度還可W對確定傳感器是否正常工作是有用的。在一個實施例中，將恢復簡檔與傳感 器首次被任用時由傳感器生成的或者設備制造商在制造期間存儲在控制器22中的參考恢 復簡檔進行比較。再者，只要技術人員或操作人指示傳感器正在已知良好條件下操作，就可 W在系統(tǒng)10被任用后生成參考恢復簡檔。
[0018] 圖3A是正常工