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Wie erkennt das Sauerstoffmesssystem Fehler?Das Sauerstoffmesssystem gibt zwei Messsignale über zwei verschiedene Kanäle aus:
- am Kanal K1 steht der Messwert als Analogsignal (0-10 V oder
4-20 mA) zur Verfügung, - am bidirektionalen Kanal K2 als digitales Pulslängen moduliertes Wechselsignal (Low/High-Phase: 0/5 V). Die Länge der Low-Phase ist dabei das Maß für die Sauerstoffkonzentration.
| |  | | | Das Sauerstoffmesssystem funktioniert fehlerfrei, wenn das Analogsignal von Kanal K1 mit dem Signal des Digitalkanals K2 übereinstimmt (maximale Abweichung 4%). Zusätzlich muss die Low-Phase von Kanal K2 zwischen 0,68 und 3,94 ms lang sein, was einer Sauerstoffkonzentration von 0,1 bzw. 25 Vol% entspricht.
Fällt das Signal aus einem Zeitfenster von 0,5 bis 4 ms oder geht das Wechselsignal in ein konstantes Fehlersignal von 5 V über, liegt der Messwert außerhalb des Messbereichs. Ist die Hardware defekt, bleibt das Ausgangssignal konstant bei 0 V.
Bild 1: Ausgangssignale Kanal K2. | | | | | Da das Messverfahren dynamisch ist, kann die ordnungsgemäße Funktion des Sauerstoffmesssystems jederzeit, auch während des Betriebs, überprüft werden und erfolgt idealerweise zyklisch.
Dazu werden an einem separaten Testkanal 24 V angelegt und der Sensorstrom somit von außen um 20% abgesenkt. Das Messsystem bekommt eine geringere Sauerstoffkonzentration simuliert als tatsächlich vorhanden.
Infolge dessen müssen am Kanal K1 und K2 die Messsignale gleichermaßen absinken, d.h. das Messsystem muss die virtuelle Sauerstoffkonzentration richtig errechnen.
Dabei ist eine Bandbreite von 4% zulässig, d.h. während des Selbsttests muß der Messwert zwischen dem 0,76- und dem 0,84-fachen des vorherigen Messwertes liegen.
Faustregel: Die Messsignale müssen gleichermaßen um mindestens 20% absinken. | | | | | Diese Testanordnung ermöglicht es zum ersten Mal, Fehler nicht nur an der Hardware des Messsystems, sondern auch am Sensor selbst, also an der Zirkoniumdioxidkammer, zu entdecken! | | | | | Externe Überwachungseinheit des AnwendersEine externe, vom Anwender nachgeschaltete Einrichtung muss die Auswertung der Messsignale sowie die Durchführung und die Überwachung des zyklischen Selbsttests übernehmen.
Die Reaktion auf die Fehlermeldung erfolgt gemäß den Spezifikationen des Anwenders und wird ebenfalls von dessen externer Überwachungseinheit gemanagt.
Sie muss deshalb bestimmten Anforderungen genügen:
- Die Einheit muss fehlersicher sein, das heißt, die unten aufgeführten Vorgänge sind fehlerfrei auszuführen, die Eingangssignale fehlerfrei einzulesen und die Ausgangssignale fehlerfrei auszugeben.
- Innerhalb der für die Anwendung zulässigen Fehlertoleranzzeit sind die Messwerte der Kanäle K1 und K2 permanent zu vergleichen.
- Die Zeit des Ausgangssignals K2 ist ständig auf Plausibilität zu prüfen. Dabei sind statische Signale als interne Fehler zu werten.
- In zyklischen Abständen ist ein Selbsttest auszulösen und dessen Auswirkung auf das Messsignal zu erfassen und auszuwerten. Das Zeitintervall zwischen zwei Testzyklen darf einen bestimmten Wert nicht überschreiten.
- Eine Fehlermeldung muss dazu führen, daß der Prozess in einen sicheren Zustand überführt wird.
| | | | | Wann arbeitet das Sauerstoffmesssystem fehlerfrei?Das Sauerstoffmesssystem arbeitet fehlerfrei wenn:
- das analoge und das digitale Ausgangssignal übereinstimmen,
- das Messsignal des Kanals K2 innerhalb eines definierten Zeitfensters liegt und nicht statisch ist, und
- der Selbsttest zyklisch und richtig erfolgt.
Damit liegt erstmals ein fehlersicheres Sauerstoffmesssystem vor, das während des Betriebs sein gesamtes System selbst überwacht, und zudem mit nur einem Sauerstoffsensor auskommt.
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