CN101632026B - 用于测试电子单元的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测试电子单元(2)的方法，该电子单元特别是用于确定和/或监控过程变量的装置的电子单元(2)，其中电子单元(2)具有多个电子器件。在本发明中，至少一部分电子器件结合为至少一个组(5)，向该组(5)施加询问信号，接收该组(5)的应答信号，并且分析应答信号。另外，本发明还涉及一种用于确定和/或监控过程变量的装置。

Description

用于测试电子单元的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测试电子单元的方法，该电子单元特别是用于确定和/或监控过程变量的装置的电子单元，其中电子单元具有多个电子器件。另外，本发明还涉及一种用于确定和/或监控过程变量的装置，其包括至少一个传感器元件和至少一个电子单元，其中电子单元包括多个电子器件。

背景技术

在过程自动化技术中，经常使用测量仪表，其用于检测或监控不同的测量或过程变量。测量仪表通常包括：传感器元件，其产生依赖于过程变量或者过程变量的变化的测量信号；和电子单元。在下文中，测量仪表或相应地用于确定和/或监控过程变量的装置的“电子单元”是指包括参与传感器元件的操作和/或测量信号的处理的所有器件，也就是，电子单元既包括电子操作装置也包括测量结果发送器。过程变量的例子包括：料位、粘度、密度、压差、压力、流量、质量流量、温度、pH值、氧化还原电位和氧含量。

位于电子单元中的例如是用于信号处理所需的电路，其通常由电路板上的模拟器件构成。

在制造这种电子单元中可能有组装问题，例如包括：使用了错误的器件、遗漏了器件、器件安装在错误位置、电路开路或短路、冷焊点等等。为了排除这些错误，通常在生产已组装的电路板时测量所谓的测试点。依赖于电路的复杂度，可以提供非常大量的测试点。这些测试点的缺点是，一方面，它们减少了电路板上的可用空间；另一方面，读出这样大量测试信号是很复杂的并因而成本高。在大量器件的情况中，另一个问题是，这些器件迅速老化或者由于极限操作及过程条件(例如，温度跳变或者非常极端的温度)而有时停止工作。为此，提供了规则性的检测，这将在提前维护程序的场合中得到优化。

发明内容

于是，本发明的目的是简化器件的控制。另一个目的是提供一种测量仪表，其利用对于其器件的提前维护。

本发明通过一种用于测试电子单元的方法解决该任务，其中电子单元具有多个电子器件，其中至少一部分电子器件结合为至少一个组，向该组施加询问信号，接收该组的应答信号，并且分析应答信号。器件的组包括至少两个器件。在另一实施例中，有至少两个组。另外，具有优点的是，只有两个器件的场合，在这两个器件之间没有其他器件，即，它们直接彼此相连。作为替代，为了测试而制造合适的连接，以能够合适地测量组。器件的数目依赖于形成组的种类。对于测试，向组施加任何询问信号作为刺激。然后，从组接收或测量应答信号。应答信号可以例如是阶跃响应。依赖于电子单元的实施方式，可以形成许多组，其中如果需要，单个器件属于不止一个组。在这种情况中，各个组的应答信号被测量并合适地分析。该方法适用于制造电子单元或测量仪表的应用中，或者适用于在该应用中存在的作为监控零件或者提前维护的零件的仪表中。于是，该方法的优点是，可以根据需要确定维护间隔。进一步，过程工厂的可用性能够增加。或者与电子单元自身的任务同时，或者在特殊的测试阶段，执行电子单元的测试。在一个实施例中，电子单元是过程及自动化技术测量仪表的一个组成部分。于是，在这个实施例中，电子单元的功能是执行测量。

根据本发明的方法的一个实施例，将应答信号与期望值比较。对于电路或者特定的组，为此提供期望值，其可能具有一定的公差范围。如果测量值偏离这个期望值，那么例如以警报的形式将其显示；或者根据偏离的程度，提供关于未来发展的声明，即，例如产生用户可调节的警告。

在本发明的方法的一个实施例中，从应答信号与期望值的比较，得到关于组的器件的未来性能的预测，其中应答信号是从所述组接收的。于是在这个实施例中，测量值用于预测特定组的器件的期望的发展。在一个实施例中，测试方法在至少两个时间点执行，并且测量或接收的应答信号被存储在存储器中，作为历史数据。从数据的时间分布，计算何时需要替换组或者何时需要细查电子单元或测量仪表。为此，存储相应的算法和数据。于是，从在前一测试阶段测量的应答信号得到期望值。

在本发明的方法的一个实施例中，通过将应答信号与期望值比较，预测组的器件的期望寿命，其中从所述组接收应答信号。

在一个实施例中，测量在组上的电压降，并且分析测量的电压降。于是在这个实施例中，应答信号是电压降。对于这个特定的应答信号，也相应地进行前述分析步骤。这里，电压降或者是直接测量的，或者是由可能存在的电流而合适转换的。测量电压降是具有优点的，因为这样例如可以使用模数转换器，以能够由微处理器分析测量数据。

下面的实施例关注器件的分组类型。

在本发明的方法的一个实施例中，组是根据器件的故障率而形成的。对于大量器件(电阻、电容、运算放大器、处理器等)，存在关于使用寿命的数据。也就是，从电子单元的电路出发，结合例如在数据库(例如Siemens、British Telecom、Military Handbook MIL-HDBK-217的数据库)中的相关数据，可以识别具有较高故障率的器件。然后根据这些器件形成组。

在本发明的方法的一个实施例中，组是根据电子单元中的器件的功能形成的。于是，能够区分例如预放大、信号滤波、相移、用于总线通信的信号转换等区域。这些功能单元中的每一个都形成其自己的组。或者反过来，各个组的器件在以下方面不同：它们在电子单元内的功能任务、它们的使用寿命、或者它们对于作为组对于询问信号的反应的应答信号的影响。特别地，可以根据电路图实现功能分组。这里，依赖于本发明的测试方法是用于制造还是提前维护，分组可以相同或者不同。在制造的情况中，分组例如在可以在错误安装位置的器件(例如，二极管)上进行。

在本发明的一个实施例中，至少测量电压降是利用至少一个模数转换器实现的，该模数转换器并不用于电子单元的功能。在一个实施例中，模数转换器是设置在电子单元中的微处理器的组成部分。如果电子单元例如是测量仪表的组成部分，那么其功能是执行测量。

在本发明的方法的一个实施例中，修改和/或扩展组，使得组的至少一个器件的改变导致可以从组接收的应答信号改变。于是，这个实施例中，通过包括为此目的而提供的附加器件而改变或扩展组，从而例如器件的老化也导致应答信号的改变。也就是，一个或多个器件的改变被转化为应答信号的可测量范围。特别地，这个实施例涉及测量作为应答信号的电压降。

本发明进一步通过一种用于确定和/或监控至少一个过程变量的装置实现发明目的。该装置包括至少一个传感器元件和至少一个电子单元，其中电子单元包括至少多个电子器件，其中提供至少一个控制单元，其向至少一部分器件的至少一个组施加询问信号，从该组接收应答信号，并关于组的器件的改变来分析该应答信号。于是，在本发明的测量仪表中，由电子单元的一部分器件形成组。优选地，形成至少两个组并且每一组具有至少两个器件。组例如由特别易于老化的器件、特别重要的器件或者尽可能多的器件形成。用于获得这些组的各种变型在上面对于本发明的方法的说明中已经得到描述并且可同样应用于本发明的测量仪表。在施加询问信号之后，从器件的组测量应答信号，且例如通过将测量值与存储的数据比较而关于组的器件的老化现象或其他变化而分析应答信号。在一个实施例中，电子单元向传感器元件施加激励信号，从传感器元件接收测量信号，并处理测量信号，例如关于过程变量分析测量信号。在一个实施例中，控制单元是微处理器，其关于组的器件的改变，分析至少一部分器件的至少一个组上的电压降。于是，应答信号在这里是电压降。

在本发明的装置的一个实施例中，提供至少一个模数转换器，其没有测量任务，控制单元通过该模数转换器接收应答信号。如果控制单元是微处理器，那么在一个实施例中，模数转换器是微处理器的组成部分。在这个实施例中，模数转换器特别为测试方法而提供。在另一实施例中，模数转换器还用于实际测量过程变量。

附图说明

现在根据附图详细解释本发明，附图中：

图1是本发明的装置的示意图；和

图2是在过程工厂中使用本发明的测量仪表的示意图。

具体实施方式

图1示意性显示了电容式测量仪表。这里，传感器元件1是棒，电子单元2向其施加交流电压作为激励信号。传感器元件1和第二探头(未显示)或容器的壁(未显示)形成电容器，例如料位待测的介质作为电介质，电容器的电容是介质的料位的量度。

在电子单元2中的是多个器件，它们的性能(例如在制造的情况中)或者性能随时间的改变是要被测试的。根据本发明，器件被结合为各个组5。这里，组5涉及在位置上毗邻的器件，或者彼此远离的例如安装在一张卡或一块电路板上的器件，它们为了形成组以及为了测试阶段而合适地彼此电连接。这里，组例如包括预定的测试点，它们对于多个器件的变化敏感，或者对于特别是易于老化的器件(其平均期望故障时间点例如小于规定的维护间隔)敏感，或者对于在电子单元内的功能单元或者器件的组合敏感，所述器件组合中的器件这样相互作用，使得一个器件的性能改变导致该组5上的电压降(这里例如是应答信号)的变化。一种选择是利用附加的器件辅助补充组，这些附加的器件特别地用于测试并且根据电压降而识别器件的改变。还显示了两个开关或隔离元件7，它们为了测试而将各个器件组5彼此隔离，从而器件被彼此独立且与测量操作所需的连接相解耦地得到测试。也就是，在正常测量操作中，这些隔离元件或开关7闭合。另外，在另一实施例中，开关存在于组5之内，并且为了测试而闭合。

特别易于老化的器件例如是：电解电容器、光耦、功率晶体管或半导体传感器。在这些组5上，测量电压降，微处理器通过模数转换器4处理该电压降。在另一实施例中，模数转换器4与多路复用器相连，从而可以将各个组的电压信号输送给转换器。为此，还将特定的测试信号施加于组5，以能够执行特定的测量。然后，在微处理器6(在这个例子中，它是控制单元3)中，例如通过与期望值或已经存储的前一测试测量的电压降比较，而合适地分析各个组5上的电压降。如果例如存在大于可预定的公差范围的偏差，那么例如输出警告或报警。同时，在已知器件组5的性能的情况中，从测量结果出发，可以确定何时比较可能在组的器件之内会出现故障。于是，维护间隔也可以适应具体情况并且被最优地指定。这里，表达的内容总是仅仅与整个组5相关。

这里，在测量仪表中实际应用的方法包括以下步骤：从电子单元的器件开始，将其结合为组。形成组的例子是：将一起用于电子单元内部的共同功能的器件分为一组；将由于性能或由于环境或过程条件而可能在电子单元的操作时间之内存在故障的器件分为一组；将尽可能多的器件分为一组，使得任一器件的改变都影响应答信号。每一组都为了测试而被施加询问信号，并且应答信号得到测量。这里，例如涉及在各个组上的电压降。优选地利用没有电子单元实际功能的器件也就是在电子单元是测量仪表组成部分的情况中不用于测量的器件，实现电压测量或者应答信号的测量或者询问信号的施加。然后，例如利用微处理器合适地分析测量的应答信号或电压降。

图2显示了在怎样的系统环境中可以使用本发明的方法，或者哪些控制单元3可以与本发明的测量仪表通信。正如这里显示的，测量仪表固定至容器，并且电子单元2位于过程之外。电子单元2与显示及操作模块直接相连，或者通过数据总线(例如，HART、Fieldbus-Foundation)与适配于现场总线的操作设备相连，或者通过通信单元与作为控制设备一部分的膝上型电脑相连。通过控制单元3的这些例子，执行各个组的测试，并且例如相应地建立维护间隔。于是，一种选择是，控制单元3是测量仪表的一部分，并且在线执行测试，或者提供上位单元，其为了测试而连接并且例如直接作用于测量仪表，或者该上位单元将合适的软件载入仪表，以能够在那里执行测试。

附图标记

1 传感器元件

2 电子单元

3 控制单元

4 模数转换器

5 器件组

6 微处理器

7 隔离元件

Claims (9)

1.一种用于测试用于确定和/或监控过程变量的装置的电子单元(2)的方法，当所述装置作为监控零件或作为提前维护的零件已经被置于应用时，进行所述测试，

其中电子单元(2)具有多个电子器件，

其特征在于，

至少一部分所述电子器件结合为至少两个组(5)并且每一组具有至少两个器件，

向所述组(5)施加询问信号，

接收所述组(5)的应答信号，并且

分析所述应答信号，

其中，将应答信号的测量值与期望值比较，

其中，从应答信号与期望值的比较，得到关于组(5)的器件的期望寿命的预测，其中应答信号是从所述组接收的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，从应答信号与期望值的比较，预测组(5)的器件的期望寿命，其中应答信号是从所述组接收的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，测量在组(5)上的电压降，并且分析测量的电压降。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，组是根据器件的故障率而形成的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，组是根据电子单元中的器件的功能形成的。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，至少电压降的测量是利用至少一个模数转换器实现的，该模数转换器并不用于电子单元的功能。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，修改和/或扩展组(5)，使得组(5)的至少一个器件的改变导致能够从组(5)接收的应答信号改变。

8.一种用于确定和/或监控至少一个过程变量的装置，包括：

至少一个传感器元件(1)，和

至少一个电子单元(2)，

其中电子单元(2)包含多个电子器件，

其特征在于，

提供至少一个控制单元(3)，该控制单元(3)向至少一部分所述器件的至少两个组(5)施加询问信号，该控制单元(3)从所述组(5)接收应答信号，并且该控制单元(3)关于所述组的器件的改变来分析所述应答信号，其中每一所述组(5)具有至少两个器件，

其中，将应答信号的测量值与期望值比较，

其中，从应答信号与期望值的比较，得到关于组(5)的器件的期望寿命的预测，其中应答信号是从所述组接收的。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，提供至少一个模数转换器(4)，其没有测量任务并且控制单元(3)通过该模数转换器接收应答信号。

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