CN107576901A

CN107576901A - 电路的故障检测的方法及电路

Info

Publication number: CN107576901A
Application number: CN201710532334.7A
Authority: CN
Inventors: 斯特凡·皮尔茨
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG; Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2017-07-03
Publication date: 2018-01-12
Anticipated expiration: 2037-07-03
Also published as: DE102016112201A1; US10126358B2; CN107576901B; US20180003766A1

Abstract

本发明涉及电路的故障检测的方法及电路。其中，电路(50)包括第一电感接口(3,L1)、至少第一支路(51)和第二支路(52)，其中，第一和第二支路(51,52)并联连接，其中，第一支路(51)包括两个并联并且反向连接的二极管(D1,D2)，以及其中，第一和第二支路(51,52)连接到第一电感接口(3,L1)。该方法包括下述步骤：经由第二电感接口(13,L2)，跨第一电感接口(3,L1)施加交流电压或交流电流，其中，交流电压或交流电压被选择为足够小，使得基本上无电流流过第一或第二二极管(D1,D2)，经由第二电感接口(13,L2)，测量跨第一电感接口(3,L1)的阻抗，以及基于所测量的阻抗，确定故障是否存在于第二支路(52)中。

Description

电路的故障检测的方法及电路

技术领域

本发明涉及一种电路的故障检测的方法，以及一种电路。

背景技术

通常，用于到传感器的连接的电缆连接到发射机。电缆到传感器的连接通常经由插头连接来实现，例如通过电流去耦合口，特别是电感接口。由此，能无接触地传送电信号。关于插头的防腐、电气隔离、防止机械磨损等的优点是该电流隔离的特征。申请人以“Memosens”的名字分发这类系统。

所述的电感接口通常实现为具有例如经由所述的插头连接相互接通的两个线圈的系统。通常，传送数据(在双向中)和能量(从连接侧到传感器侧)这两者。

在一些情况下，传感器被暴露在恶劣环境条件下，使得随后传感器很容易被损坏。在此已经证实缺陷传感器或头组件的分析很困难。通过测量电流消耗和评估通信，通常仅不精确地定位错误或完全不能定位错误。在许多情况下，结合没有通信或不良通信，增加的电流消耗是可测量的。为了检测错误，通常必须打开传感器。所得到的故障简档是多种多样的。

发明内容

本发明的目的是在不必打开传感器的情况下，找出传感器或相关电路的故障。

本发明通过一种用于电路的方法实现该目的，其中，电路包括第一电感接口、至少第一支路和第二支路，其中，第一和第二支路并联连接，其中，第一支路包括两个并联并且反向连接的二极管，以及其中，第一和第二支路连接到第一电感接口，以及其中，方法包括下述步骤：经由第二电感接口，跨第一电感接口施加交流电压或交流电流，其中，交流电压或交流电压被选择为足够小，使得基本上无电流流过第一或第二二极管；经由第二电感接口，测量第一电感接口两端的阻抗；以及基于所测量的阻抗，确定故障是否存在于第二支路中。

在该上下文中，“跨”第一接口的阻抗的测量旨在意指测量从第二电感接口开始的整个电路的阻抗。那么，该测量包括两个电感接口和两个支路。

然而，如果的确急剧地降低交流电压或交流电流，使得两个二极管不导通，则阻抗测量被限制到能被评估的几个部件，即，第一电感接口、第二支路中的部件、导体路径和层间连接。在本上下文中，导体路径和层间连接通常不值一提。术语“二极管不导通”旨在意指：尽管在击穿或截止范围中操作二极管，但是存在使得仅扩散电流或漏电流流过的最小电压。部件——主要是第一支路中的部件“隐藏”在二极管后并且不被阻抗测量检测。

在有利的实施例中，将测量的阻抗与目标阻抗比较，并且基于偏差，进行故障类型的确定。

其中，与目标阻抗相比，测量的阻抗的电阻部分的下偏差表示由于电路上或电路中的湿气导致的故障。

与目标阻抗相比，测量的阻抗的电感和/或电阻部分的下偏差因此表示第一电感接口的故障，尤其是绕组间故障。

进一步通过一种用于电路的方法实现该目的，其中，电路包括第一电感接口、至少第一支路、第二支路和限压阻抗，其中，限压阻抗包括击穿范围，其中，第一和第二支路并联连接，其中，第一支路包括两个并联并且反向连接的二极管，以及其中，第一和第二支路连接到第一电感接口，以及其中，该方法包括下述步骤：经由第二电感接口，跨第一电感接口施加交流电压或交流电流，其中，交流电压或交流电压被选择为足够高，使得限压阻抗达到击穿范围；经由第二电感接口，测量第一电感接口两端的阻抗；以及基于测量的阻抗，确定限压阻抗的故障是否存在。

在有利的实施例中，将测量的阻抗与目标阻抗比较，并且基于偏差，确定故障类型。

被测量为大于目标阻抗的阻抗表示一个或多个部件或导体路径的不存在，或跨限压阻抗的故障。

进一步通过一种电路实现该目的，该电路包括第一侧，该第一侧包括：第一电感接口、至少一个第一支路和一个第二支路，其中，第一和第二支路并联连接，其中，第一支路包括两个并联并且反向连接的二极管，以及其中，第一和第二支路连接到第一电感接口；第二侧，该第二侧包括：第二电感接口和与之连接的阻抗测量单元，其中，阻抗测量单元跨第二电感接口施加交流电压或交流电流，其中，交流电压或交流电流被选择为足够小，使得当第二电感接口连接到第一电感接口时，基本上无电流流过第一或第二二极管，其中，阻抗测量单元通过第二电感接口测量跨第一电感接口的阻抗，并且基于测量的阻抗，确定故障是否存在于第一侧的第二支路中。

优选地，阻抗测量单元为微控制器。

附图说明

参考下述附图，更详细地说明本发明。这些附图示出：

图1以整体视图示出具有根据本发明的电路的传感器组件，以及

图2以整体视图示出根据本发明的电路。

在图中，相同的特征用相同的参考符号标记。

具体实施方式

根据本发明的电路50用在传感器组件10中。传感器组件10包括传感器1和连接元件11，其将首先描述。在图1中图示传感器组件10。传感器1经由接口3与上级单元20通信。在该示例中，连接到发射机。发射机又连接到控制系统(未图示)。在一个实施例中，传感器1直接地与控制系统通信。电缆31在传感器侧连接到发射机20，并且其另一端包括与第一接口3互补的接口13。连接元件11包括电缆31和接口13。接口3、13被设计成电气隔离接口，尤其是电感接口。还用参考符号L1或L2来指代接口3、13。接口3、13经由机械插头连接彼此可耦合。机械插头连接气密密封，所以无流体，诸如待测量的介质、空气或灰尘能穿过。

经由接口3、13传送或传输数据(双向)和电力(单向，即，从连接元件11到传感器1)。传感器组件10主要应用在过程自动化中。

传感器1包括用于检测过程自动化的测量量的至少一个传感器元件4。那么，传感器1是例如pH传感器——也被称为ISEF，通常为离子选择传感器，一种用于根据例如具有在UV、IR和/或可见光范围中的波长的介质中的电磁波的吸收来测量氧化还原电位、测量氧气、测量导电率、测量混浊度、测量非金属材料的浓度或测量温度，以及对应于每一个的实测量的传感器。为了本发明的目的，传感器1在第一侧上。

传感器1进一步包括第一耦合体2，该第一耦合体2包括第一接口3。如前所述，第一接口3被设计成将作为被测量的量的函数的值传送到第二接口13。传感器1包括诸如微处理器的数据处理单元μCS，其处理被测量的量，诸如将它们转换成不同数据格式。以这种方式，通过数据处理单元μCS，可以实现平均化、预处理和数字转换。

传感器1能经由接口3、13连接到连接元件11，并且最终连接到上级单元20。如前所述，上级单元20是例如发射机或控制中心。DPU将取决于被测量的量的值(即，传感器元件4的经测量的信号)转换成发射机或控制中心可理解的协议。该协议示例包括例如专用Memosens协议，或者HART、无线HART、Modbus、Profibus现场总线、WLAN、ZigBee、蓝牙或RFID。，在单独的通信单元中而不是在数据处理单元中完成该转换，其中，通信单元被设置在传感器1或连接元件11侧上。上述协议还包括无线协议，所以相应的通信单元包括无线模块。第一和第二接口3、13由此被设计成用于传感器1和上级单元20之间的双向通信。如所述，第一和第二接口3,13还确保向传感器1供电和通信。

连接元件11包括第二接口13，其中，以与第一接口3互补的方式形成第二接口13。连接元件11同样包括数据处理单元μCS。数据处理单元μCS还用作用于传送的信号的中继器。此外，数据处理单元μCS还转换或修改协议。例如，可以以专用协议将数据从传感器1传送到连接元件11，而连接元件11侧上的数据处理单元μCS将该专用协议转换成总线协议(见上文)。连接元件11包括将数据调制到其输出的调制器14。调制器14还可以被设计成例如负载调制器。替选地，数据处理单元μCS也可以调制数据。经由振幅键控传送数据。为了本发明的目的，连接元件11在第二侧上。

连接元件11进一步包括被设计成与第一耦合体2互补并且套在第一耦合体2的套状端部分上的第二圆柱耦合体12，其中，第二接口13插入第一接口3中。无需任何发明努力，第二接口13具有套状设计并且第一接口3具有插头状设计的相反设置也是可能的。

故障的通常原因是潮湿。这损坏传感器电子设备的操作，而且还会导致传感器线圈3、13的绕组间故障。

如果电缆电路11由连接初级线圈3的阻抗测量单元LCR(例如LCR计)替代，并且线圈3连接到传感器1，则变得可以测量初级线圈传感器3-1系统的阻抗。如果针对阻抗测量单元LCR的输出设定与初级线圈上的操作的典型交流电压相对应的交流电压或电流，则能测量传感器1的操作阻抗。

电路50至少包括第一支路51和第二支路52。第一和第二支路51和52并联连接，其中，第一支路51包括并联连接并且反向的两个二极管D1,D2，以及其中第一和第二支路51和52连接到第一电感接口3。额外电路包括额外部件，在此通常称为阻抗Z1,Z2和Z3。

在根据本发明的方法的第一变型中，将上述施加的交流电压或电流减小到两个二极管D1,D2不再导通的程度。随后，阻抗测量被限制到能被评估的几个部件，即，第一接口3、调制电阻Z3和导体路径，以及层间连接。结果，在二极管F1和D2后的信号曲线中的其他部件，主要是阻抗Z1和Z2被“隐藏”。图2将其在电路图上示出。

如果在阻抗测量中确定阻抗的电感和电阻部分急剧降低，则这涉及次级线圈3的绕组间故障。如果电感部分在目标范围内，但电阻部分减少，通常假定电路上存在湿气。

能通过电源的适当设计，即，导体路径，特别是在这种情况下，作为两个支路51和52的交点的节点K的适当设计来扩展湿气的“监测范围”。节点K能位于电路50所在的电路板(未图示)上的任何位置。因此，节点K能位于关键点，即，湿气可能发生的点，或能以使得节点相应地处于正确位置的方式来布置到部件的导体路径。

上述一般描述的阻抗Z1,Z2和Z3中的一个或多个还可以包括一个或多个限压(单个)阻抗。它们分别包括击穿范围。例如它们被并入以满足Ex保护的需求。

在第二变型中，交流电压或交流电流被选择为足够高，使得限压阻抗达到击穿范围。然后，如上所述地测量阻抗。基于该阻抗，可以确定限压阻抗的故障。随后，测量为大于目标阻抗的阻抗表示限压阻抗的不存在或跨限压阻抗的故障。

参考符号的列表

1 传感器

2 第一耦合体

3，L1第一接口

4 传感器元件

10 传感器组件

11 连接元件

12 第二耦合体

13，L2第二接口

14 调制器

20 上级单元

31 电缆

50 电路

51 第一支路

52 第二支路

μCA 11中的智能单元

μCS 1中的智能单元

D1，D2 二极管

K 节点

LCR 阻抗测量单元

Z1,Z2,Z3 阻抗

Claims

1.一种电路(50)的故障检测的方法，

其中，所述电路(50)包括第一电感接口(3,L1)、至少第一支路(51)和第二支路(52)，其中，第一和第二支路(51,52)并联连接，其中，所述第一支路(51)包括两个并联并且反向连接的二极管(D1,D2)，以及其中，所述第一和第二支路(51,52)连接到所述第一电感接口(3,L1)，以及其中，所述方法包括下述步骤：

-经由第二电感接口(13,L2)，跨所述第一电感接口(3,L1)施加交流电压或交流电流，其中，所述交流电压或交流电压被选择为足够小，使得基本上无电流流过第一或第二二极管(D1,D2)，

-经由所述第二电感接口(13,L2)，测量跨所述第一电感接口(3,L1)的阻抗，以及

-基于所测量的阻抗，确定故障是否存在于所述第二支路(52)中。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，将所测量的阻抗与目标阻抗比较，并且基于偏差，进行故障类型的确定。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中，与所述目标阻抗相比，所测量的阻抗的电阻部分的下偏差表示由于所述电路上或所述电路中的湿气而导致的故障。

4.根据权利要求2或3所述的方法，

其中，与所述目标阻抗相比，所测量的阻抗的电感和/或电阻部分的下偏差表示所述第一电感接口的故障，尤其是绕组间故障。

5.一种电路(50)的故障检测的方法，

其中，所述电路(50)包括第一电感接口(3,L1)、第一支路(51)、第二支路(52)和限压阻抗(Z3)，其中，所述限压阻抗(Z3)包括击穿范围，其中，第一和第二支路(51,52)并联连接，其中，所述第一支路(51)包括两个并联并且反向连接的二极管(D1,L1)，以及其中，所述第一和第二支路(51,52)连接到所述第一电感接口(3,L1)，以及其中，所述方法包括下述步骤：

-经由第二电感接口(13,L2)，跨所述第一电感接口(3,L1)施加交流电压或交流电流，

其中，所述交流电压或交流电压被选择为足够高，使得所述限压阻抗达到所述击穿范围，

-基于所测量的阻抗，确定所述限压阻抗的故障是否存在。

6.根据权利要求5所述的方法，

7.根据权利要求6所述的方法，

其中，被测量为大于所述目标阻抗的阻抗表示不存在所述限压阻抗或跨所述限压阻抗的故障。

8.一种电路(50)，包括：

-第一侧(1)，所述第一侧(1)包括：

第一电感接口(3,L1)、至少第一支路(51)和第二支路(52)，其中，第一和第二支路(51,52)并联连接，其中，所述第一支路(51)包括两个并联并且反向连接的二极管(D1,D2)，以及其中，所述第一和第二支路(51,52)连接到所述第一电感接口(3,L1)，

-第二侧(11)，所述第二侧(11)包括：

第二电感接口(13,L2)和与所述第二电感接口(13,L2)连接的阻抗测量单元(LCR)，其中，所述阻抗测量单元(LCR)跨第二电感接口(13,L2)施加交流电压或交流电流，

其中，所述交流电压或交流电流被选择为足够小，使得当所述第二电感接口(13,L2)连接到所述第一电感接口(3,L1)时，基本上无电流流过第一或第二二极管(D1,D2)，

其中，所述阻抗测量单元(LCR)测量跨所述第一电感接口(3,L1)的阻抗，并且基于所测量的阻抗，确定故障是否存在于所述第一侧(1)的所述第二支路(52)中。

9.根据权利要求8所述的电路(50)，

其中，所述阻抗测量单元(LCR)为微控制器。