JP5041213B2

JP5041213B2 - 劣化診断システム

Info

Publication number: JP5041213B2
Application number: JP2007151091A
Authority: JP
Inventors: 龍彦宮内
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2027-06-07
Also published as: JP2008304285A

Description

本発明は、電子機器の劣化診断システムに関し、特に、電子機器の劣化を定期的に診断することにより当該機器が故障する時期を事前に予測することができる劣化診断システムに関する。

電子機器を屋外で使用する場合には、外部からの流体（水）の浸入に伴う電子機器の故障を防ぐため、保護コーティングされた金属製の防水ケースの中にプリント基板等を配置して使用する。また、電子機器の防水ケースのうち開閉する部分にはＯリングを使用することにより、隙間を埋め、外部からの流体の侵入を防止している。このような屋外で使用される電子機器の先行技術文献としては次の文献が知られている。

特開２００５−０３５２７９７号公報

次に、図５を参照して従来の屋外で使用される電子機器の構造を説明する。防水ケース１は、電子機器の内部に流体の侵入を防ぐものであり、例えば金属で形成されている。Ｏリング１０は、防水ケースの側面に形成された開口部に取り付けられ、図示しない防水ケース１の蓋と嵌合して隙間からの流体の侵入を防止するものであり、ゴム製の材質で形成されている。プリント基板２０、３０、４０、５０は、防水ケース１の内部に配置されており、コネクタ３１、５１等の電子部品が実装されている。

また、コネクタ３１とコネクタ５１は配線材を介して接続されているが、配線材をコネクタ３１、５１に接続するためには、はんだ付けする必要があり、このはんだ付けされた接続点には接触抵抗が存在する。

さらに、プリント基板２０、３０、４０には図示しない多数の電子部品が実装されており、これらの部品を電気的に接続するパターンが、絶縁物であるプリント基板２０、３０、４０の各層に形成されている。

しかし、従来の屋外で使用される電子機器には次の問題がある。すなわち、Ｏリング１０は少なからず気体を通すものであるため、その作用により防水ケースの内部に湿気が侵入する場合がある。

また、急激な温度変化に伴う飽和水蒸気量の変化によって、防水ケースの内部に結露が発生する場合がある。例えば、熱帯地域の発電所で電子機器を使用する場合には、頻繁にスコールが降るため、防水ケースの内部温度が急激に変化し、結露が発生する。

さらに例えば、高温多湿の食品工場で動作する電子機器を水で洗浄する場合にも、やはり急激な温度変化に伴う結露が発生する。この結露ができる様子を表したのが図６である。図６は６０℃で使用していた電子機器に突然のスコールが降り注ぎ、その内部温度が３０℃まで急激に低下した例である。内部温度の低下に伴い飽和水蒸気量を表す曲線も指数関数的に低下するため、６０℃の使用条件であれば飽和水蒸気量未満であり結露が発生しない状況でも、３０℃の使用条件となると、飽和水蒸気量を超え、結露が発生している様子が分かる。

この様に、電子機器の内部に結露の発生が繰り返されると、プリント基板の絶縁抵抗の低下や、金属の腐食に伴う接触抵抗の増加といった機器の劣化が発生し、電子機器の故障に繋がる可能性がある。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、電子機器の劣化を定期的に診断することにより当該機器が故障する時期を事前に予測することができる劣化診断システムを提供することを目的とする。

このような問題を解決するため、請求項１記載の劣化診断システムは、
電子部品を接続するパターンが形成され、コネクタが実装されたプリント基板と、
動作に使用しているパターン内に設けられた絶縁抵抗測定用パターンと、
前記コネクタのピンと前記ピンから引かれたリード線との接続点である接触抵抗測定用接点と、
前記絶縁抵抗測定用パターンの絶縁抵抗値及び前記接触抵抗測定用接点の接触抵抗値を測定する抵抗測定回路と、
絶縁抵抗の限界値及び接触抵抗の限界値を記憶すると共に、被測定対象の絶縁抵抗の抵抗値及び接触抵抗の抵抗値を記憶するメモリと、
前記被測定対象から検出された絶縁抵抗の抵抗値及び接触抵抗の抵抗値を、前記メモリに記憶された絶縁抵抗の限界値及び接触抵抗の限界値と比較すると共に、絶縁抵抗の抵抗値及び接触抵抗の抵抗値を前記メモリに書き込むＣＰＵとが、
防水ケース内に実装されていることを特徴とする。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の劣化診断システムにおいて、前記抵抗測定回路は、被測定対象に電流を出力する定電流出力回路と被測定回路の電圧を測定する電圧測定回路とを備える。

また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の劣化診断システムにおいて、前記抵抗測定回路は、被測定対象の絶縁抵抗の抵抗値及び接触抵抗の抵抗値を定期的に測定し、前記メモリにその測定結果を記憶する。

また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の劣化診断システムにおいて、前記ＣＰＵは、前記被測定対象から検出された絶縁抵抗の抵抗値及び接触抵抗の抵抗値を、前記メモリに記憶された絶縁抵抗の限界値及び接触抵抗の限界値と比較した結果、限界点を超える場合若しくは限界点近くの場合に警報を出力する。

このように、被測定対象の絶縁抵抗の抵抗値及び接触抵抗の抵抗値を測定する抵抗測定回路を設けたので、電子機器の劣化を定期的に診断することにより当該機器が故障する時期を事前に予測することができる劣化診断システムを提供することができる。

以下、本発明の劣化診断システムを説明する。本発明による劣化診断システムは図５の屋外で使用される電子機器の防水ケース１の内部に実装されたプリント基板の一部に、図１の構成をさらに付け加えることにより実現することができる。従って、Ｏリング１０や防水ケース１自体は従来と異なるところはないので説明を省略し、機器の劣化の診断に必要な図１の構成に絞って説明する。

抵抗測定回路１００は、定電流出力回路１１０と電圧測定回路１２０で形成される。ＣＰＵ２００は抵抗測定回路１００の動作を制御する。メモリ３００には、図２のように、予め絶縁抵抗の限界値と接触抵抗の限界値を記憶しておく。図２の例によれば、絶縁抵抗値は１ＭΩが限界値として設定されており、接触抵抗値は３ｍΩが限界値として設定されている。なお、メモリ３００は不揮発性のメモリを使用することが望ましい。

被測定対象４００は、絶縁抵抗測定用のパターン若しくは接触抵抗測定用の接点である。図３は前者の絶縁抵抗測定用のパターンを表したものである。図３（Ａ）と図３（Ｂ）は実質的に同じものであるが、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の等価回路を表している。つまり、図３（Ａ）の様に２本のパターンに電流出力回路１１０の出力を接続して定電流を流すと、絶縁物の間にごくわずかな電流が流れる。この電流は絶縁物を貫通する電流と絶縁物の表面を流れる電流の合計であるが、いずれにせよ、等価回路で表した場合には図３（Ｂ）の様に表現することができる。また、この絶縁抵抗は結露が繰り返されることにより徐々に低下する。

なお、この絶縁測定用パターンは機器の動作に実際に使用しているパターンを使用しても良いし、例えばプリント基板の端の方に絶縁測定用のダミーパターンを別途設け、このパターンを使用しても良い。

一方、接触測定用の接点を表したものが図４である。図４では隣り合うコネクタのピン同士をはんだ付けしている。そして、これらのコネクタのピンからリード線を引いて定電流出力回路１１０と接続することにより接触抵抗を測定する。

次に、図１の絶縁抵抗測定の動作について、図２及び図３を参照して説明する。ＣＰＵ２００は抵抗測定回路１００に対して０５年１月の測定を開始する旨の命令を出力する。この命令を受けた定電流出力回路１１０は、図３に例示した絶縁測定用のパターンに定電流を出力する。そうすると、２つのパターンの絶縁間にわずかな電流が流れ、電圧変動が生ずる。電圧測定回路１２０はこの変動した電圧を測定し、電流と印加電圧との関係から絶縁抵抗を求める。

なお、絶縁抵抗を高精度に測るためには通常、大電流・高電圧の電源が必要となるが、現場型機器の場合には、一般に電流の出力の最大値が20mA程度と大きな電源を持っていない。しかし、この発明では、長年の使用により絶縁抵抗が極端に低下したことが検出できれば足り、この目的を達成するためであれば大きな電流を流す必要はなく、せいぜい0.1mA程度の電流を流せば足りる。従って、本発明における絶縁抵抗の測定や接触抵抗の測定は、一般の２線式現場型機器の通常の動作に使用しているＣＰＵや電源を用いれば足り、新たにこれらの部品を外付けする必要はない。

図２の０５年１月の例では、この様にして求められた絶縁抵抗が３．３ＭΩあり、ＣＰＵ２００は限界値１ＭΩと比較してまだ余裕があるものと判断し、その結果をメモリ３００に書き込む。この様にして、毎月絶縁抵抗を測定することによって劣化を診断する。また、図２の例では約３年後の０７年１２月の測定で絶縁抵抗の抵抗値が２．９ＭΩとなっていることが分かる。限界値が１ＭΩであるためまだ余裕はあるが、約３年の月日の経過によって劣化が進んでいることが確認できる。

この様にして定期的に測定を繰り返し、限界点を超えたとき、若しくは限界点近くになった場合に、ＣＰＵ２００の命令により警報を出力する。警報の出力方法としては、図示しない電子機器の表示部にアラームを表示したり、電子機器に通信回線を接続してホストに通知したりすることが考えられる。

次に、図１の接触抵抗測定の動作について、図２及び図４を参照して説明する。ＣＰＵ２００は抵抗測定回路１００に対して０５年１月の測定を開始する旨の命令を出力する。この命令を受けた定電流出力回路１１０は、図４に例示した接触抵抗測定用接点に定電流を出力する。そうすると、接触抵抗測定用接点を介して電流が流れ、電圧変動が生ずる。電圧測定回路１２０はこの変動した電圧を測定し、電流と印加電圧との関係から絶縁抵抗を求める。

図２の０５年１月の例では、この様にして求められた接触抵抗測定用接点の抵抗値が０．３ｍΩあり、ＣＰＵ２００は限界値３ｍΩと比較してまだ余裕があるものと判断し、その結果をメモリ３００に書き込む。この様にして、毎月絶縁抵抗を測定することによって劣化を診断する。なお、定期的に測定を繰り返し、限界点との比較の結果、警報を出力する点においては絶縁抵抗の測定の動作と同様なので説明を省略する。

なお、この例では毎月一回抵抗測定を行う例について説明したが、１月に２回以上測定したり、２ヶ月に一回の間隔で抵抗測定を行ったりしても差し支えない。また、現場型機器は工業用に拘らず、他の用途（例えば研究用）でも差し支えない。

本発明による劣化診断システムの構成例である。本発明によるメモリ３００で記憶されたデータの例である本発明による絶縁抵抗測定用パターンの例である。本発明による接触抵抗測定用接点の例である。従来の屋外で使用される電子機器の構成例である。気温の変化に伴い飽和水蒸気量が変動する例である。

符号の説明

１００抵抗測定回路
１１０定電流出力回路
１２０電圧測定回路
３００メモリ
４００被測定対象

Claims

電子部品を接続するパターンが形成され、コネクタが実装されたプリント基板と、
動作に使用しているパターン内に設けられた絶縁抵抗測定用パターンと、
前記コネクタのピンと前記ピンから引かれたリード線との接続点である接触抵抗測定用接点と、
前記絶縁抵抗測定用パターンの絶縁抵抗値及び前記接触抵抗測定用接点の接触抵抗値を測定する抵抗測定回路と、
絶縁抵抗の限界値及び接触抵抗の限界値を記憶すると共に、被測定対象の絶縁抵抗の抵抗値及び接触抵抗の抵抗値を記憶するメモリと、
前記被測定対象から検出された絶縁抵抗の抵抗値及び接触抵抗の抵抗値を、前記メモリに記憶された絶縁抵抗の限界値及び接触抵抗の限界値と比較すると共に、絶縁抵抗の抵抗値及び接触抵抗の抵抗値を前記メモリに書き込むＣＰＵとが、
防水ケース内に実装されていることを特徴とする劣化診断システム。
前記抵抗測定回路は、被測定対象に電流を出力する定電流出力回路と被測定回路の電圧を測定する電圧測定回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の劣化診断システム。
前記抵抗測定回路は、被測定対象の絶縁抵抗の抵抗値及び接触抵抗の抵抗値を定期的に測定し、前記メモリにその測定結果を記憶することを特徴とする請求項１又は２記載の劣化診断システム。
前記ＣＰＵは、前記被測定対象から検出された絶縁抵抗の抵抗値及び接触抵抗の抵抗値を、前記メモリに記憶された絶縁抵抗の限界値及び接触抵抗の限界値と比較した結果、限界点を超える場合若しくは限界点近くの場合に警報を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の劣化診断システム。