專利名稱：用于測試電子單元的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測試電子單元的方法，該電子單元特別是用 于確定和/或監(jiān)控過程變量的裝置的電子單元，其中電子單元具有多個(gè) 電子器件。另外，本發(fā)明還涉及一種用于確定和/或監(jiān)控過程變量的裝 置，其包括至少一個(gè)傳感器元件和至少一個(gè)電子單元，其中電子單元 包括多個(gè)電子器件。
背景技術(shù)：
在過程自動化技術(shù)中，經(jīng)常使用測量儀表，其用于檢測或監(jiān)控不 同的測量或過程變量。測量儀表通常包括傳感器元件，其產(chǎn)生依賴 于過程變量或者過程變量的變化的測量信號；和電子單元。在下文中， 測量儀表或相應(yīng)地用于確定和/或監(jiān)控過程變量的裝置的"電子單元" 是指包括參與傳感器元件的操作和/或測量信號的處理的所有器件，也 就是，電子單元既包括電子操作裝置也包括測量結(jié)果發(fā)送器。過程變 量的例子包括料位、粘度、密度、壓差、壓力、流量、質(zhì)量流量、 溫度、pH值、氧化還原電位和氧含量。
位于電子單元中的例如是用于信號處理所需的電路，其通常由電 路板上的模擬器件構(gòu)成。
在制造這種電子單元中可能有組裝問題，例如包括使用了錯誤 的器件、遺漏了器件、器件安裝在錯誤位置、電路開路或短路、冷焊 點(diǎn)等等。為了排除這些錯誤，通常在生產(chǎn)已組裝的電路板時(shí)測量所謂
的測試點(diǎn)。依賴于電路的復(fù)雜度，可以提供非常大量的測試點(diǎn)。這些 測試點(diǎn)的缺點(diǎn)是， 一方面，它們減少了電路板上的可用空間；另一方 面，讀出這樣大量測試信號是很復(fù)雜的并因而成本高。在大量器件的
4情況中，另一個(gè)問題是，這些器件迅速老化或者由于極限操作及過程 條件(例如，溫度跳變或者非常極端的溫度)而有時(shí)停止工作。為此， 提供了規(guī)則性的檢測，這將在提前維護(hù)程序的場合中得到優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的是簡化器件的控制。另一個(gè)目的是提供一種 測量儀表，其利用對于其器件的提前維護(hù)。
本發(fā)明通過一種用于測試電子單元的方法解決該任務(wù)，其中電子 單元具有多個(gè)電子器件，其中至少一部分電子器件結(jié)合為至少一個(gè)組，
向該組施加詢問信號，接收該組的應(yīng)答信號，并且分析應(yīng)答信號。器 件的組包括至少兩個(gè)器件。在另一實(shí)施例中，有至少兩個(gè)組。另外， 具有優(yōu)點(diǎn)的是，只有兩個(gè)器件的場合，在這兩個(gè)器件之間沒有其他器 件，即，它們直接彼此相連。作為替代，為了測試而制造合適的連接， 以能夠合適地測量組。器件的數(shù)目依賴于形成組的種類。對于測試， 向組施加任何詢問信號作為刺激。然后，從組接收或測量應(yīng)答信號。 應(yīng)答信號可以例如是階躍響應(yīng)。依賴于電子單元的實(shí)施方式，可以形 成許多組，其中如果需要，單個(gè)器件屬于不止一個(gè)組。在這種情況中， 各個(gè)組的應(yīng)答信號被測量并合適地分析。該方法適用于制造電子單元 或測量儀表的應(yīng)用中，或者適用于在該應(yīng)用中存在的作為監(jiān)控零件或 者提前維護(hù)的零件的儀表中。于是，該方法的優(yōu)點(diǎn)是，可以根據(jù)需要 確定維護(hù)間隔。進(jìn)一步，過程工廠的可用性能夠增加?；蛘吲c電子單 元自身的任務(wù)同時(shí)，或者在特殊的測試階段，執(zhí)行電子單元的測試。 在一個(gè)實(shí)施例中，電子單元是過程及自動化技術(shù)測量儀表的一個(gè)組成 部分。于是，在這個(gè)實(shí)施例中，電子單元的功能是執(zhí)行測量。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例，將應(yīng)答信號與期望值比較。對 于電路或者特定的組，為此提供期望值，其可能具有一定的公差范圍。 如果測量值偏離這個(gè)期望值，那么例如以警報(bào)的形式將其顯示；或者 根據(jù)偏離的程度，提供關(guān)于未來發(fā)展的聲明，即，例如產(chǎn)生用戶可調(diào)節(jié)的警告。
在本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，從應(yīng)答信號與期望值的比較， 得到關(guān)于組的器件的未來性能的預(yù)測，其中應(yīng)答信號是從所述組接收 的。于是在這個(gè)實(shí)施例中，測量值用于預(yù)測特定組的器件的期望的發(fā) 展。在一個(gè)實(shí)施例中，測試方法在至少兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)執(zhí)行，并且測量或 接收的應(yīng)答信號被存儲在存儲器中，作為歷史數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)的時(shí)間分 布，計(jì)算何時(shí)需要替換組或者何時(shí)需要細(xì)査電子單元或測量儀表。為 此，存儲相應(yīng)的算法和數(shù)據(jù)。于是，從在前一測試階段測量的應(yīng)答信 號得到期望值。
在本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，通過將應(yīng)答信號與期望值比較， 預(yù)測組的器件的期望壽命，其中從所述組接收應(yīng)答信號。
在一個(gè)實(shí)施例中，測量在組上的電壓降，并且分析測量的電壓降。 于是在這個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)答信號是電壓降。對于這個(gè)特定的應(yīng)答信號， 也相應(yīng)地進(jìn)行前述分析步驟。這里，電壓降或者是直接測量的，或者 是由可能存在的電流而合適轉(zhuǎn)換的。測量電壓降是具有優(yōu)點(diǎn)的，因?yàn)?這樣例如可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以能夠由微處理器分析測量數(shù)據(jù)。
下面的實(shí)施例關(guān)注器件的分組類型。
在本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，組是根據(jù)器件的故障率而形成 的。對于大量器件(電阻、電容、運(yùn)算放大器、處理器等)，存在關(guān) 于使用壽命的數(shù)據(jù)。也就是，從電子單元的電路出發(fā)，結(jié)合例如在數(shù)
據(jù)庫(例如Siemens、British Telecom、Military Handbook MIL-HDBK-217
的數(shù)據(jù)庫)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以識別具有較高故障率的器件。然后根 據(jù)這些器件形成組。
在本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，組是根據(jù)電子單元中的器件的功能形成的。于是，能夠區(qū)分例如預(yù)放大、信號濾波、相移、用于總 線通信的信號轉(zhuǎn)換等區(qū)域。這些功能單元中的每一個(gè)都形成其自己的 組?；蛘叻催^來，各個(gè)組的器件在以下方面不同它們在電子單元內(nèi) 的功能任務(wù)、它們的使用壽命、或者它們對于作為組對于詢問信號的 反應(yīng)的應(yīng)答信號的影響。特別地，可以根據(jù)電路圖實(shí)現(xiàn)功能分組。這 里，依賴于本發(fā)明的測試方法是用于制造還是提前維護(hù)，分組可以相 同或者不同。在制造的情況中，分組例如在可以在錯誤安裝位置的器 件(例如，二極管)上進(jìn)行。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，至少測量電壓降是利用至少一個(gè)模數(shù) 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器并不用于電子單元的功能。在一個(gè)實(shí)施 例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是設(shè)置在電子單元中的微處理器的組成部分。如果 電子單元例如是測量儀表的組成部分，那么其功能是執(zhí)行測量。
在本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，修改和/或擴(kuò)展組，使得組的至 少一個(gè)器件的改變導(dǎo)致可以從組接收的應(yīng)答信號改變。于是，這個(gè)實(shí) 施例中，通過包括為此目的而提供的附加器件而改變或擴(kuò)展組，從而 例如器件的老化也導(dǎo)致應(yīng)答信號的改變。也就是， 一個(gè)或多個(gè)器件的 改變被轉(zhuǎn)化為應(yīng)答信號的可測量范圍。特別地，這個(gè)實(shí)施例涉及測量 作為應(yīng)答信號的電壓降。
本發(fā)明進(jìn)一步通過一種用于確定和/或監(jiān)控至少一個(gè)過程變量的 裝置實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。該裝置包括至少一個(gè)傳感器元件和至少一個(gè)電子 單元，其中電子單元包括至少多個(gè)電子器件，其中提供至少一個(gè)控制 單元，其向至少一部分器件的至少一個(gè)組施加詢問信號，從該組接收 應(yīng)答信號，并關(guān)于組的器件的改變來分析該應(yīng)答信號。于是，在本發(fā) 明的測量儀表中，由電子單元的一部分器件形成組。優(yōu)選地，形成至 少兩個(gè)組并且每一組具有至少兩個(gè)器件。組例如由特別易于老化的器 件、特別重要的器件或者盡可能多的器件形成。用于獲得這些組的各 種變型在上面對于本發(fā)明的方法的說明中已經(jīng)得到描述并且可同樣應(yīng)用于本發(fā)明的測量儀表。在施加詢問信號之后，從器件的組測量應(yīng)答 信號，且例如通過將測量值與存儲的數(shù)據(jù)比較而關(guān)于組的器件的老化 現(xiàn)象或其他變化而分析應(yīng)答信號。在一個(gè)實(shí)施例中，電子單元向傳感 器元件施加激勵信號，從傳感器元件接收測量信號，并處理測量信號， 例如關(guān)于過程變量分析測量信號。在一個(gè)實(shí)施例中，控制單元是微處 理器，其關(guān)于組的器件的改變，分析至少一部分器件的至少一個(gè)組上 的電壓降。于是，應(yīng)答信號在這里是電壓降。
在本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例中，提供至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其 沒有測量任務(wù)，控制單元通過該模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收應(yīng)答信號。如果控制 單元是微處理器，那么在一個(gè)實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是微處理器的組 成部分。在這個(gè)實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器特別為測試方法而提供。在另 一實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器還用于實(shí)際測量過程變量。


現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明，附圖中 圖1是本發(fā)明的裝置的示意圖；和
圖2是在過程工廠中使用本發(fā)明的測量儀表的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性顯示了電容式測量儀表。這里，傳感器元件1是棒， 電子單元2向其施加交流電壓作為激勵信號。傳感器元件1和第二探 頭(未顯示)或容器的壁(未顯示)形成電容器，例如料位待測的介 質(zhì)作為電介質(zhì)，電容器的電容是介質(zhì)的料位的量度。
在電子單元2中的是多個(gè)器件，它們的性能(例如在制造的情況
中)或者性能隨時(shí)間的改變是要被測試的。根據(jù)本發(fā)明，器件被結(jié)合
為各個(gè)組5。這里，組5涉及在位置上毗鄰的器件，或者彼此遠(yuǎn)離的例 如安裝在一張卡或一塊電路板上的器件，它們?yōu)榱诵纬山M以及為了測 試階段而合適地彼此電連接。這里，組例如包括預(yù)定的測試點(diǎn)，它們
8對于多個(gè)器件的變化敏感，或者對于特別是易于老化的器件(其平均 期望故障時(shí)間點(diǎn)例如小于規(guī)定的維護(hù)間隔)敏感，或者對于在電子單 元內(nèi)的功能單元或者器件的組合敏感，所述器件組合中的器件這樣相 互作用，使得一個(gè)器件的性能改變導(dǎo)致該組5上的電壓降(這里例如 是應(yīng)答信號)的變化。 一種選擇是利用附加的器件輔助補(bǔ)充組，這些 附加的器件特別地用于測試并且根據(jù)電壓降而識別器件的改變。還顯 示了兩個(gè)開關(guān)或隔離元件7，它們?yōu)榱藴y試而將各個(gè)器件組5彼此隔離， 從而器件被彼此獨(dú)立且與測量操作所需的連接相解耦地得到測試。也 就是，在正常測量操作中，這些隔離元件或開關(guān)7閉合。另外，在另
一實(shí)施例中，開關(guān)存在于組5之內(nèi)，并且為了測試而閉合。
特別易于老化的器件例如是電解電容器、光耦、功率晶體管或 半導(dǎo)體傳感器。在這些組5上，測量電壓降，微處理器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換 器4處理該電壓降。在另一實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器4與多路復(fù)用器相
連，從而可以將各個(gè)組的電壓信號輸送給轉(zhuǎn)換器。為此，還將特定的
測試信號施加于組5，以能夠執(zhí)行特定的測量。然后，在微處理器6(在 這個(gè)例子中，它是控制單元3)中，例如通過與期望值或已經(jīng)存儲的前 一測試測量的電壓降比較，而合適地分析各個(gè)組5上的電壓降。如果 例如存在大于可預(yù)定的公差范圍的偏差，那么例如輸出警告或報(bào)警。 同時(shí)，在已知器件組5的性能的情況中，從測量結(jié)果出發(fā)，可以確定 何時(shí)比較可能在組的器件之內(nèi)會出現(xiàn)故障。于是，維護(hù)間隔也可以適 應(yīng)具體情況并且被最優(yōu)地指定。這里，表達(dá)的內(nèi)容總是僅僅與整個(gè)組5 相關(guān)。
這里，在測量儀表中實(shí)際應(yīng)用的方法包括以下步驟從電子單元 的器件開始，將其結(jié)合為組。形成組的例子是將一起用于電子單元 內(nèi)部的共同功能的器件分為一組；將由于性能或由于環(huán)境或過程條件 而可能在電子單元的操作時(shí)間之內(nèi)存在故障的器件分為一組；將盡可 能多的器件分為一組，使得任一器件的改變都影響應(yīng)答信號。每一組 都為了測試而被施加詢問信號，并且應(yīng)答信號得到測量。這里，例如涉及在各個(gè)組上的電壓降。優(yōu)選地利用沒有電子單元實(shí)際功能的器件 也就是在電子單元是測量儀表組成部分的情況中不用于測量的器件， 實(shí)現(xiàn)電壓測量或者應(yīng)答信號的測量或者詢問信號的施加。然后，例如 利用微處理器合適地分析測量的應(yīng)答信號或電壓降。
圖2顯示了在怎樣的系統(tǒng)環(huán)境中可以使用本發(fā)明的方法，或者哪 些控制單元3可以與本發(fā)明的測量儀表通信。正如這里顯示的，測量
儀表固定至容器，并且電子單元2位于過程之外。電子單元2與顯示 及操作模塊直接相連，或者通過數(shù)據(jù)總線(例如，HART、 Fieldbus-Foundation)與適配于現(xiàn)場總線的操作設(shè)備相連，或者通過通 信單元與作為控制設(shè)備一部分的膝上型電腦相連。通過控制單元3的
這些例子，執(zhí)行各個(gè)組的測試，并且例如相應(yīng)地建立維護(hù)間隔。于是， 一種選擇是，控制單元3是測量儀表的一部分，并且在線執(zhí)行測試， 或者提供上位單元，其為了測試而連接并且例如直接作用于測量儀表， 或者該上位單元將合適的軟件載入儀表，以能夠在那里執(zhí)行測試。附圖標(biāo)記
1 傳感器元件
2 電子單元
3 控制單元
4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器
5 器件組
6 微處理器
7 隔離元件
權(quán)利要求
1.一種用于測試電子單元(2)的方法，該電子單元特別是用于確定和/或監(jiān)控過程變量的裝置的電子單元(2)，其中電子單元(2)具有多個(gè)電子器件，其特征在于，至少一部分所述電子器件結(jié)合為至少一個(gè)組(5)，向所述組(5)施加詢問信號，接收所述組(5)的應(yīng)答信號，并且分析所述應(yīng)答信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，將應(yīng)答信號與期望值比較。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，從應(yīng)答信號與期望值的比 較，得到關(guān)于組(5)的器件的未來性能的預(yù)測，其中應(yīng)答信號是從所 述組接收的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，從應(yīng)答信號與期望值的比 較，預(yù)測組(5)的器件的期望壽命，其中應(yīng)答信號是從所述組接收的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4之一所述的方法，其中，測量在組(5)上 的電壓降，并且分析測量的電壓降。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5之一所述的方法，其中，組是根據(jù)器件的故 障率而形成的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 5之一所述的方法，其中，組是根據(jù)電子單元 中的器件的功能形成的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 7之一所述的方法，其中，至少電壓降的測量是利用至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器并不用于電子單元 的功能。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1~8之一所述的方法，其中，修改和/或擴(kuò)展組(5)，使得組(5)的至少一個(gè)器件的改變導(dǎo)致能夠從組(5)接收的應(yīng)答信號改變。
10. —種用于確定和/或監(jiān)控至少一個(gè)過程變量的裝置，包括 至少一個(gè)傳感器元件(1)，和
11. 至少一個(gè)電子單元(2)， 其中電子單元(2)包含多個(gè)電子器件，其特征在于，提供至少一個(gè)控制單元(3)，該控制單元(3)向至少一部分所 述器件的至少一個(gè)組(5)施加詢問信號，該控制單元(3)從所述組 (5)接收應(yīng)答信號，并且該控制單元(3)關(guān)于所述組的器件的改變 來分析所述應(yīng)答信號。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的裝置，其中，提供至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換 器(4)，其沒有測量任務(wù)并且控制單元(3)通過該模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收應(yīng)答信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測試電子單元(2)的方法，該電子單元特別是用于確定和/或監(jiān)控過程變量的裝置的電子單元(2)，其中電子單元(2)具有多個(gè)電子器件。在本發(fā)明中，至少一部分電子器件結(jié)合為至少一個(gè)組(5)，向該組(5)施加詢問信號，接收該組(5)的應(yīng)答信號，并且分析應(yīng)答信號。另外，本發(fā)明還涉及一種用于確定和/或監(jiān)控過程變量的裝置。
文檔編號G01R31/02GK101632026SQ200780037453
公開日2010年1月20日 申請日期2007年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月4日
發(fā)明者烏多·格里特克, 哈拉爾德·朔伊布勒, 迪特馬爾·弗呂奧夫, 阿克塞爾·洪佩特 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司