ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР Российский патент 2010 года по МПК H05K10/00 F16D66/00 

Изобретение относится к электронному прибору с электронной схемой, расположенной в электронной камере и содержащей электронные и/или электромеханические компоненты.

В технике измерения и регулирования сегодня используется множество электронных приборов. В частности, для контроля, управления и/или автоматизации комплексных процессов используются измерительные приборы, например для измерения давления, температуры, расхода и/или уровня. Эти электронные приборы содержат, как правило, одну или несколько расположенных в электронной камере электронных схем, которые, в свою очередь, содержат множество различных электронных и/или электромеханических компонентов.

В промышленном применении эти электронные приборы часто подвержены воздействию очень грубых окружающих условий. Поэтому возникает, например, опасность того, что агрессивные среды, в частности кислоты или растворители, смогут проникнуть в электронную камеру и повредить или даже разрушить важные электронные и/или электромеханические компоненты. Другими возможными причинами износа являются удары, вибрация, экстремальные температуры или, например, ионизирующее излучение.

Электронные схемы расположены, как правило, в прочно закрытых корпусах и защищены заливочными массами, так что они вполне недоступны извне. Соответственно износ электронных и/или электромеханических компонентов, вызываемый, например, проникновением агрессивных сред в электронную камеру, может быть обнаружен извне только тогда, когда возникает ошибочная функция или происходит полный выход электронной схемы из строя. С этим связан высокий риск нарушения безопасности, которого, как правило, можно избежать только за счет регулярных предупреждений и/или своевременной замены электронных приборов.

Задачей изобретения является создание электронного прибора, который самостоятельно обнаруживал бы и/или контролировал износ своих электронных и/или электромеханических компонентов.

Для решения этой задачи предлагается электронный прибор с электронной схемой, расположенной в электронной камере и содержащей электронные и/или электромеханические компоненты, и с устройством для обнаружения и/или контроля износа электронных и/или электромеханических компонентов, содержащим, по меньшей мере, одну расположенную в электронной камере, независимую от электронной схемы деталь, обладающую, по меньшей мере, одним физическим свойством, необратимо изменяющимся в зависимости от износа детали, схему для измерения этого физического свойства и блок обработки, который с помощью измеренного физического свойства обнаруживает и/или контролирует износ детали и вырабатывает зависимый от износа выходной сигнал.

В одном предпочтительном варианте деталь расположена в открытом месте.

В одной модификации деталь включает в себя пластиковый блок, который, по меньшей мере, частично окружен покрытием из неблагородного металла.

В первом варианте деталью является дискретно выполненный конденсатор, а свойством - емкость конденсатора.

Во втором варианте деталью является резистор.

Преимущество изобретения состоит в том, что устройство вырабатывает зависимый от износа выходной сигнал. Таким образом, потребитель может извне обнаружить наличие или отсутствие износа. За счет этого потребитель может оптимизировать интервалы обслуживания и/или замены. Следовательно, можно избежать ненужного обслуживания и/или замены приборов без нарушения безопасности.

Изобретение и другие его преимущества более подробно поясняются с помощью чертежей, на которых изображены два примера его осуществления. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. На чертежах представляют:

- фиг.1: электронный прибор частично в разрезе;

- фиг.2: печатную плату с электронной схемой и устройством для определения и/или контроля износа компонентов электронной схемы;

- фиг.3: расположенный на печатной плате резистор;

- фиг.4: расположенный на печатной плате конденсатор.

На фиг.1 частично в разрезе изображен электронный прибор 1. В данном примере он является измерительным прибором, например датчиком, измерительным преобразователем или трансмиттером, который на монтажном патрубке 3 установлен в месте измерения, например на резервуаре. Такие приборы используются очень часто в технике измерения и регулирования, например для измерения давлений, температур или уровней. Однако изобретение может применяться также в сочетании с другими видами электронных приборов, содержащих расположенную в электронной камере электронную схему.

Прибор 1 содержит корпус 5, в котором находится электронная камера с расположенной в ней электронной схемой 9.

Электронная схема 9 включает в себя множество электронных и/или электромеханических компонентов 11, которые, например, как показано на фиг.2, расположены на печатной плате 13. Примерами электронных компонентов являются пассивные элементы, такие как резисторы, конденсаторы, колебательные кварцы и т.п., а также активные элементы, такие как транзисторы, микроконтроллеры, модули памяти, ЖК-индикаторы и т.п. Примерами электромеханических компонентов являются штепсельные разъемы, соединительные кабели, реле, выключатели и т.п.

Согласно изобретению электронный прибор 1 включает в себя устройство 15 для определения и/или контроля износа электронных и/или электромеханических компонентов 11. Их износ может быть вызван, например, проникновением в электронную камеру 7 агрессивных сред, например кислот или растворителей. Эти среды разъедают электронные и/или электромеханические компоненты 11. Это приводит к их износу и может привести к нарушению работоспособности компонентов 11. Другой возможной причиной износа являются, например, высокие температуры, которые могут привести к преждевременному старению компонентов 11, быстрые колебания температуры, которые могут привести к падениям напряжения, или ионизирующие лучи, которые придают хрупкость пластикам или могут повредить полупроводниковые элементы, а также вибрация и удар, которые могут привести к разрушениям из-за усталости материала. Устройство 15 служит для обнаружения и/или контроля вызванного этим износа без необходимости открывания для этого электронного прибора 1.

Устройство 15 включает в себя, по меньшей мере, одну расположенную в электронной камере 7 деталь 17. Она расположена, например, в открытом месте в электронной камере 7, так что возможные проникающие в нее агрессивные среды или температура окружающей среды, ионизирующие лучи, механические нагрузки и т.п. воздействуют непосредственно на деталь 17. В качестве открытых мест подходят, например, места в корпусе 5, не защищенные другими защитными мерами, например крышками или заливочными массами. Также подходят места, где опасность проникновения сред особенно велика, например вблизи вводов через корпус 5 или в зоне уплотнений, например между примыкающими друг к другу частями корпуса 5. Деталь 17 обладает, по меньшей мере, одним физическим свойством, которое необратимо изменяется в зависимости от ее износа. В качестве деталей 17 подходят, например, дискретно выполненные резисторы или конденсаторы. Для этой цели могут использоваться, например, стандартные детали. При этом физические свойства зависят от выбора детали 17. В качестве примеров здесь следует привести зависимое от износа значение сопротивления резистора или зависимую от износа емкость конденсатора.

В сочетании с изобретением могут использоваться и другие виды деталей с другими зависимыми от износа электрическими, термическими, химическими, оптическими или механическими свойствами, например сопротивление теплоотдаче покрытой детали окружающему пространству, когда покрытие отделяется, оптическая поглощающая способность вещества, изменяющаяся в результате химической реакции, или модуль упругости электромеханического вибратора, который теряет ее из-за ионизирующего излучения.

Таким образом, можно не только проверить износ деталей в результате длительного воздействия вредных условий, но и износ за счет возникновения кратковременных экстремальных состояний, если, например, в детали 17 обрыв вывода вследствие механической или термической избыточной нагрузки привлечь для обнаружения и/или контроля износа электронного прибора 1.

Поскольку в изобретении используется необратимое изменение физического свойства детали 17, которое изменяется независимо от рабочего состояния электронного прибора 1, обнаруживаются не только износы, возникающие во время работы, но и износы, возникшие при транспортировке, хранении или простое.

На фиг.3 изображен первый предпочтительный пример детали 17а. Она включает в себя резистор, содержащий пластиковый блок 19, например, из полиэтилена или полистирола. Преимущественно применяется очень простой пластик, нестойкий к действию растворителя. Блок 19, по меньшей мере, частично окружен покрытием 21 из неблагородного металла, например алюминия. В качестве физического свойства этой детали 17а служит ее сопротивление R. Оно снимается, например, через два вывода 23, расположенных с обеих сторон на концах покрытия 21.

Особое преимущество этой детали 17а состоит в том, что сопротивление R изменяется как в зависимости от износа пластикового блока 19, так и в зависимости от износа металлического покрытия 21. Таким образом, с помощью единственной детали 17а можно обнаружить и/или контролировать износ за счет проникновения как растворителей, разъедающих пластик, так и кислот, разъедающих металл.

На фиг.4 изображен второй предпочтительный пример детали 17b. Она включает в себя дискретно выполненный конденсатор. В этом примере изображен плоский конденсатор с двумя противоположными друг другу металлическими конденсаторными пластинами 25 и расположенным между ними диэлектриком 27. Разумеется, возможны также другие выполнения. В качестве физического свойства детали 17b служит ее емкость С, которая снимается, например, через два вывода 29, присоединенных к соответствующим пластинам 25.

Также эта деталь 17b имеет то особое преимущество, что ее физическое свойство, здесь ее емкость С, изменяется в зависимости от износа как диэлектрика 27, так и металлических конденсаторных пластин 25. Таким образом, с помощью единственной детали 17b можно обнаружить и/или контролировать износ за счет проникновения как растворителей, разъедающих диэлектрик, так и кислот, разъедающих металл.

Помимо названного износа растворителями и кислотами можно за счет соответствующих деталей 17 обнаружить и/или контролировать также другие формы износа. Так, например, для обнаружения и/или контроля износа в результате проникновения ионизирующего излучения можно использовать в качестве детали 17 полупроводник, проводимость которого изменяется в результате воздействующего на него ионизирующего излучения, или полевой транзистор, у которого изменяется сопротивление изоляции между затвором и истоком.

Износ в результате старения можно обнаружить и/или контролировать, например, за счет использования конденсатора с электролитом, который со временем высыхает. Обусловленное этим изменение емкости этого конденсатора является мерой срока службы электронных компонентов 11.

В применениях, в которых существует много различных причин износа, могут использоваться, конечно, несколько устройств 15, или разные детали 17 могут комбинироваться между собой за счет их включения параллельно или последовательно и за счет привлечения одного или нескольких физических свойств выполненной из деталей 17 схемы.

Устройство 15 для обнаружения и/или контроля износа включает в себя схему 31 для измерения физического свойства соответствующей детали 17. В сочетании с изображенной на фиг.3 деталью 17а - это подключенная к выводам 23 схема измерения сопротивления. В сочетании с изображенной на фиг.4 деталью 17b - это подключенная к выводам 29 схема измерения емкости. Такие схемы достаточно известны и поэтому здесь подробно не поясняются.

Кроме того, устройство 15 включает в себя блок 33 обработки, который с помощью измеренного физического свойства обнаруживает и/или контролирует износ детали и вырабатывает зависимый от износа выходной сигнал S.

Выходной сигнал S может подаваться непосредственно на дисплей 35 или в вышестоящий блок 37, например диспетчерский пункт. Таким образом, выходной сигнал S доступен для эксплуатационника извне без необходимости открывания электрического прибора 1. За счет этого очень простым и недорогим образом можно оптимизировать интервалы обслуживания без возникновения из-за этого нарушений безопасности.

Для обнаружения износа достаточно, если блок 33 обработки содержит простой компаратор 39, который сравнивает измеренное физическое свойство с заданным эталонным значением. Последнее определяется с помощью исходного значения физического свойства, которое деталь 17 имеет перед использованием. Если, например, измеренное сопротивление R детали 17а на фиг.3 ниже заданного эталонного значения, то износа нет. Если же оно превышает эталонное значение, то это означает износ. Это относится аналогичным образом к примеру на фиг.4. Если измеренная емкость детали 17b на фиг.4 выше заданного эталонного значения, то износа нет. Если же она падает ниже эталонного значения, то это означает износ. Выходной сигнал компаратора 39 может использоваться непосредственно в качестве выходного сигнала S.

Если, кроме того, желателен контроль износа, то блок 33 обработки содержит преимущественно блок 41 обработки сигналов, например микроконтроллер, который определяет временную характеристику измеренного физического свойства. Этот вариант изображен на фиг.2 штриховой линией. Здесь, например, измеренные физические свойства записываются вместе с моментом, в который они измерялись, в течение отрезка времени. Также здесь преимущественно используется эталонное значение, уже описанное в связи с обнаружением износа. Преимущественно с помощью временной характеристики измеренных физических свойств, например, посредством экстраполяции вычисляется, когда следует считаться с повышением или понижением эталонного значения. В качестве выходного сигнала S используется, например, сигнал, который отражает оставшееся время до ожидаемого износа. Этот выходной сигнал S доступен извне и позволяет эксплуатационнику планировать на длительный срок интервалы обслуживания или, при необходимости, замену прибора 1.

Преимущество изобретения состоит в том, что прибор 1 самопроизвольно обнаруживает наличие износа. Таким образом, можно оптимизировать обслуживание и/или замену приборов 1. Ненужные обслуживание и замена отпадают.

Перечень ссылочных позиций

1 - электронный прибор

3 - монтажный патрубок

5 - корпус

7 - электронная камера

9 - электронная схема

11 - электронные и/или электромеханические компоненты

13 - печатная плата

15 - устройство

17 - деталь

17а, 17b - деталь

19 - пластиковый блок

21 - покрытие

23 - выводы

25 - конденсаторные пластины

27 - диэлектрик

29 - выводы

31 - схема для измерения физического свойства

33 - блок обработки

35 - дисплей

37 - вышестоящий блок

39 - компаратор

41 - блок обработки сигналов

Описан электронный прибор (1) с электронной схемой (9), расположенной в электронной камере (7) и содержащей электронные и/или электромеханические компоненты (11), который самопроизвольно обнаруживает и/или контролирует износ своих электронных и/или электромеханических компонентов (11), с устройством (15) для обнаружения и/или контроля износа электронных и/или электромеханических компонентов (11), содержащим, по меньшей мере, одну расположенную в электронной камере (7), независимую от электронной схемы (9) деталь (17, 17а, 17b), обладающую, по меньшей мере, одним физическим свойством, необратимо изменяющимся в зависимости от износа детали (17, 17а, 17b), а также схему (31) для измерения этого физического свойства и блок (33) обработки, который с помощью измеренного физического свойства обнаруживает и/или контролирует износ детали (17, 17а, 17b) и вырабатывает зависимый от износа выходной сигнал (S). Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасности работы электронных приборов за счет регулярных предупреждений о выходе схемы из строя и/или своевременной замены электронного прибора. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электронный прибор (1) с электронной схемой (9), расположенной в электронной камере (7) и содержащей электронные и/или электромеханические компоненты (11), а также с устройством (15) для обнаружения и/или контроля износа электронных и/или электромеханических компонентов (11), содержащим, по меньшей мере, одну расположенную в электронной камере (7), независимую от электронной схемы (9) деталь (17, 17а, 17b), обладающую, по меньшей мере, одним физическим свойством, необратимо изменяющимся в зависимости от износа детали (17, 17а, 17b), схему (31) для измерения этого физического свойства и блок (33) обработки, выполненный с возможностью обнаружения и/или контроля износа детали (17, 17а, 17b) с помощью измеренного физического свойства и вырабатывания зависимого от износа выходного сигнала (S).

2. Прибор по п.1, у которого деталь (17, 17а, 17b) расположена в открытом месте.

3. Прибор по п.1, у которого деталь (17а) включает в себя пластиковый блок (19), по меньшей мере, частично окруженный покрытием (21) из неблагородного металла.

4. Прибор по п.1, у которого деталью (17b) является дискретно выполненный конденсатор, а свойством - емкость конденсатора.

5. Прибор по п.1, у которого деталью(17а) является резистор.