專(zhuān)利名稱(chēng)：包含電阻性器件的過(guò)程控制裝置診斷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于過(guò)程控制工業(yè)中的裝置；更具體地說(shuō)，涉及一種用于過(guò)程控制裝置的診斷，其中該種診斷為電阻的函數(shù)。
過(guò)程控制裝置用于監(jiān)測(cè)過(guò)程參數(shù)和控制工業(yè)過(guò)程。例如，可使用一個(gè)過(guò)程控制變送器來(lái)監(jiān)測(cè)溫度并將這一信息反饋傳送至控制室。然后，使用閥門(mén)控制器等過(guò)程控制器對(duì)過(guò)程進(jìn)行控制。
由于傳感器控制器件或其它器件會(huì)受到環(huán)境因素的影響，從而使系統(tǒng)精度減低。這種性能降低可通過(guò)定期校準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)償。采用這種辦法一般要求操作人員身入現(xiàn)場(chǎng)并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。對(duì)操作人員而言，這樣做既不方便又要浪費(fèi)許多時(shí)間。此外，也難以在裝置完全失效前準(zhǔn)確確定其所處狀態(tài)。
同時(shí)，需要對(duì)老化的器件或裝置進(jìn)行及時(shí)更換；但卻難以準(zhǔn)確確定何時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行這種更換。因此，往往遠(yuǎn)在器件失效前就對(duì)其進(jìn)行了更換，或者在某些情況下沒(méi)能及時(shí)更換器件而造成系統(tǒng)的意外停機(jī)。
本發(fā)明提供了一種包括電阻性電氣器件的用于過(guò)程控制系統(tǒng)中的裝置。同所述電器件相連接的自熱電路可提供與所述電阻性器件相關(guān)的自熱信號(hào)。診斷電路可提供一個(gè)反映自熱信息的輸出信號(hào)，例如對(duì)器件剩余壽命進(jìn)行估測(cè)或用于校準(zhǔn)的輸出信號(hào)。


圖1為包含本發(fā)明變送器的過(guò)程控制系統(tǒng)示意圖。
圖2為按本發(fā)明的變送器框圖。
圖3為按本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的變送器簡(jiǎn)化框圖。
圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖。
圖5為按本發(fā)明的過(guò)程控制裝置的簡(jiǎn)化框圖。
圖6為按本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的科里奧利互補(bǔ)流量計(jì)的簡(jiǎn)化示意圖。
圖1為包含安裝于現(xiàn)場(chǎng)的溫度變送器40和閥門(mén)控制器12的過(guò)程控制系統(tǒng)示意圖，所述溫度變送器40和閥門(mén)控制器12在電氣上分別通過(guò)兩條導(dǎo)線同控制室4相連，構(gòu)成過(guò)程控制回路6和14。變送器40安裝在歧管上并通過(guò)歧管與管道相連，用于監(jiān)測(cè)工藝過(guò)程管道18中的過(guò)程參數(shù)。本發(fā)明可應(yīng)用于過(guò)程控制裝置中的任何電氣器件。包含電阻性器件的過(guò)程變量傳感器包括用于檢測(cè)壓力、流量、PH值、渾濁度和料位等參數(shù)的傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，變送器40為一溫度變送器，通過(guò)控制回路6中的電流并經(jīng)回路6將有關(guān)溫度的信息傳送到控制室。例如，可將回路6中的電流控制在4-20mA之間并經(jīng)適當(dāng)校準(zhǔn)，從而反映溫度值。此外，按本發(fā)明的變送器也能以HART或現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字通信協(xié)議的形式通過(guò)回路6向控制室4傳送數(shù)字化的溫度信息。變送器40中包括可對(duì)傳感器工作狀況進(jìn)行診斷的電路結(jié)構(gòu)，本文對(duì)此將做詳細(xì)描述。
本發(fā)明一方面是對(duì)自熱(SH)指數(shù)同RTD傳感器“α”系數(shù)之間的密切關(guān)系進(jìn)行識(shí)別，在某些情況下這兩個(gè)參數(shù)線形相關(guān)。正如所知，傳感器的“α”系數(shù)與傳感器的校準(zhǔn)有關(guān)，從而同傳感器的壽命相關(guān)。因此，如果檢測(cè)出SH指數(shù)，就可對(duì)傳感器的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。此外，對(duì)作為精確度降低(即SH指數(shù)的預(yù)選值與真實(shí)現(xiàn)值之間的差異)函數(shù)的傳感器輸出也可進(jìn)行適時(shí)校正。這樣，對(duì)變送器的輸出提供了自動(dòng)校正機(jī)制。
本發(fā)明的另一方面是提供了確定變送器中電阻性器件自熱(SH)指數(shù)的新方法。一般而言，自熱指數(shù)的確定是通過(guò)檢測(cè)器件因電流而產(chǎn)生的溫度變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然而，因?yàn)榇嬖陔娫吹南拗坪托枰M(jìn)行另外的溫度測(cè)量，在過(guò)程控制裝置中進(jìn)行上述檢測(cè)是不現(xiàn)實(shí)的。本發(fā)明將自熱指數(shù)同電氣器件在給定輸入電源變化下的阻值變化聯(lián)系起來(lái)，不再需要按溫度對(duì)電阻性器件進(jìn)行標(biāo)定，從而更適用于過(guò)程控制裝置。此外，這種方法不需要將器件從過(guò)程中分離出來(lái)，在無(wú)中斷工藝過(guò)程的不便和成本下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。過(guò)程控制裝置中的自熱指數(shù)可通過(guò)向電氣器件輸入兩個(gè)不同電流(例如5mA和15mA)而進(jìn)行計(jì)算。檢測(cè)電阻性器件兩端的電壓，通過(guò)方程R=V/I可計(jì)算出它在兩個(gè)不同電流下的阻值。器件在這兩個(gè)不同電流下的輸入功率可由P=I*V算出。按方程式1計(jì)算自熱指數(shù)SHI:
SHI=(R1-R2)/(P1-P2)方程式1本發(fā)明可應(yīng)用于諸多場(chǎng)合的過(guò)程控制系統(tǒng)。特別是以軟件和微處理器形式實(shí)施的本發(fā)明可安裝在中央控制器或閥門(mén)、馬達(dá)和開(kāi)關(guān)等最終控制器件中。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線、數(shù)據(jù)總線等現(xiàn)代化數(shù)字協(xié)議技術(shù)可使實(shí)施本發(fā)明的軟件在過(guò)程控制系統(tǒng)各部件之間進(jìn)行通信，也可由某一變送器來(lái)監(jiān)測(cè)過(guò)程變量然后將信號(hào)傳送給軟件。
圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖，溫度變送器40同RTD溫度傳感器10相連。溫度變送器40包括端口44、電流源45、多路轉(zhuǎn)換器46、差動(dòng)放大器48、高精度A/D轉(zhuǎn)換器50，微處理器52、時(shí)鐘電路54、存貯器56和輸入/輸出電路58。
端口44包括用于同其它器件連接的接線端子1-5，例如用于連接RTD溫度傳感器10。溫度傳感器10可外置也可內(nèi)置于變送器40之中。傳感器10包括RTD傳感器件61，其阻值R1隨環(huán)境溫度的變化而變化。端口引線部包括引線62、64、66、68等四個(gè)部分。引線62用于連接傳感器件61和端子4，引線64連接傳感器件61和端子3，引線66連接傳感器件61和端子2，引線68連接在傳感器件61和端子1之間。
電流源45同端口44相連，并通過(guò)接線端子4、傳感器件61、接線端子1、參照電阻Rref、偏置電阻R2和接地端子72供給測(cè)量電流Is。傳感器件61在端子2和3之間產(chǎn)生的電壓降是電阻R1的函數(shù)，進(jìn)而是傳感器件61感受溫度的函數(shù)。參照電阻Rref連接在接線端子1和偏置電阻R2之間。
多路轉(zhuǎn)換器46被分割成兩個(gè)部分，即輸出端同差動(dòng)放大器48未轉(zhuǎn)換輸入端相連的有源多路轉(zhuǎn)換器和輸出端同差動(dòng)放大器48轉(zhuǎn)換輸入端相連的參照多路轉(zhuǎn)換器。微處理器52控制多路轉(zhuǎn)換器46，對(duì)來(lái)自端子1-3的模擬信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換，并將其輸入到差動(dòng)放大器48的非轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換輸入端。差動(dòng)放大器48的輸出同A/D轉(zhuǎn)換器50相連。在一個(gè)實(shí)施例中，A/D轉(zhuǎn)換器50的精度為17比特，轉(zhuǎn)換速率為14采樣/秒。A/D轉(zhuǎn)換器50將差動(dòng)放大器48的輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將其通過(guò)輸入/輸出電路58和過(guò)程控制回路6傳送給微處理器52，以便進(jìn)行分析和通信。
在最佳實(shí)施例中，為按選定協(xié)議和以已知模式通過(guò)回路6進(jìn)行模擬的或雙向的數(shù)字通信，輸入/輸出電路58包括HART通信、現(xiàn)場(chǎng)總線通信和4-20mA模擬信號(hào)傳輸回路等部件。也可選用其它通信協(xié)議，例如采用由另外電源供電的四線結(jié)構(gòu)。回路6同時(shí)也用于通過(guò)輸入/輸出電路58向變送器40的各個(gè)部件進(jìn)行供電。變送器40最好全部由兩線回路6進(jìn)行供電。
存貯器56為微處理器52存貯指令和信息，其運(yùn)作速度取決于時(shí)鐘電路60。時(shí)鐘電路60包括一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和一個(gè)精密的高速時(shí)鐘，它也用于規(guī)定A/D轉(zhuǎn)換器的操作時(shí)序。微處理器52可發(fā)揮幾種功能，包括控制多路轉(zhuǎn)換器46和A/D轉(zhuǎn)換器50，控制通過(guò)回路6進(jìn)行的通信，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，存貯變送器結(jié)構(gòu)參數(shù)和進(jìn)行傳感器診斷等。
微處理器52應(yīng)用以下方程式來(lái)計(jì)算RTD傳感器件61的溫度R1=Rrefnom*Vrl/Vrref方程式2式中R1為RTD傳感器件61的電阻值；Vrl為RTD傳感器件61兩端的壓降；Vrref為參照電阻Rref上的電壓降；Rrefnom為參照電阻Rref的標(biāo)稱(chēng)阻值，以歐姆為單位，存貯在存貯器56中。
微處理器52通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器46檢測(cè)連接在接線端子2和3之間的傳感器件61兩端壓降Vrl和參照電阻Rref上的電壓降Vrref。在如圖2所示的四線電阻測(cè)量結(jié)構(gòu)中，接線端子2和3之間的壓降只能大致估計(jì)，因?yàn)殡娏鱅s的絕大部分在端子1和4之間流動(dòng)，幾乎對(duì)測(cè)量精度沒(méi)有影響。利用存貯在存貯器30中的適當(dāng)方程式進(jìn)行計(jì)算或通過(guò)查表，微處理器52將檢測(cè)到的電阻值R1轉(zhuǎn)換成溫度。例如，可以使用的一個(gè)方程式是Callender-Van Dusen方程R(t)=R0{1+α(t-δ(t100)(t100-1)-β(t100-1)(t100)3)}]]>方程式3式中R(t)為溫度t時(shí)的電阻值，以歐姆為單位；Ro溫度為0度時(shí)的電阻值，以歐姆為單位；T為攝式溫度；α,β,δ校正系數(shù)；在溫度高于0度時(shí)，β=0。
然而對(duì)于具體的RTD溫度傳感器而言，必須對(duì)存貯的方程2和備查表進(jìn)行適當(dāng)校正。而且由于傳感器α的漂移，這種校正也會(huì)隨時(shí)間而發(fā)生變化。為準(zhǔn)確確定α,Ro和δ的值，對(duì)RTD的校正要求使用精密的溫度計(jì)以獲取精確的溫度值。在1985年2月Rosemount出版發(fā)行的PRT手冊(cè)中，對(duì)方程3和變送器校正有較為詳細(xì)的討論，在此提及以便參考。
當(dāng)微處理器52驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)138將電流源140同傳感器61連接起來(lái)時(shí)，開(kāi)始對(duì)SH指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。方程式1中的P1和R1通過(guò)電流源140到傳感器61的電流Ish進(jìn)行計(jì)算。微處理器52據(jù)電源45的電流Is計(jì)算P2和R2。然后應(yīng)用方程式1來(lái)計(jì)算SH指數(shù)。如果變送器40完全由回路6進(jìn)行供電，電流Ish和Is受限于回路6中的電流I，小于變送器40中任何電路所需要的驅(qū)動(dòng)電流。
微處理器52應(yīng)用SH指數(shù)對(duì)變送器40的工作情況進(jìn)行診斷。以下將對(duì)變送器40診斷電路的一些實(shí)施例進(jìn)行描述。所述診斷包括確定傳感器是否處于正常狀態(tài)，估計(jì)傳感器的剩余壽命-即判斷傳感器是否已臨近失效期，以及實(shí)施溫度測(cè)量的自動(dòng)校正。
另一方面，本發(fā)明利用SH指數(shù)對(duì)溫度測(cè)量進(jìn)行校正，以減少因α和Ro的漂移而引起的誤差。隨著RTD傳感器的老化，傳感器的α和Ro(方程式2中)數(shù)值會(huì)發(fā)生變化，從而引起溫度測(cè)量結(jié)果的不精確。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在SH指數(shù)和因α和Ro漂移而引起的溫度測(cè)量誤差之間存在大致為線性的相互關(guān)系。因此可應(yīng)用下式對(duì)測(cè)量的溫度進(jìn)行校正
Tc=Tm*ΔSHI*K方程式4式中Tm為測(cè)量的溫度；K為比例系數(shù)；ΔSHI為自熱指數(shù)的變化量；Tc為自動(dòng)校正后的溫度。
圖3框圖150表明本發(fā)明將溫度輸出作為SH指數(shù)的函數(shù)并進(jìn)行自動(dòng)校正的工作流程。在典型的實(shí)施例中，框圖150所示流程可用圖2中所示的微處理器52進(jìn)行實(shí)施。如程序塊152所示，首先要獲取自熱指數(shù)的初始值(SHI1)，例如可由存貯器56讀取該值。這一參數(shù)值可以在生產(chǎn)制造過(guò)程中存放在存貯器中，也可能是由微處理器52在以前的工作中生成，還可能是在變送器40投入使用時(shí)或在使用過(guò)程中的選定時(shí)間所確定和存貯起來(lái)的。在程序塊154中，SH指數(shù)的實(shí)時(shí)值(SHI2)由微處理器52確定。如果變化率m大于或等于允許的最大變化率(Mmax)，則判定程序塊158輸出報(bào)警信號(hào)。一般由程序塊156對(duì)SHI2和SHI2進(jìn)行比較并計(jì)算其差異的大小。推薦的方法是計(jì)算兩個(gè)SHI的差異對(duì)時(shí)間的斜率。也可采用其他方法來(lái)評(píng)估SHI的變化，有些簡(jiǎn)單的方法是僅將SHI2同某一閾值進(jìn)行比較，此時(shí)不再需要程序塊156。輸出信號(hào)可以傳送出去，例如通過(guò)回路6進(jìn)行傳送，以表明傳感器的性能已退化到即將失效的程度，需要立即更換。還可進(jìn)行其他形式的診斷，例如進(jìn)行1996年1月7日的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)流水號(hào)NO。08/744,980中提出的那些診斷。Mmax的值存貯在存貯器56中，用戶(hù)可根據(jù)具體應(yīng)用所要求的精確度對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。程序塊158的報(bào)警功能為任選項(xiàng)，但本發(fā)明推薦最好選擇這一功能。
如果還不到報(bào)警狀態(tài)，控制過(guò)程進(jìn)入程序塊160，在此，將監(jiān)測(cè)到的自熱指數(shù)(SHI2)同存貯的自熱指數(shù)(SHI1)進(jìn)行比較。如果它們大致相等，控制程序直接進(jìn)入程序塊162，檢測(cè)的溫度得以確定。另一方面，如果這兩個(gè)參數(shù)值之間存在明顯差異，則執(zhí)行程序塊164，由微處理器52計(jì)算方程式4中的ΔSHI的新值。然后采用較復(fù)雜的曲線擬合技術(shù)找出SHI指數(shù)同傳感器校正之間的相關(guān)關(guān)系。控制轉(zhuǎn)到程序塊162，方程式4中ΔSHI的新值將用于確定溫度值。ΔSHI的新值取代原先的舊值，存貯在存貯器中。
圖3所述各項(xiàng)功能可在控制室中的過(guò)程控制裝置和不在現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算機(jī)上遠(yuǎn)程實(shí)施，或者由位于不同地點(diǎn)的設(shè)備共同實(shí)施?？偟恼f(shuō)來(lái)，本發(fā)明可在置于不同場(chǎng)所的過(guò)程控制系統(tǒng)中實(shí)施。例如，實(shí)施本發(fā)明的軟件和微處理器可置于中央控制器中，也可安裝在如圖1所示的閥門(mén)、馬達(dá)、或開(kāi)關(guān)等終端控制器中。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線和數(shù)據(jù)總線等現(xiàn)代通信協(xié)議使得實(shí)施本發(fā)明的軟件可在過(guò)程控制系統(tǒng)各部件之間進(jìn)行交換和通信，也使得過(guò)程變量可由某一變送器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后將信息傳送給處理軟件。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，診斷電路對(duì)自熱指數(shù)SH函數(shù)采用了經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突蚨囗?xiàng)式曲線擬合技術(shù)。例如，利用一個(gè)SH的多項(xiàng)式函數(shù)來(lái)計(jì)算和預(yù)估剩余壽命。系數(shù)和方程均可通過(guò)兩線回路傳送到變送器40。在診斷電路另一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)用了多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。針對(duì)不同的應(yīng)用目標(biāo)，有許多算法可被用來(lái)開(kāi)發(fā)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中應(yīng)用了BPN算法構(gòu)建的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，它可以處理一系列輸入和輸出之間的非線形關(guān)系。
在診斷電路52的另一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)用了一系列“如果-則”條件判斷規(guī)則，以判斷RTD溫度傳感器61的工作狀態(tài)。監(jiān)測(cè)自熱指數(shù)SH并將其實(shí)時(shí)值同其上限和下限值進(jìn)行比較。所述上限值和下限值是通過(guò)RTD傳感器的實(shí)驗(yàn)而經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的。然后根據(jù)比較的結(jié)果作出判斷。
本發(fā)明的另一方面，是將SH指數(shù)的變化率(ROC)同對(duì)傳感器61的壽命估計(jì)聯(lián)系了起來(lái)。SH指數(shù)的變化率提供給診斷電路，微處理器52輸出一個(gè)反映傳感器預(yù)計(jì)壽命的輸出信號(hào)，包括在傳感器預(yù)期壽命低于最低值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
圖5為表示本發(fā)明一般意義的簡(jiǎn)化框圖，過(guò)程控制裝置200與過(guò)程控制回路6相連。裝置200可以是帶有可檢測(cè)電阻性電氣器件的任何型式的過(guò)程控制裝置。圖1中所示變送器40是器件202的一個(gè)例子?？刂蒲b置200包括微處理器202，它同存貯器206相連，同時(shí)通過(guò)I/O電路204同回路6相連接。自熱電路208同過(guò)程控制器件210相連接，可將自熱信號(hào)傳送給微處理器202。過(guò)程控制器件210中包括一個(gè)電阻性器件212，其電阻的自熱值由自熱電路208按本發(fā)明進(jìn)行確定。電阻212的連接可采用四點(diǎn)開(kāi)爾芬連接法，以實(shí)現(xiàn)較精確的測(cè)量。器件210和微處理器202通過(guò)一條虛線214進(jìn)行連接，表示在器件210和微處理器202之間的任何形式的連接和信號(hào)交換。例如，如果器件210為一過(guò)程變量傳感器，則連接214可將過(guò)程變量的數(shù)據(jù)傳送給微處理器202。與此類(lèi)似，如果器件210為一控制器件，則連接手段214可將微處理器202的控制信號(hào)輸入給器件210。本發(fā)明的意義在于應(yīng)用自熱診斷技術(shù)可對(duì)任何型式的過(guò)程控制器件進(jìn)行診斷。在此所說(shuō)的“過(guò)程控制器件”包括其中包含有電阻性器件的用于過(guò)程控制中的任何型式的器件，例如變送器、RTD、應(yīng)變傳感器、檢波器、驅(qū)動(dòng)線圈等等。過(guò)程控制裝置包括用于測(cè)量流量(如科里奧利、電磁、渦輪、差壓等)、溫度、壓力、料位、PH值、渾濁度等參數(shù)的檢測(cè)器件和閥門(mén)驅(qū)動(dòng)器、電磁線圈等控制器件。過(guò)程控制器件的實(shí)例包括上述RTD61，以及電磁線圈、與傳感器的連接端子、端口部件、應(yīng)變儀或其他型式的傳感器、驅(qū)動(dòng)器以及其他各種電氣器件等。
如1993年8月3日公布的美國(guó)專(zhuān)利NO。5,231,884所述，控制裝置200可包括一個(gè)科里奧利流量計(jì)，其中的過(guò)程控制器件210是一個(gè)安裝在速度傳感器或驅(qū)動(dòng)器中的電磁線圈。例如，圖6是按本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的科里奧利流量計(jì)230的簡(jiǎn)化框圖，包括流體管道232和流量計(jì)電子部件234。測(cè)量管236與管道232相通，驅(qū)動(dòng)器件中的驅(qū)動(dòng)線圈240響應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)使測(cè)量管236產(chǎn)生振動(dòng)，包括傳感線圈242和感應(yīng)磁體244的傳感器件可輸出與測(cè)量管236振動(dòng)有關(guān)的左、右速度信號(hào)。采用一個(gè)RTD溫度傳感器246以提供有關(guān)測(cè)量管236溫度的RTD信號(hào)。本發(fā)明的診斷電路包含在科里奧利流量計(jì)230中，用于監(jiān)測(cè)線圈240或242或RTD傳感器246，同時(shí)輸出診斷信號(hào)。
這樣，本發(fā)明可用于檢測(cè)過(guò)程控制裝置中的各種失效情況，包括電氣部件的腐蝕。例如，由于時(shí)間關(guān)系，導(dǎo)線、接線端子、線圈、RTD、熱電偶、印刷電路板或其它電氣部件中的電連接都可能受到腐蝕，從而使電阻增加，引起局部性能降低。本發(fā)明可以在器件和裝置徹底失效前對(duì)其工作狀態(tài)的惡化作出檢測(cè)。電氣部件也會(huì)因長(zhǎng)期的多次使用而降低性能，進(jìn)而導(dǎo)致疲勞失效。本發(fā)明的自熱技術(shù)也可對(duì)這種疲勞提供監(jiān)測(cè)。此外，還可檢測(cè)因“冷焊”和接線端松動(dòng)等引起的的接觸不良。
應(yīng)用本發(fā)明可以檢測(cè)的各種故障包括線圈松繞、焊點(diǎn)開(kāi)斷或接觸不良、電路板連線損壞、接線端子接觸不良、焊接錯(cuò)誤、由于搬運(yùn)等原因造成的部件松動(dòng)和電連接問(wèn)題，以及因溫度循環(huán)引起的部件故障等。例如參閱圖3，可見(jiàn)這類(lèi)故障的檢測(cè)程序在程序塊158中將自熱指數(shù)的變化(ΔSHI)同某一閾值進(jìn)行比較，比較的結(jié)果用于表明故障的可能模式。另一方面，本發(fā)明的診斷輸出可用于對(duì)器件性能惡化進(jìn)行補(bǔ)償，例如可對(duì)傳感器的輸出進(jìn)行補(bǔ)償，也可對(duì)提供給控制器件的輸入信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。
雖然參照最佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了以上描述，但熟悉本門(mén)技術(shù)的人們都會(huì)了解，在不超出本發(fā)明所申明的權(quán)利要求的范圍和要義下，對(duì)本發(fā)明作出增添、減少和修改是可能的。
權(quán)利要求
1.一種用于過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)程控制裝置，包括一個(gè)電阻性電氣器件；同所述電氣器件相連并可實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制功能的程序控制電路；同所述電氣器件相連并可提供所述電氣器件自熱信號(hào)的自熱電路，其中所述自熱信號(hào)同所述電氣器件因阻抗產(chǎn)生自熱的自熱指數(shù)相關(guān)；用于連接所述控制裝置的過(guò)程控制回路；以及與所述自熱電路相連且可提供診斷輸出的診斷電路，其中所述診斷輸出同所述電氣器件正常工作狀態(tài)相關(guān)，所述電氣器件正常工作狀態(tài)是所述自熱信號(hào)的函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，進(jìn)一步還包括一個(gè)至少存貯著有關(guān)所述自熱信號(hào)一個(gè)預(yù)期值的存貯器。
3.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述診斷電路包括一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
4.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述診斷電路包括模糊邏輯。
5.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述診斷電路包括回歸模型。
6.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述診斷輸出同所述電氣器件的剩余壽命相關(guān)。
7.如權(quán)利要求6所述裝置，其中所述診斷電路可對(duì)作為所述自熱信號(hào)變化率(ROC)函數(shù)的所述剩余壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。
8.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述自熱電路包括一個(gè)電流源和電壓測(cè)量電路。
9.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述自熱電路可以確定作為所述電氣器件阻值變化函數(shù)的自熱指數(shù)SH的數(shù)值，其中所述電氣器件阻值的變化是響應(yīng)其供電電源的變化而產(chǎn)生的。
10.如權(quán)利要求8所述裝置，其中所述自熱指數(shù)SH按(R1-R2)/(P1-P2)計(jì)算。
11.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述輸出電路可對(duì)作為所述自熱信號(hào)函數(shù)的輸出信號(hào)進(jìn)行校正。
12.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述電氣器件包括應(yīng)變式傳感器。
13.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述電氣器件包括控制器件。
14.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述電氣器件包括傳感器件。
15.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述電氣器件包括熱電偶。
16.如權(quán)利要求1所述裝置，其中所述電氣器件包括電磁線圈。
17.如權(quán)利要求16所述裝置，其中所述電磁線圈包括位于科里奧利流量計(jì)中的傳感器。
18.如權(quán)利要求16所述裝置，其中所述電磁線圈包括科里奧利流量計(jì)的驅(qū)動(dòng)器。
19.一種對(duì)過(guò)程控制裝置中電氣器件的診斷方法，包括獲取裝置中具有阻抗的電氣器件的自熱指數(shù)(SHI)；以及提供作為所述SHI函數(shù)的有關(guān)所述電氣器件的診斷輸出。
20.如權(quán)利要求19所述方法，其中所述獲取SHI包括檢測(cè)所述電氣器件響應(yīng)其供電電源變化而產(chǎn)生的阻抗變化。
21.如權(quán)利要求20所述方法，其中所述自熱指數(shù)按(R1-R2)/(P1-P2)計(jì)算。
22.如權(quán)利要求19所述方法，進(jìn)一步包括基于所述SHI變化率對(duì)所述電氣器件剩余壽命的估測(cè)。
23.如權(quán)利要求22所述方法，其中所述獲取SHI值的方法包括使至少兩個(gè)不同強(qiáng)度的電流依次通過(guò)所述電氣器件并測(cè)量其在所述電氣器件兩端的電壓降。
24.如權(quán)利要求19所述方法，進(jìn)一步包括確定所述電氣器件的作為所述診斷輸出函數(shù)的預(yù)期壽命。
25.如權(quán)利要求19所述方法，進(jìn)一步包括對(duì)作為所述SHI函數(shù)的所述電氣器件輸出進(jìn)行校正。
26.一種用于過(guò)程控制系統(tǒng)中的裝置，包括適宜同過(guò)程控制回路連接的I/O電路；一個(gè)具有阻抗的電氣器件；一個(gè)與所述電氣器件連接并向其供給電流的電流源；同所述電氣器件相連并可檢測(cè)所述電氣器件兩端壓降的電壓測(cè)量電路；以及提供自熱指數(shù)(SH)輸出的診斷電路，所述自熱指數(shù)輸出是所述電流源供給的電流和因阻抗使所述電氣器件兩端產(chǎn)生電壓差的函數(shù)。
27.如權(quán)利要求26所述裝置，其中所述診斷電路可提供作為所述SH指數(shù)的函數(shù)的所述電氣器件剩余壽命預(yù)期輸出信號(hào)。
28.如權(quán)利要求26所述裝置，進(jìn)一步包括可提供與過(guò)程變量相關(guān)輸出的測(cè)量電路，所述與過(guò)程變量相關(guān)的輸出是SH指數(shù)和電氣器件輸出信號(hào)的函數(shù)。
29.如權(quán)利要求26所述裝置，其中所述SH指數(shù)作為所述電氣器件阻抗變化的函數(shù)而加以確定，所述電氣器件阻抗的變化是響應(yīng)向其供電的電源變化而發(fā)生的。
30.如權(quán)利要求26所述裝置，其中所述SH指數(shù)按(R1-R2)/(P1-P2)計(jì)算。
31.如權(quán)利要求26所述裝置，其中所述電氣器件包括應(yīng)變傳感器。
32.如權(quán)利要求26所述裝置，其中所述電氣器件包括控制器件。
33.如權(quán)利要求26所述裝置，其中所述電氣器件包括傳感器件。
34.如權(quán)利要求26所述裝置，其中所述電氣器件包括線圈。
35.如權(quán)利要求26所述裝置，其中所述電氣器件包括熱電偶。
全文摘要
一種在過(guò)程控制系統(tǒng)(2)中的裝置,其包括一個(gè)電氣元件(210),具有電阻(212)。與元件(210)相連的自熱電路(208)提供與元件(210)的電阻(212)相關(guān)的自熱信號(hào)。診斷電路(202)提供一個(gè)作為自熱信號(hào)輸出的函數(shù)的診斷輸出。
文檔編號(hào)G05D23/20GK1313964SQ99809879
公開(kāi)日2001年9月19日 申請(qǐng)日期1999年8月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月21日
發(fā)明者埃弗瑞·埃爾于雷克, 耶格什·沃瑞爾, 安德魯·T·帕藤 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司, 微動(dòng)公司