DE202015100678U1 - Arrangement for the determination of corrosion - Google Patents
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Abstract
Anordnung zur Bestimmung von Korrosion, die einen Korrosionssensor aufweist, der einen länglichen Leiter (1) aufweist, der auf der Oberfläche einer Leiterplatte ausgebildet ist, welcher Leiter ein erstes Ende (2) und ein zweites Ende (3) aufweist, zwischen denen sich der Leiter (1) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (1) derart angeordnet ist, dass die von dem ersten und dem zweiten Ende (2, 3) ausgehenden Leiterabschnitte des Leiters parallel als Leiterpaar auf der Leiterplatte sind, wobei der Widerstand des Leiters zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (2, 3) messbar ist, und der Korrosionssensor zudem ein auf der Oberfläche der Leiterplatte ausgebildetes Leitermuster (5) aufweist, das angeordnet ist, der Form des Leiterpaars des länglichen Leiters (1) zu folgen, wobei das besagte Leitermuster (5) ein erstes Ende (6) aufweist, wobei der Isolationswiderstand zwischen dem ersten Ende (6) des Leitermusters und dem Ende (2, 3) des Leiters messbar ist.Arrangement for determining corrosion, comprising a corrosion sensor comprising an elongated conductor (1) formed on the surface of a printed circuit board, said conductor having a first end (2) and a second end (3) between which the Conductor (1), characterized in that the conductor (1) is arranged such that the conductor portions of the conductor emanating from the first and second ends (2, 3) are in parallel as a conductor pair on the printed circuit board, the resistance of the conductor between the first and second ends (2, 3), and the corrosion sensor further comprises a conductor pattern (5) formed on the surface of the circuit board arranged to follow the shape of the pair of conductors of the elongate conductor (1) said conductor pattern (5) has a first end (6), wherein the insulation resistance between the first end (6) of the conductor pattern and the end (2, 3) of the conductor is measurable.
Description
Bereich der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf Sensoren und insbesondere auf ohmsche Sensoren, die Korrosion bestimmen.The invention relates to sensors and in particular to ohmic sensors that determine corrosion.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Eine Vielzahl von elektrische Teile enthaltenden Geräten sind während ihrer Lebensdauer anfällig für Korrosion. Bestimmte Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit, Temperatur und Verunreinigungen der umgebenden Luft können den Korrosionsprozess beschleunigen. Wegen der Korrosion können elektrische Teile enthaltende Geräte defekt werden oder Betriebsstörungen haben. Auch Staub, der Kurzschlüsse verursacht, hat Wirkung auf den Zustand von elektrischen Geräten.A variety of electrical parts containing devices are susceptible to corrosion during their lifetime. Certain environmental conditions such as humidity, temperature and ambient air pollution can accelerate the corrosion process. Because of corrosion, devices containing electrical parts may become defective or malfunction. Even dust that causes short circuits has an effect on the condition of electrical appliances.
Um Korrosion zu verhindern oder verlangsamen, können zum Beispiel Leiterplatten mit speziellen Schutzlacken beschichtet werden, mit denen verhindert wird, dass die Metallflächen der Leiterplatte der umgebenden Luft und Schmutz ausgesetzt werden. Der Schutzlack auf der Oberfläche der Leiterplatte kann jedoch beschädigt werden. Außerdem ist das Aufbringen oder Spritzen von Schutzlack auf alle elektrischen Komponenten oder Verbindungen unsicher oder schwierig, weshalb nicht alle korrosionsempfindlichen Metallflächen geschützt werden können.For example, to prevent or slow down corrosion, circuit boards can be coated with special conformal coatings that prevent the metal surfaces of the circuit board from being exposed to the surrounding air and dirt. However, the protective varnish on the surface of the printed circuit board can be damaged. In addition, the application or spraying of protective lacquer to all electrical components or connections is uncertain or difficult, and therefore not all corrosion-sensitive metal surfaces can be protected.
Der besagte Schutzlack oder eine entsprechende Beschichtung auf der Oberfläche der Leiterplatte behält zum Teil den Isolationswiderstand der Leiterplatte. Der Isolationswiderstand bezieht sich auf die Fähigkeit der Leiterplatte, Kurzschlüsse zwischen den leitenden Teilen der Leiterplatte zu verhindern. Der Isolationswiderstand verringert sich auf bekannte Weise, wenn die Leiterplatte schmutzig oder feucht wird, weil die Isolierung zerbrochen ist.The said resist or a corresponding coating on the surface of the circuit board retains in part the insulation resistance of the circuit board. Insulation resistance refers to the ability of the circuit board to prevent short circuits between the conductive parts of the circuit board. The insulation resistance decreases in known manner when the printed circuit board gets dirty or damp because the insulation is broken.
Zur Entdeckung von Korrosion ist bekannt, eine separate Leiterplatte bereitzustellen, die mit einem langen Strompfad versehen ist. Aus Änderungen in den elektrischen Eigenschaften dieses Strompfades kann die Wirkung der Korrosion gefolgert werden. In der Regel wird der Widerstand des Strompfades durch die Korrosion größer, wenn die Querschnittsfläche des Strompfades kleiner wird. Ein Beispiel für einen korrosionsbestimmenden Sensor wird in der Veröffentlichung
Der Isolationswiderstand ist seinerseits mit einem separaten Korrosionssensor bestimmt worden, wobei der Sensor aus diskontinuierlichen Leitermustern besteht. Zwischen den Mustern des Sensors wird eine Spannung erzeugt, und der durch die Spannung erzeugte Strom wird gemessen. Aus der gemessenen Stromgröße wird eine Indikation über die Wirkung der Korrosion oder die Bedingungen, die für die Korrosion anfällig machen, erhalten. Ein Beispiel für einen solchen Sensor wird in der Veröffentlichung
Die Verwendung von separaten Sensoren für die Entdeckung von Korrosion oder Korrosionsrisiko ist unpraktisch. Außerdem weisen die separaten Sensoren nicht unbedingt die wahre Korrosion in denjenigen Leiterplatten oder Vorrichtungen auf, deren Korrosion man bestimmen will.The use of separate sensors for the detection of corrosion or corrosion risk is impractical. Moreover, the separate sensors do not necessarily have the true corrosion in those printed circuit boards or devices whose corrosion is to be determined.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung derart zu entwickeln, dass die oben erwähnten Nachteile gelöst werden können. Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Anordnung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, was in den unabhängigen Schutzansprüchen angegeben wird. Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind der Gegenstand der abhängigen Schutzansprüche.The invention is therefore based on the object to develop an arrangement such that the above-mentioned disadvantages can be solved. The object of the invention is achieved by an arrangement which is characterized by what is stated in the independent claims. The preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung basiert darauf, dass Verdrahtungen für die Bestimmung sowohl des Leiterwiderstands als auch des Isolationswiderstands in demselben Korrosionssensor positioniert sind. Weiterhin werden im Sensor dieselben Kupfermuster bei der Bestimmung des Leiterwiderstands und des Isolationswiderstands benutzt. Der Sensor der Erfindung wird außerdem auf die Leiterplatte gestellt, deren Korrosionsgrad bestimmt werden soll.The invention is based on the fact that wirings for the determination of both the conductor resistance and the insulation resistance are positioned in the same corrosion sensor. Furthermore, the same copper patterns are used in the sensor in the determination of the conductor resistance and the insulation resistance in the sensor. The sensor of the invention is also placed on the circuit board whose degree of corrosion is to be determined.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist den Vorteil auf, dass sie einfach ist und ermöglicht, dass sowohl der Leiterwiderstand als auch der Isolationswiderstand mit teilweise demselben Kupferleiter bestimmt werden können. Die Verwendung derselben Leitungen ermöglicht, dass der Sensor in einem kleinen Raum hergestellt werden kann. Wenn sich der Sensor der erfindungsgemäßen Anordnung außerdem auf derselben Leiterplatte wie die funktionelle Leiterplatte, zum Beispiel die Steuerkarte, des elektrischen Geräts befindet, kann mit dem Sensor der Erfindung der Korrosionsgrad, der das Älterwerden der Leiterplatte oder dergleichen beschreibt, zuverlässig bestimmt werden.The arrangement according to the invention has the advantage that it is simple and allows both the conductor resistance and the insulation resistance can be determined with partially the same copper conductor. Using the same leads allows the sensor to be manufactured in a small space. In addition, when the sensor of the arrangement according to the invention is on the same circuit board as the functional circuit board, for example the control board, of the electrical equipment, the sensor of the invention can reliably determine the degree of corrosion describing the aging of the circuit board or the like.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Die Erfindung wird jetzt in Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ausführlicher erläutert, in der:The invention will now be explained in more detail in connection with preferred embodiments with reference to the attached drawing, in which:
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Der Sensor der erfindungsgemäßen Anordnung weist einen länglichen Leiter
Wie aus
Gemäß der Idee der Erfindung weist das Leitermuster
Der längliche Leiter bildet eine Schleife, deren Fläche dadurch minimiert ist, dass der Leiter parallel gelegt ist. Die Minimierung der Fläche weist den Vorteil auf, dass dabei möglichst wenige Störungen in der ausgebildeten Schleife induziert werden und der Widerstand zuverlässig gemessen werden kann.The elongated conductor forms a loop whose area is minimized by the conductor being laid parallel. The minimization of the area has the advantage that as few disturbances as possible are induced in the formed loop and the resistance can be reliably measured.
Die Positionierung des Leitermusters und des länglichen Leiters in der Nähe zueinander, so dass das Leitermuster und der Leiter über möglichst weite Strecken parallel liegen, ist vorteilhaft, weil die Messung des Isolationswiderstandes dann zuverlässig ist. Der Isolationswiderstand wird zum Beispiel von leitendem Schmutz und Feuchtigkeit zwischen dem Leiter und dem Leitermuster beeinflusst. Wenn der Leiter und das Leitermuster über möglichst weite Strecken parallel laufen, gibt die Messung des Isolationswiderstands eine zuverlässigere Indikation über einen möglichen Fehler oder eine problematische Umgebung.The positioning of the conductor pattern and the elongate conductor in the vicinity of each other, so that the conductor pattern and the conductor over the longest possible distances are parallel, is advantageous because the measurement of the insulation resistance is then reliable. For example, the insulation resistance is affected by conductive dirt and moisture between the conductor and the conductor pattern. If the conductor and the conductor pattern run in parallel over the longest possible distances, measuring the insulation resistance gives a more reliable indication of a possible fault or problematic environment.
Der Widerstand des länglichen Leiters ist vorzugsweise im Bereich von Ohm und der Widerstand erhöht sich wegen der Korrosion, wenn die Leiterplatte älter wird und die Querschnittsfläche des Leiters kleiner wird. Durch die Messung des Widerstands des länglichen Leiters kann die wahre Alterung der Leiterplatte bestimmt werden, auf die die Umgebungsbedingungen der Leiterplatte wie Feuchtigkeit und Verunreinigungen in der umgebenden Luft einwirken. Der Widerstand des Leiters erhöht sich auf bekannte Weise wegen der Alterung, und somit kann aufgrund der Größe des Widerstands die Lebensdauer der Leiterplatte bestimmt und die übrigbleibende Lebensdauer der Leiterplatte prognostiziert werden. Der Widerstand kann mit einem vorbestimmten Wert verglichen werden, um einen Alarm oder eine entsprechende Indikation für den Benutzer zu geben. Weiterhin kann die Erhöhung des Widerstands beobachtet werden, um die Alterung zu überwachen. Die Erhöhung des Widerstands kann direkt in dem den Sensor anwendenden Gerät interpretiert werden und das Gerät kann die geschätzte übrigbleibende Lebensdauer für den Benutzer indizieren. Ein Gerät, in dem die Sensoren benutzt werden können, ist ein Frequenzumrichter. Der Sensor kann vorzugsweise auf einer Leiterplatte mit Steuerkreisen des Frequenzumrichters, d. h. einer Steuerkarte, hergestellt werden.The resistance of the elongated conductor is preferably in the range of ohms and the resistance increases due to corrosion as the circuit board gets older and the cross-sectional area of the conductor becomes smaller. By measuring the resistance of the elongate conductor, one can determine the true aging of the circuit board, which is affected by the environmental conditions of the circuit board, such as moisture and contaminants in the surrounding air. The resistance of the conductor increases in known manner due to aging, and thus, due to the size of the resistor, the life of the circuit board can be determined and the remaining life of the circuit board can be predicted. The resistance may be compared to a predetermined value to give an alarm or corresponding indication to the user. Furthermore, the increase in resistance can be observed to monitor aging. The increase in resistance can be interpreted directly in the device using the sensor, and the device can index the estimated remaining life for the user. A device in which the sensors can be used is a frequency converter. The sensor may preferably be mounted on a printed circuit board with control circuits of the frequency converter, i. H. a control card.
Die Temperatur hat eine wesentliche Wirkung auf den Wert des Widerstands, und somit wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Wirkung der Temperatur in der Berechnung des Widerstands berücksichtigt. Der Widerstand kann auf beliebige geeignete Weise bestimmt werden. Eine Möglichkeit für die Bestimmung des Widerstands ist, Konstantstrom in den Kreis einzuspeisen und die Größe der entstehenden Spannung zu messen. Wenn man auch die Wirkung der Temperatur auf den Widerstand aufgrund der Eigenschaften des Leiters kennt, kann die Wirkung der Temperatur auf den Widerstand kompensiert werden. Die Kompensierung kann mit dem Prozessor anhand von digitalisierten Messwerten ausgeführt werden.The temperature has a significant effect on the value of the resistor, and thus, according to a preferred embodiment of the invention, the effect of the temperature is considered in the calculation of the resistance. The resistance can be determined in any suitable manner. One way of determining the resistance is to inject constant current into the circuit and measure the magnitude of the resulting voltage. If you also consider the effect of temperature on the resistance due to the properties of the conductor, the effect of the temperature on the resistance can be compensated. The compensation can be carried out with the processor on the basis of digitized measured values.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Korrosionssensor ohne Lötstopplack oder schützenden Lack oder eine entsprechende schützende Beschichtung auf der Leiterplatte positioniert. Dabei wird der Korrosionsgrad mit dem Sensor in einer Situation gemessen, wo Schutzlack nicht alle korrosionsanfälligen Teile bedeckt.According to a preferred embodiment of the invention, the corrosion sensor without solder resist or protective lacquer or a corresponding protective coating is positioned on the circuit board. The degree of corrosion is measured with the sensor in a situation where protective varnish does not cover all corrosion-prone parts.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind auf der Leiterplatte zwei Korrosionssensoren positioniert, der eine von welchen mit Schutzlack ähnlich wie die anderen leitenden Teile der Leiterplatte bedeckt ist und der andere von welchen ohne Schutzlack, d. h. als blankes Kupfer, vorliegt. Durch die Messung der Widerstandswerte der beiden Sensoren kann die Wirkung der Temperatur auf den Widerstand eliminiert werden, da sich die beiden Sensoren bei derselben Temperatur befinden. Dabei beschreibt der Unterschied zwischen den Widerständen die direkte Wirkung der Korrosion. Die Messung der Widerstände kann differential ausgeführt werden, wobei das Messergebnis direkt der Unterschied der Widerstände ist.According to one embodiment of the invention, two corrosion sensors are positioned on the printed circuit board, one of which is covered with protective varnish similar to the other conductive parts of the printed circuit board and the other of which without protective varnish, i. H. as bare copper. By measuring the resistance values of the two sensors, the effect of temperature on the resistor can be eliminated because the two sensors are at the same temperature. The difference between the resistances describes the direct effect of the corrosion. The measurement of the resistors can be carried out differentially, the measurement result being directly the difference of the resistances.
Der Isolationswiderstand beschreibt die Fähigkeit der elektrischen Teile der Leiterplatte, Kurzschlüssen zu widerstehen. Die messbare Größe des Isolationswiderstands ist im Bereich von Megaohm. Wenn die Leiterplatte für die Komponenten anspruchsvollen Bedingungen wie Feuchtigkeit oder Schmutz ausgesetzt ist, nimmt der Isolationswiderstand stark ab. Diese Abnahme des Widerstands auf Werte, die kleiner als Megaohm sind, ist eine Indikation dafür, dass die Anlage dabei ist, defekt zu werden und das Risiko eines Kurzschlusses höher wird. Die Abnahme des Isolationswiderstands ist nicht unbedingt ein Zeichen für eine weitergehende Korrosion, aber indiziert für die Leiterplatte schwere Bedingungen, die zur Korrosion beitragen. Als Folge der Abnahme des Isolationswiderstands werden möglicherweise präventive Wartungsmaßnahmen, zum Beispiel die Reinigung der Leiterplatte und anderer Teile, benötigt.The insulation resistance describes the ability of the electrical parts of the circuit board to withstand short circuits. The measurable size of the insulation resistance is in the range of megohms. If the circuit board for the components is exposed to demanding conditions such as moisture or dirt, the insulation resistance decreases sharply. This decrease in resistance to values less than megohms is an indication that the equipment is about to become defective and the risk of a short circuit is higher. The decrease in the insulation resistance is not necessarily an indication of further corrosion, but indicates severe conditions for the printed circuit board that contribute to corrosion. As a result of the decrease in the insulation resistance, preventative maintenance may be required, for example, cleaning of the circuit board and other parts.
Der Isolationswiderstand kann mit einem beliebigen bekannten Messverfahren gemessen werden. Eine besonders geeignete Weise ist, eine Spannungsteilerschaltung einzusetzen, in der der bekannte Widerstand mit dem den Isolationswiderstand messenden Sensor in Serie geschaltet ist. Indem eine bekannte Spannung über die Schaltung in Serie geschaltet wird, kann die Größe des Widerstands aufgrund der Spannungsteilung bestimmt werden.The insulation resistance can be measured by any known measuring method. A particularly suitable way is to use a voltage divider circuit in which the known resistor is connected in series with the sensor measuring the insulation resistance. By switching a known voltage across the circuit in series, the magnitude of the resistance due to the voltage division can be determined.
Wie oben erwähnt wurde, wird der Isolationswiderstand zwischen dem zweiten Ende des länglichen Leiters des erfindungsgemäßen Sensors und dem ersten Ende des Leitermusters gemessen. Diese Punkte sind nicht miteinander galvanisch verbunden und die Abnahme des Widerstands bedeutet, dass sich die Leitfähigkeit vergrößert, was die Entstehung von Kurzschlüssen erleichtert.As mentioned above, the insulation resistance between the second end of the elongated conductor of the sensor according to the invention and the first end of the conductor pattern is measured. These points are not connected to each other galvanically and the decrease in resistance means that the conductivity increases, which facilitates the formation of short circuits.
Widerstände können entweder kontinuierlich oder zeitweilig gemessen werden. Die kontinuierliche Messung ermöglicht, dass Widerstände überwacht werden können und dass man auf die veränderte Situation unmittelbar reagieren kann. Eine solche Messung heizt aber ihrerseits den Sensor und kann somit zu fehlerhaften Ergebnissen führen. Außerdem kann das ständige unter-Spannung-Stehen dazu führen, dass die Korrosion weitergeht. Die zeitweilig durchzuführende Messung, die die oben erwähnten Nachteile vermeidet, kann beispielsweise getimt in bestimmten Betriebszeitintervallen ausgeführt werden. Wenn ein Gerät oder eine Leiterplatte in Betrieb genommen wird, ist vorteilhaft, die ersten Messergebnisse der Widerstände als Referenzwerte zu speichern.Resistors can be measured either continuously or temporarily. The continuous measurement allows resistances to be monitored and to respond immediately to the changed situation. However, such a measurement in turn heats the sensor and can thus lead to erroneous results. In addition, constant under-tensioning may cause the corrosion to continue. The temporary measurement, which avoids the above-mentioned disadvantages, can be performed, for example, timed at certain operating time intervals. When a device or a printed circuit board is put into operation, it is advantageous to store the first measurement results of the resistors as reference values.
Der Korrosionssensor der erfindungsgemäßen Anordnung kann in einem kleinen Raum ausgeführt werden, weil es möglich ist, den Sensor klein auszubilden. Ein gesamter Sensor ist etwa 12 mm × 14 mm groß.The corrosion sensor of the arrangement according to the invention can be carried out in a small space because it is possible to make the sensor small. An entire sensor is about 12 mm × 14 mm.
Für einen Fachmann ist offensichtlich, dass, wenn die Technologie Fortschritte macht, der Grundgedanke der Erfindung auf viele verschiedene Weisen verwirklicht werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind somit nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können im Rahmen der Schutzansprüche variieren.It will be apparent to one skilled in the art that as the technology progresses, the basic idea of the invention can be realized in many different ways. The invention and its embodiments are thus not limited to the examples described above, but may vary within the scope of the claims.
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