利用壓電式換能器的工業(yè)過(guò)程裝置制造方法及圖紙

一種用于接合至工業(yè)過(guò)程的過(guò)程裝置（２００），用于監(jiān)測(cè)或控制所述過(guò)程，包括構(gòu)造為物理地接合至所述工業(yè)過(guò)程的裝置殼體（２０２）。過(guò)程變量傳感器（１８）構(gòu)造為測(cè)量過(guò)程變量，并且接合至該過(guò)程變量傳感器（１８）的測(cè)量電路提供與所感測(cè)的過(guò)程變量相關(guān)的輸出。壓電式換能器（６８）提供與所述工業(yè)過(guò)程中的壓力脈動(dòng)相關(guān)的電輸出（２１０）。所述殼體中的電子線路包括構(gòu)造為接收來(lái)自壓電傳感器的電輸出的輸入裝置。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及用來(lái)接合至工業(yè)過(guò)程控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)類型的工業(yè)過(guò)程裝置。
技術(shù)介紹
在工業(yè)設(shè)置中，控制系統(tǒng)用來(lái)監(jiān)測(cè)和控制工業(yè)和化學(xué)過(guò)程等的存量。典型地， 控制系統(tǒng)采用分布在工業(yè)過(guò)程中的關(guān)鍵位置處并由過(guò)程控制環(huán)接合至位于控制室中的控 制電路的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行這些功能。術(shù)語(yǔ)“現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備”涉及執(zhí)行分布式控制或過(guò)程監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)中的功能的任何設(shè)備，包括用在工業(yè)過(guò)程的測(cè)量、控制和監(jiān)測(cè)中的所有設(shè)備。一些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括過(guò)程變量傳感器。典型地，換能器將輸入轉(zhuǎn)化成具有不同形 式的輸出。換能器的類型包括多種分析裝置、壓力傳感器、電熱調(diào)節(jié)器、熱電偶、應(yīng)變 儀、流量變送器、定位器、傳動(dòng)裝置、螺線管、指示燈和其它的。其它的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括 控制元件，并用來(lái)控制工業(yè)過(guò)程。這種過(guò)程裝置的例子包括閥控制器、閥位置控制器、 加熱器控制器、泵控制器等。在多種過(guò)程裝備中，過(guò)程裝置經(jīng)歷脈動(dòng)。這些脈動(dòng)會(huì)在過(guò)程的正常操作期間出 現(xiàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
一種用于接合至工業(yè)過(guò)程的過(guò)程裝置，用于監(jiān)測(cè)或控制所述過(guò)程，包括構(gòu)造為 物理地接合至所述工業(yè)過(guò)程的裝置殼體。過(guò)程變量傳感器構(gòu)造為測(cè)量過(guò)程變量，并且接 合至過(guò)程變量傳感器的測(cè)量電路提供與所感測(cè)的過(guò)程變量相關(guān)的輸出。壓電式換能器提 供與所述工業(yè)過(guò)程中的壓力脈動(dòng)相關(guān)的電輸出。所述殼體中的電子線路包括構(gòu)造為接收 來(lái)自壓電傳感器的電輸出的輸入裝置。在一種結(jié)構(gòu)中，所述電輸出用來(lái)向所述過(guò)程裝置 提供動(dòng)力。附圖說(shuō)明圖1為用于監(jiān)測(cè)或控制工業(yè)過(guò)程的過(guò)程監(jiān)測(cè)或控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。圖2示出了包括用于執(zhí)行診斷的脈動(dòng)傳感電路的過(guò)程裝置的剖面圖和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 圖。圖3示出了過(guò)程裝置的剖面圖和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖，該過(guò)程裝置包括用在用于該過(guò)程 裝置的發(fā)電的脈動(dòng)傳感電路。圖4為包括用于與壓電式換能器一起使用的隔膜的傳感器模塊的底部俯視圖。圖5為示出用于與壓電式換能器一起使用的隔膜的剖視圖。圖6為包括位于安裝凸緣中的壓電式換能器的過(guò)程裝置的平面圖。圖7為包括位于過(guò)程聯(lián)接器中的壓電式換能器的過(guò)程裝置的平面圖。圖8為其中壓電式換能器接合至遠(yuǎn)離過(guò)程裝置的位置處的過(guò)程流體的結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn) 圖。具體實(shí)施例方式存在多種利用過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)用于診斷或捕獲能量的現(xiàn)有技術(shù)。然而，這些 脈動(dòng)通常是從過(guò)程元件接收到，如管道系統(tǒng)、固定架等，而不是從過(guò)程流體，例如，從 在過(guò)程管道中運(yùn)送的過(guò)程流體直接地接收脈動(dòng)。這些壓力脈動(dòng)可以多種源引起，例如， 泵、管道阻塞等。在一些情況中，內(nèi)部壓力脈動(dòng)不會(huì)導(dǎo)致傳遞至管道系統(tǒng)本身、支架或 其它元件的外部機(jī)械振動(dòng)。通常，可用的最大能量在過(guò)程容器的內(nèi)部，例如，在過(guò)程管 道系統(tǒng)的內(nèi)部。在一個(gè)方面中，本專利技術(shù)包括從過(guò)程中捕獲這種能量，并利用它診斷和/ 或進(jìn)行能量捕獲。如在此使用的那樣，“壓力脈動(dòng)”是過(guò)程流體中的任何類型的壓力變 化。壓力脈動(dòng)可以被以壓力波、移動(dòng)波前(travelingwavefront)等形式載送。在一種結(jié)構(gòu) 中，壓力脈動(dòng)可以包括單個(gè)壓力脈沖，在其它結(jié)構(gòu)中，壓力脈動(dòng)可以為周期性的或重復(fù) 的波形，或者具有延長(zhǎng)周期的其它波形。圖1為根據(jù)本專利技術(shù)的包括過(guò)程裝置16的工業(yè)過(guò)程控制器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10的簡(jiǎn)圖。如 下文更詳細(xì)地討論的那樣，過(guò)程裝置10包括壓電式換能器(在圖1中未示出)，其構(gòu)造為 響應(yīng)于系統(tǒng)10中的壓力脈動(dòng)而移動(dòng)，且由此產(chǎn)生電輸出。過(guò)程裝置16示出為接合至構(gòu)造為運(yùn)送過(guò)程流體14的過(guò)程管道系統(tǒng)12。過(guò)程接 口元件18構(gòu)造為接合至所述過(guò)程，并用于至過(guò)程裝置16的輸入或輸出。例如，如果過(guò)程 裝置構(gòu)造為過(guò)程控制變送器，則接口元件18可以包括一些類型的過(guò)程變量傳感器，如構(gòu) 造為感測(cè)過(guò)程變量的壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器等。另一方面，如果過(guò)程裝 置16構(gòu)造為過(guò)程控制裝置，則接口元件18例如可以為用來(lái)控制所述過(guò)程的閥、加熱器、 馬達(dá)、泵等。過(guò)程裝置16經(jīng)由過(guò)程控制回路22接合至遠(yuǎn)程設(shè)置的電路，如控制室20。 過(guò)程控制回路22圖示為兩線過(guò)程控制回路，并且例如可以包括構(gòu)造為根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作 的過(guò)程控制回路。示例性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括4-20mA協(xié)議、HART 協(xié)議、FieldBus協(xié)議 和其它協(xié)議。在一些實(shí)施方式中，裝置16采用無(wú)線過(guò)程控制回路通信，并且可以或不可 以接合至有線回路22。圖1還示出了在過(guò)程流體中載送的壓力脈沖72。圖2為示出本專利技術(shù)的一種示例性實(shí)施方式的簡(jiǎn)化剖視圖，其中，過(guò)程裝置16通 過(guò)諸如凸緣等等之類的過(guò)程聯(lián)接器50接合至過(guò)程管道系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備16包括接合至過(guò) 程接口 18的接口電路52。當(dāng)構(gòu)造為變送器時(shí)，接口電路52可以進(jìn)行初始處理，并與過(guò) 程變量傳感器一起運(yùn)轉(zhuǎn)。類似地，當(dāng)構(gòu)造為過(guò)程控制器時(shí)，接口電路52用來(lái)控制過(guò)程接 口 18。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備16包括根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器62中的編程指令操作的微控制器60。微控 制器60還接合到本身接合至過(guò)程控制回路22的I/O電路64。在一些結(jié)構(gòu)中，I/O電路 64還提供用來(lái)向過(guò)程裝置16的一些或所有電路供電的功率輸出。壓電式換能器68安裝在過(guò)程裝置16的裝置殼體70中。壓電式換能器68直接 地或通過(guò)一個(gè)或多個(gè)其它元件間接地物理地接合至所述過(guò)程，以便由壓電式換能器68接 收從工業(yè)過(guò)程14發(fā)出的壓力脈動(dòng)72。這些脈動(dòng)引起換能器68運(yùn)動(dòng)，所述運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生作為 所接收的脈動(dòng)的函數(shù)的電輸出信號(hào)74。在圖2的結(jié)構(gòu)中，壓電式換能器68向模數(shù)轉(zhuǎn)換器 76提供電輸出信號(hào)74。模數(shù)轉(zhuǎn)換器76接收輸出信號(hào)74，并向微控制器60提供數(shù)字化信 號(hào)80。微控制器60可以采用任何期望的技術(shù)處理數(shù)字化信號(hào)，且不限于在此討論的。在一種示例性結(jié)構(gòu)中，微控制器60監(jiān)測(cè)脈動(dòng)信號(hào)72的幅度、頻譜含量和/或特征(時(shí)間和/或頻率)。信號(hào)72可以與已知的表示所述過(guò)程10的額定操作的信號(hào)進(jìn)行比 較。諸如幅度、頻譜含量和/或特征之類的額定信號(hào)值例如可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器62中。在另一種示例性結(jié)構(gòu)中，輸出信號(hào)74中的某個(gè)水平或閾值可以表示所述過(guò)程10 的特定故障，如破損或正出故障的泵或支架。類似地，某個(gè)頻率或頻率組可以暗示特定 的故障，如正出故障或已出現(xiàn)故障的葉輪。脈動(dòng)信息還可以用來(lái)提供與過(guò)程裝置10或過(guò) 程10中的其它裝置由于暴露至脈動(dòng)引起的預(yù)期壽命下降相關(guān)的預(yù)測(cè)信息。在過(guò)程裝置16 的操作期間，如果脈動(dòng)信號(hào)72以預(yù)定的方式從存儲(chǔ)的額定值改變，而由微控制器60執(zhí)行 的編程指令可以用來(lái)進(jìn)行在所述過(guò)程中已經(jīng)出現(xiàn)某些類型的故障的判斷，這允許進(jìn)行進(jìn) 一步的研究。例如，微控制器60可以提供表示應(yīng)當(dāng)由操作人員調(diào)查的元件故障或潛在故 障的輸出信號(hào)。所述信息還可以用于其它目的，如提供工業(yè)過(guò)程中的諸如閥控制器等之 類的其它元件的操作的指示。如果過(guò)程聯(lián)接器50已經(jīng)變松，則脈動(dòng)信號(hào)72也將改變。 在另一個(gè)例子中，如果脈動(dòng)信號(hào)72將要突然降低，或者甚至完全消失，這可以是過(guò)程10 已經(jīng)不正確地關(guān)閉或處于不期望有的狀態(tài)的指示。在2003年7月29日授權(quán)給Eyrarek的 美國(guó)專利No.6,601,005中示出診斷技術(shù)的各種例子，在此通過(guò)引用將其結(jié)合在其全文中。圖3為過(guò)程裝置16的另一簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖，示出了本專利技術(shù)的另一種示例性結(jié)構(gòu)。在 圖3中，與圖2中示出的元件類似的元件保留它們的標(biāo)記。在圖3的結(jié)構(gòu)中，脈動(dòng)信號(hào) 72由壓電式換能器68接收。來(lái)自壓電式換能器68的電流輸出信號(hào)74提供至能量存儲(chǔ)電 路82。能量存儲(chǔ)電路82可以為任何合本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于接合至工業(yè)過(guò)程的過(guò)程裝置，用于監(jiān)測(cè)或控制所述過(guò)程，包括：　　裝置殼體，構(gòu)造為物理地接合至所述工業(yè)過(guò)程；　　過(guò)程變量傳感器，構(gòu)造為測(cè)量過(guò)程變量；　　測(cè)量電路，接合至過(guò)程變量傳感器，具有與所感測(cè)的過(guò)程變量相關(guān)的輸出；　　壓電式換能器，具有與所述工業(yè)過(guò)程中的壓力脈動(dòng)相關(guān)的電輸出；和　　所述殼體中的電子線路，具有構(gòu)造為接收來(lái)自壓電傳感器的電輸出的輸入裝置，所述電輸出用來(lái)向所述過(guò)程裝置提供動(dòng)力。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅伯特C海德克，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：羅斯蒙德公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：US