溫度平均現場設備補償制造技術

一種平均溫度補償現場設備，包括現場模塊、溫度平均傳感器、微處理器以及接口。現場模塊被配置為描述過程參數。溫度平均傳感器被配置為生成描述現場設備的擴展區域的補償信號。微處理器被配置為根據補償信號而補償過程信號。接口被配置為通過現場設備通信協議而傳輸過程信號。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般地涉及現場設備的溫度補償，并且具體地涉及使用描述現場設備的擴 展區域的溫度平均傳感器而進行的補償。
技術介紹
術語“現場設備”指代被設計為測量并且控制過程參數(比如壓力、溫度和流速) 的廣泛的過程管理設備。現場設備同時包括變送器(配置變送器以利用傳感器模塊來測量 或者感測過程參數)和控制器(配置控制器以利用控制模塊來修改或者控制該參數(例如 通過對閥定位或者調節壓力))。現場設備還包括多傳感器變送器(比如壓力/溫度變送 器)以及包括傳感器模塊和控制模塊兩者在內的集成控制器(例如，集成流控制器)。現場 設備還可以使用更一般化的現場模塊，其可以包括一系列有關的測量和控制功能(例如， 在集成靜壓油罐計量系統中)。現場設備在包括制造、液體處理、食品準備和環境控制的應用中具有廣泛的用途， 并且被應用于廣泛的過程材料上，包括空氣、水、液體碳氫化合物燃料、天然氣、膠、樹脂、薄 膜、以及熱塑性塑料(比如聚氯乙烯(PVC))。大多數這些應用要求至少某種形式的溫度補 償，其通常必須考慮直接和間接影響。直接影響包括過程材料本身中的溫度依賴性，特別是 與壓力和容積相關的測量。間接影響包括現場設備中的溫度依賴性，比如熱電傳感器響應、 模數(A/D)或者數模(D/A)轉換器中的溫度依賴性、以及其它相關影響。直接溫度補償要求對過程材料的測量，其通常涉及大的存貨(inventory)和流 量。這在例如能源部門應用(類似石油精煉以及批量燃料運輸)中尤其如此，其中甚至在 單個流單元或者存儲容量中，過程溫度也會劇烈變化。因此，直接溫度補償使用多點溫度傳 感器，或者備選地使用描述過程材料的擴展區域的特征的溫度平均傳感器。另一方面，對現場設備的溫度補償傳統上依賴于單點補償傳感器。現場設備一般 相對于典型的過程容量(volume)來說是小的，并且在理想化的情況中，溫度不會在這個尺 度上顯著地變化。此外，由于現場設備強調簡單、緊湊以及魯棒性的設計方法，因此在任何 情況下難以在現場設備中并入復雜的多點補償系統。然而，在實際運行條件下，顯著的非均勻溫度條件確實會出現。過程熱流、維護 操作以及改變的環境條件都會產生溫度梯度，其在典型的現場設備兩端上有時可能超過 10-20°C。在該條件下，單點傳感器可能不能充分地描述現場設備，導致信號漂移、偏置、以 及其它效應。從而需要可以克服該缺陷的溫度補償技術，以對現有技術進行改進。
技術實現思路
—種平均溫度補償現場設備，使用傳感器模塊來描述與過程材料相關聯的過程參 數，并且使用溫度平均傳感器以描述現場設備中的擴展區域。該傳感器模塊和溫度平均傳 感器產生模擬信號，該模擬信號由模數(A/D)轉換器進行數字化。微處理器生成作為該數 字化信號的補償輸出，并且接口利用商業上可用的通信協議來發送該輸出。在不同實施例中，傳感器模塊包括壓力換能器(transducer)、熱電偶換能器、流量 計、液位(level)傳感器或者另一形式的傳感器。備選地，現場設備是多傳感器設備，包括 多個該功能。溫度平均傳感器典型地包括柔性(flexible)電阻溫度器件(或者RTD)，并 且通信協議是標準模擬協議、混合模擬-數字(或者HART )協議、或者數字協議(比如 Fieldbus)，并且采用無線或者硬連線控制總線技術。平均溫度補償控制器包括平均溫度傳感器、電子模塊以及控制模塊。電子模塊被 配置為接收過程控制輸入，并且根據過程控制輸入以及來自溫度平均傳感器的補償信號而 產生補償后的控制輸出。控制模塊被配置為根據補償后的控制輸出來影響過程參數。在不 同實施例中，控制模塊包括溫度控制器、壓力調整器、或者液體液位控制器。在其它實施例 中，控制模塊包括閥定位器或者閥致動器，并且控制器還包括被配置為描述流率的傳感器 模塊。在這些實施例中，控制器包括集成的流控制器。一種溫度平均現場設備補償的方法，包括生成描述過程參數的過程信號，感測現 場設備的擴展區域上的平均溫度、根據平均溫度來補償過程信號，并且根據補償后的過程 信號來產生輸出。在一個實施例中，過程信號包括傳感器信號，并且該輸出包括補償后的輸 出。在另一個實施例中，該過程信號包括過程控制輸入，并且該輸出包括補償后的過程控制 輸出。備選地，該現場設備是集合上述功能的集成控制器。附圖說明圖1A示出了平均溫度補償變送器的框圖。圖1B示出了平均溫度補償現場設備的框圖。圖2示出了在壓力感測實施例中的圖1中的變送器的橫截面示意圖。圖3A示出了圖2中的壓力變送器的側視圖，其受到由漂移引起的(依賴于時間 的)溫度梯度的影響。圖3B示出了圖2中的壓力變送器的側視圖，其受到由偏置引起的(準穩態)溫度 梯度的影響。圖4A示出了具有基本均勻敏感度的柔性和大體上線性的溫度平均傳感器的示意 圖。圖4B示出了具有優先敏感度的柔性和大體上線性的溫度平均傳感器的示意圖。圖4C示出了具有基本均勻敏感度的柔性和大體上為平面的溫度平均傳感器的示 意圖。圖4D示出了具有優先敏感度的柔性和大體上為平面的溫度平均傳感器的示意圖。圖5A示出了圖4A的溫度平均傳感器的示意圖，其具有兩線橋輸出結構。圖5B示出了圖4A的溫度平均傳感器的示意圖，其具有三線橋輸出結構。圖5C示出了圖4A的溫度平均傳感器的示意圖，其具有四線輸出配置。圖6A示出了在自動校正實施例中的圖1A的變送器的框圖。圖6B示出了在自動校正實施例中的圖1B的控制器的框圖。具體實施例方式圖1A示出了平均溫度補償變送器10的框圖。變送器10是現場設備，包括外殼511、主測量傳感器(“傳感器模塊”)12、溫度平均傳感器(“Tavg傳感器”)13以及電子模塊 14A。外殼11由耐用材料(比如金屬或者耐用塑料)構成。該外殼包括被配置為保護 內部組件的安全的內部安裝結構，該內部組件包括傳感器12和13以及電子模塊14A。外 殼11將這些內部組件絕緣，將它們與不利的環境條件(比如潮濕或者腐蝕性媒介)屏蔽， 并且避免他們與過程機器、工具、下落物體或者其它潛在威脅相接觸。外殼11還提供被配 置為將變送器11與包含過程材料的過程結構相連接的連接結構。傳感器模塊12被配置為生成描述與過程材料相關聯的物理參數(過程參數)的 模擬傳感器信號。在不同的實施例中，例如傳感器模塊12包括壓力傳感器(比如壓阻壓力 傳感器、電容性壓力傳感器、或者機電壓力傳感器)，每一種都被配置為描述(或者測量)過 程壓力。備選地，傳感器模塊12包括溫度傳感器(比如熱電偶溫度換能器)、流量計(比如 質量流量計)、液體液位傳感器、或者另一種形式的傳感器。變送器10還具有多傳感器實施 例，比如包括多個傳感器模塊12的壓力/溫度變送器。溫度平均傳感器(Tavg傳感器)13包括溫度響應元件，比如電阻溫度器件(RTD)。溫 度平均傳感器13具有擴展的敏感區域，與現有技術的單點(或者單點)傳感器有所區別， 以及與包括多個離散的單點傳感器的多點(或者多點)傳感器有所區別。傳感器13生成 描述變送器10內的擴展區域的模擬補償信號，提供了適用于多種現場模塊形狀以及現場 設備應用的更具代表性的補償信號。在傳感器模塊12包括熱電偶溫度換能器的實施例中，Tavg傳感器13有利于冷端 (cold-junction)補償。然而，由于Tavg傳感器13在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種平均溫度補償變送器，包括：傳感器模塊，被配置為生成描述過程參數的傳感器信號；溫度平均傳感器，被配置為生成描述所述變送器的擴展區域的補償信號；控制器，被配置為根據所述傳感器信號以及所述補償信號而生成補償后的輸出；以及接口，被配置為通過現場設備通信協議來傳輸所述補償后的輸出。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬克S舒梅切爾，
申請(專利權)人：羅斯蒙德公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]