非侵入式过程流体温度计算系统技术方案

一种过程流体温度计算系统包括：第一温度传感器，被布置为测量过程流体管道的外部温度。所述过程流体温度计算系统具有杆部分，该杆部分具有已知热阻抗。第二温度传感器与所述第一温度传感器间隔所述杆部分。测量电路与所述第一和第二温度传感器耦接。微处理器与所述测量电路耦接，以从所述测量电路接收温度信息，并使用热通量计算来提供对过程流体管道内的过程流体温度的估计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非侵入式过程流体温度计算系统
技术介绍
过程工业采用过程变量变送器来监测与化学制品、纸浆、汽油、药物、食物和其他流体过程工厂中的例如固体、浆料、液体、蒸汽和气体的物质相关联的过程变量。过程变量包括压力、温度、流量、液位、浊度、密度、浓度、化学组成以及其他属性。过程流体温度变送器提供与过程流体温度相关的输出。温度变送器输出可以通过过程控制环路传送至控制室，或者可以将该输出传送至另一过程设备，使得可以监测并控制该过程。传统地，过程流体温度变送器与热电偶套管耦接或采用热电偶套管，热电偶套管提供了与过程流体热通信的温度传感器，否则保护温度传感器不与过程流体直接接触。热电偶套管位于过程流体内，以确保过程流体与热电偶套管内布置的温度传感器之间的实质热接触。典型地，使用相对鲁棒的金属结构来设计热电偶套管，使得热电偶套管可以经受过程流体带来的许多挑战。这些挑战可以包括物理挑战，例如过程流体以相对高的速率流过热电偶套管；热挑战，例如特别高的温度；压力挑战，例如过程流体以高压传送或存储；以及化学挑战，例如由腐蚀性过程流体带来的那些化学挑战。此外，热电偶套管可能很难设计到过程安装中。这种热电偶套管需要过程侵入，其中热电偶套管被安装至或扩展到例如箱或管的过程容器中。必须对该过程侵入本身仔细设计并控制，使得过程流体不在侵入点处从容器中泄漏。存在可以折衷热电偶套管的结构完整性的多种因素。在一些情况下，并不能完全考虑所有因素，并且热电偶套管有时弯折或甚至损坏，因此使得过程安装停滞很长的时段。这是非常不希望的。对于一些应用，热电偶套管只是无法在没有潜在损坏的情况下使用。在这些应用中，使用非侵入式过程流体温度计算系统会是有益的，或者甚至是会需要使用非侵入式过程流体温度计算系统。使用这种系统，管夹传感器被用于将温度传感器与过程容器(例如管)耦接。尽管这种非侵入式过程流体温度计算提供了不需要过程侵入、也不会使热电偶套管直接经受过程流体的益处，但是存在折衷。具体地，非侵入式温度计算系统在检测过程流体温度方面通没有延伸至过程流体中并直接测量温度的热电偶套管精确。提供可以更精确地反映过程流体温度的非侵入式过程流体温度计算系统将会降低这种系统的用户所需的一些折衷，并且还可能在不期望或不可能使用热电偶套管的情况下提供更精确的温度计算和过程控制。
技术实现思路
一种过程流体温度计算系统，包括：第一温度传感器，被布置为测量过程流体管道的外部温度。所述过程流体温度计算系统具有杆部分，该杆部分具有已知热阻抗。第二温度传感器与所述第一温度传感器间隔所述杆部分。测量电路与所述第一和第二温度传感器耦接。微处理器与所述测量电路耦接，以从所述测量电路接收温度信息，并使用热通量计算来提供对过程流体管道内的过程流体温度的估计。附图说明图1是示出与非侵入式温度计算系统相关联的误差的过程流体温度对比管夹温度的图表。图2是根据本专利技术一个实施例的与过程流体容器耦接的非侵入式温度计算系统的示意图。图3是示出根据本专利技术实施例的流经非侵入式过程流体温度计算系统的热的示意图。图4是根据本专利技术实施例的非侵入式过程流体温度计算系统的框图。图5是根据本专利技术实施例的估计非侵入式温度测量系统中的过程流体温度的方法的流程图。图6A和6B是根据本专利技术实施例分别示出非侵入式过程流体温度计算系统的校正后的温度和补偿误差的图表。具体实施方式如以上所阐述的，选择非侵入式温度计算系统通常需要精度的折衷。图1是过程流体温度对比管夹温度的图表，示出了非侵入式温度计算系统随过程流体温度改变的误差。图表的左轴示出了过程流体温度和管夹温度，而右轴示出了误差，均以摄氏度为单位。在初始时间，过程流体温度和管夹温度分别处于约25摄氏度，并且误差约为0摄氏度。随着过程流体温度增加，管夹温度也增加，但是以较低的速率增加。附加地，随着过程流体温度改变，管夹也改变，但不是十分匹配过程流体温度。这产生了大约在14至16摄氏度之间波动的误差。这指示管夹温度是比过程流体温度低大约14至16度的读数。图2是根据本专利技术实施例的非侵入式过程流体计算系统的示意视图。系统100被示为与过程流体容器102耦接，过程流体容器102在所示的示例中是管或管道。这样，系统100包括夹具104，夹具104环绕管102的外表面固定。尽管图2中示出的实施例采用螺纹紧固件来环绕管102固定夹具104，但可以采用任意合适的夹持机制。夹具104包括与管102的外表面直接热接触放置的温度传感器(图3中所示)。该温度传感器与在外壳108内布置的电子器件电耦接，使得外壳108内的电子器件可以测量管102的温度。系统100还包括将夹具104与外壳108耦接的杆部分110。杆部分110从夹具104向外壳108传导热。然而，选择用于制造杆110的材料、杆110的长度和/或包括杆110的材料的厚度可以被设计为提供杆110的特定热阻抗。如本文所阐述的，热阻抗被定义为例如杆110的结构对抗热流的程度。热阻抗可以通常被认为是热导的倒数。由于可以在相当高的温度提供一些过程流体管102，杆110具有较高热阻抗以保护外壳108内的电子器件免受这种升高的温度会是有益的。根据本专利技术的一些实施例，在距离管102特定距离处设置附加温度传感器。在一个实施例中，在外壳108内布置附加温度传感器。然而，可以实践本专利技术的如下实施例：其中在杆110内的固定位置内设置附加温度传感器。如以下更详细阐述的，感测管102的表面温度和来自附加温度传感器的间隔温度可以提供热流的指示。此外，由于例如风寒和周围温度之类的环境效应可以影响随着热流经杆110由杆110带走的热的程度，本专利技术的至少一些实施例包括图2中模型中所示的热绝缘。如参考符号112所示，可以环绕管102和夹具104设置该热绝缘。此外，在一个实施例中，热管绝缘可以从管夹104在两个方向上(上游和下游)延伸最小距离。在一个实施例中，该最小距离是至少6英寸。附加地，如参考符号114所示，可以环绕杆部分110设置热绝缘。针对采用绝缘112和/或114的实施例，绝缘应当至少为1/2英寸厚，并且优选地应当被选为减小或潜在地消除任何外部热吸收。例如，理想情况下热绝缘的外表面可以是白色的或反光的。图3是非侵入式过程流体温度计算系统的示意视图，其中根据电气组件对热流建模。具体地，过程流体的温度被示为节点150，并经由图示为电阻器154的管材料的热阻抗(Rpipe)与温度传感器152耦接。应当注意的是，也可以借助于管自身的材料和管壁厚度来获知管材料的热阻抗，使得可以将合适的阻抗参数输入外壳108内的电路中。例如，配置系统的用户可以指示管由不锈钢构建并且为1/2英寸厚。然后，非侵入式过程流体温度计算系统的存储器内的合适的查找数据识别与所选材料和壁厚相匹配的相应热阻抗。此外，可以实践如下实施例：其中只选择管材料并且基于所选材料和所选壁厚来计算热阻抗。无论如何，本专利技术的实施例一般运用管材料的热阻抗的知识。此外，在不能事先知晓管材料的热阻抗的实施例中，也可以提供校准操作，其中向非侵入式过程流体温度计算系统提供已知的过程流体温度并将热阻抗设置为校准参数。如图3所示，热还可以从温度传感器152流出杆部分110的侧壁到参考符号156处所示的周围环境中，并且该热阻抗(R2)用参考符号158指示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过程流体温度计算系统，包括：第一温度传感器，被布置为测量过程流体管道的外部温度；杆部分，具有已知热阻抗；第二温度传感器，与所述第一温度传感器间隔所述杆部分；测量电路，与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器耦接；以及微处理器，与所述测量电路耦接以从所述测量电路接收温度信息，并使用热通量计算来计算过程流体温度输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种过程流体温度计算系统，包括：第一温度传感器，被布置为测量过程流体管道的外部温度；杆部分，具有已知热阻抗；第二温度传感器，与所述第一温度传感器间隔所述杆部分；测量电路，与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器耦接；以及微处理器，与所述测量电路耦接以从所述测量电路接收温度信息，并使用热通量计算来计算过程流体温度输出。2.根据权利要求1所述的过程流体温度计算系统，还包括：夹具，被配置为附在所述过程流体管道上，并保持所述过程流体管道和所述第一温度传感器之间的热接触。3.根据权利要求1所述的过程流体温度计算系统，还包括：附在所述杆部分上的外壳，所述外壳包含所述测量电路、所述第二温度传感器和所述微处理器。4.根据权利要求3所述的过程流体温度计算系统，还包括：布置在所述外壳内的端子块，所述端子块安装有所述第二温度传感器。5.根据权利要求3所述的过程流体温度计算系统，还包括：存储器，所述存储器包含用于计算热通量的参数。6.根据权利要求5所述的过程流体温度计算系统，其中所述参数包括所述过程流体管道的壁的物理特征。7.根据权利要求6所述的过程流体温度计算系统，其中所述物理特征包括构造所述过程流体管道的材料。8.根据权利要求6所述的过程流体温度计算系统，其中所述物理特征是过程流体管道壁厚度。9.根据权利要求1所述的过程流体温度计算系统，还包括：围绕所述过程流体管道与所述第一温度传感器邻近布置的热绝缘。10.根据权利要求1所述的过程流体温度计算系统，还包括：围绕所述杆部分布置的热绝缘。11.根据权利要求1所述的过程流体温度计算系统，其中所述微处理器被配置为：基于所述第一温度传感器测量到的温度的变化率来动态补偿温度输出。12.根据权利要求1所述的过程流体温度计算系统，其中所述微处理器被配置为：基于所述第二温度传感器测量到的温度的变化率来动态补偿所述温度输出。13.根据权利要求1所述的过程流体温度计算系统，其中所述微处理器被配置为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森·H·路德，尤里·尼古拉耶维奇·库兹涅佐夫，塞特·塞托维奇·加里波夫，阿列克斯基·亚历山大罗维奇·克里瓦诺格夫，谢尔盖·安德列耶维奇·福姆琴科，弗拉基米尔·维克多维奇·雷普耶夫斯基，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：美国,US