非侵入式过程流体温度指示制造技术

一种过程流体温度估计系统包括安装组件，所述安装组件被配置成将过程流体温度估计系统安装到过程流体管道的外表面。传感器容器中设置有至少一个温度敏感元件。测量电路耦合到传感器容器并且被配置成检测至少一个温度敏感元件的随温度变化的电特性并提供传感器容器温度信息。控制器耦合到测量电路并且被配置成获得参考温度并且利用参考温度、传感器容器温度信息和过程流体管道的已知热导率进行热传递计算以产生所估计的过程流体温度输出。从参考温度源获得参考温度，所述参考温度源选自包括以下各项的组：端子温度传感器、过程通信、电子器件温度传感器、外部环境温度传感器以及基于已知热性质的估计。

Noninvasive process fluid temperature indication

【技术实现步骤摘要】
非侵入式过程流体温度指示
技术介绍
许多工业过程通过导管或其它管道传送过程流体。这种过程流体可以包括液体、气体，有时还包括夹带的固体。这些过程流体流可以在各种工业中找到，包括但不限于卫生食品和饮料生产、水处理、高纯度药物制造、化学加工、烃燃料工业(包括烃提取和加工)以及采用磨蚀性和腐蚀性浆液的水力压裂技术。通常将温度传感器放置在热电偶套管内，然后将热电偶套管通过管道中的孔插入过程流体流中。然而，这种方法可能并不总是实用的，因为过程流体可能具有非常高的温度、非常具腐蚀性或两者兼而有之。另外，热电偶套管通常需要在管道中具有螺纹端口或其它坚固的机械支座/密封件，因此必须在限定的位置被设计到过程流体流动系统中。因此，热电偶套管虽然可用于提供精确的过程流体温度，但具有许多限制。最近，通过测量过程流体管道(诸如导管)的外部温度并采用热流计算来估计过程流体温度。这种外部方法被认为是非侵入式的，因为它不需要在管道中限定任何孔或端口。因此，这种非侵入式方法可以部署在沿管道的几乎任何位置。
技术实现思路
一种过程流体温度估计系统包括安装组件，所述安装组件被配置成将过程流体温度估计系统安装到过程流体管道的外表面。传感器容器中设置有至少一个温度敏感元件。测量电路耦合到传感器容器，并且被配置成检测至少一个温度敏感元件的随温度变化电特性并提供传感器容器温度信息。控制器耦合到测量电路并且被配置成获得参考温度并且利用参考温度、传感器容器温度信息和过程流体管道的已知热导率进行热传递计算以产生所估计的过程流体温度输出。从参考温度源获得参考温度，所述参考温度源选自包括以下各项的组：端子温度传感器、过程通信、电子器件温度传感器、外部环境温度传感器以及基于已知热性质的估计。附图说明图1是本专利技术的实施例具体适用的热流测量系统的示意图。图2是本专利技术的实施例具体适用的热流测量系统内的电路的框图。图3是本专利技术的实施例的传感器容器的示意性截面图。图4是根据本专利技术的实施例的在高温应用中提供过程流体温度测量的方法的流程图。具体实施方式如上所述，可以通过测量过程流体管道(诸如导管)的外部温度并采用热流计算来估计过程流体温度。这种系统通常在热流计算中使用导管表皮(外表面)温度Tskin和参考温度Treference以及热阻抗值来推断或以其它方式估计管道内的过程流体温度。该特征通常要求已知从过程流体到变送器端子的热导率。因此，这种系统可以需要变送器端子温度传感器通常连接至或尽可能靠近过程流体温度变送器端子或导管表皮传感器的“冷端”。这种关系在系统中的测量点(Tskin、Treference)之间提供了更好的相关性。随着过程温度升高，通常温度曲线将在系统中改变，导致传感器的冷端略微上升。对于提供适当的过程温度推断，这一变化非常重要。对于略微变化或根本没变的环境温度和过程温度，在表皮温度和安装组件中的另一个温度点之间不需要直接测量，以便合理地校正过程温度。图1是本专利技术的实施例具体适用的热流测量系统的示意图。如图所示，系统200通常包括管夹部分202，管夹部分202被配置成夹紧管道或导管100。管夹202可具有一个或多个夹耳204，以允许管夹部分202定位并夹紧到导管100。管夹202可以用铰链部分替换夹耳204中的一个，使得管夹202可以被打开以定位在导管上，然后通过夹耳204闭合和固定。虽然关于图1所示的夹子特别有用，但是根据本文所述的实施例，可以使用用于将系统200牢固地定位在导管的外表面周围的任何合适的机械布置。系统200包括热流传感器容器206，通过弹簧208使热流传感器容器206抵靠导管100的外径116。术语“容器(capsule)”并不意味着暗示任何特定的结构或形状，因此可以形成为各种形状、尺寸和配置。虽然示出了弹簧208，但是本领域技术人员将理解，可以使用各种技术来抵住传感器容器206使其与外径116连续接触。传感器容器206通常包括一个或多个温度敏感元件，诸如电阻温度器件(RTD)。容器206内的传感器电连接到外壳210内的变送器电路，变送器电路配置成从传感器容器206获得一个或多个温度测量值，并基于来自传感器容器206的测量值和参考温度(诸如在外壳210内测量的或以其它方式提供给外壳210内的电路的温度)计算过程流体温度的估计值。在一个示例中，基本热流计算可以简化为：Tcorrected＝Tskin+(Tskin-Treference)*(Rpipe/Rsensor)。在该方程中，Tskin是管道外表面的测量温度。另外，Treference是相对于具有热阻抗(Rsensor)的位置而获得的第二温度，所述热阻抗(Rsensor)来自测量Tskin的温度传感器。通常由外壳210内的专用传感器感测Treference。然而，也可以以其它方式感测或推断Treference。例如，温度传感器可以定位在变送器外部，以代替热传递计算中的端子温度测量。该外部传感器将测量变送器周围环境的温度。作为另一个示例，工业电子器件通常具有板上温度测量能力。该电子器件温度测量可以用作用于热传递计算的端子温度的替代。作为另一个示例，如果系统的热导率是已知的并且变送器周围的环境温度是固定的或受用户控制的，则固定或用户可控的温度可以用作参考温度。Rpipe是管道的热阻抗，并且可以通过获得管材信息、管壁厚度信息等手动获得。附加地或者备选地，可以在校准期间确定与Rpipe相关的参数并存储以供后续使用。因此，使用诸如上述的合适的热通量计算，外壳210内的电路能够计算过程流体温度的估计值(Tcorrected)并将关于这种过程流体温度的指示传送给合适的设备和/或控制室。在图1所示的示例中，这种信息可以经由天线212无线传送。图2是本专利技术的实施例具体适用的热流测量系统200的外壳210内的电路的框图。系统200包括耦合到控制器222的通信电路220。通信电路220可以是能够传送与所估计的过程流体温度有关的信息的任何合适的电路。通信电路220允许热流测量系统200在过程通信回路或部段上传递过程流体温度输出。过程通信回路协议的合适示例包括4-20毫安协议、高速可寻址远程传感器()协议、FOUNDATIONTM现场总线协议和WirelessHART协议(IEC62591)。热流测量系统200还包括电源模块224，电源模块224如箭头226所示向系统200的所有组件供电。在热流测量系统200耦合到有线过程通信回路(诸如回路或FOUNDATIONTM现场总线部段)的实施例中，电源模块224可以包括合适的电路以调节从回路或部段接收的功率以操作系统200的各种组件。因此，在这种有线过程通信回路实施例中，电源模块224可以提供合适的功率调节，以允许整个设备由与其耦合的回路供电。在其它实施例中，当使用无线过程通信时，电源模块224可以包括电源，诸如电池和合适的调节电路。控制器222包括能够使用来自容器206内的传感器的测量值和附加参考温度(诸如外壳210内的端子温度)来产生基于热流的过程流体温度估计的任何合适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种估计管道内的过程流体温度的方法，所述方法包括：/n获得过程管道附近的管道温度；/n获得关于所述过程管道的热导率信息；/n从端子温度传感器获得参考温度；以及/n将所述热导率信息存储在过程流体温度估计系统中，以在热传递方程中使用，用于基于所述管道温度和参考温度来估计过程流体温度；/n确定是否发生了参考温度切换事件；以及/n基于所述确定，从第二源获得第二参考温度。/n

【技术特征摘要】
20180928 US 16/146,1521.一种估计管道内的过程流体温度的方法，所述方法包括：
获得过程管道附近的管道温度；
获得关于所述过程管道的热导率信息；
从端子温度传感器获得参考温度；以及
将所述热导率信息存储在过程流体温度估计系统中，以在热传递方程中使用，用于基于所述管道温度和参考温度来估计过程流体温度；
确定是否发生了参考温度切换事件；以及
基于所述确定，从第二源获得第二参考温度。


2.根据权利要求1所述的方法，其中获得第二参考温度包括：接收指示所述参考温度的过程通信。


3.根据权利要求1所述的方法，其中获得第二参考温度包括：测量过程流体温度估计系统的外壳内的电子器件的温度。


4.根据权利要求1所述的方法，其中获得第二参考温度包括：基于已知过程性质估计第二参考温度。


5.根据权利要求1所述的方法，其中获得第二参考温度包括：从环境温度传感器接收第二参考温度。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述参考温度切换事件基于所述端子温度传感器的故障。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述参考温度切换事件基于接收切换命令。


8.一种过程流体温度估计系统，包括：
安装组件，被配置成将所述过程流体温度估计系统安装到过程流体管道的外表面；
传感器容器，所述传感器容器中设置有至少一个温度敏感元件；
测量电路，所述测量电路耦合到所述传感器容器并且被配置成检测所述至少一个温度敏感元件的随温度变化的电特性并提供传感器容器温度信息；以及
控制器，耦合到所述测量电路，所述控制器被配置成从外部环境温度传感器获得参考温度，并利用所述参考温度、所述传感器容器温度信息和所述过程流体管道的已知热导率进行热传递计算以产生所估计的过程流体温度输出。


9.根据权利要求8所述的过程流体温度估计系统，还包括备用逻辑，所述备用逻辑检测所述外部环境温度传感器的故障，并向所述控制器提供第二参考温度。


10.根据权利要求9所述的过程流体温度估计系统，其中所述备用逻辑从电子器件温度传感器接收所述第二参考温度。


11.根据权利要求9所述的过程流体温度估计系统，其中所述备用逻辑从估计逻辑接收所述第二参考温度，所述估计逻辑被配置成基于所述系统的已知热性质来估计所述第二参考温度。


12.根据权利要求8所述的过程流体温度估计系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森·H·路德，史蒂文·R·特林布，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US