用简化过程提供表示经差压发生器的流量信号的变送器制造技术

一种用于提供一个表示经过管道流体的质量流量率的输出信号的变送器，其特征在于该变送器包括： 一个提供表示流体温度的温度信号的温度传感器； 一个提供表示管道内静态压力的静态压力信号的静态压力传感器； 一个提供压力差信号的差压发生器；和 一个微计算电路，其连接到温度传感器、静态压力传感器和差压发生器、以接收温度信号、静态压力信号和差分压力信号，和基于使用至少与在每个多项式中是独立变量的温度、静态压力和压力差中的一个多项曲线拟合的多个多项式提供一个表示经过管道流体的流量的输出信号。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在过程控制工业中的变送器。尤其是，本专利技术涉及一种简化的过程，用在一个变送器中，用于提供一个表示经过压差发生器的流量的输出信号。检测流经管道的流体的各种特性的变送器是已知道的。这些变送器一般用于检测和测量压力差，线性压力(或静态压力)和过程流体的温度。这些变送器一般安装在精炼厂的现场，或其它过程控制工业设备。现场安装的变送器在功率的消耗上有很大地限制。这类变送器一般提供一个表示被测变量的电流形式的输出。该电流的变化幅度在4-20mA之间且作为检测过程变量的函数。因此，可以用来运行变送器的电流是小于4mA。流量计算的一种方法是在例如象过程控制工业和石油工业的一些工业中是使用专用计算机实现的。这些器件或使用分开的压力，压力差和温度变送器或使用安装在大外壳内有检测功能的机械设备。这些器件一般都比较大并且消耗的功率比4mA多。此外，他们经常被限制使用在一些特定场合，例如象保管传送碳氢化合物的监视或者用在井口监视气井或油井的输出。流量计算的另一种方法是通过本地控制系统来实现，经常称为可编程环路控制器(PLC)。可编程环路控制器典型地接收来自分开的压力，压力差和温度变送器的输入，并且基于这些输入计算流量。这些器件经常执行其他的本地控制任务，例如在工厂的控制中所需其他变量的计算或者对于报警目的的过程变量的监视。在这些器件中流量的计算需要用户进行编程。第三种计算流量的方法是通过控制整个工厂的大型计算机实现，经常称为分布式控制系统(DCS)。分布式控制系统一般执行一个宽范围任务，范围从接收来自现场安装的变送器的输入到计算如流量或液面的中间过程变量，到发送定位信号给最终控制部件如阀门，到执行厂里的监视和报警功能。因为宽范围任务的需要以及典型的高消耗的分布式控制系统的输入输出能力，存储器和计算时间，所以一般做一个流量计算而不对所有由于改变过程状态的影响做补偿校正。在过程控制工业中一种共同测量流量率的手段是测量管道内固定限制装置两端的压力降，经常被称为一个差压发生器或基本部件。用于计算通过差压发生器流量率的普通方程式可写为 式中Q＝质量流量率(质量/单位时间)N＝单位转换系数(单位变化)Cd＝流量输出系数(无量纲)E＝接近系数的速率(无量纲)Y1＝气体膨胀系数(无量纲)d＝差压发生器的孔径(长度)ρ＝流体密度(质量/单位体积)h＝压力差(力/单位面积)在这个式中的各项中，只有单位转折系数为一个常数，对计算来说是简单的。方程式所描述的其他项范围从相对简单到非常复杂。该表达式某些包含许多项并且需要数的自乘到非整数幂。这是一种计算地增强操作。以外，希望使这个变送器工作与尽可能多的差压发生器类型兼容。为了确定基于一差压发生器(不用说一个多元不同类型的差压发生器)输出的流量，对常规的流量方程所有所需的计算和方程的执行需要由一个具有高运算速度和强运算能力的处理器合理地执行计算。这个处理器工作导致在变送器中功率消耗及存储器需求的增加。这大大地不合乎给定的4mA功率限制或常规变送器的所能要求的。因此，基于微处理器的电流型变送器，在给定的上述功率和存储器限制下，在任何合适的时间周期内完全没有能力执行这些计算。在获取一简化流量输出系数方程中有许多工作已完成。然而，这仅仅是流量方程的一小部分。即使假设该流量输出系数是相当简化的，在给定限制的基于微处理器的电流型变送器中精确地执行流量方程还是很难的。为简化流量方程其它的尝试都已试过了。然而，为了使流量方程简化得足以使它能在基于微处理器的变送器中执行，这些简化的流量方程是不完全准确的。例如，一些简化的流量方程不能计算流量输出系数。其他不能计算压缩性，或粘滞性影响。因此，普通的由4-20mA环路供电的基于微处理器变送器完全不能准确地计算流量。说的准确点，他们提供横截孔板流量计的压力差，静态线性压力和温度的输出指示，这些变量提供给上面所述的控制室内的流量计算机，接下来计算流量。这对流量计算机是一个明显的处理负担。
技术实现思路
一种变送器，它提供一个表示流经管道流体的质量流量率的输出信号。变送器包括一个提供表示流体温度的温度信号的温度传感器。一个静态压力传感器，它提供表示管道内静态压力的静态压力信号。一个差压发生器提供压力差信号。变送器还包括一个基于多元简化方程式提供表示流经管道流体的质量流量的输出信号。附图说明图1显示与引导流体流过的管道连接的本专利技术的一个变送器。图2是一个根据本专利技术的变送器的部分结构形式方框图。图3A-3C图解说明根据本专利技术系统所用的流量输出系数曲线拟合精度。图4A和4B图解说明根据本专利技术所用粘滞度的曲线拟合精度。图5显示根据本专利技术所用Ed2项的曲线拟合精度。图6图解说明根据本专利技术所用气体膨胀系数的曲线拟合精度。图7A和7B图解说明根据本专利技术所用液体的流体密度的曲线拟合精度。图8A和8B图解说明根据本专利技术所用气体的流体密度的曲线拟合精度。最佳实施例的详细描述图1是一个依据本专利技术的变送器10的图解。变送器10通过管道装配件或法兰盘14与管道12连接。管道12沿箭头16的方向导引一种流动的流体，既可以是一种气体也可是一种液体。变送器10包括变送器电子组件18和传感器组件22，它们都集中装在一个变送器盒内，图2给出全面的图解。变送器电子组件18最好还包括一个夹持器20用于接收来自电阻温度器件(RTD)的输入，更可取地是有一个典型直插入管道或者插入一个插入管道的热电偶套管去测量流体的温度。来自RTD的导线连接到一个温度传感器外壳24内的接线盒的一边。接线盒的另一边连接经过电导线管26的导线并连接到夹持器20。传感器组件22包括一个压力差传感器和一个绝对压力传感器。压力差传感器和绝对压力传感器提供压力信号给调整和数字化电路，和到一个线性和补偿电路。该补偿的、线性的和数字化信号被提供给电子组件18。变送器10中的电子组件18提供一个输出信号表示过程流体流经管道12到远程场地的过程状态，最好是使用经过软导线管28的双绞导线形成一个4-20mA的双线环路。在这个最佳实施例中，变送器提供依据HART或帧总线标准表示三个过程变量(温度、静态压力和压力差)的信号。还有，根据本专利技术变送器10还提供一个表示流量的输出信号。依据本专利技术确定流量的方法是被明显地简化到超过以前的方法并使变送器10的电子模块中的微处量器能够计算流量且微处理器不会超出功率限制，并且是在可接受地快速更新次数上。图2是一个更详细的变送器10的传感器组件22和电子组件18的方框图。传感器组件22包括一个应变压力传感器30，压力差传感器32和温度传感器34。应变仪传感器30检测流经管道12的流体的线性压力(或静态压力)。压力差传感器32最好是构成为金属盒电容基片压力差传感器，该传感器测量管道12管孔差分压力。温度传感器34，如上所述，是一个用于测量管道12中流体的过程温度的100欧姆RTD传感器。同时图1中传感器34和传感器外壳24示出在变送器10的流体下游，这仅仅是一个较佳的实施例，而温度传感器34的任何合适的安装位置是可以预料到的。传感器组件22最好还包括一个模拟电子部分36，和一个传感器处理器电子部分38。电子组件18包括输出电子部分40。在传感器组件22中的模拟电子部分36包括信号调节和电源滤波电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·E·维克隆德，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：