热套管振动感测制造技术

提供了一种过程流体温度测量系统。过程流体温度测量系统包括热套管，该热套管被配置为耦合到过程流体导管并延伸穿过该过程流体导管的壁。过程流体温度测量系统还包括布置在热套管内的温度传感器组件，该温度传感器组件包括传感器囊，该传感器囊具有布置在其中的至少一个温度敏感元件。温度传感器组件还包括耦合到传感器囊的振动传感器，该振动传感器被配置为响应于所检测到的振动而产生振动信号。过程流体温度测量系统还包括发送器电路，该发送器电路耦合到振动传感器并被配置为接收振动信号并基于所接收到的振动信号产生输出。号并基于所接收到的振动信号产生输出。号并基于所接收到的振动信号产生输出。

【技术实现步骤摘要】
热套管振动感测


[0001]本专利技术总体上涉及过程传感器系统，并且更具体地涉及用于工业过程监测系统中的流体传感器的热套管传感器壳体。

技术介绍

[0002]许多工业过程通过管道或其他导管传送过程流体。这种过程流体可以包括液体、气体、以及有时夹带的固体。这些过程流体可以在多种行业中的任何一种行业中找到，包括但不限于卫生食品和饮料生产、水处理、高纯度制药、化学加工、碳氢燃料行业，包括碳氢化合物提取和加工以及利用磨料和腐蚀性泥浆的水力压裂技术。
[0003]工业过程发送器和传感器组件用于感测流经导管或容纳在容器中的过程流体的各种特性，并向远离过程测量位置的控制、监测和/或安全系统发送有关那些过程特性的信息。传感器组件可以感测各种过程参数，包括压力、温度、pH或流速。过程发送器通常是经由传感器导线电连接的传感器组件，该传感器导线用于发送反映至少一个这种过程参数的基于电流或电压的模拟传感器输出信号。每个发送器读取这些传感器输出信号，并将它们转换为过程参数的测量值。最后，发送器向控制系统发送信息。
[0004]通常将温度传感器放置在热套管内，然后通过导管中的孔将其插入过程流体流中。当插入到过程流体中时，热套管可能受到由过程流体流的变化状况施加的动态应力。为了帮助设计，通常对热套管安装执行唤醒频率计算，以防止热套管暴露于最终会因振动而导致疲劳的过程状况下。然而，这种方法可能并不总是可行的，因为过程特性或热套管结构会随着时间变化，从而导致过早失效。因此，热套管在用于为温度传感器提供过程密封的同时，具有许多限制。r/>
技术实现思路

[0005]提供了一种过程流体温度测量系统。过程流体温度测量系统包括热套管，该热套管被配置为耦合到过程流体导管并延伸穿过该过程流体导管的壁。过程流体温度测量系统还包括布置在热套管内的温度传感器组件，该温度传感器组件包括传感器囊，该传感器囊具有布置在其中的至少一个温度敏感元件。温度传感器组件还包括耦合到传感器囊的振动传感器，该振动传感器被配置为响应于所检测到的振动而产生振动信号。过程流体温度测量系统还包括发送器电路，该发送器电路耦合到振动传感器并被配置为接收振动信号并基于所接收到的振动信号产生输出。
附图说明
[0006]图1是本专利技术实施例特别适用于的过程流体温度测量系统的图解视图。
[0007]图2是本专利技术实施例特别适用于的过程流体温度测量系统的壳体内的电路框图。
[0008]图3是根据本专利技术实施例的温度传感器组件的图解视图。
[0009]图4A
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图4B示出了根据本专利技术实施例的用于图1的过程流体温度测量系统的振动
传感器的示意图。
[0010]图5是示出了随过程流体流的速度变化的热套管尖端位移的图表。
[0011]图6A
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图6F示出了根据本专利技术实施例的振动传感器的信号输出在各种过程流体流速下的一系列频域图。
具体实施方式
[0012]如上所述，可以对热套管安装执行唤醒频率计算以辅助其设计。通常进行这些计算，以防止热套管暴露于最终会因振动而导致疲劳的过程状况下。这种系统通常利用过程状况标准，其中，在根据变化的过程流体流计算唤醒频率时，将典型的过程状况加载到计算中。
[0013]上述唤醒频率计算通常基于热套管安装内的过程状况不随时间变化的假设。然而，过程特性或热套管结构中变化可以随时间发生，从而导致计算错误和/或过早失效。另外，当过程状况变化时，可能会在过程流体内产生涡流。如果在过程流体中产生的涡流很大，则会使热套管安装的组件疲劳和/或断裂。例如，如果所产生的涡流达到涡流脱落频率(即，能够对热套管造成潜在损坏的频率水平)，则热套管可能会疲劳，从而导致永久性损坏。此外，如果涡流达到热套管的固有频率，则热套管可能严重疲劳到可能发生破裂的程度。固有频率可以特定于所采用的热套管的特定类型，因此可以是范围广泛的不同振动频率。另外，在一些情况下，涡流的幅度在足以导致损坏热套管安装组件的水平。
[0014]由于导管内存在高温状况，因此在热套管内实现传感器以感测振动是困难的。理想情况下，振动传感器应安装在发送器壳体中，该发送器壳体附接到热套管，以允许更大的测量灵活性。然而，在许多应用中，发送器是从热套管远程安装的。
[0015]图1是本专利技术实施例特别适用于的过程流体温度测量系统的图解视图。如图所示，系统100通常包括热套管102，该热套管被配置为耦合到过程流体导管104并延伸穿过过程流体导管的壁106。热套管102还被配置为接触过程流体导管104内的过程流体108，以获得过程流体的测量值，例如，温度。热套管102具有通常布置在其中的温度传感器组件110。温度传感器组件110包括传感器囊112。术语“囊”并不旨在表示任何特定的结构或形状，因此可以形成为各种形状、大小和配置。传感器囊112通常包括一个或多个温度敏感元件(未示出)，例如，电阻温度设备(RTD)或热电偶。传感器囊112内的传感器电连接到壳体116内的发送器电路114，该发送器电路114被配置为从传感器囊112获得一个或多个温度测量值。如图所示，在一个实施例中，传感器囊112经由测量导线130电连接到发送器电路114，该测量导线130可以包括两条或更多条导体电缆。另外，如图所示，发送器电路114经由示出为线缆的传输回路118电连接到控制室124内的主机系统。备选地，传输回路118可以是两条或更多条线缆、光纤电缆或无线链路。
[0016]温度传感器组件110还包括耦合到传感器囊112的振动传感器120。振动传感器120通常被配置为响应于过程流体的状况来感测热套管102的振动，并且响应于所检测到的振动而产生振动信号。例如，如果在工艺流体内产生涡流并且涡流引起热套管的振动，则振动传感器120被配置为感测该振动并产生指示热套管振动的振动信号。如图1所示，在一个实施例中，振动传感器120布置在传感器囊112上并位于热套管102的底部。通过将振动传感器120布置在热套管102的底部，可以在由于振动而可能发生断裂的点处感测热套管102的振
动。备选地，振动传感器120可以放置在热套管的其他位置，以便可以检测到振动。此外，虽然在图1中示出了振动传感器120被布置在传感器囊112中，但是在其他实施例中，振动传感器120可以被嵌入在热套管内并被布置在传感器囊附近。
[0017]图2是本专利技术实施例特别适用于的过程流体温度测量系统200的壳体216内的电路框图。系统200与系统100(图1所示)具有一些相似性，并且相似的组件被相似地编号。系统200还可以包括其他项目，如框236所示。系统200包括耦合到控制器224的通信电路222。通信电路222可以是能够传达与过程流体温度和/或热套管(例如，热套管102(如图1所示))的振动有关的信息的任何合适的电路。通信电路222允许过程流体温度测量系统200在过程通信回路或段(例如，传输回路118(图1所示))上传送过程流体温度输出。过程通信回路协议的合适示例包括4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过程流体温度测量系统，包括：热套管，被配置为耦合到过程流体导管并延伸穿过所述过程流体导管的壁；温度传感器组件，布置在所述热套管内，所述温度传感器组件包括：传感器囊，具有布置在其中的至少一个温度敏感元件；振动传感器，耦合到所述传感器囊，所述振动传感器被配置为响应于所检测到的振动而产生振动信号；以及发送器电路，所述发送器电路耦合到所述振动传感器并被配置为接收所述振动信号并基于所接收到的振动信号产生输出。2.根据权利要求1所述的过程流体温度测量系统，其中，所述振动传感器包括压电膜。3.根据权利要求1所述的过程流体温度测量系统，其中，所述输出指示来自由过程流体产生的涡流脱落频率的热套管应力。4.根据权利要求3所述的过程流体温度测量系统，其中，所述发送器电路被配置为在所述涡流脱落频率满足频率阈值时产生所述输出。5.根据权利要求1所述的过程流体温度测量系统，其中，所述振动信号包括对振动频率的指示。6.根据权利要求1所述的过程流体温度测量系统，其中，所述振动信号包括对振动幅度的指示。7.根据权利要求1所述的过程流体温度测量系统，其中，所述发送器电路经由测量导线耦合到所述振动传感器。8.根据权利要求7所述的过程流体温度测量系统，其中，所述传感器囊还经由所述测量导线耦合到所述发送器电路。9.根据权利要求7所述的过程流体温度测量系统，其中，所述传感器囊经由与所述振动传感器分开的测量导线耦合到所述发送器电路。10.根据权利要求1所述的过程流体温度测量系统，其中，所述振动传感器被布置在位于所述热套管的底部的传感器囊内。11.根据权利要求1所述的过程流体温度测量系统，其中，所述振动传感器包括摩擦电线。12.一种指示导管内的热套管振动的方法，所述方法包括：将热套管耦合到过程流体导管，所述热套管包括振动传感器；检测第一频率下的振动，并检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：