热电偶套管中的振动检测制造技术

一种传感器系统包括过程换能器、无动力振动传感器和过程变送器。所述过程换能器设置在热电偶套管内并且配置用于产生第一传感器信号。所述无动力振动传感器配置用于产生反映所述热电偶套管的振动的第二传感器信号。所述过程变送器配置用于接收、处理和发送所述第一和第二传感器信号。第二传感器信号。第二传感器信号。

【技术实现步骤摘要】
热电偶套管中的振动检测
[0001]本申请是申请日为2014年3月14日的中国专利申请“热电偶套管中的振动检测”(申请号：201410095590.0)的分案申请。


[0002]本专利技术通常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电偶套管传感器外壳。

技术介绍

[0003]工业过程变送器和传感器组件用于感测流经导管或者包含在容器内的过程流体的各种特性，并且将与那些过程特性有关的信息发送至距所述过程测量位置远程设置的控制、监测和/或安全系统。每一个过程变送器均可以连接至一个或者多个传感器和/或致动器(actuator)组件。传感器组件可以感测许多过程参数，包括压力、温度、pH值或者流速。过程变送器典型地是经由传感器导线电连接的传感器组件，所述传感器导线用于发送基于电流或者电压的模拟传感器输出信号，所述模拟传感器输出信号反映(reflecting)至少一个这种过程参数。每一个变送器都读取这些传感器输出信号，并且将它们转换成所述过程参数的测量结果。最后，所述变送器将所述信息发送至所述控制系统。
[0004]用于感测过程流体温度和温度变化的传感器组件通常包括至少一个包封在延伸进入所述流体流的热电偶套管中的温度传感器。热电偶套管设计用于与过程流体物理接触，并且遮蔽所述温度传感器免受由与所述流体直接接触所造成的物理损伤(例如冲击、腐蚀等)，同时有效地传导所述流体与所述温度传感器之间的热量。热电偶套管可靠性在过程监测中是至关重要的，因为已经破裂或者损坏的热电偶套管会允许有害过程流体的泄漏，并且使精密和/或昂贵的传感器暴露于过程流体。严重的热电偶套管损伤会使热电偶套管脱离(detach)，可能对下游设备造成进一步损坏。
[0005]振动是损坏热电偶套管和所封闭的温度传感器的主要原因，实现振动衰减和预防对过程流体中传感器组件的持续操作是关键的。过程流在热电偶套管上的撞击(impingement)经由涡流在所述过程流体中造成湍流(turbulence)。这种湍流具有由多个因素确定的特征唤醒频率f
w
，所述因素包括所述热电偶套管的几何尺寸和所述过程流体的条件和流速。当唤醒频率f
w
接近所述热电偶套管的自然谐振频率f
r
时，涡流会造成有害的热电偶套管振动。因此，经常利用预计的唤醒频率f
w
设计热电偶套管，以避免f
w
＝f
r
谐振条件。然而，在热电偶套管的生命周期内，过程条件的变化会造成f
w
和/或f
r
的移动，增加了谐振条件的可能性。

技术实现思路

[0006]本专利技术涉及包括过程换能器、无动力振动传感器和过程变送器的传感器系统。所述过程换能器设置在热电偶套管内并且配置用于产生第一传感器信号。所述无动力振动传感器配置用于产生反映所述热电偶套管振动的第二传感器信号。所述过程变送器配置用于
接收、处理和发送所述第一和第二传感器信号。
附图说明
[0007]图1是根据本专利技术的过程监测或者控制系统的简化图。
[0008]图2是用于图1的过程监测和控制系统的能量采集振动换能器的电路图。
[0009]图3是电压对频率的曲线，阐释了在图2的能量采集振动传感器的谐振频率下振动的效果。
具体实施方式
[0010]图1是过程系统10(用于监测和/或激励工业流体过程的系统)的一个实施例的简化剖视图。在所描述的实施例中，过程系统10包括过程变送器12、过程管线14(具有凸缘连接16)、热电偶套管18、过程换能器20、延伸件22、振动传感器24和控制或者监测系统26。
[0011]过程管线14承载用于工业过程的过程流F。过程管线14例如可以是配置用于承载流体(诸如油浆、粘性制造材料、气体或者液体)的管子(tube)或管道(duct)。过程管线14包括至少一个凸缘连接16，便于凸缘安装设备的连接，以测量过程流F的至少一个特性，诸如温度、流速、压力或者pH值。在所阐释的实施例中，凸缘连接16给热电偶套管18和过程换能器20提供附着点(attachment point)，并且提供过程管线中的孔，热电偶套管18和过程换能器20可以通过所述孔延伸进入过程流体F。过程流体F例如可以包括损坏或者其他不利于过程换能器20操作的化学品或者颗粒。
[0012]热电偶套管18是在过程流体F内过程换能器20周围的保护体。热电偶套管18例如可以是中空的锥形鞘，固定至凸缘连接16并且通过凸缘连接16设置进入过程流体F。热电偶套管18由具有较高热导率的材料(诸如黄铜、钢或铜)形成，以便将热量从过程流体F有效地传导至过程换能器20。热电偶套管18具有由其几何尺寸和结构确定的特征自然谐振频率f
r
。
[0013]在所描述的实施例中，过程换能器20是包覆在热电偶套管18中的温度传感器探针，并且能够产生过程信号，所述过程信号反映靠近凸缘连接16的过程流体F的温度或者温度变化的至少之一。过程换能器20例如可以是热电偶、电阻式温度检测器或者热敏电阻器。热电偶套管18使过程换能器20免受过程流体F，防止损伤并且增大过程换能器20的预期寿命。热电偶套管18还利用凸缘连接16形成流体密封，从而防止过程换能器20附近过程流体F的泄漏。热电偶套管18例如可以是螺栓固定或者夹紧至凸缘连接16。在一些实施例中，过程系统10可以包括设置在热电偶套管18和凸缘连接16之间用于改进流体密封的附加密封部件(垫圈、O型环等)。
[0014]过程变送器12是信号处理和/或发送装置，接收和处理来自过程换能器20的信号以产生过程流体F的参数的至少一个测量结果。过程变送器12例如可以是逻辑功能装置，配置用于从接收自过程换能器20的电信号中提取过程测量结果。过程变送器12还可以包括诊断或者故障报告部件，并且可以包括持久存储器以存储与过程流体F有关的测量、控制和诊断数据。
[0015]在所描述的实施例中，过程换能器20经由延伸件22连接至过程变送器12。正如所描述的，延伸件22是支撑过程变送器12的刚性联接(rigid coupling)并且承载将过程变送
器12连接至过程换能器20的信号线。尽管示出了将过程变送器12与过程换能器20间隔开地安装在延伸件22上，但是过程系统10的一些实施例可以利用直接安装至过程管线14、凸缘连接16或过程换能器20的或者远程安装的过程变送器。过程变送器12可以包括内部电源，和/或从外部电网连接或者能量采集装置接收功率。此外，如下参考图2和3更详细描述的，过程变送器12可以从振动传感器24接收补充功率。
[0016]振动传感器24是一种带有可调谐振动能量收集器的振动
‑
电压换能器，所述可调谐振动能量收集器具有与热电偶套管18的谐振频率f
r
紧密匹配的自然谐振频率f
s
。在一些实施例中，例如可以通过改变这种振动能量收集器的振动臂的尖端质量或者臂长在制造期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种传感器系统，包括：过程换能器，设置在热电偶套管内并且配置用于产生第一传感器信号；无动力振动传感器，包括振动能量收集器和信号调节电子设备，所述振动能量收集器配置用于根据所述热电偶套管附近的振动产生交变电流，所述信号调节电子设备配置用于根据所述交变电流产生反映所述热电偶套管的振动的第二传感器信号，其中所述第二传感器信号提供所述热电偶套管的振动频率和所述热电偶套管的谐振频率之间的接近程度测量；以及过程变送器，配置用于接收、处理和发送所述第一和第二传感器信号。2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述过程换能器设置用于感测过程流体的参数，并且其中所述第一传感器信号反映所述过程流体的参数。3.根据权利要求2所述的传感器系统，其中所述过程换能器是温度传感器，并且所述第一传感器信号是温度信号。4.根据权利要求2所述的传感器系统，其中所述过程流体在所述热电偶套管上的撞击造成所述热电偶套管的振动。5.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述振动能量收集器和所述热电偶套管具有相同的谐振频率。6.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述第二传感器信号是所述振动能量收集器的已处理输出电压幅度。7.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述信号调节电子设备包括整流器、平滑滤波器和分压器。8.根据权利要求1所述的传感器系统，还包括控制或者监测系统，所述过程变送器将所述第一和第二传感器信号发送至所述控制或者监测系统。9.根据权利要求8所述的传感器系统，其中所述过程变送器或者所述控制或者监测系统基于所述第二传感器信号标记警报条件。10.根据权利要求9所述的传感器系统，其中所述过程变送器或者所述控制或者监测系统响应于所述第二传感器信号上升或者保持在阈值以上来标记所述警报条件。11.一种用于监测过程流体的过程系统，所述过程系统包括：热电偶套管，延伸进入所述过程流体中；过程换能器，包覆在所述热电偶套管中，...

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