过程流体温度变送器制造技术

一种过程流体温度变送器包括多个端子、激励源、测量设备和控制器。多个端子耦接到RTD。激励源可操作地耦接到多个端子并且被配置为向RTD施加激励信号。测量设备耦接到多个端子并且被配置为测量RTD对所施加的激励信号的响应。控制器与激励源和测量设备耦接。控制器被配置为通过使激励源将激励信号施加给RTD并且在激励信号被施加给RTD时使测量设备测量RTD的响应来执行RTD电阻测量。控制器还被配置为通过使激励源改变激励信号的施加并且使测量设备测量对所改变的激励信号的RTD响应来执行RTD诊断。RTD诊断。RTD诊断。

【技术实现步骤摘要】
过程流体温度变送器


[0001]本技术涉及过程工业中使用的过程变量变送器，更具体地涉及一种过程流体温度变送器。

技术介绍

[0002]过程工业使用过程变量变送器来监测与化学、纸浆、石油、制药、食品和其他流体加工厂中的诸如固体、浆液、液体、蒸汽和气体等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、化学成分和其他性质。过程流体温度变送器提供与感测的过程流体温度相关的输出。过程流体温度变送器的输出可以通过过程控制回路或过程控制段传送给控制室，或者输出可以传送给另一个过程设备，从而可以监测和控制过程。为了监测过程流体温度，变送器包括或耦接到温度传感器，例如电阻温度设备(RTD)。
[0003]RTD响应于温度的变化而改变其电阻。通过测量RTD的电阻，可以计算出温度。这种电阻测量通常是通过使已知电流通过RTD并测量RTD两端产生的关联电压来完成的。RTD元件通常由金属元件 (例如铂)构成，该金属元件放置在由绝缘材料(例如陶瓷)形成的外壳周围或内部。可以通过将金属元件缠绕在绝缘芯或线轴上来制造 RTD。此外，RTD也是已知的，其中元件被蚀刻或沉积在绝缘基板上。有时，水泥或玻璃用于在RTD组件的末端提供环境密封，并为与RTD 组件耦接的导线提供应变消除。周围的材料通常用于保护导线，并且也用于电隔离。
[0004]由于需要在越来越高的温度下的应用中使用RTD，因此附加的误差源可能导致这样的RTD的输出的误差。随着过程流体温度测量变得更加精确，越来越需要识别并补偿越来越小的误差源，例如在高温应用中可能产生的误差源。这种误差减小提供了更精确的温度测量，从而导致更精确的过程控制以及提高效率和安全性的机会。

技术实现思路

[0005]一种过程流体温度变送器包括多个端子、激励源、测量设备和控制器。多个端子耦接到RTD。激励源可操作地耦接到多个端子并且被配置为向RTD施加激励信号。测量设备耦接到多个端子并且被配置为测量RTD对所施加的激励信号的响应。控制器与激励源和测量设备耦接。控制器被配置为通过将激励信号施加给RTD并且在激励信号被施加给RTD时使测量设备测量RTD的响应来执行RTD电阻测量。控制器还被配置为通过使激励源改变激励信号并且使测量设备测量对所改变的激励信号的RTD响应来执行RTD诊断。
附图说明
[0006]图1是具体地适用于本技术的实施例的过程流体温度变送器的环境的示意图。
[0007]图2是根据本技术的实施例的过程流体温度变送器的系统框图。
[0008]图3A是具体地适用于本技术的实施例的RTD的示意图。
[0009]图3B是图3A中所示的RTD的端部的侧视图。
[0010]图4是示出针对RTD组件在三种不同操作温度(正常操作温度、 400℃和600℃)下感应电压随时间变化的图表。
[0011]图5是示出根据本技术的实施例的在去除RTD的激励信号之后发生的多个连续测量的采集的图表。
[0012]图6是根据本技术的实施例的检测并补偿RTD组件的能量存储效应的方法的流程图。
具体实施方式
[0013]在高温RTD应用中已观察到的一种误差源被认为与用于构建这样的RTD的绝缘材料的变化有关。例如，据信用于RTD内隔离的常用构造材料在暴露于升高的温度时会变得导电，或至少部分导电。一旦这样的隔离材料损坏，可能产生的误差目前无法检测到，最终用户也不知道。本文描述的实施例通常利用可以提供检测和指示的测量方案以及用于补偿这种影响的方法。虽然本文描述的实施例通常关于过程流体温度变送器进行描述，但是应当注意，本技术的实施例可以针对任何应用中的任何高温RTD来实践。
[0014]越来越需要在高温下使用RTD，在一些情况下，温度处于600℃或高于600℃。如上所述，用于构建这种RTD传感器的一些材料在升高的温度下变得导电，或至少部分导电，并且可能开始产生能量存储特性，使其难以精确测量。如果RTD构造中使用的材料受到污染，在600℃以下也可能产生这种行为。如果RTD没有在这种升高的温度下进行校准，这可能产生迄今为止无法检测到的测量误差。在大多数情况下，极端温度不用于RTD校准。
[0015]如果RTD经历能量存储行为并且激励电流被施加或去除，则 RTD充电或放电将需要过长或以其他方式延长的时间段。可以使用电阻器和电容器网络将该特性建模为一阶时间常数(实际上该系统更复杂，但基本关系仍然适用)。随着温度升高，时间常数增加，这导致感应电压在允许测量的典型时间内没有完全稳定下来。如果使用双 RTD元件传感器并且两个元件之间存在显著电容，则该问题会加剧。当测量RTD元件之一时，元件之间的电容实质上已充电。当测量切换到另一个传感器时，保持在“电容器”上的电压极性被翻转。这导致在第二RTD元件上出现负电压并增加电容的充电时间。如果测量中的稳定时间延迟未设置得足够长，那么每个RTD元件测量将会对另一个传感器产生影响。稳定时间延迟在本文中定义为在向RTD施加激励电流之后，RTD两端的电压达到可接受状态所需的时间。
[0016]图1是具体地适用于本技术的实施例的过程流体温度变送器的环境的示意图。图1示出了过程控制系统10，其包括通过过程控制回路16与控制室14(建模为电压源和电阻)电耦接的过程流体温度变送器12。本技术的实施例的一方面是消除由高温下RTD 材料的绝缘性质的变化造成的误差。过程温度输出值与测量的RTD 的电阻相关，并通过变送器12内的电路对RTD内的能量存储行为进行补偿。
[0017]图2是根据本技术的实施例的过程流体变送器12的系统框图。过程流体温度变送器12包括回路通信器20、多个端子22、激励源24、测量设备26和控制器28。
[0018]回路通信器20可耦接到过程控制回路16(以虚线示出)并且适于通过过程控制回路16进行通信。过程控制回路16是能够传递与过程信息有关的信号的任何物理配置。例如，过程控制回路16可以是双线式、4mA
‑
20mA的过程控制回路。在一些过程控制回路实施例中，
通电水平足够低以符合在类别号3610、1988年10月出版的名称为“用于I、II和III类第1部分危险(分类)场所的本质安全装置和相关联装置(Intrinsically Safe Apparatus and Associated Apparatus for Use inClass I,II,and III,Division 1Hazardous(Classified)Locations)”的工厂互认标准中规定的本质安全规范。一些过程变量变送器可以在如此低的能量水平下运行，以至于它们可以从4mA
‑
20mA过程控制回路接收所有所需的电力。
[0019]回路通信器20可以包括用于模拟通信的4mA
‑
20mA通信部分。对于数字信号，通信器20可以包括高速可寻址远程传感器通信部分、FOUNDATION
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过程流体温度变送器，其特征在于，所述过程流体温度变送器包括：用于耦接到RTD的多个端子；激励源，可操作地耦接到所述多个端子并且被配置为向所述RTD施加激励信号；测量设备，耦接到所述多个端子，所述测量设备被配置为测量所述RTD对所施加的激励信号的响应；以及控制器，与所述激励源和所述测量设备耦接，所述控制器被配置为通过将所述激励信号施加给所述RTD并且在所述激励信号被施加给所述RTD时使所述测量设备测量所述RTD的响应来执行RTD电阻测量，所述控制器还被配置为通过使所述激励源改变所述激励信号并且使所述测量设备测量对所改变的激励信号的RTD响应来执行RTD诊断。2.根据权利要求1所述的过程流体温度变送器，其特征在于，所述控制器被配置为基于在所改变的激励信号被施加给所述RTD时获得的测量来确定RTD退化。3.根据权利要求2所述的过程流体温度变送器，其特征在于，所述控制器被配置为基于在没有激励电流流动时获得的多个连续电压测量值之间的差别来确定RTD退化。4.根据权利要求3所述的过程流体温度变送器，其特征在于，所述控制器被配置为提供RTD退化的指示。5.根据权利要求4所述的过程流体温度变送器，其特征在于，所述过程流体温度变送器还包括与所述控制器耦接的通信电路，其中所述通信电路被配置为提供过程流体温度输出和所述RTD退化的指示。6.根据权利要求1所述的过程流体温度变送器，其特征在于，所述激励源是电流源并且其中所述测量设备是电压测量设备。7.根据权利要求6所述的过程流体温度变送器，其特征在于，所述控制器被配置为基于所确定的RTD退化来改变电压测量参数。8.根据权利要求7所述的过程流体温度变送器，其特征在于，所述电压测量参数是稳定时间。9.根据权利要求7所述的过程流体温度变送器，其特征在于，所述控制器被配置为增加稳定时间以实现选定的测量精度。10.根据权利要求9所述的过程流体温度变送器，其特征在于，所述选定的测量精度是1％。11.根据权利要求9所述的过程流体温度变送器，其特征在于，所增加的稳定时间用于在第一温度范围...

【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：新型
国别省市：