带验证的振动叉式液位开关制造技术

本发明专利技术提供了一种振动叉式液位开关，该振动叉式液位开关包括振动叉组件，该振动叉组件被布置成在与过程流体接触时以第一频率振动，并且在与空气接触时以第二频率振动。连接到振动叉组件的驱动电路被配置为驱动振动叉组件振荡。感测电路感测该振动叉组件的振荡频率。输出电路系统在感测到的振荡处于第一频率时提供第一输出，并且在感测到的振荡处于第二频率时提供第二输出。控制电路系统控制由驱动电路在第一功率水平与第二功率水平之间施加到振动叉组件的功率。验证电路系统在由驱动电路系统施加到振动叉组件的功率改变时验证振动叉组件的振荡频率。叉组件的振荡频率。叉组件的振荡频率。

【技术实现步骤摘要】
带验证的振动叉式液位开关

技术介绍

[0001]本专利技术涉及用于检测液体过程流体的液位的振动叉式液位开关。更具体地，本专利技术涉及振动叉式液位开关的操作的验证。
[0002]振动叉式液位开关通常用于检测储罐中的流体的表面何时处于特定液位，该液位是叉被定位在储罐中的高度。通常，振动叉式液位开关被配置为通过电子电路中的正反馈回路自振荡，其中发射元件和接收元件之间的相位延迟被仔细地调谐以确保正反馈信号同相。
[0003]在操作中，在“正常干燥”应用中，当叉在空气中(“干燥”)时振动频率将处于一个水平，但当储罐中的液体上升到与叉接触(“湿润”)时，振动频率将下降。在“正常湿润”应用中，相反的情形适用，并且频率将随着液体下降到叉的水平之下而升高。
[0004]期望验证振动叉式液位开关的操作以确保其能够准确地检测过程流体的液位。一种类型的验证过程需要操作者改变过程条件。在这种验证测试(或“证明测试”)中，操作者在调节液位使得开关的叉从湿润条件改变到干燥条件或从干燥条件改变到湿润条件时监测来自液位开关的输出。操作者监测来自振动叉式液位开关的输出，以确保该输出在预期时间段内改变。然而，出于多种原因，这种测试是有问题的。例如，如果在执行证明测试时开关失效或发生安全事件，则测试可能导致储罐被过度填充。此外，测试需要操作者手动控制液位。

技术实现思路

[0005]一种振动叉式液位开关包括振动叉组件，该振动叉组件被布置成在与过程流体接触时以第一频率振动，并且在与空气接触时以第二频率振动。连接到振动叉组件的驱动电路被配置为驱动振动叉组件振荡。感测电路感测该振动叉组件的振荡频率。输出电路系统在感测到的振荡频率处于第一频率时提供第一输出，并且在感测到的振荡频率处于第二频率时提供第二输出。第一输出和第二输出各自指示湿润条件和干燥条件中的一者。控制电路系统控制由驱动电路在第一功率水平与第二功率水平之间施加到振动叉组件的功率。验证电路系统在由驱动电路施加到振动叉组件的功率改变时验证振动叉组件的振荡频率。
附图说明
[0006]图1示出了空气中的振动叉式液位开关。
[0007]图2示出了图1的开关的叉或传感器完全浸入与其一起使用的介质(过程流体)中。
[0008]图3是示出图1和图2的振动叉组件液位开关的电子电路系统的简化框图。
[0009]图4是图1和图2的振动叉组件液位开关的电子电路系统的另一示例性实施方案。
具体实施方式
[0010]首先参考图1和图2，本专利技术提供了振动叉式液位开关10。在所示的配置中，开关10包括安装在管12的一端处的叉组件11形式的液位传感器。壳体13安装在管12的相对端上。
叉组件11包括从膜片15延伸的一对齿14。管12通常包括安装件16，以允许装置安装在过程容器的壁上，并且包括微控制器(图1和图2中未示出)的操作电子器件容纳在壳体13内。开关10可以是电池供电的，并且包括天线以允许开关与远程控制设施无线通信。
[0011]在一个配置中，来自开关10的输出设置在两线过程控制回路40上。在特定配置中，两线过程控制回路40是4mA
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20mA过程控制回路，其中流过回路的电流的不同值提供开关10的不同条件的指示。例如，可以通过将通过过程控制回路40的电流设置为8mA的较低值来提供关闭或低液位条件。类似地，可以通过将通过过程控制回路40的电流设置为16mA值来提供接通或高液位条件。可通过将过程控制回路电流调节到极限条件，即4mA和/或20mA来提供高和低误差警报。两线过程控制回路还可用于向开关10提供电力。信息可以被传输到远程位置(诸如过程控制室42)，该过程控制室被例示为电源44和电阻46。在一些配置中，过程控制回路也可例如根据通信协议用于承载数字命令和信息。一般来讲，如本文所用，过程控制回路是指例如图1和图2所示的有线配置以及其中信息使用射频传输的无线配置。示例性无线过程控制回路包括(IEC 62591)或ISA 100.11a(IEC 62734)，或另一无线通信协议诸如WiFi、LoRa、Sigfox、BLE，或包括自定义通信协议的任何其他合适的协议。另一个示例性输出是简单的开关，其基于所感测的液位在断开位置和闭合位置之间变化。
[0012]这种类型的装置的操作需要知道干叉频率(DFF)，即叉组件11在空气中振动的天然或共振频率。这通常在制造点建立，但也可以在开关安装在工作环境中时建立或调节。在图1中，开关10示出为在高于介质(过程流体)18的空气中。随着介质18的表面19上升并与叉组件11接触，叉的振动频率下降，并且在相对于DFF的预先确定的频率变化处，开关10将操作。通常，开关10被配置为使得切换点对应于叉组件11在介质18中的浸没的限定水平。然而，由于叉11的频率变化随介质18的密度变化而变化，因此切换点也可以变化。
[0013]在操作期间以及在安装和测试开关10期间，必须能够验证电路系统的正确操作。一种验证测试被称为部分证明测试，并且使开关10进入测试模式。这可以通过接收命令或通过某种类型的本地用户输入来实现。当开关进入测试模式时，在预先确定的时间段内将两线过程控制回路30上的输出设置为低警报值，例如4mA值。在此时间段到期之后，输出在第二时间段内升高到关闭或低指示值，例如8mA。在第二时间段到期之后，在第三时间段内将两线过程控制回路40上的输出调节到接通或高输出水平，例如16mA。在此第三时间段到期之后，将高警报值放置在过程控制回路30上(例如，20mA)，直到测试到期。
[0014]测量电路系统和开关10在证明测试期间监测两线过程控制回路上存在的电流水平，并且如果各种测量的电流水平偏离其正确值在预先确定的范围之外，则提供验证误差输出。这种证明测试在测试开关的输出电路系统时是有用的。然而，可能期望测试如本文中所论述的开关10的附加方面。
[0015]图3是示出振动叉式液位开关10的电子电路系统50的简化示意图。电路50包括耦接到调谐叉组件11的传感器电路系统52。电路系统52包括通过开关58连接到压电堆叠56的振荡器54。堆叠56例如通过图1和图2中所示的膜片15物理地联接到调谐叉组件11。堆叠56还耦接到操作放大器60，该操作放大器具有反馈电阻62和连接到锁相放大器64的输出。来自锁相放大器64的输出被提供到频率比较器66和验证电路系统68。验证电路系统68提供如本文中所论述的验证输出。频率比较器66分别向输出电路系统70和72提供第一输出f1和第
二输出f2。输出f1和f2提供振动叉组件14正在以第一频率f1和第二频率振动的指示，该第一频率指示叉不与过程流体18接触，而是例如与空气接触，而第二频率指示振动叉组件11已经浸没在过程流体18中。控制电路系统80用于控制振荡器54和开关58的操作，并且任选地被配置为从输入/输出电路系统82接收命令。
[0016]在操作期间，开关10用于基于振动叉组件11的频率监测如上文所论述的过程流体18的液位。该系统被配置为进入验证振动叉的操作的证明测试模式。可以基于任本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振动叉式液位开关，包括：振动叉组件，所述振动叉组件被布置成在与过程流体接触时以第一频率振动，并且在与空气接触时以第二频率振动；驱动电路，所述驱动电路连接到所述振动叉组件，所述驱动电路被配置为驱动所述振动叉组件振荡；感测电路系统，所述感测电路系统被配置为感测所述振动叉组件的振荡频率；输出电路系统，所述输出电路系统被配置为在所感测的振荡处于所述第一频率时提供第一输出，在所感测的振荡处于所述第二频率时提供第二输出；控制电路系统，所述控制电路系统被配置为在第一功率水平与第二功率水平之间控制由所述驱动电路施加到所述振动叉组件的功率；以及验证电路系统，所述验证电路系统被配置为在由所述驱动电路系统施加到所述振动叉组件的功率改变时验证所述振动叉组件的所述振荡频率。2.如权利要求1所述的振动叉式液位开关，所述振动叉式液位开关包括由所述控制电路系统操作的开关，以选择性地将所述驱动电路与所述振动叉组件断开连接，从而控制施加到所述振动叉组件的所述功率。3.如权利要求2所述的振动叉式液位开关，其中当所述开关闭合时，所述验证电路系统测量所述振动叉组件的第一振荡频率。4.如权利要求3所述的振动叉式液位开关，其中所述控制电路将所述开关断开一段时间，随后闭合所述开关，并且所述验证电路系统测量在所述开关随后闭合时所述振动叉组件的第二振荡频率。5.如权利要求4所述的振动叉式液位开关，包括频率比较器，所述频率比较器通过比较所述第一振荡频率和所述第二振荡频率来验证所述振动叉组件的所述振荡频率。6.如权利要求1所述的振动叉式液位开关，其中所述控制电路系统调节由所述驱动电路施加到所述振动叉组件的功率水平。7.如权利要求1所述的振动叉式液位开关，其中所述控制电路系统将由所述驱动电路施加至所述振动叉组件的功率控制为所述第一功率水平、随后控制为所述第二功率水平并且随后控制为所述第一功率水平。8.如权利要求7所述的振动叉式液位开关，其中当所述驱动电路处于所述第二功率水平之前的所述第一功率水平时，所述验证电路系统测量所述振荡频率。9.如权利要求8所述的振动叉式液位开关，其中当所述驱动电路在以所述第二功率水平操作之后以所述第一功率水平操作时，所述...

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