温度平均现场设备补偿制造技术

一种平均温度补偿现场设备，包括现场模块、温度平均传感器、微处理器以及接口。现场模块被配置为描述过程参数。温度平均传感器被配置为生成描述现场设备的扩展区域的补偿信号。微处理器被配置为根据补偿信号而补偿过程信号。接口被配置为通过现场设备通信协议而传输过程信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及现场设备的温度补偿，并且具体地涉及使用描述现场设备的扩 展区域的温度平均传感器而进行的补偿。
技术介绍
术语“现场设备”指代被设计为测量并且控制过程参数(比如压力、温度和流速) 的广泛的过程管理设备。现场设备同时包括变送器(配置变送器以利用传感器模块来测量 或者感测过程参数)和控制器(配置控制器以利用控制模块来修改或者控制该参数(例如 通过对阀定位或者调节压力))。现场设备还包括多传感器变送器(比如压力/温度变送 器)以及包括传感器模块和控制模块两者在内的集成控制器(例如，集成流控制器)。现场 设备还可以使用更一般化的现场模块，其可以包括一系列有关的测量和控制功能(例如， 在集成静压油罐计量系统中)。现场设备在包括制造、液体处理、食品准备和环境控制的应用中具有广泛的用途， 并且被应用于广泛的过程材料上，包括空气、水、液体碳氢化合物燃料、天然气、胶、树脂、薄 膜、以及热塑性塑料(比如聚氯乙烯(PVC))。大多数这些应用要求至少某种形式的温度补 偿，其通常必须考虑直接和间接影响。直接影响包括过程材料本身中的温度依赖性，特别是 与压力和容积相关的测量。间接影响包括现场设备中的温度依赖性，比如热电传感器响应、 模数(A/D)或者数模(D/A)转换器中的温度依赖性、以及其它相关影响。直接温度补偿要求对过程材料的测量，其通常涉及大的存货(inventory)和流 量。这在例如能源部门应用(类似石油精炼以及批量燃料运输)中尤其如此，其中甚至在 单个流单元或者存储容量中，过程温度也会剧烈变化。因此，直接温度补偿使用多点温度传 感器，或者备选地使用描述过程材料的扩展区域的特征的温度平均传感器。另一方面，对现场设备的温度补偿传统上依赖于单点补偿传感器。现场设备一般 相对于典型的过程容量(volume)来说是小的，并且在理想化的情况中，温度不会在这个尺 度上显著地变化。此外，由于现场设备强调简单、紧凑以及鲁棒性的设计方法，因此在任何 情况下难以在现场设备中并入复杂的多点补偿系统。然而，在实际运行条件下，显著的非均勻温度条件确实会出现。过程热流、维护 操作以及改变的环境条件都会产生温度梯度，其在典型的现场设备两端上有时可能超过 10-20°C。在该条件下，单点传感器可能不能充分地描述现场设备，导致信号漂移、偏置、以 及其它效应。从而需要可以克服该缺陷的温度补偿技术，以对现有技术进行改进。
技术实现思路
—种平均温度补偿现场设备，使用传感器模块来描述与过程材料相关联的过程参 数，并且使用温度平均传感器以描述现场设备中的扩展区域。该传感器模块和温度平均传 感器产生模拟信号，该模拟信号由模数(A/D)转换器进行数字化。微处理器生成作为该数 字化信号的补偿输出，并且接口利用商业上可用的通信协议来发送该输出。在不同实施例中，传感器模块包括压力换能器(transducer)、热电偶换能器、流量 计、液位(level)传感器或者另一形式的传感器。备选地，现场设备是多传感器设备，包括 多个该功能。温度平均传感器典型地包括柔性(flexible)电阻温度器件(或者RTD)，并 且通信协议是标准模拟协议、混合模拟-数字(或者HART )协议、或者数字协议(比如 Fieldbus)，并且采用无线或者硬连线控制总线技术。平均温度补偿控制器包括平均温度传感器、电子模块以及控制模块。电子模块被 配置为接收过程控制输入，并且根据过程控制输入以及来自温度平均传感器的补偿信号而 产生补偿后的控制输出。控制模块被配置为根据补偿后的控制输出来影响过程参数。在不 同实施例中，控制模块包括温度控制器、压力调整器、或者液体液位控制器。在其它实施例 中，控制模块包括阀定位器或者阀致动器，并且控制器还包括被配置为描述流率的传感器 模块。在这些实施例中，控制器包括集成的流控制器。一种温度平均现场设备补偿的方法，包括生成描述过程参数的过程信号，感测现 场设备的扩展区域上的平均温度、根据平均温度来补偿过程信号，并且根据补偿后的过程 信号来产生输出。在一个实施例中，过程信号包括传感器信号，并且该输出包括补偿后的输 出。在另一个实施例中，该过程信号包括过程控制输入，并且该输出包括补偿后的过程控制 输出。备选地，该现场设备是集合上述功能的集成控制器。附图说明图1A示出了平均温度补偿变送器的框图。图1B示出了平均温度补偿现场设备的框图。图2示出了在压力感测实施例中的图1中的变送器的横截面示意图。图3A示出了图2中的压力变送器的侧视图，其受到由漂移引起的(依赖于时间 的)温度梯度的影响。图3B示出了图2中的压力变送器的侧视图，其受到由偏置引起的(准稳态)温度 梯度的影响。图4A示出了具有基本均勻敏感度的柔性和大体上线性的温度平均传感器的示意 图。图4B示出了具有优先敏感度的柔性和大体上线性的温度平均传感器的示意图。图4C示出了具有基本均勻敏感度的柔性和大体上为平面的温度平均传感器的示 意图。图4D示出了具有优先敏感度的柔性和大体上为平面的温度平均传感器的示意图。图5A示出了图4A的温度平均传感器的示意图，其具有两线桥输出结构。图5B示出了图4A的温度平均传感器的示意图，其具有三线桥输出结构。图5C示出了图4A的温度平均传感器的示意图，其具有四线输出配置。图6A示出了在自动校正实施例中的图1A的变送器的框图。图6B示出了在自动校正实施例中的图1B的控制器的框图。具体实施例方式图1A示出了平均温度补偿变送器10的框图。变送器10是现场设备，包括外壳511、主测量传感器(“传感器模块”)12、温度平均传感器(“Tavg传感器”)13以及电子模块 14A。外壳11由耐用材料(比如金属或者耐用塑料)构成。该外壳包括被配置为保护 内部组件的安全的内部安装结构，该内部组件包括传感器12和13以及电子模块14A。外 壳11将这些内部组件绝缘，将它们与不利的环境条件(比如潮湿或者腐蚀性媒介)屏蔽， 并且避免他们与过程机器、工具、下落物体或者其它潜在威胁相接触。外壳11还提供被配 置为将变送器11与包含过程材料的过程结构相连接的连接结构。传感器模块12被配置为生成描述与过程材料相关联的物理参数(过程参数)的 模拟传感器信号。在不同的实施例中，例如传感器模块12包括压力传感器(比如压阻压力 传感器、电容性压力传感器、或者机电压力传感器)，每一种都被配置为描述(或者测量)过 程压力。备选地，传感器模块12包括温度传感器(比如热电偶温度换能器)、流量计(比如 质量流量计)、液体液位传感器、或者另一种形式的传感器。变送器10还具有多传感器实施 例，比如包括多个传感器模块12的压力/温度变送器。温度平均传感器(Tavg传感器)13包括温度响应元件，比如电阻温度器件(RTD)。温 度平均传感器13具有扩展的敏感区域，与现有技术的单点(或者单点)传感器有所区别， 以及与包括多个离散的单点传感器的多点(或者多点)传感器有所区别。传感器13生成 描述变送器10内的扩展区域的模拟补偿信号，提供了适用于多种现场模块形状以及现场 设备应用的更具代表性的补偿信号。在传感器模块12包括热电偶温度换能器的实施例中，Tavg传感器13有利于冷端 (cold-junction)补偿。然而，由于Tavg传感器13在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平均温度补偿变送器，包括：传感器模块，被配置为生成描述过程参数的传感器信号；温度平均传感器，被配置为生成描述所述变送器的扩展区域的补偿信号；控制器，被配置为根据所述传感器信号以及所述补偿信号而生成补偿后的输出；以及接口，被配置为通过现场设备通信协议来传输所述补偿后的输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克S舒梅切尔，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]