專利名稱：多變量壓力變送器的改進(jìn)溫度補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 多變量壓力變送器的改進(jìn)溫度補(bǔ)償
背景技術(shù)：
在工業(yè)設(shè)備中，控制系統(tǒng)被用于監(jiān)控和控制工業(yè)和化學(xué)過(guò)程等的存貨。典型的， 控制系統(tǒng)使用分布在工業(yè)過(guò)程中的關(guān)鍵位置處的現(xiàn)場(chǎng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能，這些現(xiàn)場(chǎng)裝置 由過(guò)程控制環(huán)連接到控制室中的控制電路。術(shù)語(yǔ)“現(xiàn)場(chǎng)裝置”指用于工業(yè)過(guò)程的測(cè)量、控制 和監(jiān)控的在分配器控制或過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功能的任何裝置。典型地，現(xiàn)場(chǎng)裝置的特征 是它們能夠在戶外工作一段較長(zhǎng)的時(shí)間，例如幾年。因而，現(xiàn)場(chǎng)裝置能夠在多種極端氣候條 件下工作，包括嚴(yán)酷的極端溫度和極端濕度。此外，現(xiàn)場(chǎng)裝置能夠在有明顯振動(dòng)的情況下運(yùn) 行，例如有來(lái)自附近機(jī)械的振動(dòng)。另外，現(xiàn)場(chǎng)裝置可以在存在電磁干擾的情況下工作。現(xiàn)場(chǎng)裝置的一個(gè)例子是多變量過(guò)程流體壓力變送器，例如市售的明尼蘇達(dá)州的 Chanhassen的Emerson Process Management制造的商品名為3051型的多變量變送器。多 變量過(guò)程流體壓力變送器可用于多種目的，包括過(guò)程流體質(zhì)量流的計(jì)算和匯報(bào)。多變量過(guò) 程流體壓力變送器一般具有過(guò)程流體差壓傳感器以及靜壓傳感器。當(dāng)過(guò)程流體經(jīng)過(guò)差壓產(chǎn) 生裝置例如孔板時(shí)，既測(cè)量過(guò)程流體的差壓也測(cè)量過(guò)程流體的靜壓，提供關(guān)于過(guò)程流體流 的重要信息。多變量過(guò)程流體壓力變送器性能有時(shí)受到溫度引發(fā)的誤差的影響。這些溫度引 發(fā)的誤差的來(lái)源可能是傳感器測(cè)量電子裝置、傳感器充油系統(tǒng)以及壓力感測(cè)元件自身。通 過(guò)針對(duì)傳感器模塊的溫度效應(yīng)來(lái)補(bǔ)償輸出，多變量過(guò)程流體壓力變送器的性能得到極大改 善。這種補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)一般是通過(guò)識(shí)別(characterize)傳感器模塊的未修正的輸出并發(fā) 展數(shù)學(xué)曲線擬合以產(chǎn)生修正的傳感器模塊輸出。一般，修正的輸出補(bǔ)償要求合并整體溫度 傳感器的傳感器模塊設(shè)計(jì)。溫度傳感器與傳感器模塊電子裝置通信并提供稱為傳感器溫度 的輸出到所述電子裝置。溫度傳感器讀數(shù)被傳感器模塊電子裝置使用以補(bǔ)償傳感器模塊輸 出ο提供具有改進(jìn)的溫度補(bǔ)償能力的多變量過(guò)程流體壓力變送器將使此類裝置更加 精確。精確性是極其重要的，因而在精確度上的改進(jìn)將使過(guò)程流體測(cè)量技術(shù)受益。

發(fā)明內(nèi)容
一種多變量過(guò)程流體壓力變送器包括電子裝置模塊和傳感器模塊。傳感器模塊被 連接到電子裝置模塊。過(guò)程流體溫度傳感器被連接到過(guò)程流體壓力變送器。差壓傳感器設(shè) 置在傳感器模塊內(nèi)并可操作地連接到多個(gè)過(guò)程流體壓力入口。靜壓傳感器也設(shè)置在傳感器 模塊內(nèi)并被可操作地連接到至少一個(gè)過(guò)程流體壓力入口。第一溫度傳感器設(shè)置在傳感器模 塊內(nèi)并構(gòu)造成提供差壓傳感器的溫度的指示。第二溫度傳感器設(shè)置在傳感器模塊內(nèi)并構(gòu)造 成提供靜壓傳感器的溫度的指示。測(cè)量電路可操作地連接到差壓傳感器、靜壓傳感器以及 第一和第二溫度傳感器。處理器連接到測(cè)量電路并構(gòu)造成基于差壓傳感器和第一溫度傳感 器的測(cè)量值來(lái)提供補(bǔ)償后的差壓輸出，以及基于靜壓傳感器和第二溫度傳感器的測(cè)量值來(lái) 提供補(bǔ)償后的靜壓輸出。

圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式具體地使用的過(guò)程流體壓力變送器的概略圖。圖2示出按照現(xiàn)有技術(shù)的過(guò)程流體壓力變送器的傳感器模塊的橫截面概略圖。圖3示出按照本發(fā)明實(shí)施例的過(guò)程流體壓力變送器的傳感器模塊的橫截面概略 圖。圖4示出按照本發(fā)明實(shí)施例的多變量過(guò)程流體壓力變送器的概略圖。圖5示出按照本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量多個(gè)過(guò)程流體變量的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明的實(shí)施方式具體地使用的過(guò)程流體壓力變送器的圖示。變送器10 通過(guò)接頭或凸緣14連接到管12。管12引導(dǎo)流體(氣體或液體)在箭頭16所示的方向上 流動(dòng)。多變量過(guò)程流體壓力變送器10包括電子裝置模塊18和傳感器模塊22，它們共同 地容納多變量過(guò)程流體壓力變送器10。電子裝置模塊18優(yōu)選還包括用于接受來(lái)自電阻式 溫度裝置(RTD)輸入的過(guò)程流體溫度傳感器輸入20，該RTD優(yōu)選為100歐姆RTD，其一般直 接插入到管內(nèi)或者插入到管12內(nèi)的熱電偶套管中以測(cè)量過(guò)程流體溫度。來(lái)自RTD的電線 被連接溫度傳感器罩殼M的接線板的一側(cè)。接線板的另一側(cè)連接的是穿過(guò)電路26并通過(guò) 輸入裝置20連接到變送器10的電線。傳感器模塊22包括差壓傳感器和絕對(duì)壓力傳感器。差壓傳感器和絕對(duì)壓力傳感 器提供壓力信號(hào)到調(diào)節(jié)和數(shù)字化電路以及線性化和補(bǔ)償電路。補(bǔ)償后的線性化后且數(shù)字化 后的信號(hào)被提供到電子裝置模塊18。使用優(yōu)選使用雙絞線形成的4-20mA雙線環(huán)，通過(guò)柔性 管道觀，在變送器10中的電子裝置模塊18提供指示流經(jīng)管12到遠(yuǎn)處位置的過(guò)程流體的 過(guò)程情況的輸出信號(hào)。在一些情形中，按照HART 或FOUNDATION Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)，變送器 10可提供信號(hào)來(lái)指示多個(gè)過(guò)程變量(溫度、靜壓及差壓)。此外，多變量過(guò)程流體壓力變送 器10也可以提供指示過(guò)程流體流自身的輸出信號(hào)。圖2示出依照現(xiàn)有技術(shù)的傳感器模塊的概略圖。傳感器模塊122包括到124的電 連接器，用于連接到電子裝置模塊例如電子裝置模塊18上。另外，傳感器模塊122還包括 外螺紋1 用于機(jī)械聯(lián)接傳感器模塊122到電子裝置模塊上。傳感器模塊122包括差壓傳 感器1 和靜壓傳感器130。差壓傳感器1 可操作地連接到一對(duì)過(guò)程流體壓力入口(未 示出)，以感測(cè)在這些入口之間的差壓。典型地，差壓傳感器1 包括可偏轉(zhuǎn)隔膜，該隔膜密 封地隔開(kāi)一對(duì)室，每個(gè)各自的過(guò)程流體壓力可操作地連接到所述一對(duì)室。差壓導(dǎo)致隔膜在 一個(gè)方向或在另一方向上偏轉(zhuǎn)，隔膜的偏轉(zhuǎn)被大體感測(cè)為差壓傳感器的電容的變化。然而， 其他的用于感測(cè)隔膜偏轉(zhuǎn)的技術(shù)也可以使用。靜壓傳感器壓力130可操作地連接到過(guò)程流 體壓力之一并提供該過(guò)程流體的靜壓的電學(xué)指示。如圖2所示，測(cè)量過(guò)程流體的差壓和靜壓的多變量過(guò)程流體壓力變送器通常包含 兩個(gè)壓力傳感器在傳感器模塊122中。在傳感器模塊122中的每個(gè)壓力傳感器1觀、130具 有其自身的單獨(dú)的溫度引發(fā)的誤差。在現(xiàn)有技術(shù)中一般提供單個(gè)溫度傳感器，如附圖標(biāo)記 132所示，其能夠在穩(wěn)態(tài)溫度情況下分別地提供對(duì)差壓和靜壓傳感器128、130兩者的溫度 的精確測(cè)量然而，當(dāng)存在瞬時(shí)溫度情況時(shí)，還有當(dāng)過(guò)程流體溫度顯著地偏離傳感器模塊122的周圍溫度時(shí)，在差壓和靜壓傳感器128、130之間可能產(chǎn)生溫度梯度。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)， 由傳感器132感測(cè)到的溫度不再精確地反映傳感器1觀、130兩者的溫度。因此，在這些傳 感器中的一個(gè)或兩者的輸出中會(huì)出現(xiàn)溫度引發(fā)的誤差。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多變量拉過(guò)程流體壓力傳感器模塊222的橫截面概 略圖。和在前面的設(shè)計(jì)中一樣，傳感器模塊222包括差壓傳感器228以及靜壓壓力傳感器 230。然而，不像現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)，在傳感器模塊222內(nèi)的每個(gè)壓力傳感器具有直接連接到它 的溫度傳感器。差壓傳感器2 具有直接連接到其上的溫度傳感器232。類似地，靜壓傳 感器230具有直接連接到其上的溫度傳感器234。溫度傳感器232、234可以是任何適用的 溫度傳感器，包括熱偶、電阻式溫度裝置(RTD)、熱敏電阻或者其他合適的裝置。使用兩個(gè) 溫度傳感器232、234減小了在瞬時(shí)末端過(guò)程梯度情況下的溫度引發(fā)誤差。優(yōu)選地，由于先 前的設(shè)計(jì)識(shí)別每個(gè)壓力傳感器的輸出為測(cè)得的傳感器模塊溫度的函數(shù)，本發(fā)明的實(shí)施例可 以通過(guò)簡(jiǎn)單地應(yīng)用每個(gè)各自溫度傳感器測(cè)量值到用于每個(gè)各自壓力傳感器的類似的補(bǔ)償 計(jì)算中而實(shí)現(xiàn)。因此，計(jì)算難度與現(xiàn)有設(shè)計(jì)相同，除了計(jì)算被簡(jiǎn)單地完成兩次，對(duì)于每個(gè)壓 力傳感器每一次用其各自的溫度傳感器測(cè)量值。盡管已經(jīng)描述的本發(fā)明的實(shí)施例是關(guān)于在 每個(gè)壓力傳感器上有一個(gè)溫度傳感器，這些實(shí)施例也可以這樣實(shí)踐通過(guò)放置多個(gè)這樣的 溫度傳感器在一個(gè)或兩個(gè)壓力傳感器上，以更精確地測(cè)量壓力傳感器的溫度。此外，在溫度 引發(fā)的效應(yīng)相對(duì)于設(shè)置在傳感器模塊222內(nèi)的任何電子裝置可以被測(cè)量和/或補(bǔ)償?shù)那闆r 下，還可以通過(guò)簡(jiǎn)單地放置額外的溫度傳感器在傳感器模塊222中以測(cè)量電子裝置的溫度 來(lái)實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例。此外，雖然圖3中示出的實(shí)施例顯示獲得的直接的溫度傳感器測(cè) 量值用于補(bǔ)償，本發(fā)明的實(shí)施例可以實(shí)踐為使用來(lái)自溫度傳感器的間接測(cè)量值，例如使用 應(yīng)變計(jì)傳感器的橋路電阻。圖4是本發(fā)明的實(shí)施例尤其適用的多變量過(guò)程流體壓力變送器312的框圖。變送 器312包括可操作地連接到過(guò)程通信環(huán)28的通信電路320。通信電路320允許裝置312按 照適當(dāng)?shù)倪^(guò)程工業(yè)通信協(xié)議，例如上面所述的HART 協(xié)議、FOUNDATION Fieldbus協(xié)議，以 及其他任何合適的過(guò)程工業(yè)通信協(xié)議，來(lái)通信。變送器312也包括電源模塊324，其優(yōu)選可 連接到過(guò)程通信環(huán)觀。通過(guò)連接到過(guò)程通信環(huán)觀，裝置312能夠完全依賴通過(guò)過(guò)程通信環(huán) 收到的電力而工作。然而，在一些實(shí)施例中，電源模塊3M可以是電力儲(chǔ)存裝置，例如電池 或超級(jí)電容，在這樣的實(shí)施例中，電源模塊3M不需要連接到過(guò)程通信環(huán)觀。電源模塊3M 構(gòu)造為提供適當(dāng)?shù)碾娏Φ阶兯推?12的所有部件，如標(biāo)有“至所有”的箭頭所示。變送器312優(yōu)選還包括處理器326，其優(yōu)選為微處理器，被可操作地連接到通信電 路320和電源模塊3M上。微處理器3 執(zhí)行儲(chǔ)存在內(nèi)存中的指令以從測(cè)量電路3 獲得測(cè) 量值，并基于上述測(cè)量值來(lái)計(jì)算信息。例如，處理器3 優(yōu)選獲得關(guān)于過(guò)程流體靜壓(SP)、 過(guò)程流體差壓(DP)以及過(guò)程流體溫度T的測(cè)量值，并能夠提供或者以其他方式計(jì)算過(guò)程流 體流參數(shù)。另外，測(cè)量電路3 也連接到第一溫度傳感器T1和第二溫度傳感器T2。如圖3 中所示，每個(gè)溫度傳感器1\、T2熱連接到靜壓傳感器230和差壓傳感器228的對(duì)應(yīng)的一個(gè)。 因此，關(guān)于在靜壓傳感器230上測(cè)得的溫度，靜壓測(cè)量值的補(bǔ)償可以使用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù) 進(jìn)行。類似地，基于差壓傳感器232的溫度的直接測(cè)量，可以補(bǔ)償差壓傳感器的測(cè)量值。圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的獲得多個(gè)過(guò)程流體變量的方法的流程圖。方法400在 方框402處開(kāi)始，在那里測(cè)量過(guò)程流體的差壓。優(yōu)選地，從差壓傳感器得到該差壓測(cè)量值，5如圖3所示。一旦測(cè)到了差壓，差壓傳感器的溫度被測(cè)量，如方框404所示。然后，測(cè)得的溫 度被用于補(bǔ)償對(duì)于該測(cè)得的溫度的差壓讀數(shù)，如方框406所示。此補(bǔ)償可采用預(yù)先補(bǔ)償?shù)?形式，使用類似的數(shù)學(xué)技術(shù)，主要的差異為測(cè)得的溫度與溫度對(duì)應(yīng)的壓力傳感器的直接相 關(guān)。一旦已經(jīng)完成了補(bǔ)償，控制返回到方框402處，在那里最終轉(zhuǎn)到方框408而測(cè)量過(guò)程流 體的靜壓。類似地，一旦測(cè)量了過(guò)程流體的靜壓，控制轉(zhuǎn)到方框410而測(cè)量過(guò)程流體靜壓傳 感器的溫度。一旦完成該測(cè)量，控制轉(zhuǎn)到方框412從而基于測(cè)得的溫度提供對(duì)靜壓的補(bǔ)償。 一旦上述補(bǔ)償完成，控制轉(zhuǎn)到方框408并最終轉(zhuǎn)到方框414而測(cè)量過(guò)程流體的溫度。使用 過(guò)程溫度傳感器來(lái)測(cè)量所述過(guò)程流體的溫度，例如圖1所示在附圖標(biāo)記M處。一旦連同過(guò) 程流體溫度一起，得到了補(bǔ)償?shù)牟顗汉挽o壓，可以在過(guò)程通信環(huán)上，例如過(guò)程通信環(huán)28上， 報(bào)告上述參數(shù)，如方框416中所示?？扇芜x地，也可以進(jìn)行例如過(guò)程流體體積流量及/或質(zhì) 量流的高階計(jì)算，并可任選通過(guò)過(guò)程通信環(huán)報(bào)告。 盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到可以不偏離 本發(fā)明的精神和范圍在形式和細(xì)節(jié)上作出改變。
權(quán)利要求
1.一種多變量過(guò)程流體壓力變送器，包括 電子裝置模塊；連接到電子裝置模塊的傳感器模塊；差壓傳感器，其設(shè)置在傳感器模塊內(nèi)并可操作地連接到多個(gè)過(guò)程流體壓力入口 ； 靜壓傳感器，其設(shè)置在傳感器模塊內(nèi)并可操作地連接到所述過(guò)程流體壓力入口中的至 少一個(gè)；第一溫度傳感器，其設(shè)置在傳感器模塊內(nèi)并構(gòu)造為提供差壓傳感器的溫度的指示； 第二溫度傳感器，其設(shè)置在傳感器模塊內(nèi)并構(gòu)造為提供靜壓傳感器的溫度的指示； 測(cè)量電路，其可操作地連接到差壓傳感器、靜壓傳感器和第一及第二溫度傳感器； 處理器，其連接到測(cè)量電路并構(gòu)造為基于差壓傳感器和第一溫度傳感器的測(cè)量值提供 補(bǔ)償后的差壓輸出，以及基于靜壓傳感器和第二溫度傳感器的測(cè)量值提供補(bǔ)償后的靜壓輸 出O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，還包括連接到測(cè)量電路的過(guò)程流體溫度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變送器，其中處理器構(gòu)造為基于補(bǔ)償后的差壓、補(bǔ)償后的靜 壓和過(guò)程流體溫度提供過(guò)程流體流的指示。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中第一溫度傳感器是電阻溫度裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中第一溫度傳感器是熱偶。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中第二溫度傳感器是電阻溫度裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中第二溫度傳感器是熱偶。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，還包括通信電路，該通信電路設(shè)置在電子裝置模塊 內(nèi)并構(gòu)造為在過(guò)程通信環(huán)上傳送過(guò)程流體信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變送器，其中變送器完全由過(guò)程通信環(huán)供電。
10.一種測(cè)量過(guò)程流體參數(shù)的方法，該方法包括 使用差壓傳感器測(cè)量過(guò)程流體差壓；測(cè)量差壓傳感器的溫度； 基于測(cè)得的差壓傳感器的溫度補(bǔ)償測(cè)得的差壓； 使用靜壓傳感器測(cè)量過(guò)程流體靜壓； 測(cè)量靜壓傳感器的溫度；基于測(cè)得的靜壓傳感器的溫度補(bǔ)償測(cè)得的靜壓；及 至少基于補(bǔ)償后的差壓和補(bǔ)償后的靜壓而提供輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變送器，還包括測(cè)量過(guò)程流體的溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的變送器，其中所述輸出基于補(bǔ)償后的差壓、補(bǔ)償后的靜壓 以及測(cè)得的過(guò)程流體的溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的變送器，其中所述輸出是過(guò)程流體流輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變送器，其中補(bǔ)償測(cè)得的差壓包括使用數(shù)學(xué)曲線擬合作為 差壓傳感器的測(cè)得的溫度的函數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變送器，其中補(bǔ)償測(cè)得的靜壓的步驟包括使用數(shù)學(xué)曲線擬 合作為靜壓傳感器的測(cè)得的溫度的函數(shù)。
全文摘要
一種多變量過(guò)程流體壓力變送器(10)包括電子裝置模塊(18)和傳感器模塊(222)。傳感器模塊(222)被連接到電子裝置模塊(18)。過(guò)程流體溫度傳感器被連接到過(guò)程流體壓力變送器。差壓傳感器(228)設(shè)置在傳感器模塊(22)內(nèi)并可操作地連接到多個(gè)過(guò)程流體壓力入口。靜壓傳感器(230)也設(shè)置在傳感器模塊(222)內(nèi)并被可操作地連接到至少一個(gè)過(guò)程流體壓力入口。第一溫度傳感器(232)設(shè)置在傳感器模塊(222)內(nèi)并構(gòu)造成提供差壓傳感器(228)的溫度的指示。第二溫度傳感器(234)設(shè)置在傳感器模塊(222)內(nèi)并構(gòu)造成提供靜壓傳感器(230)的溫度的指示。測(cè)量電路(328)可操作地連接到差壓傳感器(228)、靜壓傳感器(230)以及第一(232)和第二(234)溫度傳感器。處理器(328)連接到測(cè)量電路并構(gòu)造成基于差壓傳感器(238)和第一溫度傳感器(232)的測(cè)量值來(lái)提供補(bǔ)償后的差壓輸出，以及基于靜壓傳感器(230)和第二溫度傳感器(234)的測(cè)量值來(lái)提供補(bǔ)償后的靜壓輸出。
文檔編號(hào)G01L19/04GK102047089SQ200980119085
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者保羅·C·森迪特, 馬克·C·范德雷 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司