本申請(qǐng)涉及過(guò)程變量指示器及從視覺(jué)上指示過(guò)程變量的方法。

背景技術(shù)：

用于測(cè)量和顯示諸如壓強(qiáng)或溫度等過(guò)程變量的機(jī)械儀器在工業(yè)中被廣泛使用。這些儀器通常不需要任何電力源，而是通過(guò)使用機(jī)械技術(shù)來(lái)顯示它們的各個(gè)過(guò)程變量。例如，波登管(Bourdon tube)裝置直接響應(yīng)于波登管內(nèi)的壓強(qiáng)變化產(chǎn)生指針的移動(dòng)，其中所述指針暴露在壓強(qiáng)下。類(lèi)似地，溫度測(cè)量裝置可以具有連接至雙金屬條的指針，而所述雙金屬條對(duì)溫度的變化是敏感的。這些僅僅是當(dāng)今普遍存在且將繼續(xù)存在于過(guò)程設(shè)備中的常規(guī)機(jī)械裝置的兩個(gè)示例。依靠它們的機(jī)械屬性，這些裝置不會(huì)因電源故障而被影響，并且生產(chǎn)和使用起來(lái)相對(duì)便宜。

隨著近年來(lái)微電子部件的成本的下降，有能力在成本方面與以上列出的機(jī)械過(guò)程變量測(cè)量和顯示裝置進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。然而，工業(yè)上一般對(duì)機(jī)械裝置的能力和價(jià)格比較關(guān)注。因此，當(dāng)使用電子部件的新裝置試圖參與競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，它們一般必須以類(lèi)似或者更低的成本提供附加的特征。完成這種電子裝置的一種方法是模仿機(jī)械換能裝置的整個(gè)顯示。例如，在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)出版物No.20140239151 A1中提供了一種用于機(jī)械量規(guī)儀器的自供電光學(xué)檢測(cè)器。這個(gè)裝置雖然使用一些電子部件，但是大體模仿波登管量規(guī)的外觀。

以上的公開(kāi)內(nèi)容僅僅用于提供一般性的背景信息，不是用于幫助確定要求權(quán)利的主題的保護(hù)范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供一種過(guò)程變量指示器。所述過(guò)程變量指示器包括過(guò)程變量傳感器，所述過(guò)程變量傳感器具有隨著過(guò)程變量變化的電學(xué)特性。測(cè)量電路連 接至過(guò)程變量傳感器并且被配置為提供關(guān)于電學(xué)特性的指示。處理器連接至測(cè)量電路并且被配置為基于所述指示計(jì)算過(guò)程變量以及在多個(gè)范圍中確定過(guò)程變量處于哪個(gè)范圍。處理器基于過(guò)程變量和所確定的范圍產(chǎn)生本地視覺(jué)輸出。還提供一種視覺(jué)上指示過(guò)程變量的方法。

該“發(fā)明內(nèi)容”部分被提供用于以簡(jiǎn)化的形式引入概念的選擇，其中所述概念會(huì)在以下的“具體實(shí)施方式”部分中被進(jìn)一步描述。該“發(fā)明內(nèi)容”部分不是用于識(shí)別要求權(quán)利的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不是被用于幫助確定要求權(quán)利的主題的保護(hù)范圍。要求權(quán)利的主題不限于解決“背景技術(shù)”部分中提及的任何或所有缺點(diǎn)的實(shí)施方式。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過(guò)程變量指示器的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的過(guò)程變量指示器的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過(guò)程變量指示器的方框圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有相對(duì)于范圍邊界的多個(gè)閾值的過(guò)程變量指示器的示意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量和指示過(guò)程變量的方法的示意圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的過(guò)程變量指示器的示意圖。

具體實(shí)施方式

機(jī)械過(guò)程變量的測(cè)量和顯示技術(shù)通常受限于它們提供超出它們核心功能性的任何特征的能力。相反地，使用電子部件的新的過(guò)程裝置與它們的機(jī)械等同裝置相比，能夠提供很多新的特征。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，被提供用于與過(guò)程變量顯示裝置一起感測(cè)過(guò)程變量的過(guò)程變量感測(cè)部件可以具有對(duì)過(guò)程變量的大大超出終端用戶所需范圍的感測(cè)范圍。例如，定制能夠感測(cè)處于0至200psi之間的壓強(qiáng)的裝置的用戶可能收到能夠精確地感測(cè)處于0至800psi之間的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)測(cè)量膜盒或部件，僅僅因?yàn)樵搲簭?qiáng)測(cè)量膜盒或部件對(duì)于規(guī)定的范圍來(lái)說(shuō)是最適合的感測(cè)裝置。然而，操作范圍在0至200psi之間的終端用戶需求將使得制造商為該裝置提供印刷面板，這個(gè)印刷面板示出圍繞該裝置的盤(pán)面(face)以一定間隔從0至200psi規(guī)則布置 的壓強(qiáng)。如果壓強(qiáng)超過(guò)200psi標(biāo)記，指針將通過(guò)延伸超過(guò)200psi標(biāo)記來(lái)僅僅指示過(guò)壓。然而，由于裝置本身可能能夠精確地感測(cè)從0至800psi的壓強(qiáng)，因此有可能重要的信息能夠被顯示給用戶，超過(guò)用戶規(guī)定的范圍上限。

本發(fā)明的實(shí)施例主要提供在過(guò)程變量測(cè)量和指示裝置的盤(pán)面上的兩個(gè)或多個(gè)過(guò)程變量范圍。第一范圍與用戶規(guī)定的操作范圍相對(duì)應(yīng)。在上述的示例中，這是0至200psi范圍。第二范圍與裝置的超出用戶規(guī)定的范圍的有用測(cè)量范圍相對(duì)應(yīng)。在以上給出的示例中，這個(gè)附加的范圍將從200psi延伸至800psi。這個(gè)附加的范圍能夠設(shè)置在顯示裝置的小弧線上。如果指針超出800psi標(biāo)記，則裝置僅僅能夠指示過(guò)壓。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過(guò)程變量指示器的示意圖。在圖1示出的例子中，裝置100指示耦合至過(guò)程連接件102的過(guò)程流體的壓強(qiáng)。過(guò)程流體的壓強(qiáng)在壓強(qiáng)感測(cè)部件(諸如壓強(qiáng)傳感器或壓強(qiáng)感測(cè)膜盒)中產(chǎn)生壓強(qiáng)變化。然后，使得被檢測(cè)的壓強(qiáng)與物理指針104的移動(dòng)相關(guān)聯(lián)，物理指針104沿徑向掃過(guò)裝置100的盤(pán)面106。如可以看到的，在0和200psi之間的壓強(qiáng)讀數(shù)以大致規(guī)則的角度間隔產(chǎn)生。因此，對(duì)于該第一間隔內(nèi)的給定壓強(qiáng)變化，指針將掃過(guò)第一角度變化。例如，從20至100psi的壓強(qiáng)變化(80psi的差)將產(chǎn)生指針的大約90度的角度移動(dòng)。然而，超過(guò)200psi直到800psi，使用非常小的角度間隔。在這個(gè)范圍內(nèi)，壓強(qiáng)超出用戶規(guī)定的操作范圍，但是裝置100在給出壓強(qiáng)量值的指示方面仍然是有用的。在這個(gè)范圍內(nèi)，與指針在第一操作范圍內(nèi)的情形相比，給定的壓強(qiáng)變化將產(chǎn)生指針的顯著減小的角度移動(dòng)。附加地，在壓強(qiáng)超過(guò)800psi的情況中，指針將順時(shí)針掃動(dòng)超過(guò)800psi標(biāo)記并且指示過(guò)壓。因此，圖1示出的實(shí)施例是具有物理指示器的過(guò)程變量測(cè)量和顯示裝置，其中所述物理指示器基于在其盤(pán)面上指示的多個(gè)范圍操作。

圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的過(guò)程變量指示器的示意圖。如圖2所示，裝置120具有與圖1示出的實(shí)施例中的過(guò)程連接件非常相似的過(guò)程連接件102。此外，裝置120還包括盤(pán)面106和物理指示器(指針104)，盤(pán)面106和物理指示器被用于指示過(guò)程變量。然而，如圖2所示，提供了三個(gè)不同的范圍。從0至400psi的過(guò)程流體壓強(qiáng)范圍通過(guò)將指針104定位在范圍122內(nèi)而被指示。附加地，從400延伸至600psi的第二范圍被示出為包括徑向區(qū) 域的大部分。如可以看到的，這個(gè)范圍在盤(pán)面106上從標(biāo)記124延伸至標(biāo)記126。超過(guò)第二范圍(600psi)的上限，第三范圍128允許指針104繼續(xù)精確地示出從600至800psi的壓強(qiáng)。最終，當(dāng)壓強(qiáng)超過(guò)800psi時(shí)，指針將順時(shí)針移動(dòng)超過(guò)800psi標(biāo)記并且指示過(guò)壓。圖2示出用于文中描述的實(shí)施例的顧客值的示例。顧客可以使用儀表盤(pán)面的大部分以高的分辨率顯示正常的壓強(qiáng)。然而，顧客也具有對(duì)高于或低于正常操作壓強(qiáng)范圍的異常壓強(qiáng)的可見(jiàn)性。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過(guò)程變量指示器的方框圖。裝置100包括過(guò)程入口102，該過(guò)程入口102被配置為將過(guò)程流體(諸如液體或氣體)的壓強(qiáng)傳遞至設(shè)置在裝置100內(nèi)的過(guò)程變量傳感器130。在裝置100感測(cè)過(guò)程流體壓強(qiáng)的實(shí)施例中，過(guò)程變量傳感器130是壓強(qiáng)傳感器。例如，壓強(qiáng)傳感器130可以是附連至響應(yīng)于過(guò)程流體壓強(qiáng)而變形的可變形膜片或其他適當(dāng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變儀。然后，這個(gè)變形改變應(yīng)變儀的阻抗。阻抗通過(guò)裝置100內(nèi)的電路測(cè)量，以便檢測(cè)過(guò)程流體壓強(qiáng)。

類(lèi)似地，在過(guò)程變量是溫度的實(shí)施例中，過(guò)程變量傳感器130可以是任何適當(dāng)?shù)臏囟雀袦y(cè)裝置，諸如電阻溫度裝置(RTD)、熱電偶、熱敏電阻或其他適當(dāng)?shù)难b置。如可以認(rèn)識(shí)到的，任何適當(dāng)?shù)母袦y(cè)設(shè)置可以用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的過(guò)程變量傳感器130。然而，通常，過(guò)程變量傳感器130具有隨著感興趣的某個(gè)過(guò)程變量變化的電學(xué)特性。過(guò)程變量的例子包括壓強(qiáng)、溫度、流量、液位、pH等等。

裝置100包括連接至過(guò)程變量傳感器130的測(cè)量電路132。測(cè)量電路132可以包括已知的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器以及任何適當(dāng)?shù)姆糯蠛?或線性化電路。測(cè)量電路132將過(guò)程變量傳感器130的電學(xué)特性的數(shù)字指示提供至處理器134。處理器134可以是能夠與測(cè)量電路132相互作用的任何適當(dāng)?shù)碾娮硬考⑶覟楸镜仫@示裝置138提供適當(dāng)?shù)妮敵鲆约叭魏胃郊拥妮敵?42。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器134包括微處理器。處理器134連接至或者包括非易失性存儲(chǔ)器136，所述非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)與多個(gè)過(guò)程變量范圍的信息相關(guān)，其中在所述多個(gè)過(guò)程變量范圍內(nèi)提供本地指示。應(yīng)該注意，在一些實(shí)施例中，處理器134、測(cè)量電路132和存儲(chǔ)器136可以組合在單個(gè)集成電路或應(yīng)用特定的集成電路上。處理器134與測(cè)量電路132相互作用，接收過(guò)程變量傳感 器的電學(xué)特性的數(shù)字指示并且基于數(shù)字指示計(jì)算過(guò)程變量，諸如過(guò)程流體壓強(qiáng)或過(guò)程流體溫度。

然后，通過(guò)處理器134計(jì)算或獲得的過(guò)程變量通過(guò)指示器138被裝置100本地地指示。在一個(gè)實(shí)施例中，指示器138是被使得在裝置100的顯示盤(pán)面上移動(dòng)的物理結(jié)構(gòu)。在圖1所示的例子中，指示器138包括指針104，指針104被使得轉(zhuǎn)動(dòng)地掃過(guò)裝置100的盤(pán)面106，以指示壓強(qiáng)。指示器138被使得物理地移動(dòng)，以便通過(guò)與致動(dòng)器140相互作用的處理器134指示過(guò)程變量。致動(dòng)器140可以是能夠接收來(lái)自處理器134的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)并且產(chǎn)生相關(guān)的移動(dòng)的任何適當(dāng)部件。在一個(gè)實(shí)施例中，致動(dòng)器140可以是商業(yè)上可以獲得的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。然而，根據(jù)文中所描述的實(shí)施例，可以使用多種其他適當(dāng)?shù)囊苿?dòng)系統(tǒng)。在圖3所示的例子中，一個(gè)或多個(gè)輔助輸出端142也連接至處理器134。這些輸出端142可以采用任何適當(dāng)?shù)男问?，但是通常以緊接裝置100的盤(pán)面106的一個(gè)或多個(gè)LED的形式被設(shè)置。這些輔助輸出端可以指示諸如低電量等簡(jiǎn)單的情況、諸如過(guò)壓或過(guò)溫等過(guò)范圍變量的檢測(cè)或者任何其他適當(dāng)?shù)那闆r。

在一些實(shí)施例中，裝置100還可以包括連接至處理器134的無(wú)線通信模塊144。無(wú)線通信模塊144優(yōu)選是用于發(fā)送和接收無(wú)線傳輸?shù)臒o(wú)線收發(fā)器或者無(wú)線發(fā)射機(jī)應(yīng)答器?？蛇x地，無(wú)線通信模塊44可以僅包括無(wú)線發(fā)送器。無(wú)線通信模塊144能夠允許處理器134與一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程裝置通信。在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)線通信模塊144能夠根據(jù)無(wú)線處理通信協(xié)議，諸如IEC62591，提供無(wú)線通信。這種通信可以包括提供過(guò)程變量信息以及任何輔助的信息。此外，不能容易地被指示器138和/或輔助輸出端142提供的附加信息仍然可以通過(guò)無(wú)線通信模塊144來(lái)提供。這種信息可以包括較多的復(fù)雜的診斷信息、配置信息等等。

圖3示出裝置100被電池模塊146供以電力。電池模塊146可以采用使用可替換或不可替換的電池的任何適當(dāng)?shù)碾姵丶夹g(shù)。

如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例通常依賴(lài)于內(nèi)部電池，不僅向測(cè)量過(guò)程變量的電路供以電力，而且向移動(dòng)物理指示器138的致動(dòng)器140供以電力。因此，電能的保持(conversation)是非常重要的，因?yàn)樗苯佑绊懷b置運(yùn)行多久而不需要替換電池。消耗過(guò)量電能的一種情形是在物理指示器穿過(guò)各 個(gè)范圍之間的邊界時(shí)物質(zhì)指示器的移動(dòng)。在一些情形中，如果物理指示器虛置于范圍邊界，致動(dòng)器140有可能將經(jīng)歷抖動(dòng)或其他類(lèi)似的移動(dòng)，這可能消耗有價(jià)值的電資源而沒(méi)有提供任何有用的益處。

為了減少致動(dòng)器抖動(dòng)的發(fā)生，本發(fā)明的一些實(shí)施例包括一對(duì)用于每個(gè)邊界轉(zhuǎn)變的閾值。在如圖4所示的實(shí)施例中，在200psi發(fā)生范圍邊界轉(zhuǎn)變。因此，在過(guò)程流體壓強(qiáng)在0至200psi之間時(shí)，指示器138(指針104)以指針104的徑向位置與盤(pán)面106之間的第一關(guān)系移動(dòng)。當(dāng)過(guò)程流體壓強(qiáng)達(dá)到200psi時(shí)，提供不同的移動(dòng)關(guān)系。因此，附加的400psi被指示在從線150至152示出的范圍內(nèi)。當(dāng)過(guò)程流體壓強(qiáng)達(dá)到200psi，處理器134將使得致動(dòng)器140對(duì)于每被測(cè)壓強(qiáng)變化以更小的角度(角度/被測(cè)壓強(qiáng)變化)移動(dòng)。為了減小在200psi處致動(dòng)器抖動(dòng)的可能性，裝置100包括第一閾值154和高于第一閾值154的第二閾值156。第二閾值156是當(dāng)壓強(qiáng)增加時(shí)存儲(chǔ)器136中由處理器134建議的閾值。相反地，一旦第二壓強(qiáng)范圍已經(jīng)被達(dá)到，在壓強(qiáng)落至第一閾值154時(shí)處理器134將切換回第一壓強(qiáng)范圍。這樣，潛在的致動(dòng)器抖動(dòng)被消除。閾值154和156之間的距離能夠基于所期望的應(yīng)用而被設(shè)置。然而，相對(duì)于存儲(chǔ)器136中的單個(gè)范圍邊界提供一對(duì)閾值能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量和指示過(guò)程變量的方法的示意圖。方法200開(kāi)始于方塊202，在此使用過(guò)程變量傳感器測(cè)量過(guò)程變量?？梢砸匀魏芜m當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行過(guò)程變量的測(cè)量，包括使模-數(shù)轉(zhuǎn)換器與具有響應(yīng)于過(guò)程變量的改變而變化的電學(xué)特性的過(guò)程變量傳感器相互作用。接著，在方塊204處，確定是否被測(cè)量的過(guò)程變量落入多個(gè)潛在的過(guò)程變量范圍中的一個(gè)范圍內(nèi)。如上所述，范圍可以包括0-200psi、200-600psi、0-100℃等等。一旦用于被測(cè)量的過(guò)程變量的范圍已經(jīng)被確定，則適于指示在被識(shí)別范圍內(nèi)的過(guò)程變量的物理移動(dòng)被計(jì)算并且被供至適當(dāng)?shù)闹聞?dòng)器，諸如致動(dòng)器140(如圖3所示)，以便移動(dòng)物理指示器。這示出在附圖標(biāo)記206處。附加地，任何適當(dāng)?shù)母郊虞敵隹梢酝ㄟ^(guò)裝置以本地方式208或者遠(yuǎn)程方式210或者兩種方式相結(jié)合地提供。本地指示的例子包括一個(gè)或多個(gè)LED、可聽(tīng)見(jiàn)的警告或指示或者過(guò)程變量的文字?jǐn)?shù)字指示。遠(yuǎn)程指示的例子包括警告和/或過(guò)程變量信息諸如經(jīng)由無(wú)線通信模塊144被無(wú)線地傳輸至任何適當(dāng)?shù)难b 置。該測(cè)量和顯示過(guò)程繼續(xù)，如在循環(huán)212處所示。

迄今所描述的實(shí)施例通常使用電子部件或技術(shù)模仿物理機(jī)械指示器。相信根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置與現(xiàn)有的機(jī)械指示器的相似性能夠便于被市場(chǎng)采納。這個(gè)相似性已經(jīng)到了這樣的程度：即，通常優(yōu)選裝置的盤(pán)面(諸如盤(pán)面106)是預(yù)印刷表面。因此，根據(jù)文中所描述的實(shí)施例的附加范圍通常被印刷在組裝于所述裝置內(nèi)的圓形盤(pán)面上。當(dāng)然，本發(fā)明的實(shí)施例可以被實(shí)踐于顯示裝置本身是電子部件的情形。

圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的過(guò)程變量指示器的示意圖。裝置300包括與裝置100(示出在圖3中)類(lèi)似的許多部件，并且相同的部件被類(lèi)似地編號(hào)。圖6中示出的實(shí)施例與圖3中示出的實(shí)施例之間的主要區(qū)別在于：圖3的致動(dòng)器140和物理指示器138被圖6中的顯示裝置302所替換。顯示裝置302用圖形顯示替換盤(pán)面106和指示器138，這種圖形顯示能夠指示兩個(gè)范圍信息并且提供示出過(guò)程變量和任何其他適當(dāng)信息的動(dòng)態(tài)指示器。例如，顯示裝置302可以通過(guò)圖形顯示提供指針104的圖示版本。因此，范圍信息和指針本身可以被圖形顯示302產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施例中，顯示裝置302是低功率顯示裝置，諸如商業(yè)上可以獲得的電子油墨技術(shù)。然而，實(shí)施例可以被實(shí)踐于顯示裝置302包括液晶顯示器或任何其他適當(dāng)顯示技術(shù)的情形。當(dāng)然，優(yōu)選使用相對(duì)低的功率的顯示技術(shù)，因?yàn)樗鼈児?jié)約電池146的使用壽命。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行修改。