專利名稱：具有集成溫度控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于過(guò)程測(cè)量和控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。具體地，本發(fā)明涉及具有集成溫度控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以對(duì)低溫極限提供更直接的保護(hù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備涵蓋寬廣范圍的過(guò)程管理設(shè)備，測(cè)量和控制諸如壓力、溫度和流量之類的流體參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在包括制造、烴加工、大量流體處理、食品和飲料制備、水和空氣分配、環(huán)境控制、以及精確化學(xué)、粘合劑、樹(shù)脂、薄膜和熱塑性應(yīng)用的多種應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用性?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括構(gòu)造為測(cè)量或感測(cè)過(guò)程參數(shù)的變送器和構(gòu)造為修改或控制這種參數(shù)的控制器。變送器包括感測(cè)流體參數(shù)的傳感器模塊，如產(chǎn)生表征過(guò)程壓力的模擬電壓或電流信號(hào)的壓力傳感器。傳感器模塊還包括溫度傳感器、流量傳感器、PH傳感器、液面?zhèn)鞲衅饕约坝糜诟袦y(cè)或表征其它過(guò)程變量和流體參數(shù)的多種其它傳感器裝置。與變送器相比，控制器利用控制模塊修改或影響過(guò)程參數(shù)，而不是簡(jiǎn)單地表征它。 控制模塊通常產(chǎn)生表示參數(shù)的目標(biāo)值的控制輸出，如用來(lái)定位閥或?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)流量的模擬電流輸出?？刂颇K還包括溫度控制器，壓力調(diào)節(jié)器、液面控制器和其它過(guò)程控制裝置。更通用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括壓力/溫度變送器和其它多傳感器變送器，以及具有傳感器和控制功能兩者的集成的流量控制器。其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備結(jié)合感測(cè)和控制功能，如同時(shí)測(cè)量和調(diào)節(jié)大量相關(guān)壓力、溫度、流體液面和流量的流體靜壓力儲(chǔ)罐計(jì)量系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常暴露至寬廣范圍的環(huán)境效應(yīng)，包括由于改變環(huán)境條件或日光照射引起的溫度極限和諸如高溫流體或低溫流動(dòng)之類的與壓力相關(guān)的效應(yīng)。低溫極限特別會(huì)惡化變送器和控制器響應(yīng)，并產(chǎn)生與諸如A/D (模擬-數(shù)字)或D/A (數(shù)字-模擬)轉(zhuǎn)換器之類的電子元件相關(guān)的偏移、偏差或信號(hào)噪聲。極低的溫度甚至?xí)?dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備失靈或出現(xiàn)故障。因此環(huán)境控制是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)的重要考慮因素。特別地，環(huán)境外殼通常用來(lái)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與陽(yáng)光和其它輻射能量源隔開(kāi)，且通常添加加熱器，以避免低溫極限。不幸的是，現(xiàn)有的加熱和熱控制技術(shù)稍微是間接的，且遭受增加的功耗和較大的整體尺寸機(jī)殼。這增加了成本并降低了安裝靈活性，特別是在遠(yuǎn)程或訪問(wèn)受限應(yīng)用中。因此，對(duì)改進(jìn)的環(huán)境控制技術(shù)存在持續(xù)的需求，其在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安裝尺寸和整體效率影響降低的情況下，提供更直接的溫度控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有集成溫度控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括殼體、內(nèi)部溫度傳感器、控制器和接線盒。該殼體包圍現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部元件，內(nèi)部元件包括溫度傳感器和控制
ο溫度傳感器感測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部溫度，控制器通過(guò)調(diào)節(jié)提供至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的熱量控制所述內(nèi)部溫度。接線盒連接至控制器以作為所述內(nèi)部溫度的函數(shù)調(diào)節(jié)熱量。


圖1為示出在利用專用接線盒的實(shí)施方式中的具有集成的溫度控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的剖視圖。圖2為圖1中示出的專用接線盒的示意圖。圖3為在利用外部調(diào)節(jié)器盒的實(shí)施方式中示出圖1的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的剖視圖。圖4為圖3中示出的外部調(diào)節(jié)器盒的示意圖。圖5為在利用直接連接的加熱元件的實(shí)施方式中示出圖1的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的剖視圖。圖6為在利用組合的殼體和環(huán)境外殼的實(shí)施方式中示出圖5中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖1為示出具有集成溫度控制和環(huán)境外殼11的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的剖視圖。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 10包括殼體12、現(xiàn)場(chǎng)模塊13、電子元件板14、接線盒15和內(nèi)部溫度傳感器16。在該實(shí)施方式中，接線盒15為專用接線盒，用于調(diào)節(jié)供給至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的熱量，并采用圖2中所示的連接將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10聯(lián)接至過(guò)程控制系統(tǒng)。殼體12通常由諸如金屬之類的耐用材料或耐用塑料或這些材料的組合制成。殼體包括用于包圍和固定包括現(xiàn)場(chǎng)模塊13、電子元件板14、接線盒15和內(nèi)部溫度傳感器16 的內(nèi)部元件的內(nèi)部安裝結(jié)構(gòu)。殼體12還隔離內(nèi)部元件，避免諸如濕氣和腐蝕劑或爆炸劑之類的不利環(huán)境條件，并避免與過(guò)程機(jī)械、工具、掉落物體和其它潛在危險(xiǎn)接觸。在圖1的特定實(shí)施方式中，現(xiàn)場(chǎng)模塊13為構(gòu)造為測(cè)量壓力或其它過(guò)程參數(shù)的主要的傳感器模塊(或過(guò)程參數(shù)傳感器模塊)，并將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10描述為變送器。在其它實(shí)施方式中，現(xiàn)場(chǎng)模塊13為構(gòu)造為控制過(guò)程參數(shù)的控制模塊，并將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10描述為控制器。在其它實(shí)施方式中，如上所述，現(xiàn)場(chǎng)模塊13包括用于更通用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的大量傳感器和控制裝置。在一些實(shí)施方式中，術(shù)語(yǔ)“變送器”還用來(lái)描述獨(dú)立于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的過(guò)程弄濕元件 (process-wetted components)的殼體12和殼體12的內(nèi)部元件，或者可替換地，作為通用術(shù)語(yǔ)用于描述通用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，而不管特定的結(jié)構(gòu)。在典型的實(shí)施方式中，殼體12包括接線端蓋17、變送器蓋18、管道連接19和銘牌 20 (如圖1所示)，具有用于將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10安裝至管道、設(shè)備底座、支架或其它結(jié)構(gòu)的外部底(或安裝結(jié)構(gòu))21。在一些實(shí)施方式中，殼體12還包括用于將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/變送器10連接至沖擊式管道23或包含過(guò)程流體的其它結(jié)構(gòu)的連接螺母22。在這些實(shí)施方式中，傳感器模塊13感測(cè)沖擊式管道系統(tǒng)23中的靠近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的壓力或其它過(guò)程參數(shù)?？商鎿Q地，連接螺母22由法蘭或法蘭適配器組件(如，參見(jiàn)圖4)或形成至現(xiàn)場(chǎng)模塊10的過(guò)程流體連接的其它連接元件代替。在一種特定的實(shí)施方式中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10為3051-系列壓力變送器，如從明尼蘇達(dá)州 Chanhassen 市的 Rosemount 公司(Emerson ProcessManagement 公司)可買到的?？商鎿Q地，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10表示其它變送器或控制器，或更通用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。在這些可替換實(shí)施方式中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的特征改變，如由從Rosemoimt公司和其它貿(mào)易廠商可買到的寬廣范圍
5的過(guò)程測(cè)量和控制裝置所示。電子元件板14的特定位置和幾何結(jié)構(gòu)也僅僅是代表性的。在多種實(shí)施方式中，電子元件板14包括大量不同的電路元件，包括用于控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的控制器或微處理器，用于在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10和過(guò)程控制系統(tǒng)之間通信的1/0(輸入/輸出)接口，以及用于控制加熱器27的加熱器控制器，如下文所述。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10和過(guò)程控制系統(tǒng)之間的通信包括表示傳感器信號(hào)的輸出，表示控制模塊的目標(biāo)值的輸入，以及其它過(guò)程監(jiān)控和控制數(shù)據(jù)。這些通信利用多種協(xié)議，包括但不限于，標(biāo)準(zhǔn)模擬G_20mA)協(xié)議，諸如HART 之類的混合模擬-數(shù)字協(xié)議，以及諸如Fieldbus FoundationTM和PROFI BUS或PROFI NET之類的數(shù)字測(cè)量和控制協(xié)議。過(guò)程通信在標(biāo)準(zhǔn)模擬線回路、數(shù)據(jù)總線和其它過(guò)程管理通信硬件的組合上發(fā)生。 在一些實(shí)施方式中，通信利用紅外(IR)、光學(xué)、RF(射頻)和其它無(wú)線通信手段，包括諸如從 Rosemount公司可買到的1420無(wú)線網(wǎng)關(guān)或3051S無(wú)線變送器之類的HART “基系統(tǒng)。接線盒15將加熱器27連接至電源，允許調(diào)節(jié)供給至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的熱量。在圖1 的實(shí)施方式中，接線盒15為位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10內(nèi)的專用接線盒(如圖1所示)，具有如圖2 所示的連接。在可替換的實(shí)施方式中，接線盒15表示標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)部接線盒，且現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10利用外部調(diào)節(jié)器盒，如圖3和4所示。內(nèi)部溫度傳感器16位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10內(nèi)。內(nèi)部傳感器16通過(guò)產(chǎn)生作為內(nèi)部溫度的函數(shù)的傳感器信號(hào)而表征現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部。在多種實(shí)施方式中，內(nèi)部溫度傳感器16包括熱電偶、RTD(電阻式溫度檢測(cè)裝置)或其它形式的溫度傳感器，其具有適于裝配在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)的特定幾何形狀。在一些實(shí)施方式中，溫度傳感器16為用于環(huán)境控制的專用內(nèi)部溫度傳感器。在這些實(shí)施方式中，溫度傳感器16可構(gòu)造為用于位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10內(nèi)的各個(gè)位置上，通過(guò)感測(cè)或表征靠近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的敏感區(qū)域的內(nèi)部溫度而提供直接的環(huán)境(溫度)控制。這允許內(nèi)部溫度傳感器16設(shè)置為靠近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的過(guò)程弄濕區(qū)域，在那里冰凍、冷凝或依賴于溫度的粘度效應(yīng)是受關(guān)注的，或者可替換地，允許內(nèi)部溫度傳感器16靠近諸如現(xiàn)場(chǎng)模塊13或電子元件板14之類的依賴于溫度的內(nèi)部元件設(shè)置。在其它實(shí)施方式中，內(nèi)部溫度傳感器16還提供用于溫度補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償信號(hào)。在其它實(shí)施方式中，內(nèi)部溫度傳感器16還為表征過(guò)程流體溫度以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部溫度的初級(jí)傳感器模塊。在這些實(shí)施方式中，溫度傳感器16的位置至少也依賴于其附加功能。外殼11包括諸如金屬之類的耐用材料或耐用塑料，或其組合。在一些實(shí)施方式中，外殼11是剛性的，以提供機(jī)械保護(hù)。在其它實(shí)施方式中，外殼11包括軟質(zhì)或柔性絕緣材料，或剛性材料和軟質(zhì)或柔性材料的組合。外殼11覆蓋現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的至少一部分，以保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備免受環(huán)境氣候條件和與過(guò)程相關(guān)的溫度極限的影響。采用加熱器27，外殼11保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10免受低溫極限和熱量極小的影響。在一些實(shí)施方式中，外殼11還將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10與陽(yáng)光和其它輻射熱源屏蔽開(kāi)，以避免高溫極限和熱量最大。在其它實(shí)施方式中，外殼11保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10免受爆炸性、 腐蝕性或其它危險(xiǎn)氣氛的影響。環(huán)境外殼11圍繞現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10形成密閉體積，以通過(guò)提供熱、機(jī)械和電隔離而保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。在一些實(shí)施方式中，外殼11基本上覆蓋或包圍現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的全部(如圖1和
63所示)，在其它實(shí)施方式中，外殼11僅覆蓋或包圍現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的一部分(參見(jiàn)圖5)。外殼11通常設(shè)置用于安裝外殼的安裝結(jié)構(gòu)，以包圍和保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10。外殼11 還通常設(shè)置位于過(guò)程端口 M處的用于沖擊式管道系統(tǒng)23和其它過(guò)程連接的多個(gè)通道端口，用于在電源端口 26處的加熱器電源線25，以及用于回線、RF天線、無(wú)線頂裝置或與過(guò)程控制系統(tǒng)通信的其它裝置的其它端口。加熱器27為將電能轉(zhuǎn)換為熱能的熱源，以加熱外殼11和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10。如圖1所示，加熱器27為對(duì)流類型的加熱器，其通過(guò)空氣或其它流體在環(huán)境外殼11內(nèi)的對(duì)流間接加熱現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10。在其它實(shí)施方式中，如下文參照?qǐng)D5描述的那樣，加熱器27為經(jīng)過(guò)熱傳導(dǎo)加熱現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的直接連接熱源。在這些實(shí)施方式的一些中，殼體12起組合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備殼體和溫度外殼的作用。在這些實(shí)施方式中，如下文參照?qǐng)D6描述的那樣，不要求單獨(dú)的環(huán)境外殼11。通過(guò)調(diào)節(jié)加熱器27的熱輸出而調(diào)節(jié)或控制提供至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的熱量。加熱器27 的熱輸出又由被調(diào)節(jié)的電力線Reg-A和Reg-B決定，通過(guò)限制未被調(diào)節(jié)的電源線Pwr-A和 Pwr-B的電壓或電流來(lái)調(diào)節(jié)電力線Reg-A和Reg-B。如圖1所示，未被調(diào)節(jié)的電力線Pwr-A和Pwr-B從電源端口沈處的加熱器電源線 25連接至接線盒15。被調(diào)節(jié)的電力線REG-A和Reg-B從接線盒15連接至加熱器27。電子元件板14上的加熱器控制器將接線盒15處的加熱器功率調(diào)節(jié)為由內(nèi)部溫度傳感器16表征的內(nèi)部溫度的函數(shù)。更具體地，內(nèi)部溫度傳感器16感測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10內(nèi)的內(nèi)部溫度。加熱器控制器(由電子元件板14表示)將接線盒15處的加熱器電源調(diào)節(jié)為內(nèi)部溫度的函數(shù)。當(dāng)內(nèi)部溫度高于特定最小值時(shí)，沒(méi)有功率供給至加熱器27，且沒(méi)有熱量提供至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10。當(dāng)內(nèi)部溫度下降到最小值之下時(shí)，供給功率以加熱環(huán)境外殼11和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10，通過(guò)限制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10否則將暴露至的最小溫度而避免低溫極限。圖2為用于如在圖1示例的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的專用接線盒15A的示意圖。專用(內(nèi)部)接線盒15A位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10內(nèi)部，其與采用外部調(diào)節(jié)器盒和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部接線盒的實(shí)施方式(如下文在圖3和4中所示)不同。通常，接線盒或調(diào)節(jié)器盒包括盒體31和大量接線端連接。盒體31通常包括絕緣塑料、絕緣樹(shù)脂或絕緣填充材料或其組合。盒體31支撐接線端連接，并提供用于將接線盒安裝至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、外殼或其它結(jié)構(gòu)的安裝結(jié)構(gòu)。在圖2的特定實(shí)施方式中，專用接線盒15A在加熱器27和電源之間，和在電子元件板14和用于過(guò)程控制系統(tǒng)的回線之間，提供接線端連接。具體地，專用接線盒15A提供從來(lái)自連接至加熱器電源的未被調(diào)節(jié)線Pwr-A、B和來(lái)自連接至加熱器27的被調(diào)節(jié)線Reg-A 和Reg-B的連接。專用接線盒15A還提供從回線Loop-A和Loop-B到由電子元件板14表示的I/O接口的連接?？商鎿Q地，如上所述，專用接線盒15A提供至數(shù)字控制總線或無(wú)線通信裝置的可替換過(guò)程控制連接。通常，電子元件板14表示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10內(nèi)的大量電子元件。這些電子元件包括連接至過(guò)程控制系統(tǒng)的I/O接口和用于控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制器或微處理器。此外， 電子元件板14表示用于作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的內(nèi)部溫度的函數(shù)控制加熱器27的加熱器控制
ο
在圖2的實(shí)施方式中，電子元件板14包括為主要現(xiàn)場(chǎng)模塊提供信號(hào)處理功能的集成的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/加熱器控制器，經(jīng)由I/O接口弓丨導(dǎo)與過(guò)程控制系統(tǒng)的通信，并且還通過(guò)調(diào)節(jié)至加熱器27的電源控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的溫度。在這種集成控制器實(shí)施方式中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10 不要求附加的外部加熱器控制器。這降低了復(fù)雜性和成本，增加了可靠性，并降低了總功耗
加熱器27通常為交流加熱器，未被調(diào)節(jié)的線Pwr-A和Pwr-B為AC加熱器提供在 50-60HZ和100-M0V范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)交流功率。在可替換實(shí)施方式中，加熱器27為直流加熱器或更通用的熱源，未被調(diào)節(jié)的線Pwr-A和Pwr-B向加熱器27提供約6V、12V、24V或其它電壓的交流或直流功率。在其它實(shí)施方式中，加熱器27還采用用于專用接地連接(未示出)的接地線。加熱器控制器經(jīng)由接線盒15A處的調(diào)節(jié)器32調(diào)節(jié)電力線Reg-A和Reg_B，以控制提供至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的熱量。調(diào)節(jié)器32為A/C或D/C功率調(diào)節(jié)器，其將被調(diào)節(jié)的線Reg-A和 Reg-B中的電壓或電流限制為控制或參考(Ref)信號(hào)H/C的函數(shù)。控制信號(hào)又為如由內(nèi)部溫度傳感器16產(chǎn)生的內(nèi)部溫度信號(hào)T的函數(shù)。在圖2的特定實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)器32調(diào)節(jié)未被調(diào)節(jié)的“hot”線Pwr-A(In)的電壓或電流，以產(chǎn)生被調(diào)節(jié)的線Reg-A(Out)，同時(shí)“返回”線Pwr-B直接連接至被調(diào)節(jié)的線 Reg-B。然而，圖2中示出的特定連接僅僅是代表性的。在其它實(shí)施方式中，線Pwr-B被調(diào)節(jié)，在其它實(shí)施方式中，Pwr-A和Pwr-B都被調(diào)節(jié)。如上所述，有時(shí)還采用專用接地線或接地連接。雖然調(diào)節(jié)器32示出為靠近接線盒15A，但該位置僅僅是代表性的。在一些實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)器32位于或結(jié)合到接線盒中，在其它實(shí)施方式中調(diào)節(jié)器32遠(yuǎn)程設(shè)置。在遠(yuǎn)程設(shè)置的實(shí)施方式中，加熱器控制器經(jīng)由至調(diào)節(jié)器32或至其它遠(yuǎn)程設(shè)置的電壓或電流控制器的其它接線端連接來(lái)調(diào)節(jié)在接線盒15A(或外部調(diào)節(jié)器盒)處的功率。由于至加熱器27的功率被調(diào)節(jié)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的內(nèi)部溫度的函數(shù)，溫度控制比在利用外部溫度傳感器的其它系統(tǒng)中更直接。這更有效且高效地保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10免受低溫極限的影響，因?yàn)榭刂戚斎敫鼙硎靖信d趣的實(shí)際溫度。特別地，與依賴表征外殼11的外部(間接)溫度信號(hào)而不是依賴表征現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的內(nèi)部(直接)溫度信號(hào)的其它系統(tǒng)相比，提供至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的熱量被更直接地調(diào)節(jié)。圖3為示出利用外部調(diào)節(jié)器盒15B的實(shí)施方式中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的剖視圖。如上所述，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10包括殼體12、主要現(xiàn)場(chǎng)模塊13、電子元件板14和內(nèi)部溫度傳感器16。與圖1的實(shí)施方式相比，圖3示出了具有代替專用(內(nèi)部)接線盒15A的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部接線盒15C 的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10，代替的是加熱器27的電源在外部調(diào)節(jié)器盒15B處被調(diào)節(jié)。在圖3的外部調(diào)節(jié)器盒實(shí)施方式中，接線盒結(jié)構(gòu)包括用于將至加熱器27的電源調(diào)節(jié)為如由內(nèi)部傳感器16表征的內(nèi)部溫度的函數(shù)的外部盒15B和用于將集成加熱器/現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制器連接至外部盒15B和過(guò)程控制系統(tǒng)的內(nèi)部盒15C。因此，保留了如上所述的直接溫度控制的優(yōu)點(diǎn)。然而，在圖3的實(shí)施方式中，在位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10之外而不是位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)的外部調(diào)節(jié)器盒15B處進(jìn)行電力連接。在該實(shí)施方式中，未被調(diào)節(jié)的電力線Pwr-A和Pwr-B從電源端口沈處的電源線25 連接至外部調(diào)節(jié)器盒15C，被調(diào)節(jié)的電力線Reg-A和Reg-B從外部調(diào)節(jié)器盒15C連接至加熱器27。因而沒(méi)有任何電力線(無(wú)論是調(diào)節(jié)的還是未被調(diào)節(jié)的)連接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10，或者甚至穿過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。如下文將立即描述的那樣，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10在危險(xiǎn)環(huán)境中的運(yùn)行有好處。圖4為用于如在圖3中示例的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的外部調(diào)節(jié)器盒15B的示意圖。在該實(shí)施方式中，外部調(diào)節(jié)器盒15B包括如上所述的盒體31和用于未被調(diào)節(jié)的電力線Pwr-A和 Pwr-B、被調(diào)節(jié)的電力線Reg-A和Reg-B以及控制信號(hào)H/C的多個(gè)接線端連接。過(guò)程控制連接，例如回線Loop-A和Loop-B，不連接至外部調(diào)節(jié)器盒15B。相反，過(guò)程控制系統(tǒng)經(jīng)由如上文在圖3中示出的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部接線盒15C連接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10。圖4的外部調(diào)節(jié)器盒結(jié)構(gòu)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10與加熱器輸電線電壓隔開(kāi)，所述輸電線電壓有時(shí)與增加的信號(hào)噪聲或點(diǎn)火危險(xiǎn)、短路或其它電氣危害相關(guān)。未被調(diào)節(jié)的電力線還帶來(lái)安全鑒定問(wèn)題，特別是如果它們提供了超過(guò)危險(xiǎn)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)110-M0V A/C線路功率或直流線電壓。外部調(diào)節(jié)器盒結(jié)構(gòu)還允許標(biāo)準(zhǔn)接線盒用在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10內(nèi)，只要它為加熱器控制線H/C提供接線端連接。如同圖2的專用接線盒設(shè)計(jì)一樣，外部調(diào)節(jié)器盒15B通過(guò)將加熱器27調(diào)節(jié)為內(nèi)部溫度而不是外部溫度的函數(shù)而提供更直接的溫度控制。電子元件板14還繼續(xù)可構(gòu)造為具有代替先前設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)外部加熱器控制器的集成控制器。在一些實(shí)施方式中，外部調(diào)節(jié)器盒15A和功率調(diào)節(jié)器32位于環(huán)境外殼內(nèi)，如上文在圖3中所示。在其它實(shí)施方式中，外部調(diào)節(jié)器盒15A和功率調(diào)節(jié)器32包括在熱源27內(nèi)。 在這些實(shí)施方式中，熱源27包括具有用于加熱器控制線H/C或其它控制線的控制輸入的被調(diào)節(jié)熱源，且不要求單獨(dú)的調(diào)節(jié)器元件。圖5為顯示利用直接連接的加熱元件27的實(shí)施方式中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的剖視圖。 在該實(shí)施方式中，如上所述，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10包括殼體12、主要現(xiàn)場(chǎng)模塊13和電子元件板14。 然而，與圖1和3的全包圍實(shí)施方式相比，圖5圖示了部分包圍實(shí)施方式，其中外殼11至少覆蓋現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的過(guò)程弄濕部分，而沒(méi)有必要覆蓋現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的全部。如圖5中所示，如上所述，殼體12包括接線端蓋17、變送器蓋18、管道連接19和銘牌20，但具有代替連接螺母23 (參見(jiàn)圖1)的法蘭組件40。法蘭組件40采取多種形式， 包括用于提供排水/通風(fēng)的共面法蘭組件或閥導(dǎo)管和其它閥或過(guò)程連接42，具有或不具有法蘭適配器43。與殼體12的其它元件一樣，這些元件在不同的實(shí)施方式中不同。代表性的結(jié)構(gòu)范圍可從Rosemount公司和其它貿(mào)易廠商買到。通常，外殼11提供環(huán)境受控區(qū)域，在環(huán)境受控區(qū)域中，加熱器27限制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10 否則將暴露到的低溫極限。在全包圍(全覆蓋)實(shí)施方式中，基本上整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都由外殼保護(hù)，該外殼有時(shí)還延伸至相關(guān)的包含過(guò)程流體的結(jié)構(gòu)，如沖擊式管道系統(tǒng)。在部分包圍 (部分覆蓋)實(shí)施方式中，外殼1通常覆蓋現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的至少過(guò)程弄濕部分，如圖5所示， 以避免冷凍和過(guò)度粘性過(guò)程流體情況?？商鎿Q地，外殼11覆蓋溫度敏感電子設(shè)備的區(qū)域， 以避免依賴于溫度的響應(yīng)效應(yīng)，或外殼11覆蓋現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的其它關(guān)鍵區(qū)域，以防止其它低溫效應(yīng)。如圖5所示，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10包括專用接線盒15B，且不要求外部調(diào)節(jié)器盒。這對(duì)應(yīng)于圖1的結(jié)構(gòu)，具有在圖2中表示的盒連接。在其它實(shí)施方式中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10包括具有加熱器控制連接的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部接線盒，且具有如圖3和4所示的外部調(diào)節(jié)器盒?？商鎿Q地，熱源
927為內(nèi)部調(diào)節(jié)的加熱器，其包括如上所述的外部調(diào)節(jié)器盒。在圖5的直接熱連接實(shí)施方式中，加熱器27為通用熱源，包括交流或直流的加熱器或可以多種形式和幾何形狀構(gòu)造的普通熱阻元件。在一種實(shí)施方式中，熱源27為撓性電阻型加熱器，如熱阻膠帶，其通過(guò)機(jī)械連接熱連接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10，例如靠近銘牌20或法蘭組件44。在其它實(shí)施方式中，熱源27為具有多種具體幾何形式的“粘著型”或其它電阻式加熱器，其經(jīng)由法蘭組件40中的凹陷、插座、凹處或空腔，例如閥導(dǎo)管或法蘭中的插座44， 連接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10。在這些實(shí)施方式中，環(huán)氧樹(shù)脂或其它材料有時(shí)用來(lái)增強(qiáng)熱源27和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10之間的熱連接，并用來(lái)在插座44處將熱源27機(jī)械連接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10。與如圖1和3所示的對(duì)流式加熱實(shí)施方式相比，圖5中的直接連接熱源27設(shè)置有至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的直接熱連接。這提供了更直接的環(huán)境控制，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性更大。特別地，熱源27和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10之間的直接熱連接提供了更有效的溫度控制，因?yàn)闊嵩?7直接向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10提供熱量(熱能)，而不是間接向外殼11的內(nèi)部提供熱量。此外，直接連接的熱源27可以位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的關(guān)鍵區(qū)域，如過(guò)程弄濕部分或靠近溫度敏感的內(nèi)部元件。這提供了對(duì)低溫極限更有效的防護(hù)，響應(yīng)比依賴于間接對(duì)流加熱或輻射加熱的先前設(shè)計(jì)更快。特別地，直接連接的熱源27直接向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10提供熱量，而不是通過(guò)首先加熱外殼11間接加熱現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。直接熱連接還降低了熱損耗，提供了更有效的溫度控制，并降低了熱源27的功率要求。圖6為示出利用組合殼體和環(huán)境外殼12的實(shí)施方式中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10的剖視圖。 在該實(shí)施方式中，如上所述，殼體12包圍主要現(xiàn)場(chǎng)模塊13和電子元件板14，并且還執(zhí)行如圖1、3和5所示的環(huán)境外殼11的功能。圖6示出了殼體12有時(shí)用作集成的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備殼體和環(huán)境外殼。在這些集成殼體 /外殼實(shí)施方式中，殼體12包圍現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并且還通過(guò)限制由直接連接的熱源27提供的熱量保護(hù)內(nèi)部元件免受低溫極限的影響。在一些實(shí)施方式中，熱源27直接連接在閥導(dǎo)管或法蘭組件處，如圖6所示。在其它實(shí)施方式中，熱源27通過(guò)位于殼體12內(nèi)而直接連接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備10，靠近現(xiàn)場(chǎng)模塊13、電子元件板14、接線盒15或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的其它內(nèi)部元件。這些集成殼體/外殼實(shí)施方式中的每一種提供了更簡(jiǎn)單、更緊湊且更有效的溫度受控設(shè)計(jì)，其中不需要獨(dú)特的環(huán)境外殼。如圖1-6所示，更直接的溫度控制在溫度受控的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的設(shè)計(jì)方面提供了非常大的靈活性。這些優(yōu)點(diǎn)在遠(yuǎn)程和訪問(wèn)受限的設(shè)施中特別有價(jià)值，在這些設(shè)施中，功耗是最基本的關(guān)注點(diǎn)，或先前的設(shè)計(jì)只是太大而不能有效地配置。特別地，基于內(nèi)部溫度傳感器的環(huán)境控制降低了功耗，并消除了大量分離的加熱器控制器元件，增加了效率和可靠性，同時(shí)降低了制造和安裝成本。更直接的加熱器控制還降低了環(huán)境外殼的尺寸要求，且在一些實(shí)施方式中完全消除了對(duì)單獨(dú)的外殼的需求。雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但所使用的術(shù)語(yǔ)是用于說(shuō)明的目的， 而不是限制性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種具有集成溫度控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括 殼體，該殼體包圍現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部元件；溫度傳感器，位于殼體內(nèi)部以感測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部溫度；控制器，位于殼體內(nèi)部以通過(guò)調(diào)節(jié)提供至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的熱量來(lái)控制所述內(nèi)部溫度；和接線盒，連接至控制器以調(diào)節(jié)作為所述內(nèi)部溫度的函數(shù)的熱量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中接線盒位于殼體內(nèi)部，且其中接線盒將控制器連接至過(guò)程控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中接線盒包括位于殼體之外的外部盒和位于殼體之內(nèi)的內(nèi)部盒，并且其中內(nèi)部盒將控制器連接至外部盒和過(guò)程控制系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，還包括用于向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供熱量的熱源，其中熱源在接線盒處被調(diào)節(jié)為內(nèi)部溫度的函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中熱源經(jīng)由直接熱連接向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供熱量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中所述直接熱連接包括用于接收熱源的插座。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，還包括用于過(guò)程參數(shù)的傳感器模塊，其中傳感器模塊安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中傳感器模塊包括壓力傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，還包括覆蓋現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的至少過(guò)程弄濕部分的環(huán)境外殼。
10.一種具有內(nèi)部溫度控制的變送器，該變送器包括 殼體；用于感測(cè)過(guò)程參數(shù)的主要傳感器模塊，其中主要傳感器模塊位于殼體的內(nèi)部； 溫度傳感器，用于感測(cè)變送器的內(nèi)部溫度，其中溫度傳感器位于殼體的內(nèi)部；和控制器，用于通過(guò)調(diào)節(jié)作為內(nèi)部溫度的函數(shù)、供給至加熱器的功率而控制所述內(nèi)部溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變送器，還包括內(nèi)部接線盒，該內(nèi)部接線盒用于將控制器連接至用于調(diào)節(jié)供給至加熱器的功率的調(diào)節(jié)器，并用于將變送器連接至過(guò)程控制系統(tǒng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變送器，還包括用于將控制器連接至用于調(diào)節(jié)供給至加熱器的功率的調(diào)節(jié)器的外部調(diào)節(jié)器盒，以及用于將控制器連接至外部調(diào)節(jié)器盒和過(guò)程控制系統(tǒng)的內(nèi)部接線盒。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變送器，其中所述主要傳感器模塊包括壓力傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變送器，其中所述主要傳感器模塊包括流量傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變送器，其中加熱器直接熱連接至變送器。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變送器，還包括覆蓋變送器的至少過(guò)程弄濕部分的環(huán)境外
17.—種控制用于過(guò)程測(cè)量或控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部溫度的方法，該方法包括下述步驟用熱連接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的加熱器加熱現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備； 用位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部的溫度傳感器產(chǎn)生內(nèi)部溫度信號(hào)；和作為內(nèi)部溫度信號(hào)的函數(shù)控制加熱器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中控制加熱器包括提供控制信號(hào)到功率調(diào)節(jié)器， 所述功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電功率至加熱器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中控制信號(hào)通過(guò)位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部的接線盒提供至功率調(diào)節(jié)器。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括用環(huán)境外殼包圍加熱器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的至少過(guò)程弄濕部分的步驟。
全文摘要
一種具有集成溫度控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(10)，該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括殼體(12)、控制器(14)和接線盒(16)。該殼體(12)包圍現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部元件。溫度傳感器(16)和控制器(14)位于殼體內(nèi)部。溫度傳感器(16)感測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部溫度，控制器(14)通過(guò)調(diào)節(jié)提供至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的熱量控制所述內(nèi)部溫度。接線盒(15)連接至控制器以作為所述內(nèi)部溫度的函數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)熱量。
文檔編號(hào)G05D23/00GK102171622SQ200980139193
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
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