專利名稱：過程變量變送器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)過程中的過程變量的測(cè)量。更具體地，本實(shí)用新型涉及過程變量變送器通過使用與該變送器間隔的外部過程變量傳感器來測(cè)量過程變量。
技術(shù)背景可以使用壓力變送器來遠(yuǎn)程監(jiān)視過程流體的壓力。壓力變送器包括對(duì)壓力傳感器的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)并向遠(yuǎn)程位置發(fā)送輸出的電路，在該遠(yuǎn)程位置處，可以將該輸出監(jiān)視為對(duì)壓力的量值進(jìn)行表示。常常使用遠(yuǎn)程密封件或者遠(yuǎn)程隔膜套件將壓力變送器與危險(xiǎn)的測(cè)量環(huán)境拉開距離，或者用于將壓力變送器與不方便放置的過程流體相鏈接。例如，如在化學(xué)工廠或者煉油廠中，常常將遠(yuǎn)程密封件與腐蝕性的或者高溫的過程流體一起使用。典型地，在這些情況下，可以使用具有隔膜套件和毛細(xì)管的機(jī)械遠(yuǎn)程密封件將壓力變送器耦合到過程流體，同時(shí)將壓力變送器放置在安全距離之外。這些液壓的遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)通過薄的撓性隔膜與過程流體通信，使用該薄的撓性隔膜將過程流體與毛細(xì)管中使用的填充流體相隔離。當(dāng)隔膜彎曲時(shí)，不可壓縮的填充流體通過毛細(xì)管將壓力變化轉(zhuǎn)到 (translate)放置在壓力變送器中的隔膜。通過另一填充流體向壓力傳感器發(fā)送壓力變送器隔膜的偏轉(zhuǎn)，這樣產(chǎn)生與過程流體的壓力有關(guān)的信號(hào)。還已經(jīng)提出了電子遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)，在該電子遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程密封件與過程變送器進(jìn)行電子通信。使用這些配置，將量規(guī)(gage)壓力傳感器放置在遠(yuǎn)程密封件上，并且通過有線或者無線的電子通信系統(tǒng)向過程變送器發(fā)送傳感器輸出信號(hào)。針對(duì)差壓讀數(shù)， 將遠(yuǎn)程密封量規(guī)壓力與在壓力變送器或者另一遠(yuǎn)程密封件處檢測(cè)到的另一量規(guī)壓力進(jìn)行比較。然后，壓力變送器電路計(jì)算差壓。從而，電子遠(yuǎn)程密封件消除了與毛細(xì)管相關(guān)的缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種過程變量變送器系統(tǒng)，其能夠節(jié)約功率，最小化遠(yuǎn)程線纜中的線路數(shù)目，或者能夠產(chǎn)生最少量的復(fù)雜度，潛在地導(dǎo)致非常節(jié)約成本的實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)這些目的，本實(shí)用新型包括一種過程變量變送器系統(tǒng)，用于從工業(yè)過程中的遠(yuǎn)程位置傳輸過程變量，所述過程變量變送器系統(tǒng)包括過程變量變送器，包括用于傳輸檢測(cè)到的過程變量的通信電路；輔助過程變量傳感器，與所述過程變量變送器電連接，所述輔助過程變量傳感器被配置為檢測(cè)過程變量，并通過電連接向所述過程變量變送器傳輸所述過程變量；以及其中，來自所述輔助過程變量傳感器的通信具有模擬格式或者具有數(shù)字格式。

圖I是示出了工業(yè)過程控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖。圖2是示出了本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)的框圖。[0009]圖3是示出了本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)的框圖。
具體實(shí)施方式
在圖I中，差壓測(cè)量系統(tǒng)210包括“主”壓力變送器單元212和“從”單元214，單元212、214在儲(chǔ)罐224的端口 220、222處分別栓接到凸緣(flange) 216、218。罐224容納過程流體(未示出)。系統(tǒng)210測(cè)量端口 220、222之間的過程流體的液壓壓差。端口 220、 222之間的距離是大于等于單元212、214之一的尺寸的數(shù)量級(jí)，以使得除非使用了注油的毛細(xì)管延伸或者脈沖管道，否則不能夠使用單個(gè)變送器進(jìn)行測(cè)量。單元212、214中的每一個(gè)包括壓力換能器(transducer)以及優(yōu)選地包括預(yù)調(diào)節(jié)電子裝置，以提供指示在對(duì)應(yīng)的端口 220、222處的過程流體壓力的電子輸出。單元212、214可以測(cè)量在對(duì)應(yīng)的端口 220、 222處的過程流體的絕對(duì)壓力、差壓或者(如圖所示)量規(guī)壓力，但是優(yōu)選地，其進(jìn)行相同類型的測(cè)量，以降低大氣壓效應(yīng)。從單元214經(jīng)由電連接226向主變送器單元212傳送在端口 222處的過程流體壓力的電子表示。連接226優(yōu)選地是雙線連接，并且可以包括具有附于兩端的標(biāo)準(zhǔn)電連接器的屏蔽電纜，或者可以包括線路從中穿過的可彎曲的管狀導(dǎo)管。這種導(dǎo)管保護(hù)導(dǎo)線，并且如果導(dǎo)管是導(dǎo)電的，其對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行電屏蔽，以免受電磁干擾。主變送器單元212除了測(cè)量端口 220處的過程流體壓力之外，還通過計(jì)算單元 212、214所進(jìn)行的壓力測(cè)量之間的差，來計(jì)算端口 220和222之間的過程流體壓差。如果針對(duì)量規(guī)壓力測(cè)量來對(duì)壓力單元212、214進(jìn)行配置，所計(jì)算的其輸出之差將包括由于兩個(gè)壓力變送器位置之間的大氣壓差而產(chǎn)生的貢獻(xiàn)。可以通過主變送器單元212內(nèi)的偏移量調(diào)整對(duì)該大氣的貢獻(xiàn)進(jìn)行校正，或者取決于所希望的系統(tǒng)精確度和單元212、214的垂直分隔， 可以忽略該大氣的貢獻(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)230通過雙線鏈路228 (例如，具有Eden Prairie, Minn.，USA的 Rosemount Inc.的HART 格式)向主變送器單元212發(fā)送命令并從主變送器單元212 接收信號(hào)，并且主變送器單元212與從單元214進(jìn)行通信?？刂葡到y(tǒng)230通過鏈路228向主變送器212供電，以及主變送器單元212繼而通過連接226向從單元214供電。優(yōu)選地， 主變送器單元212在4mA和20mA之間調(diào)整流經(jīng)鏈路228的電流，作為所計(jì)算的過程流體壓差的指示。作為另一示例，鏈路228可以傳輸Fieldbus或者HART 信號(hào)。在另一示例實(shí)施例中，通信請(qǐng)求無線通信技術(shù)，例如，根據(jù)IEC62591標(biāo)準(zhǔn)的無線HART 通信協(xié)議。可以根據(jù)很多不同的技術(shù)從輔助過程變量傳感器向過程變量變送器發(fā)送信息。在第一實(shí)施例中，通過比特流向特征板(Feature Board)(即，變送器)提供來自于傳感器的原始信號(hào)。在實(shí)踐中，要求來自每個(gè)模塊的兩個(gè)信號(hào)壓力信號(hào)以及用于補(bǔ)償壓力信號(hào)中的溫度效應(yīng)的溫度信號(hào)。比特流通常采用具有兩個(gè)邏輯狀態(tài)的I比特邏輯信號(hào)的形式。將信號(hào)編碼為比特流中的脈沖密度調(diào)制。以均勻速率發(fā)送比特，并且比特流中一的密度是信號(hào)。下面示出了一些信號(hào)電平的示例信號(hào)電平0. 5 : 010101001101001101010110010 I.....信號(hào)電平0. 7 . . . . 011011011101101101110110111011. 信號(hào)電平0. 2666 . . . . 000100010010001001000100100010.[0019]需要接收電路以形成比特流，并將比特流解碼為原始的信號(hào)電平。解碼過程一般涉及低通抽取數(shù)字濾波器(low pass decimating digital filter)的實(shí)現(xiàn)。 圖2中示出了這種系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有兩個(gè)遠(yuǎn)程壓力檢測(cè)模塊。每個(gè)模塊具有兩個(gè)測(cè)量通道一個(gè)用于測(cè)量壓力，一個(gè)用于測(cè)量溫度。A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化， 并將其呈現(xiàn)為如上所述的比特流。比特流一般與數(shù)據(jù)時(shí)鐘相伴隨，數(shù)據(jù)時(shí)鐘使得可以向接收主機(jī)簡(jiǎn)單地傳送數(shù)據(jù)。 然而，在本示例實(shí)施例中，希望最小化遠(yuǎn)程線纜中的線路數(shù)目，因此，以允許將信號(hào)和時(shí)鐘合并在一條線路中的方式來發(fā)送數(shù)據(jù)。該方法的示例是Manchester編碼，然而存在著可以使用的其他自同步(self clocking)方法。圖2中被標(biāo)記為Pdata和Tdata的信號(hào)是自同步信號(hào)。將來到模塊的其他線路用于從主機(jī)或者特征板向模塊提供功率。系統(tǒng)可以針對(duì)每個(gè)遠(yuǎn)程模塊使用屏蔽4導(dǎo)體線纜。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，雖然圖2描述了兩個(gè)遠(yuǎn)程模塊，可以使用單個(gè)遠(yuǎn)程模塊來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。在該情況下，另一模塊不是遠(yuǎn)程的。其在特征板本地，因此可以將測(cè)量A/D轉(zhuǎn)換器直接連接到低通抽取濾波器，而不需要自同步數(shù)據(jù)編碼。一旦信號(hào)到達(dá)特征板，對(duì)其進(jìn)行解碼并傳遞到低通抽取濾波器。該濾波器提供了兩個(gè)基本服務(wù)低通濾波器該濾波器消除了比特流中固有的大部分噪聲，并產(chǎn)生分辨率比比特流中的信號(hào)高得多的多比特輸出；抽取其降低了信號(hào)的數(shù)據(jù)率。為了滿足系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間要求，比特流數(shù)據(jù)率一般非常高。一旦已經(jīng)實(shí)現(xiàn)低通濾波，在不影響系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間的情況下，數(shù)據(jù)率的大的降低是可允許的。低通抽取濾波器的有效實(shí)現(xiàn)在本領(lǐng)域中是已知的。濾波器的輸出處的原始數(shù)據(jù)信號(hào)適于由微功率處理器進(jìn)行處理。處理器可以得到已校正的PU T1、P2和T2，以及所期望的ERS信號(hào)P1-P2。圖2中示出的特征板包括與傳感器信號(hào)的獲取有關(guān)的功能。應(yīng)當(dāng)理解，隱含包括了特征板功能之間的平衡(處理器、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、電源穩(wěn)壓器、模擬輸出、HART 接口
坐')
寸/ O變型I :將圖2中的低通抽取移到遠(yuǎn)程壓力模塊。每次產(chǎn)生來自每個(gè)A/D的更新時(shí)，在數(shù)據(jù)線上對(duì)其進(jìn)行發(fā)布。特征板上的接收機(jī)/緩沖區(qū)電路存儲(chǔ)該更新，并對(duì)其進(jìn)行保存以由處理器使用。處理器從緩沖區(qū)讀取更新，并計(jì)算變量的校正值。該方法具有更節(jié)約功率的潛力，因?yàn)閿?shù)據(jù)線很不忙碌。例如，使用圖2的比特流方法，數(shù)據(jù)線可以具有穩(wěn)定的50kHz信號(hào)，基于該信號(hào)，每秒產(chǎn)生IOOk或者更多的邊緣(edge)(功耗與邊緣速率成正比)。對(duì)于該變型，可能每50毫秒發(fā)送一次多比特更新。每個(gè)更新可能具有100個(gè)邊緣，因此邊緣速率是每秒2000個(gè)的數(shù)量級(jí)。變型2 :基于變型I進(jìn)行構(gòu)建，如果在遠(yuǎn)程模塊中放置了更多的智能，可以在單條數(shù)據(jù)線上合并若干數(shù)據(jù)源。需要添加針對(duì)更新的尋址信息，以使得當(dāng)向特征板發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)， 也發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)信方的地址。在該配置中，若干發(fā)信方可以共享單條數(shù)據(jù)線。發(fā)信方的列表可以包括多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器以及例如存儲(chǔ)器芯片。此處的優(yōu)勢(shì)是通過僅具有一條數(shù)據(jù)線，可以降低線纜中線路的數(shù)目?；蛘?，如果想要更大的魯棒性，可以實(shí)現(xiàn)將需要兩根線路的單根差分?jǐn)?shù)據(jù)線。使用存儲(chǔ)器芯片，可以向特征板廣播模塊的校正系數(shù)。作為極端情況，本變型變?yōu)榕c之前討論的單工通信相反的半雙工CAN通信。 在第二實(shí)施例中，在模擬域而不是數(shù)字域中，通過線纜傳輸傳感器信號(hào)。這在壓力模塊中產(chǎn)生最少量的復(fù)雜度，潛在地導(dǎo)致非常節(jié)約成本的實(shí)現(xiàn)。線纜中的模擬信號(hào)可以采取若干模式之一電壓、電流或者頻率。圖3中示出了本實(shí)施例的使用電壓模式模擬信號(hào)發(fā)送的說明圖。傳感器接口電路調(diào)節(jié)傳感器信號(hào)，并提供放大。典 型的全幅信號(hào)跨度可以在I或者2伏的范圍內(nèi)。該電路還將傳感器的高阻抗輸出變換到用于在線纜上發(fā)送的低阻抗。在圖3中將用于壓力模塊的電壓信號(hào)標(biāo)記為Vp和VU將壓力模塊連接到特征板的線纜是屏蔽4導(dǎo)體類型的。針對(duì)兩個(gè)傳感器信號(hào)中的每一個(gè)各使用一個(gè)導(dǎo)體，并且使用兩個(gè)導(dǎo)體將功率從特征板傳輸至模塊。每個(gè)遠(yuǎn)程模塊需要一根線纜。特征板還包括接收傳感器信號(hào)的模擬放大器。這些放大器還可以包括濾波功能， 以消除從外部源耦合到線纜上的任何噪聲。還將放大器選擇為與后續(xù)的A/D轉(zhuǎn)換器相兼容。A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，產(chǎn)生在圖3中標(biāo)記為原始P1、原始Tl、原始 P2和原始T2的未補(bǔ)償?shù)臄?shù)字傳感器信號(hào)。圖2中示出的特征板包括與傳感器信號(hào)的獲取有關(guān)的功能。應(yīng)當(dāng)理解，隱含包括了特征板功能之間的平衡(處理器、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘、電源穩(wěn)壓器、模擬輸出、HART 接 □…)。雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到， 在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求1.一種過程變量變送器系統(tǒng)，用于從工業(yè)過程中的遠(yuǎn)程位置傳輸過程變量，所述過程變量變送器系統(tǒng)包括過程變量變送器，包括用于傳輸檢測(cè)到的過程變量的通信電路；輔助過程變量傳感器，與所述過程變量變送器電連接，所述輔助過程變量傳感器被配置為檢測(cè)過程變量，并通過電連接向所述過程變量變送器傳輸所述過程變量；以及其中，來自所述輔助過程變量傳感器的通信具有模擬格式或者具有數(shù)字格式。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過程變量變送器系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字格式包括比特流。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過程變量變送器系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字格式包括使用脈沖密度調(diào)制的比特流。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過程變量變送器系統(tǒng)，其中，來自所述輔助過程變量傳感器的通信包括壓力數(shù)據(jù) 和溫度數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的過程變量變送器系統(tǒng)，其中，所述溫度數(shù)據(jù)和所述壓力數(shù)據(jù)格式化為比特流信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過程變量變送器系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)時(shí)鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過程變量變送器系統(tǒng)，其中，所述通信依照于Manchester編碼。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過程變量變送器系統(tǒng)，包括低通抽取濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過程變量變送器系統(tǒng)，其中，所述通信包括地址信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的過程變量變送器系統(tǒng)，其中，所述通信包括由電流、電壓和/ 或頻率表示的模擬信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的過程變量變送器系統(tǒng)，包括模擬濾波器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種過程變量變送器系統(tǒng)，用于從工業(yè)過程中的遠(yuǎn)程位置傳輸過程變量，所述過程變量變送器系統(tǒng)包括過程變量變送器，包括用于傳輸檢測(cè)到的過程變量的通信電路；輔助過程變量傳感器，與所述過程變量變送器電連接，所述輔助過程變量傳感器被配置為檢測(cè)過程變量，并通過電連接向所述過程變量變送器傳輸所述過程變量；以及其中，來自所述輔助過程變量傳感器的通信具有模擬格式或者具有數(shù)字格式。
文檔編號(hào)G08C19/00GK202362919SQ20112038442
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者約翰·保羅·舒爾特, 羅伯特·卡爾·海德克 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司