用于测量工艺流体的压的压力变送器以及相关方法

申请号 CN200980161692.5 申请日 2009-09-29 公开(公告)号 CN102575965B 公开(公告)日 2015-02-04
申请人 ABB技术有限公司; 发明人 欧金尼奥·博隆特里奥; 加布里埃莱·克罗蒂;
摘要 一种用于测量由 流体 施加在压 力 变送器本身的膜上的压力的压力变送器及相关方法。所述压力变送器具有压力 传感器 组件, 压力传感器 组件包括:膜,该膜在由流体施加在其上的压力下可位移;第一 电路 和第二电路,该第一电路和该第二电路分别在输出中生成 频率 取决于膜的位移的第一振荡 信号 和第二振荡信号。所述压力变送器还包括第一 电子 装置和第二电子装置,该第一电子装置用于计算分别代表第一振荡信号和第二振荡信号的振荡频率的第一数值(N1)和第二数值(N2),该第二电子装置基于计算的第一数值和第二数值来生成表示由流体施加在膜上的压力的信号(Pi)。
权利要求

1.一种压变送器(1),具有压力传感器组件,所述压力变送器组件包括:
-膜(11),所述膜(11)在由流体(9)施加在其上的压力作用下可位移;
-第一LC振荡电路(12)和第二LC振荡电路(13),所述第一LC振荡电路(12)和所述第二LC振荡电路(13)定位在相对于所述膜(11)的相对的侧,其中,每个电感(L1、L2)作为所述膜(11)的位移的函数而变化,而每个电容(C1、C2)恒定;
其特征在于,所述第一LC振荡电路(12)由第一预定脉冲串激发,以在输出中生成连续第一振荡信号(14)串,并且所述第二LC振荡电路(13)由第二预定脉冲串激发,以在输出中生成连续第二振荡信号(15)串,所述连续第一振荡信号(14)和所述连续第二振荡信号(15)的振荡频率取决于所述膜(11)的位移,其中,所述第一预定脉冲串和所述第二预定脉冲串分别由第一电子网络(24)和第二电子网络(25)生成,并且其中,所述压力变送器(1)包括:
-第一电子装置(20),所述第一电子装置(20)用于计算代表所述连续第一振荡信号(14)的振荡频率的第一数值(N1)和代表所述连续第二振荡信号(15)的振荡频率的第二数值(N2),所述第一电子装置(20)用于驱动所述第一电子网络和所述第二电子网络(24,
25);以及
-第二电子装置(40),所述第二电子装置(40)基于计算的所述第一数值和所述第二数值(N1,N2)生成表示由所述流体(9)施加在所述膜(11)上的压力的信号(Pi)。
2.根据权利要求1所述的压力变送器(1),其中,如果所述第一数值与所述第二数值之差超过第一预定阈值,所述第二电子装置(40)生成表示所述压力变送器(1)的故障情况的警报信号。
3.根据权利要求2所述的压力变送器(1),其中,在所述第二电子装置(40)生成所述警报信号之前,所述第一电子装置(20)由所述第二电子装置(40)重置预定次数。
4.根据权利要求1所述的压力变送器(1),其中,所述第一电子装置(20)同时计算所述第一数值和所述第二数值。
5.根据权利要求1所述的压力变送器(1),其中,所述第二电子装置(40)计算表示由所述流体(9)施加在所述膜(11)上的压力的两个连续信号之差,且如果所述差超过第二预定阈值,所述第二电子装置(40)在输入中向所述第一电子装置(20)发送命令信号以减小计算代表所述连续第一振荡信号(14)和所述连续第二振荡信号(15)的振荡频率的每个数值的时段。
6.根据权利要求1所述的压力变送器(1),其中,所述第二电子装置(40)计算表示由所述流体(9)施加在所述膜(11)上的压力的两个连续信号之差,且如果所述差未超过第二预定阈值,所述第二电子装置(40)在输入中向所述第一电子装置(20)发送命令信号以延长计算表示所述连续第一振荡信号(14)和所述连续第二振荡信号(15)的振荡频率的每个数值的时段。
7.根据权利要求1所述的压力变送器(1),其中,所述第一LC振荡电路(12)和所述第二LC振荡电路(13)同时分别由所述第一预定脉冲串和所述第二预定脉冲串激发。
8.根据权利要求1所述的压力变送器(1),其中,所述第一电子装置(20)计算具有持续时间(T1、T2)的第一信号(22)和第二信号(23),所述第一信号和所述第二信号的计数值分别表示所述第一LC振荡电路(12)和所述第二LC振荡电路(13)的振荡频率。
9.根据权利要求1所述的压力变送器(1),其中,所述第一电子装置(20)将基于由温度传感器(42)测量的在所述压力变送器(1)外部的环境温度而选择的修正系数应用于所述第一数值和所述第二数值。
10.根据权利要求1所述的压力变送器(1),其中,所述第二电子装置(40)计算所述流体(9)的静态压力并使用所计算的静态压力值来进行静态补偿以减小压力测量的误差。
11.一种计算由流体(9)施加在压力变送器(1)的膜(11)上的压力的方法,所述膜(11)在所述流体(9)的作用下可位移,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
a)生成(100)振荡频率取决于所述膜(11)的位移的连续第一振荡信号(14)串和连续第二振荡信号(15)串;
b)计算(101)代表所述连续第一振荡信号(14)的振荡频率的第一数值(N1)和代表所述连续第二振荡信号(15)的振荡频率的第二数值(N2);
c)基于计算的所述第一数值和第二数值(N1,N2)生成(102)表示由所述流体(9)施加在所述膜(11)上的压力的信号(Pi)。
12.根据权利要求11所述的方法,还包括:比较(103)所述第一数值和所述第二数值,且如果所述第一数值与所述第二数值之差超过第一预定阈值,生成表示所述压力变送器(1)的故障情况的警报信号。
13.根据权利要求12所述的方法,还包括:在生成所述警报信号之前,重置对所述第一数值和所述第二数值的计算预定次数。
14.根据权利要求11所述的方法,其中,同时计算所述第一数值和所述第二数值。
15.根据权利要求11所述的方法,还包括:计算(104)表示由所述流体(9)施加在所述膜(11)上的压力的两个连续信号之差,且如果所述差超过第二预定阈值,生成命令信号以减小计算表示所述连续第一振荡信号(14)和所述连续第二振荡信号(15)的振荡频率的每个数值的时段。
16.根据权利要求11所述的方法,还包括:计算(104)表示由所述流体(9)施加在所述膜(11)上的压力的两个连续信号之差,且如果所述差未超过第二预定阈值,生成命令信号以延长计算表示所述连续第一振荡信号(14)和所述连续第二振荡信号(15)的振荡频率的每个数值的时段。
17.根据权利要求11所述的方法,其中,所述步骤b)还包括计算具有持续时间(T1,T2)的第一信号(22)和第二信号(23),所述第一信号和所述第二信号的计数值分别表示所述连续第一振荡信号(14)和所述连续第二振荡信号(15)的振荡频率。
18.根据权利要求11所述的方法,还包括:基于在所述压力变送器(1)外部测得的环境温度,将修正系数应用(107)于所述第一数值和所述第二数值。
19.根据权利要求11所述的方法,还包括:计算(108)所述流体(9)的静态压力并使用所计算的静态压力值来对表示由所述流体(9)施加在所述膜(11)上的压力的所述信号进行修正。

说明书全文

用于测量工艺流体的压的压力变送器以及相关方法

[0001] 本发明涉及一种用来在工业过程中监视物理变量的类型的压力变送器,特别涉及用于对工艺流体的压力进行测量的类型的压力变送器。
[0002] 众所周知,压力变送器是广泛用在工业过程控制系统中以检测/测量监视的工艺流体的压力的设备,该压力变送器可以进行差动或绝对压力测量,因此根据不同的布局和模型来制造;最常见的压力变送器是表示为计压力变送器、或绝对压力变送器、或差动压力变送器的压力变送器。
[0003] 在许多应用中,使用压力变送器是特别有利的,这是因为从对相对压力、差动压力或绝对压力的一次或更多次测量可以间接获得表示受控流体的其它物理变量的值,这些值较难于直接检测到。
[0004] 根据一般的实施例,公知类型的压力变送器目前包括主中空本体,该主中空本体有时表示为模容置本体或传感器容置本体,该主中空本体适于成形为容置实施转换(transduction)的部件。具体地,该主本体包括容置压力传感器的测量室;用于对从压力传感器到来的信号进行处理的合适的初级电气/电子电路也可以容置在该主中空本体中。
[0005] 压力传感器可以根据各种技术来实现,例如,有电感式传感器、压阻式传感器、电容式传感器等。
[0006] 变送器本体耦接到传感器容置本体并包括另外的构件:例如,用于本地显示测量的值的显示器,用于处理从压力传感器到达的信号并用于与其它变送器或远程控制单元进行通信的次级电子电路等。
[0007] 为了进行所需要的感测和测量操作并防止传感器元件的损坏,压力变送器包括必须以与工艺流体相接触的方式放置的另外的部件或本体;为此,该附加部件设置有更多个隔离膜中的一个,该隔离膜与压力传感器流体连通并适于将工艺流体与变送器内部的电路分离。隔离膜中的至少一个隔离膜定位在该附加部件上以使外表面直接暴露于监视下的工艺流体。
[0008] 在现有技术中,尽管公知类型的压力变送器足以执行压力变送器所需要完成的任务,但仍期望进一步的改进,特别是在测量的准确度、对工艺流体的动态的自适应能力以及在压力变送器本身或其部件错误操作情况下的诊断方面。
[0009] 本发明的主要目的是提供这样的改进;因此,提供了一种压力变送器,其特征在于,该压力变送器包括:
[0010] 压力传感器组件,该压力传感器组件包括:膜,该膜在由流体施加在其上的压力下可位移;第一电路,该第一电路适于以输出的方式生成频率取决于膜的位移的第一振荡信号;第二电路,该第二电路适于在输出中生成频率取决于膜的位移的第二振荡信号,该第一电路和该第二电路相对于膜定位在相对的侧;
[0011] 第一电子装置,该第一电子装置用于计算第一数值和第二数值,该第一数值和第二数值分别代表第一振荡信号和第二振荡信号的振荡频率;
[0012] 第二电子装置,该第二电子装置基于计算的第一数值和计算的第二数值生成表示由流体施加在膜上的压力的信号。
[0013] 本发明还提供一种用于对流体施加在压力变送器的膜上的压力进行计算的方法,其中,膜在工艺流体本身的作用下可位移。根据本发明的方法的特征在于,所述方法包括以下步骤:
[0014] 生成频率取决于膜的位移的第一振荡信号和第二振荡信号;
[0015] 计算第一数值和第二数值,该第一数值和该第二数值分别代表第一振荡信号和第二振荡信号的振荡频率;
[0016] 基于计算的第一数值和第二数值生成表示由流体施加在膜上的压力的信号。
[0017] 在以下描述中,将通过具体参考电感式传感器的使用来描述根据本发明的压力变送器,但并不意欲以任何方式来限制其以不同类型传感器的可能应用,例如,压阻式传感器、电容式传感器等。
[0018] 通过对根据本发明的压力变送器的经由非限制性示例在附图中示出的优选的但非排他性的实施例的描述,本发明的另外的特性和优点将更明显,在附图中:
[0019] 图1是根据本发明的第一实施例的具有电感式传感器的压力变送器的部分图;
[0020] 图2是图1中所示的电感式传感器的示意图;
[0021] 图3示出了图2的电感式传感器的两个振荡电路的等效电路;
[0022] 图4是在图1的压力变送器中使用的第一电子装置和第二电子装置的框图
[0023] 图5示出了由振荡电路以输出的方式生成的电信号、生成的脉冲宽度信号以及第一电子装置的时钟信号
[0024] 图6是示出根据本发明的用于对由流体施加在压力变送器的膜上的压力进行计算的方法的框图。
[0025] 在图1中,示出了根据本发明的总体上用附图标记1表示的压力变送器的示例性实施例。例如,压力变送器1包括:具有用于容置压力传感器10的中空主本体2的压力传感器组件;适当地连接至传感器组件且具体地连接至中空本体2的变送器本体3。变送器本体3容置适合的电子装置,该电子装置经由例如为电缆的连接元件8接收来自压力传感器10的输入信号。电子装置包括第一电子装置20和第二电子装置40,第一电子装置20和第二电子装置40用于输出由压力变送器1本身监视的工艺流体的压力的测量值。
[0026] 在示出的示例中,压力变送器1进一步包括支承本体4和接口本体5,支承本体4连接至中空本体2以支承中空本体2,接口本体5连接至支承本体4。至少第一隔离膜6定位到接口本体5上以使其外表面适于与必须测量其压力的工艺流体接口。
[0027] 隔离膜6通过填充有流体9的液压回路7与压力传感器10且具体地与传感器10的可位移膜11流体连通,流体9优选地是例如油的不可压缩流体9。由工艺流体施加在隔离膜6上的压力通过不可压缩流体9被(理想地)不改变地转移至压力传感器10,使得压力传感器10的各种构件可以与会损坏它们的工艺流体间隔开。
[0028] 压力变送器1的结构对于本领域的技术人员是公知的,因此在本文中将不对其进行更详细的描述。
[0029] 在示出的示例性实施例中,压力变送器1包括第二隔离膜6,该第二隔离膜6定位在接口本体5上并通过另一液压回路7也与隔离膜11流体连通;该液压回路7也填充有不可压缩流体9。如图1所示,第一和第二隔离膜6相对于参考纵向轴线50彼此相对地固定到接口本体5上并基本上与轴线50自身平行地延伸。
[0030] 压力传感器10的膜11在由两个液压回路7内部的不可压缩流体9的压力施加在膜11上(在膜11的两侧上)的压力下可位移,每个液压回路7与对应的隔离膜6连通。
[0031] 如前所述,由不可压缩流体9施加的压力与由被测量的工艺流体施加在隔离膜6上的压力具有基本上相同的值。以这种方式,膜11的位移取决于由不可压缩流体9施加的压力的值,该值又对应于必须测量其压力的工艺流体的值。不可压缩流体9将第一压力P1施加在膜11的第一表面43上并将第二压力P2施加在与第一表面43相对的第二表面44上。
[0032] 第一电路12和第二电路13相对于膜11定位在相对的侧,且分别适于在输出中生成第一振荡信号14和第二振荡信号15,第一振荡信号14的频率和第二振荡信号15的频率取决于膜11的位移,从而取决于由不可压缩流体9施加在膜11的表面43、44上的第一压力P1和第二压力P2。
[0033] 具体地,第一电路12和第二电路13优选地包括具有值根据膜11的位移而变化的参数的电路元件,其中,振荡信号的频率取决于所述参数的值。
[0034] 与第一电路12和第二电路13相似的其他电路对可以放置在相对于膜11的相对的侧。
[0035] 根据本发明的压力变送器1的电子装置包括第一电子装置20,第一电子装置20在输入中接收第一振荡信号14和第二振荡信号15并计算分别表示第一振荡信号14和第二振荡信号15的振荡频率的第一数值N1和第二数值N2。第一电子装置20可以包括如图4所示的FPGA(现场可编程阵列)或适于对表示振荡频率的数值进行计算的其它可编程电子设备。
[0036] 在图2中示意地示出了电感型压力传感器10,该电感型压力传感器10包括定位在相对于膜11的相对侧的第一电感器16和第二电感器17;电感器16、17可以相对于膜11如图2所示等距离定位或不等距离定位。
[0037] 膜11例如由金属材料制成,并且第一电感器16和第二电感器17包括绕着由例如体元素的磁性材料制成的芯19缠绕的适合的线圈18。第一磁板47和第二磁板48分别固定到膜11的第一表面43和第二表面44上,以具有第一磁路和第二磁路,第一磁路具有由第一电感器16和第一板47设置的电感值L1,第二磁路具有由第二电感器17和第二板48设置的电感值L2。如图所示,两个板47、48在膜11上被放置在两个电感器16、17的前面,并且两个板47、48通过第一和第二磁路的气隙与两个电感器16、17间隔开。
[0038] 两个磁板47、48由磁性材料构成,例如,可以是与第一电感器16和第二电感器17的芯19的磁性材料相同的铁氧体元素、或不同的磁性材料。
[0039] 不可压缩流体9对表面43、44的压力导致的膜11的位移引起第一磁板47和第二磁板48的移动,因此这改变了第一磁路和第二磁路的气隙,从而引起第一磁路和第二磁路的电感值L1、L2的变化:一个电感值增加第一特定量而另一个电感值减少第二特定量。如果电感器16、17相对于膜11等距离放置,则上述两个量基本上相同。
[0040] 分别具有电容值C1和C2的第一电容器45和第二电容器46分别以与第一电感器16和第二电感器17电并联的方式来放置,从而产生图3中所示的第一LC振荡电路12和第二LC振荡电路13。膜11的刚度决定电感式传感器10的URL(Upper range limit,范围上限)。
[0041] 根据两个LC振荡电路12、13的优选实施例,设计第一电感器16和第二电感器17以及第一磁板47和第二磁板48以使其具有基本上相同的电感值L1、L2,此外,设计第一电容器45和第二电容器46以使其具有基本上相同的电容值C1、C2。可替代地,可以设计第一电感器16和第二电感器17以及第一磁板47和第二磁板48以使其具有不同的电感值L1、L2,此外,可以设计第一电容器45和第二电容器46以使其具有不同的电容值C1、C2。
[0042] 当第一LC振荡电路12和第二LC振荡电路13分别被第一预定脉冲串和第二预定脉冲串激发、从而在输出中生成第一振荡信号14和第二振荡信号15时,压力测量开始;第一脉冲串和第二脉冲串由第一电子装置20所驱动的两个不同的RC网络21、24并行地生成,且优选地基本上同时并行地应用于第一LC振荡电路12和第二LC振荡电路13。设置每个脉冲的时间宽度以使其足够短以不干扰测量,例如,时间宽度可以等于振荡信号14、15的振荡周期的四分之一。
[0043] 有利地,第一电子装置20可以包括用于检查第一振荡信号14和第二振荡信号15的输入的存在的内部看门狗模块:如果没有生成两个振荡信号,则第一电子装置20发送重置信号以闭合分别与第一LC振荡电路12和第二LC振荡电路13相关联的第一放电开关和第二放电开关。当通过重置信号闭合两个放电开关时,第一LC振荡电路12和第二LC振荡电路13放电并重新开始在输出中生成第一振荡信号14和第二振荡信号15。
[0044] 当第一LC振荡电路12被第一脉冲串中的第一脉冲激发时,第一LC振荡电路12在输出中生成第一振荡信号14,如图5所示,该振荡信号呈现幅度随着时间的增加而减小的振荡;第一振荡信号14具有根据以下关系式是第一电感值L1的函数的振荡周期Tosc:
[0045]
[0046] 如前所述,第一电感值L1根据膜11的位移变化特定量,而电容值C1保持不变,使得第一振荡信号14的频率是由不可压缩流体9施加的压力(对应于必须被测量的工艺流体的压力)的函数。第一振荡信号14被平正化(square off)以被发送至第一电子装置20,第一电子装置20开始使用例如第一比较器对信号的振荡数进行计数。当计数了预定的振荡次数Xn时,第一电子装置20命令第一RC网络21生成第一脉冲串的第二激发脉冲。由第一LC振荡电路12以输出的方式生成后续再生的新的第一振荡信号14,如图5所示,且第一电子装置20对该信号进行与针对由第一激发脉冲生成的前述第一振荡信号14所述的操作相同的操作。在测量结束时,第一脉冲串由预定数In个激发脉冲构成。使用第一LC振荡电路12进行的测量的持续时间T1可以通过将第一振荡信号14的振荡周期Tosc与等于(Xn)·(In)的常数值相乘来计算,使得该持续时间T1是第一电感值L1的函数并表示膜11的位移。例如,可以设置数Xn等于16,同时可以设置数In等于20或70,从而分别导致大约
10ms和30ms的测量的持续时间T1。
[0047] 由第一脉冲串生成的连续第一振荡信号14串被第一电子装置20转换为具有持续时间T1的第一信号22,该持续时间T1对应于测量的持续时间T1。优选地,如图5所示,第一电子装置20中的第二比较器以输入的方式接收连续第一振荡信号14并以输出的方式生成第一脉冲宽度信号22;信号22的宽度对应于测量的持续时间T1并取决于第一LC振荡电路12的振荡频率。
[0048] 生成具有持续时间T1的第一信号22的上述内容同样地适用于生成具有持续时间T2的第二信号23,持续时间T2表示第二LC振荡电路13的振荡频率:由第二RC网络24生成的第二脉冲串具有预定数In个激发脉冲并激发第二LC振荡电路13,第二LC振荡电路13在输出中生成对应的连续第二振荡信号15串,每个第二振荡信号15都呈现在第一电子装置20中例如由第三比较器计数的预定数Xn个振荡。
[0049] 使用第二LC振荡电路13进行的测量的持续时间T2可以通过将第二振荡信号15的振荡周期Tosc和常数值(Xn)·(In)相乘来计算,使得持续时间T2是第二电感值L2的函数并表示膜11的位移。优选地,第一电子装置20中的第四比较器将连续第二振荡信号15串转换为第二脉冲宽度信号23,第二脉冲宽度信号23的宽度对应于测量的持续时间T2并取决于第二LC振荡电路13的振荡频率。如前所述,由第一RC网络21和第二RC网络24生成的激发脉冲并行且基本上同时地激发第一LC振荡电路12和第二LC振荡电路13;以输出的方式生成的第一振荡信号14和第二振荡信号15在第一电子装置20中被并行处理,使得第一脉冲宽度信号22的上升沿25和第二脉冲宽度信号23的上升沿26同时出现。优选地,如图5所示,在上升沿25、26处第一电子装置20的第一计数器和第二计数器开始对时钟信号27的脉冲进行计数;在第一脉冲宽度信号22的下降沿28处第一计数器停止而在第二脉冲宽度信号23的下降沿29处第二计数器停止。
[0050] 因此,两个计数器计算表示第一LC振荡电路12的振荡频率的第一数值和表示第二LC振荡电路13的振荡频率的第二数值。如此进行模拟信号的频率的数字转换,而不使用模数转换器。在两个脉冲宽度信号22、23的最慢的脉冲宽度信号的下降沿28、29处结束数字转换,并例如通过放电开关使两个LC振荡电路放电,使得压力变送器1准备好基于由第一电路12和第二电路13在输出中生成的新振荡信号14、15的新的后续测量。
[0051] 通过使用两个不同的计数器来计算表示振荡频率的数值,在第一电子装置20内并行地、完全地进行基于第一振荡信号14和第二振荡信号15的两个测量,使得基本上同时计算第一数值和第二数值。
[0052] 优选地,振荡电路30向第一电子装置20提供在计算数值中使用的精确且稳定的时钟信号27;时钟频率的例子可以为14MHz。
[0053] 用于计算表示振荡信号14、15的频率的数值的所述内容(其中频率取决于由流体施加的压力)也可适用于具有压阻式传感器或电容式传感器的压力变送器1。例如,在具有电容式传感器的变送器1的实施例中,膜11可以由陶瓷材料制成,且其在不可压缩流体9的压力下的位移引起相对于膜11放置在相对侧的第一电容器和第二电容器的电容值的变化。第一电容器和第二电容器分别被包括在适于生成第一振荡信号和第二振荡信号的第一电路和第二电路中。为了简单起见仅考虑第一电路,第一电容器可以电连接至比较器的第一输入节点,第一输入节点的电压通过由于膜11的位移产生的电容值的变化来调制。在比较器的第二输入节点处提供其参数不随时间变化的锯齿状信号。从比较器输出的信号是具有取决于膜11的位移的频率的脉冲宽度信号。脉冲宽度信号被发送给压力变送器1的第一电子装置,且计数器对振荡信号的时间宽度内的时钟脉冲进行计数。
[0054] 如果压力变送器1使用压阻式传感器,则比较器的第一输入节点连接至例如惠斯登电桥(Wheatstone bridge)的电路的输出端,该电路包括压阻式传感器。由例如硅制成的压阻式传感器在不可压缩流体9的压力下变化其电阻,以调制电路的输出和比较器的第一输入的电压。在比较器的第二节点处提供其参数不随时间变化的锯齿状信号以输出具有取决于不可压缩流体压力的频率的脉冲宽度信号。脉冲宽度信号通过第一电子装置来计算。
[0055] 无论使用什么类型的传感器,由第一电子装置20计算出的第一数值和第二数值被发送至第二电子装置40,第二电子装置40与适于存储计算的数值的存储装置41进行通信或包括该存储装置41。优选地,第二电子装置40包括微处理器40而存储装置41可以是非易失性存储器,例如EEPROM存储器41。
[0056] 第二电子装置40生成表示由不可压缩流体9施加在膜11上的压力的信号Pi,其中,该信号是基于分别表示施加在膜11的第一表面43和第二表面44上的压力P1和P2的第一数值和第二数值来生成的。具体地,表示由不可压缩流体9施加的压力的信号可以仅通过在第一存储数值与第二存储数值之间作差来生成。
[0057] 通过使用携带与要测量的压力有关的相同信息的两个数值,提高了测量的准确度。
[0058] 有利地,根据本发明的第二电子装置40被设计为执行诊断操作,从而检查压力变送器1或其任何元件的故障情况的发生。第一数值和第二数值分别表示施加在膜11的第一表面43和第二表面44上的压力P1、P2。优选地,第二电子装置40计算表示压力P1和P2的第一数值和第二数值之间的差,且如果该差超过预定的第一阈值,其生成表示压力变送器1或其任何部件的故障情况的警报信号。优选地,当该差超过预定的第一阈值时,由第二电子装置40生成误差消息,然后该误差消息被用来生成警报信号。
[0059] 优选地,在生成警报信号之前,第二电子装置40向第一电子装置20发送重置信号预定次数以重复计算。当第一电子装置20接收到重置信号时,第一电子装置20重置并重新开始测量;如果在以预定数的重置尝试执行测量之后第一数值和第二数值之差还大于第一阈值,则由第二电子装置40生成故障警报信号,这是因为测量的失败不是由于第一电子装置20操作而是由于压力变送器1的错误操作。
[0060] 优选地,设想第二电子装置也进行压力变送器1对工艺流体的动态的自适应。具体地,由第二电子装置40在第一测量期间计算表示由不可压缩流体9施加在膜11上的压力的第一信号,并且在紧接着第一测量之后的第二测量期间由第二电子装置40计算表示由不可压缩流体9施加在膜11上的压力的第二信号。
[0061] 如果表示压力的两个连续信号之间的差超过第二预定阈值,则这意味着工艺流体的动态(即流体压力的变化)相对于每次测量的持续时间T1、T2变化得太快,使得不能正确计算出由不可压缩流体9施加在膜11上的压力值。具有快速动态且因而具有压力的快速变化的工艺流体的示例在工艺流体被大型工业压缩机压缩时出现。
[0062] 当表示由流体施加的压力的两个连续信号的差超过第二预定阈值时,第二电子装置40生成到第一电子装置20的输入中的命令信号,以减小测量的持续时间T1、T2。具体地,第一电子装置20可以通过减少应用于第一电路12和第二电路13的激发脉冲的预定数In和/或通过减少分别在第一电路12和第二电路13的输出中生成的第一振荡信号14和第二振荡信号15的振荡的预定计数Xn来减少测量的持续时间T1、T2。
[0063] 实际上以这种方式减小了对表示两个振荡信号的振荡频率的每个数值进行计算所需的时段,从而最终减少了具有表示由工艺流体施加的压力的信号所需要的时间。
[0064] 相反,如果表示由不可压缩流体9施加的压力的第一和第二连续信号之差没有超过第二预定阈值,则这意味着工艺流体的动态是缓慢而稳定的;在这种情况下可以增大测量的持续时间T1、T2以具有更好的测量分辨率。以此方式,可以检测并测量流体压力的非常小的变化。根据本申请,用于检测工艺流体的快速动态的阈值与用于检测工艺流体的缓慢动态的阈值可以彼此相同或不同。
[0065] 实际上,当表示不可压缩流体9压力的两个连续信号的差没有超过第二预定阈值时,第二电子装置40生成到第一电子装置20的输入中的命令信号以使得增大测量的持续时间T1、T2。具体地,第一电子装置20可以通过增大应用于第一电路12和第二电路13的激发脉冲的预定数In和/或通过增大分别在第一电路12和第二电路13的输出中生成的第一振荡信号14和第二振荡信号15的振荡的预定计数Xn来增大测量的持续时间T1、T2。
[0066] 因此,在这种情况下延长了对表示两个振荡信号的振荡频率的每个数值进行计算所需的时段,从而最终延长了具有表示由工艺流体施加的压力的信号所需的时间。
[0067] 可替代地,在缓慢或非常稳定的动态的情况下,可以计算出两个非连续信号之差。
[0068] 有利地,可以使温度传感器42与压力变送器1相关联;该传感器42测量环境温度并将测量数据发送到第一电子装置20。优选地,第一电子装置20可以包括查找表或其他合适的寄存器,其存储一系列修正系数,这些修正系数中的一个修正系数基于测量的温度值来选择。该修正系数被应用于表示膜11的位移的第一数值和第二数值。以这种方式,第一电子装置20修正在测量中由于压力变送器1的环境温度的影响导致的可能误差。
[0069] 优选地,第二电子装置40进一步进行静态压力补偿以减少引入压力测量中尤其是差动压力测量中的误差。基于表示压力传感器10中的膜11的位移的第一数值和第二数值来获得与工艺流体的静态压力值有关的信息。然后使用静态压力的估计值例如通过将修正系数应用于测得的压力值来修正表示施加在膜11上的压力的信号的计算。
[0070] 本发明还提供一种用于计算流体施加在膜11上的压力的方法(见图6),其中在流体本身的作用下膜11可位移。
[0071] 该方法包括以下步骤:
[0072] -生成(100)频率取决于膜11的位移的第一振荡信号14和第二振荡信号15,其中分别在第一电路12和第二电路13的输出中生成信号14、15;
[0073] -计算(101)分别代表第一振荡信号14和第二振荡信号15的振荡频率的第一数值和第二数值;
[0074] -基于计算的第一数值和第二数值生成(102)表示由流体施加在膜11上的压力的信号。
[0075] 有利地,基本上同时计算第一数值和第二数值。
[0076] 具体地,根据本发明的方法的步骤(101)可以进一步包括:
[0077] -计算具有持续时间T1、T2的第一信号22和第二信号23,第一信号22和第二信号23的计数值分别表示第一振荡信号14和第二振荡信号15的振荡频率。
[0078] 优选地,根据本发明的该方法可以进一步包括以下步骤:
[0079] 比较(103)第一数值和第二数值,且如果这些数值之差超过第一预定阈值,生成表示压力变送器1或其部件的故障情况的警报信号。
[0080] 具体地,步骤(103)包括:在生成表示压力变送器1或其部件的故障情况的警报信号之前,重置对第一数值和第二数值的计算预定次数。
[0081] 有利地,根据本发明的方法可以进一步包括以下步骤:
[0082] 计算(104)表示由流体施加在膜11上的压力的两个连续信号之差,且如果该差超过预定第二阈值,生成命令信号以减小计算表示振荡信号的振荡频率的每个数值的时段。
[0083] 反之,如果步骤(104)处在表示流体施加在膜11上的压力的两个连续信号之差没有超过预定第二阈值,该方法包括:生成命令信号以延长计算表示振荡信号的每个数值的时段。
[0084] 优选地,该方法进一步包括以下步骤:
[0085] -测量(107)压力变送器1外部的环境温度,并使用测量的温度值来进行温度补偿以减少第一数值和第二数值的计算误差。具体地,如前所述,第一电子装置20将修正系数应用于计算出的数值,该系数取决于测量的温度值。
[0086] 最后,该方法可以进一步包括以下步骤:
[0087] -计算(108)流体的静态压力并使用计算的静态压力值来进行静态补偿以减少第一数值和第二数值的计算误差。具体地,在这种情况下,第二电子装置40将修正系数应用于表示由流体施加在膜上的压力的信号。
[0088] 实际上,已看到根据本发明的压力变送器1及相关方法如何能够实现对公知方案提供一些改进的意在目的。具体地,由于通过进行模拟振荡信号14、15的频率的数字转换来进行由工艺流体施加的压力的测量,使这样的测量与振荡信号14、15的幅度无关,因此,使计算的压力值免除由于温度对压力变送器1的电子部件的影响导致的误差。
[0089] 此外,在两个分离的分支上同时并行进行测量这一事实能够改善测量值的准确度。
[0090] 压力变送器1的自诊断以及对受控工艺流体的动态的自适应提供了根据本发明的压力变送器1对公知的变送器的进一步改进。
[0091] 此外,所有部件/构件可以被其他技术上等效的元件所代替;实际上,材料的类型及尺寸可以根据需要和现有技术状态是任何类型及尺寸。例如,第一电子装置20和用于生成激发脉冲的电子网络21、24可以实施成单个电子模块;可以相对于图1等中所示的示例性实施例以不同方式来构造压力变送器1。
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