技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种远程密封系统和一种远程感测组件。
背景技术
[0002] 在一些过程控制系统设施中，使用压
力变送器远程地监控
导管中或储箱中过程
流体的压力。压力变送器包括测量或以其它方式获得与监控压力的远程
位置流体联接的压力
传感器的电指示的
电路。
压力传感器信号的幅值表示远程位置处过程流体的压力。
[0003] 远程
密封件或远程膜片组件有时用于将压力变送器(其包括多个
电子电路)与危险测量环境隔开，或用于将压力变送器联接到位置不便的过程流体测量位置。例如，远程过程密封件可用于
腐蚀性、高温过程流体，诸如在精炼厂或化学工厂中使用的那些。在这些实例中，具有膜片组件和毛细管的机械远程密封件用于使远程位置的压力与
定位在安全距离之远的压力变送器相关。远程密封件中的柔性膜片将过程流体与毛细管中的填充流体隔离。在隔离膜片移动时，(基本不可压缩的)填充流体通过毛细管将压力变化转换到位于压力变送器中或在压力变送器上的压力传感器。压力变送器的压力传感器(其可包括感测膜片)通过填充流体感测远程压力，并产生与过程流体的压力相关的信号。
[0004] 毛细管能够延伸数十米，以便于将压力变送器与过程流体联接。由于与定制毛细管长度相关的成本和困难，远程密封组件通常可由标准/库存长度(stock lengths)的毛细管来制得。毛细管的显著长度以及毛细管和/或填充流体的
热膨胀和/或其它热学特性会在压力传感器的测量中产生
温度诱发的误差。因此，提供具有温度补偿的改进远程密封系统将提高这种远程密封系统的准确性，由此促进更有效的过程控制。实用新型内容
[0005] 一种远程密封系统，包括远程膜片，所述远程膜片具有被构造成暴露于过程流体的第一侧。导管联接到所述远程膜片，并且包括与所述远程膜片的第二侧流体连通的填充流体。温度传感器热联接到所述导管并且被构造成感测所述填充流体的温度。在一示例中，远程感测组件包括柔性细长导管，所述柔性细长导管具有：第一端和第二端，所述第一端联接到与过程流体流体连通的远程膜片，所述第二端延伸从所述第一端到过程流体压力变送器的长度。基本不可压缩的填充流体布置在所述柔性细长导管内。所述过程流体压力变送器被构造成基于所述填充流体中的对应压力产生指示所述过程流体中的压力的输出值。温度检测器联接到所述柔性细长导管，并且被构造成提供指示沿着所述柔性细长导管的填充流体的平均温度的信号。补偿系统基于所述平均
温度计算热膨胀值并且基于所述热膨胀值调节压力信号。
附图说明
[0006] 图1是根据本实用新型
实施例的使用具有毛细补偿的远程密封件的过程流体压力测量系统的示意图。
[0007] 图2是根据本实用新型实施例的远程密封系统的示意图。
[0008] 图3是根据本实用新型另一实施例的远程密封系统的示意图。
[0009] 图4是例示根据本实用新型实施例的可用于平均RTD的三种不同材料(铂、
铜和镍)的各种基于温度的
电阻特性的图表。
[0010] 图5是根据本实用新型实施例的在过程压力变送器内的电子器件的示意图。
[0011] 图6是根据本实用新型另一实施例的用毛细管温度补偿过程流体压力的系统的示意图。
[0012] 图7是根据本实用新型实施例的制造远程密封系统的方法的
流程图。
具体实施方式
[0013] 如以上提出的，远程密封系统一般包括毛细管，用于将来自一个或更多个远处测量点的压力传送到压力传感器以用于测量。在毛细管竖向延伸或即使具有竖向分量的实例中，填充流体的流体动力学压力可导致压力测量中的误差。另外，毛细管中填充流体的
密度可随温度变化，这可导致压力测量中与密度变化和毛细管支腿的高度成比例的进一步误差。此外，毛细管内填充流体以及毛细管本身材料的温度诱发的热膨胀或收缩也可产生附加的误差源。
[0014] 因为密度主要依赖于温度，因此温度诱发的密度变化可以用处理系统(诸如压力变送器的
微处理器或过程控制室中的计算机)在数学上补偿。提供这种补偿的一个困难在于，温度实际中可能在毛细管的整个长度上变化。这种变化可能因毛细管的部分上的局部日晒或局部遮荫、局部暴露于过程条件或
环境温度梯度而引起。这使得难以使用单个点测量来提供对远程密封设施的温度的充分表示。另外，难以将外部温度传感器安装到毛细管上或安装在附近环境条件中以执行热补偿，因为该补偿通常需要对设施运行附加的导管和布线。
[0015] 本文提供的实施例大体便于经由用毛细管制成或被组装到毛细管上的特定温度传感器来获得整个毛细管温度梯度的准确表示。所述特定传感器可提供单个量，诸如指示整个毛细管上的温度的平均值或其它聚合函数的基于温度的电阻或基于温度的
电压。
[0016] 图1是根据本实用新型实施例的使用具有毛细补偿的远程密封件的过程流体压力测量系统的示意图。如图1所示，压力变送器100经由相应的毛细管106、108流体联接到远程密封件102、104。毛细管106、108可以是数十米长。但是，如本文限定的，毛细管是具有至少一米的长度的柔性细长导管。
[0017] 在所示的示例中，远程密封件可操作地联接到流体容纳罐110。有时，来自远程密封件104和远程密封件102的指示之间的压力差可提供关于罐110内流体
水平的指示。如所示的，毛细管108具有由括号112指示的显著的竖向分量。另外，由于额外毛细管管线的显著部分卷绕成线圈114且安装到机座116，所以毛细管106具有较少的竖向分量。如可理解的，毛细管108可设置成在阳光直射下，而毛细管106可以布置在阴凉处。另外，显示为设置成比毛细管108低的线圈114因其接近地面，因此可以处于与毛细管108略不同的温度。另外，如果罐110处于升高的温度，则毛细管108与罐110的接近可导致毛细管108比毛细管106热，毛细管106主要缠绕在远离罐110布置的线圈114中。由此，真实世界设施的细节可形成非常复杂的热系统，这样的热系统可影响到过程流体压力变送器100内的压力传感器从毛细管106、108最终读取的压力。
[0018] 图2是根据本实用新型实施例的远程密封系统的示意图。远程密封系统150包括一对安装凸缘152、154，所述一对安装凸缘152、154经由
螺栓凸缘连接156安装到一起，以密封地提供与过程流体容器或导管(诸如罐110)的过程流体直接
接触的隔离膜片158。图2中未示出过程流体导管，但过程流体导管将位于凸缘154的左侧。隔离膜片的与过程流体相反的一侧与填充流体160流体接触，填充流体160经由端部162流体联接到压力变送器或传感器，诸如过程流体压力变送器100。
[0019] 根据本实用新型实施例，平均RTD元件164围绕毛细管166卷绕，并且在一个实施例中基本延伸毛细管166的整个长度。在一个实施例中，平均RTD164是细绝缘电线，其材料的电阻与温度和距离成比例。虽然大多数RTD材料的电阻在高
精度测量方面稍微非线性，但对于在毛细管设施的典型温度范围上提供毛细管的有效平均温度是充分线性的。对于毛细管的填充流体在随温度变化的密度方面同样如此。平均温度传感器164联接到过程流体压力变送器100内的合适电子器件或者单独的温度变送器，以基于传感器的电阻确定平均温度值。该平均温度值因此可用于针对随温度而变的密度和/或热膨胀或收缩的变化补偿远程过程流体压力值。在一个实施例中，可以使用存储在过程流体压力变送器100的处理器或者任何合适的过程
控制器内的查找表来执行该补偿。因此，应注意，可以在过程流体压力变送器100内或在其它合适装置(诸如位于过程控制室处的计算机)内发生所述实际补偿。
[0020] 图3是根据本实用新型另一实施例的远程密封系统的示意图。在图3中所示的实施例的许多部件与图2中的那些部件类似，并且相似部件以类似方式编号。图3所示的实施例和图2所示的实施例之间的主要差异在于平均温度传感器的形式。替代提供平均RTD，图3所示的实施例采用多个隔开的
热电偶(也称为
热电堆)，这些热电偶电
串联联接在一起，以提供指示平均值的指示的整体值(诸如电压)。尽管使用热电偶的实施可能更难以集成在毛细管的护罩(armor)内部，但是热电偶254可以附接到毛细管的护罩的外部，但仍然是远程密封系统的整体部件。
[0021] 因为平均RTD或热电堆与远程密封系统成一体，其使得RTD或热电偶的设施连接到温度变送器是比较简单的事情。当这样连接时，通过在温度计算中对某些系数的一些可能调节，平均传感器基本提供与点测量RTD相同的功能。另外，由于由传感器本身完成取平均值，因此可使用具有仅单个温度输入的温度变送器(诸如通过由来自明尼苏达州沙科皮市的罗斯蒙特公司的以商品名称3051S多变量传送器(Multi-Variable Transmitter)出售的温度变送器所提供的)。这种装置可读取平均温度，甚至在需要时应用补偿计算。
[0022] 虽然参照图3和4示出和描述的实施例提供了沿毛细管以连续或规则间隔布置的感测元件，但明确地预期，可以根据应用以非均匀的方式改变或设置感测元件。例如，毛细管的一部分可以与温度感测元件自定义配合，使得将仅测量毛细管的将是竖向的那部分。另外或替代地，可以沿毛细管提供多个长度的温度感测元件-第一长度用于考虑到密度效应，以及全长用于补偿体积效应(在
不平衡系统中)。
[0023] 图4是例示根据本实用新型实施例的可用于平均RTD164的三种不同材料(铂、铜和镍)的各种基于温度的电阻特性的图表。如图4所示，在用于铂的近似0℃至400℃的操作范围中，提供了高线性输出。另外，铂的电阻比铜和镍的电阻每摄氏度的变化更显著。但是，如图4所示，在相对线性区域中，铜和镍可用于更高温度(600℃)。
[0024] 可用于远程密封毛细管的填充流体的示例包括聚
硅氧油200(silicone 200)、Tri-Therm 300、聚硅氧油704、聚硅氧油705、UltraThermTM 805、SYLTHERMTM XLT、惰性物质(卤化
烃)、Neobee 甘油和水，以及丙二醇和水。作为填充流体的基于温度的参数的示例，注意到聚硅氧油704在25℃下的比重为1.07。另外，聚硅氧油704的
热膨胀系数为0.00095cc/cc/℃(0.00053cc/cc/°F)。有关各种填充流体及其热学特性的更多信息，请参见2017年9月的罗斯蒙特DP液位填充流体规格，技术
说明书00840-2100-4016，修订版EB。
[0025] 图5是过程流体压力变送器100内的电子器件的示意图。过程压力变送器100包括电源模
块300，如标记为“至所有”的箭头指示的，电源模块300联接到所有电路部件。在过程流体压力变送器100联接到有线过程通信回路(诸如高速可寻址远程变换器 回路或者FOUNDATIONTM
现场总线段)的实施例中，电源模块300可以包括合适电路，用于对从回路或段接收的电力进行调节，以操作变送器100的各种部件。因此，在这样的有线过程通信回路实施例中，电源模块300可提供合适电力调节，以允许通过其联接到的回路对整个装置供电。在其它实施例中，当使用无线过程通信时，电源模块300可包括诸如
电池的电源以及合适的调节电路。
[0026] 通信电路302被构造成依照至少一个过程通信工业标准协议通信。有线过程通信工业标准协议的示例包括 和FOUNDATIONTM现场总线协议。另外，也可以采用无线过程工业标准协议。例如，也可使用 协议(IEC 62591)。通信电路302联接到控制器304，用于为控制器304提供在过程工业标准通信回路或段上通信的能力。
[0027] 控制器304可以是能够获得关于压力传感器信号的数字信息并提供过程流体压力输出的任何逻辑或电路布置。在一个实施例中，控制器304是微处理器。控制器304联接到测量电路306，测量电路306被构造成测量压力传感器308的电气特性。例如，压力传感器308可具有响应于一对过程流体压力输入端之间的压差而变化的电容，测量电路306能够提供指示该变化的电容的信息。在压力传感器具有电阻性信号的实施例中，测量电路306相应地被构造成确定基于压力的电阻。测量电路306可以包括
模数转换器、多路复用电路、放大和/或线性化电路等等的任何合适组合。测量电路306联接到压力传感器308，以获得关于过程流体压力的指示。控制器304可以包括或联接到允许用户将信息输入到过程压力变送器100中的
用户界面，所述用户界面呈一个或更多个按钮或用户可致动元件和显示器的形式。例如，用户可以输入一个或更多个毛细管的长度和/或毛细管内各种可能的填充流体中选取。另外或替代地，用户可以使用用户界面输入或以其它方式提供毛细管延伸的竖向分量。另外或替代地，控制器304可以使用通信电路302经由过程通信接收指示填充流体和/或毛细管长度的信息。另外或替代地，毛细管长度和/或毛细管竖向长度可以在制造期间预编程到控制器304中。
[0028] 如以上提出的，在远程密封系统中，过程流体压力传感器位于过程流体压力变送器内，过程流体压力变送器通过远程密封件与过程流体容器或导管隔开。在图5所示的实施例中，测量电路306还联接到平均温度传感器310，所述平均温度传感器310提供关于至少一个毛细管的平均温度的指示。在使用多个毛细管的实施例中，明确预期的是，也可以使用多个这种温度传感器。测量电路306向控制器304提供关于这些平均温度的指示，控制器304由此可使用关于所使用的特定填充流体的信息(诸如以上列出的那些)以及这种填充流体的各种热学特性，以便通过各个相应的导管的平均温度来补偿测量的过程流体压力值。替代地，在具有多个平均温度传感器的实施例中，明确预期的是，传感器可用
导线连接在一起或者被链接，以便获得两组多个毛细管的单个平均值。
[0029] 图6是根据本实用新型另一实施例的用毛细管温度补偿过程流体压力的系统的示意图。图6示出了经过过程通信回路或段402可操作地联接到控制室400的过程流体压力变送器100。另外，过程流体压力测量设施的一个或更多个毛细管包括提供毛细管温度的平均输出的温度传感器，如以上提出的。这样的温度传感器联接到温度变送器404，温度变送器404依照已知的技术来测量平均温度传感器的电气特性(诸如电阻)，并经过过程通信回路或段将其指示提供给控制室400。然后，控制室400内的计算机或其它合适处理器利用过程流体压力变送器100对所使用的特定填充流体的相关知识以及温度变送器404所报告的温度，基于从温度变送器404接收的温度，来补偿或以其它方式调节从压力变送器100接收的压力测量，以提供温度补偿的压力输出(P(T))。
[0030] 图7是根据本实用新型实施例的制造远程密封系统的方法的流程图。方法500在方框502处开始，此处提供从第一端延伸到第二端并且被构造成在其中容纳填充流体的导管。接着，在方框504处，将隔离膜片密封到第一端和第二端中的一端。在方框506处，沿着至少一段导管联接聚集的温度感测系统。在一示例中，聚集的温度感测系统是平均RTD，其基本延伸导管的整个长度。接着，在方框508处，围绕导管的外径设置保护性材料或护罩。
[0031] 虽然已经参考优选实施例描述了本实用新型，但本领域技术人员将认识到，在不偏离本实用新型精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出改变。
