CN101410160A - 手动充电的过程发送器 - Google Patents

Abstract

一种过程发送器，该过程发送器包括手动操作的发电机以便提供电力用于测量过程变量，产生基于所测量到的过程变量的输出，并提供显示输出。

Description

手动充电的过程发送器

技术领域

本发明通常涉及到在工业过程控制系统中使用的过程发送器，更加具体的，本发明涉及到一种具有手动操作的发电机模块的过程发送器。

背景技术

过程发送器用于显示过程变量，例如工业过程中使用的过程流体的压力、温度、流量和水平。举例来说，过程发送器广泛使用于化学生产和炼油工业。过程发送器典型地应用于遍及工业生产设备的许多地方，以便显示众多的过程变量。另外，过程发送器在隔绝区域的位置使用，例如跨国管道。

过程发送器包括传感器，该传感器产生和过程变量的物理变化响应的电输出。例如，电容压力变换器或者压阻压力变换器产生作为过程流体压力的函数的电输出。该传感器的电输出由发送器电路处理，从而作为过程流体压力的指标显示出来。过程发送器还包括遥控显示或者是当地显示电输出的电子元件。遥控显示的发送器包括电子元件，该电子元件将电输出通过控制系统网络发送至中央显示位置，例如控制室。当地显示的发送器包括显示器，例如LCD屏幕，显示过程发送器该处的电输出。过程发送器典型地通过控制系统、或网络、或者通过工业设置中典型的线路系统分配的电力来吸取其电能。在其他的实施例中，过程发送器包括既可以当地显示也可以遥控显示的部件。

然而，在位于极端偏远位置的过程发送器中，例如跨国管道或者石油和天然气井，通过控制系统或者线路系统直接提供电力给过程发送器是不可行的。但是，为了能直接显示位于偏远位置的过程流体，有必要将过程发送器间歇地沿管道放置。

传统的为偏远位置的过程发送器提供电力的方法是电池和太阳能。传统的过程发送器包括接线盒，用于接收与控制系统或电力线路系统相连的缆线。接线盒位于过程发送器的外壳内部，并且包括用于连接和锁紧供电缆线的接线端。典型的，该接线端从过程发送器的外壳表面通过管线开口可见。接线盒可通过过程发送器外壳内的电力连接口连接，该电力连接口分配电力给过程发送器的电子元件和传感器。接线盒是模块，并且可方便地从过程发送器上拆卸和更换。电池或者太阳能电池板也可连接至接线盒。电池最终变得完全放电，并且因此在不可稳定提供电池更换的现场环境中是不可靠的。太阳能也不是可靠的能源，因为不利的天气条件产生不了足够的光照以便运转过程发送器。

发明内容

一种过程发送器，该过程发送器包括：传感器、发送器电子元件和手动操作的发电机。传感器测量过程变量并且产生过程变量信号。发送器电子元件调节该过程变量信号。手动操作的发电机为传感器和发送器电子元件提供电力

附图说明

图1显示了依据本发明的位于偏远位置的手动充电的过程发送器的部分分解图。

图2显示了图1所示的过程发送器的分解图。

图3显示了卸除了帽件的过程发送器以及部分被切除的手动操作的发电机。

图4显示了手动充电的过程发送器的另一个实施例的全景图，其中发电机通过过程发送器的帽件内的开口可见。

图5显示了手动充电的过程发送器的另一个实施例，其中手摇曲柄和发电机通过管线开口连接。

具体实施方式

图1显示了手动充电的过程发送器10，该过程发送器10安装在偏远位置的过程流体源上，例如管道12。显示中，过程发送器10的帽件14被移除以便显示手动操作的发电机16。过程发送器10包括传感装置，用于测量过程变量，例如过程流体的温度、压力、流量和水平。过程发送器10包括电子元件，该电子元件将传感装置的输出转换成一种格式，该格式能够在和过程发送器10集成在一起的显示器上，手持区域通信设备上，或者和控制系统通信的电脑终端上显示。为了使传感装置和电子元件工作，有必要为过程发送器10提供电力。管道12是过程发送器10具有代表性的典型区域应用，其中电力不能从电网或者其他来源稳定地提供。因为过程发送器10位于外部电力不能稳定提供的偏远位置，过程发送器10通过手动操作的发电机16来供电。

图2显示了本发明的手动充电的过程发送器10的一个实施例的分解图，该过程发送器10具有手动操作的发电机16。过程发送器10包括帽件14、手动操作的发电机16、外壳18、传感装置22、电子元件24、帽件26和连接口28。用于为传感装置22和电子元件24充电的必需的能量通过手动操作的发电机16产生。发电机16包括手摇曲柄30、永磁组件32和线圈组件34。发电机16是独立的手动操作的发电机，不需要连接至任何外部电源。发电机16是可轻易从外壳18上拆卸和更换的模块。发电机16将人或其他来源产生的机械能转换成电能。在本发明不同的实施例中，该手动操作的发电机可使用摇动曲柄、泵抽吸或者踩踏板这些能将机械能转换为电能的动作来操作。在一个实施例中，发电机16是包括永磁体和线圈的DC电磁发电机。

在显示的实施例中，过程发送器10的传感装置22是压力传感器。在其他实施例中，过程发送器10包括检测其他过程变量的传感器，例如温度。传感装置22还提供了支撑，用于装配过程发送器10在管道12上(如图1所示)。位于传感装置22下面的是水压界面，用于和过程流体相互作用。传感装置22提供了作为通过流体界面检测到的过程变量的函数的电输出。传感装置插入外壳18的底部，并且和电子元件24连接。

电子元件24插入外壳18，从而被连接用于和传感装置22的通信。电子元件24还和连接口28连接，从而当发电机16和连接口28连接时电力可提供给电子元件24。电子元件24包括电路，用于将传感装置22产生的信号调节为函数信号。并且，在一个实施例中，电子元件24包括显示器36，用于可视地显示由传感装置22和电子元件24产生的信号。显示器36位于电子元件24的前侧，透过帽件26的玻璃板38可视。帽件26可被锁紧至外壳18。另外，帽件26的螺纹用作冷气通道，组织内部火焰到达过程发送器10的外部。

在一个实施例中，过程发送器10包括用于储存由发电机16产生的电能的超级电容(supercapacitor)42。在优选的实施例中，超级电容42位于发电机16内，从而发电机16是完整的模块组件。这使得区域设备(fielddevices)的升级更加简单，并且还保持了电子元件24固有的安全质量。在另一个实施例中，超级电容42可放置在电子元件24内。超级电容42储存一定量的由发电机16提供的电能，传感装置22和电子元件24作为需要从此处吸取电能。在一个实施例中，超级电容42是一法拉的容量值，并且发电机16提供大约6瓦特的电能给超级电容42。于是，当发电机16产生电能时，为了从过程发送器10获得的信息，超级电容42储存足够的能量以便保持传感装置22和电子元件24工作足够长时间(例如，多达大约5分钟)。

发电机16插入外壳18的内部储存空间44，并且锁紧至连接口28。连接口28提供了用于将发电机16提供的电力提供给电子元件24和传感装置22的接口。连接口28可以是用于连接发电机16和电子元件24的任何合适的装置，例如电插头、叉、孔径、插座或者类似装置。发电机16被设计成适合于外壳18的内部储存空间44，而不是外壳18中传统的接线盒。连接口28能够连接位于接线盒上的电连接器，从而过程发送器10能够从控制系统或者电力线路系统接收到电力。发电机16还和连接口28相容，从而发电机16可以通过超级电容42为传感装置22和电子元件24提供电力。在图1至5所示的实施例中，显示的过程发送器10用发电机16代替接线盒。

发电机16包括折叠式的手摇曲柄30，该手摇曲柄30用于在线圈组件(或定子)34的内部转动永磁组件(或转子)32。当发电机16处于收藏状态时，手摇曲柄30折叠在外壳18内，并且帽件14放置在发电机16之上并且紧固至外壳18。帽件被放置在发电机16和外壳18内部之间，从而后部帽件14能够和外壳18的内部螺纹通过接口连接。

图3显示了拆卸掉帽件14的过程发送器10以及部分被切除的手动操作的发电机16。发电机16包括磁芯组件32和线圈组件34。磁芯组件32包括芯外壳50、磁芯52和手摇曲柄30。线圈组件34包括线圈外壳56和线圈58。芯外壳50的部分被切除用于显示磁芯52。线圈外壳56的部分被切除用于显示线圈58。

储存空间44的内部被构造为用于连接和封装代替接线盒的发电机16。线圈组件32在圆周上小于外壳18，以便允许帽件48准许后部帽件14与外壳18内部的螺纹通过接口连接。磁芯组件32通过螺栓54旋转地紧固至线圈组件34。手摇曲柄30从磁芯外壳50折叠打开并且处于工作位置。手摇曲柄30包括旋钮60，该旋钮60提供用于抓住和转动芯组件32的装置。芯外壳50还包括凹口62，允许手摇曲柄30和旋钮60被摺起在处于收藏位置时的发电机16内部。

发电机16由例如螺钉这样的机械装置锚固在外壳18适当的位置。如本领域已知的，磁芯52是任何适合于在电磁发电机中使用的永磁体。如本领域已知的，线圈58包括单绕组或多绕组的导线股。当磁芯52转动时，磁场在线圈58内引起电流。在一个实施例中，如本领域已知的，该电流由稳压器和晶体管调节。流入超级电容42的电流，由此被储存用于为电子元件24、传感装置22和显示器36提供电力。

为了操作过程发送器10，发电机16提供了用于为电子元件24、传感装置22和显示器36提供电力的装置。这样，过程发送器10的操作仅需要移除帽件14并且为了提供电流至超级电容42而转动手摇曲柄30；不需要外部的电源。不需要特殊的装备用于为过程发送器10提供电力。不需要电池以便操作过程发送器10。

使用中，使用者可以手动的为处于偏远位置的过程发送器充电，并且然后记录该过程测量，显示在当地的显示器上或是由使用者通过手持区域通信器读取。可选地，过程发送器可装备有无线发送器，从而在使用者手动为发送器充电后，该发送器无线地发送过程测量结果至位于遥远位置的控制系统。

图4显示了手动充电过程发送器10的另一个实施例的全景图，其中，发电机16通过帽件14的开口可触。发电机16包括线圈组件和磁芯组件66，该磁芯组件66可通过手柄68在线圈组件内部转动。帽件14包括开口70，以便允许不需要移除帽件14就能触到手柄68。在一个实施例中，为了提供环境密封，例如O形环密封件的屏障被放置在帽件14和磁芯组件66的中间。

图5显示了手动充电过程发送器10的另一个实施例，其中，手摇曲柄72和发电机16通过开口74连接。开口74为线路提供了进入惯例上位于外壳18内的接线盒的通路。开口74被构造为用于容纳控制系统的管道包容线或者电线。手摇曲柄72可直接与发电机16连接，或者与例如齿轮传动链这样的机械系统连接。手摇曲柄72被旋转，从而相对于线圈转动磁芯用于提供电流为电容充电。

尽管本发明已根据优选的实施例进行描述，本领域技术人员应当承认，在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下，可以作形式和细节的修改。

Claims (21)

1.一种用于测量过程变量的过程发送器，该过程发送器包括：

传感器，所述传感器用于测量过程变量并且产生过程变量信号；

发送器电子元件，所述发送器电子元件用于调节过程变量信号；以及

手动操作的发电机，所述手动操作的发电机用于为传感器和传感器电子元件供电。

2.根据权利要求1所述的过程发送器，其中，所述发电机将机械能转换为电能。

3.根据权利要求1所述的过程发送器，其中，所述发电机是DC发电机。

4.根据权利要求1所述的过程发送器，其中，所述发电机是电磁发电机。

5.根据权利要求1所述的过程发送器，进一步包括：

外壳，所述外壳用于容纳传感器、发送器电子元件和手动操作的发电机；以及

帽件，所述帽件用于进入外壳内部；

其中通过移除帽件所述发电机能够进入外壳的内部。

6.根据权利要求5所述的过程发送器，其中，所述发电机包括折叠至外壳内的折叠式手摇曲柄。

7.根据权利要求1所述的过程发送器，进一步包括：

外壳，所述外壳用于容纳传感器、发送器电子元件和手动操作的发电机；以及

帽件，所述帽件用于进入外壳内部；

其中所述发电机能够通过帽件中的开口进入。

8.根据权利要求1所述的过程发送器，进一步包括：

外壳，所述外壳用于容纳传感器、发送器电子元件和手动操作的发电机；

位于外壳上的开口，所述开口用于进入外壳的内部；并且

其中所述发电机包括与发电机相关的手摇曲柄，所述手摇曲柄通过所述开口。

9.根据权利要求1所述的过程发送器，进一步包括：

用于储存由发电机产生的电能的超级电容。

10.根据权利要求1所述的过程发送器，进一步包括：

用于显示发送器电子元件的输出的显示器。

11.一种过程发送器，包括：

传感器，所述传感器用于测量过程变量；以及

手动操作的发电机，所述手动操作的发电机用于将机械能输入转换为电能输出；

其中所述电能输出为传感器供电。

12.根据权利要求11所述的过程发送器，其中，所述发电机是DC发电机。

13.根据权利要求11所述的过程发送器，其中，所述发电机是电磁发电机。

14.根据权利要求11所述的过程发送器，进一步包括：

用于储存由发电机产生的电能的超级电容。

15.根据权利要求11所述的过程发送器，进一步包括：

用于显示传感器输出的显示器。

16.一种发电机组件，所述发电机组件用于过程发送器中，该过程发送器具有内部储存空间以及用于将电力传导至过程发送器电子元件的内部电力连接器，该发电机组件包括：

手动操作的发电机，该发电机能够和内部电力连接器连接，并且用于将机械能输入转换为电能输出为过程发送器电子元件供电；以及

外壳，所述外壳用于容纳所述手动操作的发电机，该外壳被构造成储存在过程发送器的内部储存空间。

17.根据权利要求16所述的发电机组件，其中，所述发电机是DC发电机。

18.根据权利要求16所述的发电机组件，其中，所述发电机是电磁发电机。

19.根据权利要求16所述的发电机组件，其中，所述发电机包括折页式手摇曲柄。

20.根据权利要求16所述的发电机组件，进一步包括：

用于储存由发电机产生的电能的超级电容。

21.根据权利要求16所述的模块发电机组件，进一步包括：

用于显示过程发送器电子元件的输出的显示器。

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