CN101490521A - 具有多个参考压力传感器的压力传送器 - Google Patents

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Abstract

通过利用与差压传感器一起操作的多个绝对或表压力传感器(220，222，230，232；307，301)，提供在压力测量传送器中的可靠性和精确度。提供一种根据三个压力传感器的读数进行诊断的方法。此外，假如三个压力传感器(218，220，222，230，232；301，307，334)中的一个失效，则由失效传感器测量的过程压力的合理估值可以根据其余两个传感器产生。

Description

具有多个参考压力传感器的压力传送器
技术领域
本发明提供一种具有多个参考压力传感器的压力传送器。
背景技术
在化学、浆状物、食品以及其它流体加工厂的流体过程控制应用中，使用不同形式的压力传送器。这些形式总体地包括相对真空测量过程压力的绝对压力传送器；相对局部大气压力测量过程压力的表压力传送器；以及测量两个过程压力之间的差的差压传送器。压力传送器还典型地测量具有规定精度的有限范围上的压力。典型地，压力传送器将以两个或多个重叠的范围制造，每个都规定为精确地测量大约100：1以下范围的压力，以满足达到接近每平方英寸一万磅的使用要求。
具体地，差压传送器设计用于具体的压力范围，并具有对差压传送器可以传送多远的限制。此外，许多应用还需要监控过程的管线压力的知识。例如，由明尼苏达州的chanhassen的Rosemount提供的型号3095MV的工业可用的装置测量压力差和管线压力，以便进行流量计算，以提供过程流体流动测量。虽然在过去与差压传感器一起使用一个绝对或表压力传感器具有优点，但如果绝对压力传感器或差压传感器失效、或如果连接到压力传送器的任何一个压力在选择的测量范围外，则可能造成此装置不起作用。
发明内容
通过施用与差压传感器一起操作的多个绝对或表压力传感器，提供一种在压力测量传送器中的可靠性和精确度。提供一种根据三个压力传感器的读数进行诊断的方法。此外，假如三个或更多的压力传感器之一失效，则失效传感器测量的输出的合理估值可以根据其余两个传感器产生。
附图说明
图1是用于压力传送器的典型过程控制环境的示意视图；
图2是根据本发明的实施例的差压传送器的方框图；
图3是根据本发明的实施例的双压力传送器的示意视图；
图4是根据本发明的实施例操作具有多个绝对或表压力传感器的差压传送器的方法的流程图；以及
图5是根据本发明的实施例用于获得和报告绝对和表压力值的方法的流程图。
具体实施方式
图1是用于工业压力传送器的典型环境的示意视图。在图1中，例如在过程流体管线23中的流量计22、在罐体28上的液位传送器24，26以及在过程管线31中的整体小孔流量计的过程变量传送器显示为电连接到控制系统32。过程变量传送器可以构成为监测与加工厂中的流体一致的一个或多个过程变量，例如，在化学、浆状物、石油、天然气、制药、食品以及其它流体加工厂中的浆料、液体、蒸汽、以及气体。监控的过程变量可以包括压力、温度、流量、液位、pH、传导率、浊度、密度、浓度、化学成分或流体的其它性质。根据加工工厂的安装需要，过程变量传送器包括既可以在传送器内也可以在传送器外的一个或多个传感器。过程变量传送器产生表示感应的过程变量的传感器输出。传感器输出构成用于通过通讯总线34传送到控制器或指示器的相对长的距离。在典型的流体加工厂中，通讯总线34可以为供给传送器电力的4-20mA的电流回路、FOUNDTIONTM现场总线连接、HART(总线可寻址远距离传送器)协议连接、或高速以太网(HSE)或连接到控制器、控制系统或读出器的光学纤维。可供选择地，通讯总线34可以以无线系统实现。在通过过程通讯回路供电的传送器中，必须保持低电力，以便服从暴露环境下的内在安全要求。
在图1中，整体小孔流量计30包括连接到过程通讯回路或通讯总线34的压力传送器36。液位传送器24，26也包括压力传送器。控制系统32可以编程为显示对于人操作的过程条件。此外，控制系统32可以编程或另外构成为感应过程条件，并通过例如通用的压力转换器38和控制阀40的输出装置控制过程。
图2是根据本发明的实施例的差压传送器的方框图。传送器200包括构成为连接到过程通讯回路或总线的回路通讯模块202。回路通讯模块202根据过程通讯标准通讯协议产生和/或接收信号。因此，回路通讯模块202连接到控制器206，以通过模块202与过程通讯回路上的一个或多个装置相互作用。电力模块204还连接到过程通讯回路或总线，并接收电力，并调节或另外适应用于供应到传送器内的其它电子部件的接收的电力。电力模块204可以允许压力传送器通过回路完全由接收的电能供电。可供选择地，通讯模块202可以根据无线系统和协议采用。
测量电路连接到电力模块204、控制器206和压力传感器218，220，222。测量电路从模块204接收操作电力，并被构成为感应传感器218，220和222中的每一个的电力特征，并将感应的特征的指示提供给控制器206。测量电路208可以包括公知的模拟数字转换器。另外，测量电路208可以包括多路器，以允许测量电路208轮流单独连接到传感器218，220和222中的每一个。测量电路208可以包括允许电路208从传感器218，220和222获得测量值的任何适合的电路和部件。例如，如果差压传感器218为电容压力传感器，而绝对压力传感器220，222为电阻应变仪型传感器，则测量电路208将包括适合的电容和电阻感应电路、以及允许彼此解疑的信号的电路，例如多路器。本领域普通的技术人员应该认识到，本发明的实施例通过施用用于每个传感器和其组合的专用测量电路实现，且此专用电路可以代替和与多路结构组合使用。
在此实施例中，绝对/表压力传感器220连接到通过管线214内的隔离流体的功效施加到过程流体入口210的压力P1。同样地，绝对/表压力传感器222连接到通过管线216内的隔离流体的功效施加到过程流体入口的压力P2。差压传感器218连接到管线214和216，并将管线214和216之间的压力差的表示提供给测量电路208。传送器200可以包括连接到每个管线214，216的其它绝对或表压力传感器。另外，传感器230，232在图2中以虚线表示以分别连接到管线214，216。可选的传感器230，232可以选择为具有与传感器220，222不同的压力测量范围，或其可以只提供备份。另外，可选的传感器230，232可以选择为提供相对传感器218，220和222的另外和/或补充功能。例如，如果传感器220和222为计量传感器，则可选的传感器230，232的一个或两个可以为绝对压力传感器。另外，如果传感器220和222为绝对压力传感器，则可选的传感器354可以为连接到入口317(显示在图3中)的大气压力传感器。虽然入口317显示为配线入口，但入口317可以采用任何适合的形式，实际上，也可以是与配线入口不同的入口。
图3是根据本发明的实施例的压力传送器的示意视图。传送器300包括环绕配线间304的现场配线外壳302。配线外壳302可以由例如铝或不锈钢的金属形成，或外壳302可以由适合的塑料形成。配线外壳302优选包括将大气压力与配线外壳302的内部连接的出口或入口317。优选地，安装支架306形成于配线间304的内部，而隔间盖308具有螺纹并接合显示为309的配线间内的相应螺纹。永久密封的传送器组件310具有螺纹并接合显示为311的配线间内的相应螺纹。传送器组件310为压力传送器组件，并包括密封的绝缘体隔膜332、差压传感器334、绝对压力传感器301，307以及一个或多个印刷电路板336。差压传感器334通过导线335连接到电路板336。绝对或表压力传感器307，301分别通过导线313，305连接到电路板336。过程入口中的绝缘体隔膜332通过填充有例如有机硅油的适合的隔离流体的管线350，351连接到差压传感器334。管线351还将来自过程入口之一的管线压力连接到绝对压力传感器301。同样地，管线350还将来自另一过程入口的管线压力连接到绝对压力传感器307。传送器组件310具有可以进入配线间304内的传送器电连接器312。优选地，传送器组件310具有永久焊接封闭在焊点340处的外金属外壳338、以及环绕传送器电连接器312的封闭密封的馈入装置342。因此，传送器组件310内的印刷电路板336永久地密封并防止大气环绕传送器300。
在此实施例中，传送器300还包括电连接器314。电连接器314包括适用于电连接到现场配线318的终端316，现场配线318将压力传送器连接到以303示意显示的控制室，和/或连接到一个或多个其它现场装置。现场配线318典型地使用长距离发信号，其包括在激励传送器300并提供由传送器组件310感应的过程流体变量的电传递的双线4-20mA的工业控制回路范围内的HART串口通讯，但也可以包括例如FOUNDTIONTM现场总线各种公知的工业总线，Profibus或其它公知的包括无线通讯协议的通讯协议。螺钉328可以将电连接器314安装到安装支架306。电连接器314还可以包括密封的可编程的跳线组件320和密封的可编程按钮开关330。跳线组件320的每个都包括用于编程的可以在几个方位之一插入的可拆除的跳线体326。电连接器314还可以包括终止在插进传送器电连接器312中的密封塞子324并密封到传送器组件310的本体的密封电缆322。
压力传送器300可选地包括设置在外壳302内的大气压力传感器354。压力传感器354感应通过入口317连接到大气压力的外壳302内的压力。传感器354可以通过馈入装置342电连接密封的压力传送器组件310。因此，大气压力的指示通过在电路板336上的电路使用，以将任何所需的压力提供给大气压力。压力传感器354可以为任何适合形式的压力传感器，其包括但不局限于电容压力传感器、电阻应变仪压力传感器、压电电阻压力传感器、光学压力传感器或任何其它适合形式的压力传感器。
传送器300提供在现场配线318上的压力输出，也提供用配线318上的绝对压力传感器301、307的任意一个或两个测量的绝对压力的指示。管线压力输出可以为感应的绝对压力、利用通过传送器300接收的串口通讯信号计算的表压力、或两者。
电路336接收过程入口之间的压力差的指示，并提供压力差的指示，或提供根据配线318上的压力差的任何适合的参数。绝对/表压力传感器301接收管线351内的压力的指示，并将此指示提供给电路336。此外，绝对/表压力传感器307产生管线350内的压力指示，并将此指示提供给电路336。优选地，传感器301和307的每个都感应同样类型的压力(例如，绝对或表压力)。此外，本领域的普通技术人员应该认识到，压力传感器301和307可以为只根据其是否涉及真空或大气压力为绝对压力传感器或表压力传感器。进一步地，虽然图3分别显示了差压传感器334、以及绝对压力传感器301和307，但实际上，其可以为一个单块集成电路单元的部分。此外，压力传感器可以根据制造技术的任何适合的压力传感器构成，并可以根据公知的或最新研究的压力感应技术感应压力。例如，任何或所有压力传感器334，301和307可以为电容压力传感器、电阻应变仪传感器、压电电阻压力传感器、光学压力传感器或任何其它适合形式的压力传感器。
图4是根据本发明的实施例的具有多个绝对或表压力传感器的差压传送器的操作方法的流程图。方法400在方框402处开始，在此，压力传送器获得高和低绝对压力测量值(APH和APL)以及压力差测量值。在方框404处，压力传送器确定测量的压力差是否在用于差压传感器的规定测量值范围内。如果测量的压力差在规定的范围内，则控制转到方框406，在此，压力传送器确定数值APH和APL是否基本等于在绝对/表压力传感器和差压传感器的测量精度内的测量的压力差。如果其基本相等，则控制转到方框408，在此，报告有效压力差并通过线路410使控制顺序转到方框402，然而，在方框406处，如果数值APH和APL不等于测量的压力差，则控制转到方框412，在此，差压传送器确定数值APH和APL之间的差和测量的压力差是否超过选择的阈值。如果超过阈值，则控制转到方框414，在此，差压传送器产生表示错误的警告条件。产生的警告可以为或是局部表示在压力传送器处的任何适合的警告，例如，视频或音频警报、和/或可以通过差压传送器沿过程通讯回路传递的警告信息。除了产生警告外，可以提供选项，可以局部或通过过程操纵系统的相互作用，使初始化传感器最佳地诊断以查找或识别原因。
如果没有超过阈值，则控制转到方框416，在此，差压传送器产生补偿压力差，并产生并报警指示提供的压力差数据为补偿的数值。补偿的一个实例包括选择备份值，例如数值APH和APL以及提供的压力差，然后，产生警报。另一实例包括确定测量的压力差是否在或接近其有效测量范围的极限，以及减少在具有数值APH-APL的平均分量中的差压传感器信号值的分量。因此，当差压传感器开始接近或在其规定的范围外操作时，其信号的分量可以剧烈地减少，使得补偿的输出变得越来越聚焦在通过绝对压力传感器提供的值。仍然另外一个实例包括检测每个数值的当前变化的数量，并减少或不选择已经改变大多数和随后产生警报的数量。因此，如果一个传感器变为开式电路，则传送器将立即转换到其它测量模式，并将产生警报。这些是其中可以提供补偿的简单的实例形式。确定的其它数学公式和技术都在本发明的实施例的主题精神和范围内。
参照方框404，如果测量的压力差不在其范围内，则控制转到方框418，在此，差压传送器提供APH和APL之间的差的压力差的估值。在方框420处，提供估值的压力差，并提供警报和数值为估值的压力差的指示。图4显示了来自方框416和420的控制通过线路422返回到方框402。
图5是根据本发明的实施例用于获得和报告绝对和表压力值的方法的流程图。方法500在基本等于相对方法400显示的方框402的方框502开始。本质地，压力传送器从绝对/表压力传感器以及差压传感器获得传感器信号。然后，控制转到方框504，在此，其确定高的绝对压力传感器信号(APH)是否有效。这只是简单地检测，以确定传感器是否短路，或断路。此外，此有效性检测可以包括将当前的传感器值与最近需要的传感器值比较，以确定显著的跳跃或改变是否已经在跳跃或改变没有反映在其它两个压力传感器值中的值中出现。如果方框504确定APH有效，则控制转到方框506，在此，压力传送器对绝对/表压力传感器值(APL)进行同样的分析。如果该值也有效，则控制转到方框508，在此，报告绝对/表压力值，或另外在压力传送器的计算中使用。然而，如果绝对或表压力传感器之一已经失效，则可以估值失效的传感器值的估值。例如，在方框504处，如果APH没有效，则控制转到方框510，在此，APH的估值提供作为低的绝对或表压力(APL)和压力差测量值的和。同样地，在方框506处，如果低的绝对或表压力传感器信号无效，则控制从方框506转到方框512，在此，APH的估值提供作为APH减去压力差。
公知使用管线压力以补偿压力差测量值。然而，本发明的实施例提供即使在绝对或表压力传感器之一失效的情况下可以产生此补偿的能力。此外，在操作期间，通过总体地检测所有三个值(绝对或表压力传感器信号两者以及差压传感器信号)提供高水平的诊断。因此，压力传送器可以提供压力差以及管线压力。覆盖的压力差范围基本为压力差单元覆盖的范围，并达到在一个端口上的全部管线压力的压力差以及通过绝对或表压力传感器的差计算的其它端口上的零压力。在差压传感器和/或其相应的测量电路失效的情况下，传送器可以进入无弹性模式，以计算和提供压力差的估值作为绝对或表压力传感器之间的差。在一些结构中，与来自差压传感器的值相比，将导致降低精度的压力差测量值，但可以允许连续操作。然而，精度降低的程度依赖于传感器使用的结构。压力传送器也将产生警报或警告给控制系统或技术人员失效的指示。在绝对或表压力传感器之一失效的情况下，传送器也可以进入无弹性模式，并根据其余的绝对或表压力传感器信号和差压传感器信号如上所述估值。此外，警报或警告将指示此无弹性模式给控制系统或技术人员。
虽然本发明已经参照优选实施例进行了说明，但本领域的普通技术人员应该认识到，可以在此基础上做出各种形式和细节的变更而不脱离本发明的主题精神和保护范围。例如，虽然本发明已经相对与信号差压传感器一起使用的一对绝对或表压力传感器主要说明，但其它绝对或表压力传感器也可以使用，以增加此绝对或表测量值的有效测量范围。

Claims (22)

1.一种压力传送器，所述压力传送器包括：
第一过程流体压力入口，所述第一过程流体压力入口适用于接收第一过程流体压力；
第二过程流体压力入口，所述第二过程流体压力入口适用于接收第二过程流体压力；
差压传感器，所述差压传感器连接到第一和第二过程流体压力；
第一压力传感器，所述第一压力传感器连接到第一过程流体压力；
第二压力传感器，所述第二压力传感器连接到第二过程流体压力；以及
电路，所述电路可操作地连接到第一和第二压力传感器，并连接到差压传感器，所述电路被构成为测量第一和第二过程压力以及压力差，并提供与过程通讯回路上的测量相关的指示。
2.根据权利要求1所述的传送器，其中第一压力传感器为绝对压力传感器。
3.根据权利要求2所述的传送器，其中第二压力传感器为绝对压力传感器。
4.根据权利要求3所述的传送器，进一步包括大气压力传感器。
5.根据权利要求2所述的传送器，其中第二压力传感器为表压力传感器。
6.根据权利要求1所述的传送器，其中第一压力传感器为表压力传感器。
7.根据权利要求6所述的传送器，其中第二压力传感器为表压力传感器。
8.根据权利要求7所述的传送器，进一步包括连接到第一和第二过程流体压力入口中的一个的绝对压力传感器。
9.根据权利要求1所述的传送器，进一步包括连接到第一和第二过程流体压力中的一个的至少一个另外的压力传感器。
10.根据权利要求1所述的传送器，其中电路包括构成为从过程通讯回路接收电能的电模块，以将从过程通讯回路接收的能量完全通电至传送器。
11.根据权利要求1所述的传送器，其中电路被构成为基于来自第一、第二以及差压传感器的信号执行至少一个诊断功能。
12.根据权利要求1所述的传送器，其中第一、第二以及差压传感器被包含在单块集成电路传感器单元内。
13.一种操作具有构成为接收第一过程流体压力的第一过程流体入口和构成为接收第二过程流体压力的第二过程流体入口的压力传送器的方法；所述方法包括：
用传送器的第一压力传感器测量第一过程流体压力；
用传送器的第二压力传感器测量第二过程流体压力；
用传送器的差压传感器测量第一和第二过程流体压力的压力差；以及
确定测量的压力差是否与测量的第一和第二流体压力之间的差相同。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括确定测量的压力差是否在所测量的第一和第二过程流体压力的差的选择的阈值内。
15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括如果测量的压力差在所测量的第一和第二过程流体压力的选择的阈值内，则提供压力差的估算值以及警报。
16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括如果测量的压力差不在所测量的第一和第二过程流体压力的选择的阈值内，则提供警报。
17.根据权利要求13所述的方法，其中传送器的压力差过程值输出为压力差测量值、以及所测量的第一和第二过程流体压力的函数。
18.根据权利要求13所述的方法，进一步包括用从过程通讯回路接收的电能全部供电给压力传送器。
19.一种操作具有构成为接收第一过程流体压力的第一过程流体入口和构成为接收第二过程流体压力的第二过程流体入口的压力传送器的方法；所述方法包括：
用传送器的第一压力传感器测量第一过程流体压力，并确定所测量的第一过程流体压力是否有效；
用传送器的第二压力传感器测量第二过程流体压力，并确定所测量的第二过程流体压力是否有效；
测量第一和第二过程流体压力之间的压力差，并确定压力差是否有效；以及
在无效的传感器信号作为至少两个其它有效的传感器信号的函数的情况下，提供过程流体压力的估算值。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：如果任何传感器信号都没有效，则提供警报。
21.根据权利要求19所述的方法，其中确定压力差是否有效包括确定压力差是否超过差压传感器的测量范围。
22.根据权利要求19所述的方法，进一步包括用从过程通讯回路接收的电能全部供电给压力传送器。
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