CN101622482B - 用于监视隔膜状况的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了监视隔膜状况的方法和装置。在一个例子中，流体控制设备包括本体(105)和通过本体的流体通道，该流体通道包括入口(110)和出口(115)。示例流体控制设备还包括用以控制流体通过通道的流动的、在流体控制设备内的隔膜(135)，以及耦合到隔膜用以监视与隔膜的磨损相关联的状况的传感器(150)。

Description

用于监视隔膜状况的方法和装置

技术领域

本发明主要涉及用于过程控制的隔膜，具体涉及用以监视隔膜状况的方法和装置。

背景技术

已知在加工业中，在各种应用中使用隔膜来控制流体流过过程控制设备，诸如控制阀或者调节器。在加工业中，隔膜通常是用来将力传输到控制元件或者在流动路径中形成可变节流以控制流体流动的柔性压力响应元件。一种典型的隔膜应用在弹簧隔膜式执行机构中使用隔膜作为负载元件，以响应于向执行结构施加的控制压力来提供执行机构推进，以对控制阀中的控制元件进行定位。其它典型的隔膜应用例如在隔膜阀或者韦尔(Weir)阀或者压力调节器中使用隔膜作为流体流动控制元件。

在典型的弹簧隔膜式执行机构应用中，柔性隔膜耦合到隔膜板(该隔膜板附接到执行机构杆)以形成隔膜组件。隔膜组件保持于上隔膜罩与下隔膜罩之间的执行机构组件内，以形成具有密封负载室和通气室的本体或者壳。执行机构弹簧定位于执行机构组件中，以将隔膜组件偏置到已知位置而无需负载压力。在操作中，流体或者负载压力通过过程控制仪器(诸如定位器)施加到负载室，以对抗由执行机构弹簧生成的偏置力，使隔膜组件的执行机构杆移位。通过控制来自过程控制仪器的负载压力，可以控制隔膜组件的执行机构杆的位置，这可以对耦合到它的控制阀内的控制元件进行定位。

另一典型的隔膜阀具有如下隔膜，该隔膜通过执行机构构件在流体流动路径内移位以中断或者调整经过它的流体流动。也就是说，执行机构用来使隔膜控制元件暂时地变形，这在流体流动路径中直接地提供可变节流。因此在这一类隔膜阀中，过程流体可以仅接触隔膜和流动通道，同时保护各种其它阀零件免受过程流体的潜在恶劣影响。这样，隔膜阀非常适合于化学加工或者处理应用，这些应用包括但不限于化妆品、制药、食品和饮料加工以及毒性和/或腐蚀性流体加工。

基于隔膜的控制元件的另一例子是流体压力调节器。与前述控制阀不同，调节器依赖于在与调节器的输出压力成比例的力与由可调负载组件供应的负载力之间的力平衡，从而控制在调节器的输出处的流体压力。也就是说，调节器一般从流体供应源接收压力相对较高的流体，并输出压力相对较低的流体，同时为宽范围的输出负载(即流动要求或者流体容量等的改变)提供稳定、恒定的输出。本领域普通技术人员可以理解，压力调节器一般通过使用与负载元件(例如弹簧)生成的反作用力相抵、作用于隔膜上的输出流体压力生成的平衡力来控制节流元件(例如阀)的位置从而进行操作。

对于所有上文参考的应用，选择隔膜以具有适合于特定应用的弹性、耐磨性和化学稳定性。尽管选择隔膜的性质以求获得改进的性能，但是隔膜仍然可能由于面临环境和化学物接触(包括热条件和氧化或者与隔膜在使用期间经历的弯曲或者循环次数有关的物理性质改变)而退化。另外在任何上文参考的应用中，包封隔膜的方式导致可见检查极为困难并且耗时，因为必须拆解控制设备来检查隔膜的状况。

这样，采用预防性的维护程序来定期地和/或根据时间表安排来更换隔膜。遗憾的是，在加工业中使用的许多隔膜无需根据定期时间表来更换，因为分解降解视隔膜的使用和过程的暴露而定。

发明内容

根据一个示例，一种阀包括阀体和通过阀体的流体通道。流体通道包括入口、出口和用以控制流体通过通道的流动的在流体通道内的隔膜。该阀也包括用以监视与隔膜的磨损相关联的至少一个状况的传感器。

根据另一示例，一种隔膜状况监视装置，包括隔膜和操作地耦合到隔膜的传感器。隔膜状况监视装置还包括控制单元，用以从传感器接收信号以确定隔膜状况。

根据又一示例，一种用以确定隔膜状况的方法，包括从操作地耦合到隔膜的传感器接收测量信号以及获得基线信号。用以确定隔膜状况的方法将该测量信号与基线信号进行比较以确定隔膜状况。

根据又一例子，一种用以更换隔膜的方法，包括接收以从隔膜传感器接收的信号为基础的隔膜状况指示。用以更换隔膜的方法还包括响应于状况指示来检修现场可检修设备内的隔膜。

附图说明

图1A和图1B分别是在闭合和打开位置的示例隔膜阀的横截面图，该阀包括示例隔膜传感器。

图2A、图2B和图3是图1A和图1B的隔膜传感器的实施例的具体视图。

图4是表明来自图1A、图1B、图2A、图2B和图3的示例隔膜传感器的输出信号的示例数据绘图。

图5是用以使用图1A、图1B、图2A、图2B和图3的示例隔膜传感器来监视隔膜状况的示例过程的流程图。

图6是用以使用图1A、图1B、图2A、图2B和图3的示例隔膜传感器针对检修需要来监视隔膜的示例过程的流程图。

具体实施方式

示例隔膜组件使用传感器来提供如下信号，该信号表明隔膜组件的压力响应部件或者隔膜的状况。这里描述的示例隔膜组件支持确定使用中的隔膜的降解程度以明显地减少与人工检查隔膜有关的维护成本。尽管参考隔膜阀或者韦尔阀来讨论这里描述的示例隔膜组件，并且将隔膜传感器描述为用于检测压力响应隔膜的状况的传导性传感器或者应变仪，但是本领域普通技术人员将理解，诸如在弹簧隔膜式执行机构或者调节器中所用隔膜之类的任何其它类型的隔膜可以与其它类型的电、光、声和/或物理传感设备结合用来监视隔膜的物理或者材料特征(状况)。此外，尽管当前示例描述了由弹性体和/或橡胶式材料构造的隔膜，但是本领域普通技术人员将理解，可以在无限制的情况下使用和测量任何柔性或者弹性隔膜，诸如金属隔膜。本领域普通技术人员也将理解，隔膜可以具有响应于施加的压力进行移动的柔性区域，以及用以例如适应隔膜装配的柔性较低的区域。

参照图1A，图示了示例隔膜阀100的横截面图。示例阀100包括阀体105和连接到流体管线(未示出)的流体通道107。流体通道107在耦合到出口通路115的入口通路110处接收流体。在所示例子中，装配到阀体105的阀帽120引导阀杆125，该阀杆125在阀杆125的一端具有活塞130。活塞130被配置成在向下方向上强行移动隔膜135(即移动到流体通道107中)，由此使隔膜135的一部分移位并且形成可变节流。因此在操作中，当隔膜135的底表面140朝着阀体105的表面145移动时，可以部分地或者完全地阻止或者阻塞从入口通路110到出口通路115的流体流动。

在所示例子中，一个或者多个隔膜传感器150放置于隔膜135上或者嵌入(例如粘合或者模制)到隔膜135上/隔膜135中。如下文更具体讨论的那样，一个或者多个隔膜传感器150经由传感器引线或者接线155向外部控制单元160提供表明隔膜135状态或者状况的特征信号。如下文更具体讨论的那样，阀100也可以或者代之以与嵌入式控制器或者更一般地与控制单元一起操作。

一般而言，隔膜135包括各种性质或者参数，这些性质或参数基于隔膜的制成材料类型以及隔膜135在其使用期间经历的操作条件。隔膜135在其使用期间可能在循环(即反复地弯曲)之时暴露于各种加工介质和加工温度下，由此造成各种隔膜135性质或者参数的改变(例如柔韧性或者顺应性、压缩形变或者偏移等)。例如，新隔膜(即尚未服务或者未使用过的隔膜)可以具有与先前提到的性质有关的特定硬度计(即硬度)值，由于化学侵蚀、来自加工介质的施热、反复的操作循环和/或老化，该硬度值随时间而改变。隔膜135的制造商和/或用户可以凭借经验和/或按照理论来确定这一硬度计在隔膜135需要更换之前改变了多少。因此，一个或者多个传感器150可以定期地、基于时间表安排或者每一定数目次操作循环来提供表明隔膜135硬度计的信号，并且将该测量与在隔膜135为新隔膜时进行的基线测量进行比较。如果在基线读数或者测量与目前测量值之间的所得差值超过或者低于阈值(例如相对改变和/或者绝对改变)，则隔膜135的终端用户可以在定期工厂维护期间安排修复，以减少费用或者可以在实际失效之前更换隔膜135。

尽管上例描述了隔膜135具有表明可以由一个或者多个隔膜传感器150检测的硬度计的性质，但是隔膜135的可以由一个或者多个隔膜传感器150检测的其它或者附加性质或者状况包括但不限于，不透明度、光学响应(例如测量的亮度、测量的光频率等)、力响应、电阻、传导率、电压、电流、信号传播延迟和/或声响应(例如测量的音频强度、测量的音频频率等)。

为了传送这样的信息，传感器引线或者接线155可以通过阀帽开口165退出阀帽120，该阀帽开口165例如可以包括气密扣眼。控制单元160可以从一个或者多个隔膜传感器150接收信号以确定与隔膜135相关联的性质、状况或者参数(值范围)是否在可接受或者适当范围内、在表明需要检修隔膜135的阈值以上/以下。如果一个或者多个性质、状况或者参数值表明隔膜135有问题或者可能失效，则控制单元160可以向操作者和/或控制系统报警需要维护。

在所示例子中，隔膜激活指示器/开关170提供表明隔膜135是否在松弛(例如阀100全开/闭)、全操作(例如阀100全闭/开)和/或在中间位置的指示。本领域普通技术人员将理解，隔膜激活开关170可以提供有限的位置阶跃(例如打开、闭合、部分地打开/闭合等)，或者开关170可以使用编码器来实施以提供更高的位置分辨率。隔膜激活开关170也可以利用霍耳效应传感器来确定隔膜135和/或活塞130的位置。来自隔膜激活开关170的信号可以经由引线或者接线172提供到外部控制单元160。控制单元160可以包括但不限于，个人计算机(PC)、微控制器、微处理器或者可编程逻辑控制器(PLC)，比如

Fanuc系列PLC。

图1B是图1A的示例隔膜阀100的横截面图。不过在图1B中，在允许过程流体从入口通路110自由地传递到出口通路115的全开位置示出了隔膜阀100。因此，如果隔膜阀100为常开型阀，则当隔膜135在如图1B中所示全开位置时通常在最少量的应力之下或者完全没有应力(例如松弛状态)。然而，隔膜135在穿越阀体105(例如全操作状态)的直径(由尺度线x表示)之后经历最多物理应力(例如由于拉伸)。控制单元160可以从一个或者多个隔膜传感器150获取针对隔膜135和/或活塞130沿着它们的行进路径上的任何位置的读数。然而，如下文更具体讨论的那样，通常可以通过将一个或者多个传感器信号和与已知位置(例如打开、闭合、中间等)关联的一个或者多个早先测量的基线值进行比较来确定高级磨损、化学降解的特征迹象和/或其它失效迹象。

本领域普通技术人员将理解，阀杆125和活塞130的各种位置将有效地控制或者调整流体的流动。此外，尽管将所示示例隔膜阀100表示为在活塞130和隔膜135向下移动时闭合(即基本上禁止或者阻止流体流动)的常开阀，但是也可以使用常闭隔膜阀。

弹性材料、弹性体、织物浸渍/编织弹性体和/或者金属可以用来构造隔膜135。使用这样的材料来实施隔膜135可以使隔膜135能够抵御化学侵蚀、高/低温所致的有害或者破坏效果和/或改进隔膜135的耐久性(例如循环寿命)。隔膜135也可以由柔性聚合材料构成，该材料例如是本领域技术人员已知的合成橡胶和/或高强度织物，诸如尼龙。

图2A是装配于隔膜135上的一个示例隔膜传感器150a的平面图。在所示例子中，隔膜传感器150a包括三个传导接线210a、212a和214a。尽管图2A将示例隔膜135描绘为具有以共心方式布置的传导接线210a、212a和214a的大体上圆形。但是本领域普通技术人员将理解，隔膜135可以是任何其它形状(例如非圆形)并且包括以任何其它方式布置的任何数目的(附加的或者更少的)传导和/或有阻接线210a、212a和214a。接线210a、212a和214a中的各接线包括第一端点222和第二端点224，这些端点可以连接到伏特计、欧姆计、传导率测试器和/或能够测量电压、电阻和/或确定关断/闭合电路的处理器。

在操作中，图2A的示例隔膜135在其由于在+/-方向上移位(例如通过活塞130或者气压)而弯曲时经历各种力。例如，当隔膜135如图1B中所示行进距离x时，沿着中心线230的隔膜材料可以具有最大移位，而在隔膜边缘232的隔膜材料可以由于固接到阀体105而具有很少或者没有移位。取决于若干因素，隔膜135可以在中心线230与隔膜边缘232之间的各种位置经历较大量的磨损和/或物理击穿。因素包括但不限于，隔膜135上的来自活塞130的摩擦力、隔膜135上的拉伸力和/或隔膜135上的过程流体磨损(该磨损在入口通路110这一侧上大于出口通路115这一侧)。

包括多个传导接线210a、212a、214a的示例隔膜传感器150a可以被配置成具有比组成隔膜135的材料的循环寿命更短的循环寿命。在该情况下，控制单元160可以被配置用于监视闭合电路的接线210a、212a、214a。这样，当多个接线210a、212a、214a之一例如由于大量断开/闭合隔膜循环而断路或者变得间歇地断路时，控制单元160继而检测到关断电路和/或间歇关断电路。响应于检测到关断状况(即接线210a、212a、214a中的一个或者多个接线中的机械或者电断路)，控制单元160可以向关断电路的过程维护人员报警以表明隔膜135可能接近它的使用寿命尽头。

类似地，控制单元160可以针对电阻值、传导值来监视示例隔膜传感器150(在这一情况下为多个接线210a、212a、214a)和/或监视施加的电压。本领域普通技术人员也可以理解，也可以形成传导迹线(这些迹线形成电容型传感器)，由此允许表明隔膜135当前状况的电容或者阻抗测量。

还可以理解，可以在电流回路中配置隔膜传感器150a。电流回路配置(例如4-20毫安(mA))尤其适合于具有电噪声和长的传感器引线的过程控制环境。4-20mA的电流回路配置也不受信号接线中的电压降的影响。可以通过测量跨过已知电阻值(例如额定值为10K欧姆的1％精确度电阻器)的电压降来实现对电流回路配置中的隔膜传感器150a的测量。

基线电阻、传导率和/或电压值可以存储于控制单元160的存储器中，并且隔膜传感器150a的各后续测量可以与基线测量进行比较。因此，如果当隔膜135和多个接线210a、212a、214a是新的时接线210a、212a、214a的基线电阻为50欧姆，则控制单元160可以在后续测量越过或者迫近预定阈值时调用告警信号。可以按照理论或者凭借经验来确定这样的阈值，使得在隔膜135的失效状况之前触发告警信号。

图2B图示了示例隔膜135，该隔膜135配置有在传感器引线240处具有4-20mA配置的隔膜传感器150b。在操作中，示例隔膜传感器150b针对关断/闭合电路状况、电阻值和/或传导率值而监视接线210b、212b、214b。根据来自接线210b、212b、214b的测量值，在传感器引线240上产生成比例的电流值。这样，操作者仅需监视两个接线引线240的输出而不是来自如图2A中所示多个接线210a、212a、214a中的各接线的成对引线222、224的输出。

在图2B的所示例子中，隔膜传感器150b包括控制单元250。控制单元250可以包括处理器255、存储器260、输入/输出(I/O)端口265和传感器接口电路270。传感器接口电路270可以是用于具有模拟输出的隔膜传感器的模数转换器或者可以是用于提供数字输出的隔膜传感器的计数器型电路。处理器255可以包括具有计算能力的微处理器，这些计算能力比如是用以计算测量值与基线值之差的运算功能。处理器255也可以计算测量值与阈值之差，从而可以生成适当的警告/报警信号并且经由I/O端口265进行传送。存储器260可以例如用来存储用于处理器255的基线测量值和/或编程指令(例如软件、机器可读和可执行指令)。由隔膜传感器150b提供的输出信号可以是模拟或者数字的，并且这样的信号可以或者可以不与隔膜135的对应物理参数成比例。这样，存储器260也可以存储用以将测量信号转换成隔膜的物理特征(例如力单位、电阻单位等)的算法和/或查找表。

可以使用比如亚利桑那州凤凰城

的rfPIC12F675K(“PIC”)这样的微控制器来实施控制单元250。例如，PIC是具有六个通用输入/输出(I/O)管脚和一个模数(A/D)转换器的8位微控制器。尽管I/O管脚可以用来从隔膜传感器150b接收信号并且经由接线向阀100外部提供I/O信号，但是PIC也包括能够通过幅移键控(ASK)或者频移键控(FSK)来发送数据的射频(RF)发送器。本领域普通技术人员将理解，可以代之以使用其它微控制器。备选地，取代了运用控制单元250，来自隔膜传感器150b的输出可以经由接线离开阀100并且提供在原始(未调控)模拟和/或数字状态下的信号以便由控制单元160解释和/或处理。然而，如图2B中所示，示例隔膜传感器也可以集成/嵌入于隔膜135内，而不是在隔膜135的表面上装配隔膜传感器150b。

在另一例子中，隔膜传感器可以是如图3中所示装配于隔膜135上的应变仪。本领域普通技术人员将理解，如果拉伸传导金属带，则它将变得更长和更薄。这样的材料改变具有更改金属电阻特征的效果(即电阻在金属条拉伸并且变得更薄时增加)。假设在金属屈服点处或者以下进行拉伸，金属的对应压缩作用将使得金属变短，由此减少电阻。因此，金属应变仪的双向移动可以用来经由应变仪的电阻增加/减少来测量表面的物理特征。广而言之，利用可以装配于隔膜135上以监视其操作特征的应变仪来实现上述过程。在该情况下，控制单元160可以适合于以本领域普通技术人员已知的方式(例如使用惠斯通电桥)处理应变仪的电阻值。

图3图示了示例隔膜135，该隔膜具有配置为应变仪并且装配到隔膜135的隔膜传感器150e、150f、150g。在所示例子中，各隔膜传感器150g、150f包括用以操作连接到控制单元160的接线305。在无限制的情况下，如隔膜传感器150g所示，隔膜传感器150e、150f、150g可以包括作为隔膜传感器150e、150f、150g整体部分的控制单元250。这样，隔膜传感器150g可以包括接线310，这些接线直接地附接到告警设备(例如闪光灯、警报器等)和/或处理控制系统以向过程工程师和/或其他人员通知隔膜状况。尽管所示例子包括三个应变仪，但是本领域普通技术人员将理解，更少或者更多应变仪可以用来确定或者监视隔膜135的状况。

在将阀100安装于系统内之前的一个阀激励循环或者多个循环期间，诸如在制造后测试期间或者在将传感器150e、150f、150g安装于隔膜135上之后，初始地测量或者表征隔膜传感器150e、150f、150g的应变仪实施。然后，在隔膜135的整个寿命期间，经由隔膜传感器150e、150f、150g取得读数(例如应变读数)并且将其与初始测量的值进行比较以跟踪、测量、计算和/或观察差值。测量值的改变可以表明隔膜磨损、化学侵蚀所致的物理降解、高循环计数和/或热疲劳所致的隔膜降解。例如，新的隔膜材料可以表现出对施加力的更大物理阻力。然而，在多次重复的操作循环和/或加工介质的化学侵蚀之后，隔膜材料可能表现出对由应变仪150e、150f、150g测量的此类施加力的更低物理阻力。如果计算的差值超过或者低于预定阈值(例如电阻值)，则控制单元160可以向过程操作者和/或其它用户报警告知应当对阀100进行预防性的维护，由此消除以任意、定期和/或者基于日期的时间表为基础的不必要隔膜更换。另外，在隔膜135超过预期寿命循环(例如循环次数或者使用时间)的情况下，已经满足或者超过预定阈值的指示允许在灾变性的失效之前进行预防性的维护。

尽管参考用于检测隔膜阀状况的应变仪和传导性传感器讨论了上述示例隔膜传感器，但是本领域普通技术人员将理解，诸如在弹簧隔膜式执行机构或者调节器中所用隔膜这样的任何其它类型的隔膜可以与其它类型的一个或者多个电、光、声和/或物理传感设备结合用来监视隔膜的物理或者材料特征(状况)。此外，尽管上例将隔膜135描述为由弹性体和/或橡胶式材料构成，但是本领域普通技术人员将理解，在无限制的情况下可以使用和测量任何柔性隔膜，诸如金属隔膜。因此，这里描述的隔膜传感器可以运用光学、声学(例如声纳、声音、频率签名等)和/或运动(例如，加速计)。因而，可以使用电压传感器、电流传感器、连续性传感器、光传感器、声传感器、应变仪和/或运动传感器来实施隔膜传感器150。另外，传感器和/或传感器类型的任何组合可以实施于隔膜上以监视隔膜135的状况。

图4是代表来自隔膜传感器150(例如上述隔膜传感器150a、150b、150c、150d、150e、150f和150g中的一个或者多个隔膜传感器)的输出数据的示例数据曲线图400。输出数据可以是未经信号调控的来自传感器150的原始值，或者可以对该信号进行调控和/或处理以计算如下值，该值表明隔膜150的对应性质或者状况。在所示例子中，纵轴405标识与隔膜性质或者状况(例如不透明度、电阻、传导率、力、声音量级等)关联的隔膜传感器150值，而横轴410标识时间值。示例数据曲线图400也包括用来标识隔膜135的状况何时应当或者要求更换的阈值415。可以按照理论或者凭借经验将示例阈值415确定和/或设置于隔膜135可能出现失效的一点以上/以下的某个值。例如，可以将阈值415设置于比实际预期失效点高/低10％的值，由此允许维护人员及时安排预防性的维护。

本领域普通技术人员将理解，从一个或者多个隔膜传感器150获取的数据可以用列表格式而不是示例数据曲线图400来存储于存储器(例如，控制单元250的存储器260、控制单元160的存储器、个人计算机(PC)的硬驱动等)中。在所示例子中，在时间(t₀)425的第一测量420代表在隔膜135被应用或者使用于终端用户应用中(例如化学处理厂、化妆品加工等中)之前、对隔膜传感器150提供的如下输出值的基线测量，该输出值代表隔膜135的某一性质或者状况。随着时间增加，后续测量的隔膜传感器150值可能减小，这可以表明隔膜135遭受化学侵蚀和/或温度波动的影响。如果隔膜传感器150的测量值降至阈值415以下，则控制单元250或者控制单元160可以提供告警信号以向过程人员报警该阀100需要维护。类似地，在时间(t₀)425的第一测量450代表在隔膜135被应用或者使用于终端用户应用中之前对隔膜135的另一性质或者状况的基线测量。在这一情况下，隔膜传感器150的值增大而不是减小，因为示例隔膜135随时间经历磨损(如线455所示)。如果隔膜传感器150的测量值升至阈值415以上，则控制单元250或者控制单元160可以提供告警信号以向过程人员报警该阀需要维护。本领域普通技术人员将理解，与隔膜135的不同性质或者状况关联的隔膜传感器150值可以随着隔膜135磨损或者老化而以线性和/或非线性方式递增或递减。

图5是用以监视隔膜135的状况的示例过程500的流程图。过程500(例如使用嵌入式控制单元250或者外部控制单元160)确定隔膜135是新安装的还是以前从未使用过的(块505)。如果这是首次使用隔膜135，则过程500进行测量并且存储结果以用作用于比较目的的基线测量值(块510)。基线测量(块510)可以包括让终端用户或者安装者生成将在跨隔膜135的各种位置进行的数个基线测量。例如，可以在松弛隔膜(即阀为全开/闭)之时(例如见图1B)可以进行一个基线测量，在全激励隔膜135(全闭/开)之时(例如见图1A)可以进行第二基线测量，而在一个或者多个中间位置进行第三基线测量(和任何更多基线测量)。基线测量可以存储于存储器中，比如控制单元250的存储器260或者外部控制单元160的存储器，如PC硬驱动。

在建立一个或者多个基线测量(块510)之后或者如果不是首次使用隔膜(块505)，则过程500启动计时器(块515)。本领域普通技术人员将理解，计时器通常主要通过微处理器/微控制器来编程实施和/或可以作为分立硬件而存在。如下文更具体讨论的那样，计时器允许过程500定期地和/或者按时间表安排的时刻捕获来自隔膜传感器150的测量。如果计时器尚未到时，则过程500确定是否已经激活隔膜135(块520)。如上文讨论的那样，隔膜激活开关170可以向过程500提供表明是否已经激活隔膜135的指示(块520)。

如果尚未激活隔膜135(块520)，则过程500继续等待和监视隔膜激活(块515)。否则，如果已经激活隔膜135(块520)或者如果计时器已经到时(块515)，则过程500从隔膜传感器150获取测量(块525)。如图5中所示，测量值可以存储于存储器(例如，控制单元250的存储器260)的日志中以绘图分析。此外，将测量值与在隔膜135是新的时获取的基线测量进行比较(块530)。例如，如果到时计时器提示测量(块525)，则将此测量和与目前隔膜位置关联的特定基线测量进行比较。换言之，如果在全激励隔膜135之时出现测量(块525)，则将全激励基线与该测量进行比较。

为了进行比较(块530)，过程500可以计算基线测量与目前测量之差(如果有)以生成值。此外，过程500比较所得值与阈值以确定隔膜135是否需要检修(块535)。例如，隔膜135可以基于测量值超过预定阈值、降至预定阈值以下、满足预定阈值和/或在预定阈值的某个值之内而需要检修。例如，终端用户可以将阈值设置成比预期出现隔膜135失效的点高出10％的值。这样，10％的缓冲可以允许终端用户安排在隔膜135的实际失效之前进行预防性维护。这种预防性维护可以包括在获悉已经满足/超过阈值时向检修人员通报或者向第三方承包人报警以安装新隔膜。如果满足/超过阈值(块535)，则过程500可以调用或者提供警告(块540)，否则将最近测量值存储到存储器(块545)并且过程500重复。过程500也可以存储关联的隔膜135的状况信息(块545)以告知该隔膜在阈值的某一邻近度内(例如阈值以上或者以下17％)。取而代之，可以将隔膜的状态或者状况与可读命名一起存储(块645)，这些命名例如但不限于“新”、“中度老化”、“受损”或者“危险”。

图6是用以针对检修需要来监视隔膜135的另一示例过程600的流程图。示例过程600(例如使用嵌入式控制单元250或者外部控制单元160)确定是否已经接收到隔膜状况(块605)。如果尚未接收到隔膜状况(块605)，则过程600继续如上文讨论的那样定期地、按时间表安排地或者在激活隔膜时进行监视。然而，如果已经接收/检测到隔膜状况(块605)，则过程600(例如外部控制单元160或者嵌入式控制单元250)将一个或者多个状况值与阈值进行比较以确定检修是否可取或者必要(块610)。例如，如果未满足与隔膜135的磨损相关的状况所关联的阈值和/或来自隔膜传感器150的测量状况未在阈值的某一范围附近(例如与更换阈值相差17％)，则过程600继续监视隔膜状况。

如果认为检修必要(块610)，则过程600提供用以发出检修呼叫的警报信号和/或请求(块615)。加工厂的操作员可以接收警报指示并且呼叫检修人员，或者检修人员可以在收到满足阈值时自动地回应来自过程600的警报状况/检修请求(块615)。检修人员可以抵达需要检修的隔膜位置并且确定现场可检修设备(例如阀)是否需要替代隔膜或者是否可以修复现场可检修设备(块620)。例如，检修人员可以识别警报状况是与运转不良的隔膜无关的状况的结果。这种错误警报状况可以是在隔膜可能处于良好工作状况之时断路和/或受腐蚀的传感器接线(例如接线172、222、224、240)导致的。这样，检修人员可以确定修复是适当的行为过程(块620)并且修复现场设备(块625)。

另一方面，检修人员可以确定修复不是保证现场可修复设备正常工作的适当方案。在该情况下，现场检修人员可以决定更换隔膜135(块620)。检修人员可以安装新隔膜(块630)。取而代之，检修人员可以用新的现场可维修设备、整修的现场可维修设备、替代功能性现场可维修设备(例如未使用的就地现场可维修设备)和/或整修的现场可维修设备来更换整个现场可维修设备(块630)。各上述现场可维修设备可以是新隔膜。

虽然这里已经描述了某些示例方法、装置和制造产品，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，本专利覆盖在字面意义上或者在等效含义的原则之下适当地落入所附权利要求范围内的所有方法、装置和制造产品。

Claims (31)

1.一种流体控制设备，包括：

本体；

通过所述本体的流体通道，所述流体通道包括入口和出口；

在所述流体控制设备内的隔膜，用以控制流体通过所述通道的流动；以及

传感器，耦合到所述隔膜以监视与所述隔膜的磨损相关联的状况，其中所述传感器包括多个传导接线，并且所述多个传导接线的每一个至少装配到所述隔膜或者嵌入于所述隔膜内。

2.如权利要求1所述的流体控制设备，其中与所述隔膜的磨损相关联的所述状况是所述隔膜的材料状况或者耦合到所述隔膜的所述传感器的材料状况中的至少一个。

3.如权利要求1所述的流体控制设备，其中所述传感器是电压传感器、电流传感器、连续性传感器或者阻抗传感器中的至少一个。

4.如权利要求1所述的流体控制设备，其中与所述隔膜的磨损相关联的所述状况包括硬度、力、电阻、传导率、电压或者电流中的至少一个。

5.如权利要求1所述的流体控制设备，其中所述传感器操作地耦合到控制器，所述控制器用以计算来自所述传感器的信号参数变化。

6.如权利要求5所述的流体控制设备，其中所述信号参数变化包括传播延迟、频率、力、电阻或者传导率中的至少一个。

7.如权利要求5所述的流体控制设备，其中所述控制器包括用以存储所述信号参数变化的存储器，并且其中所述控制器用以将所述信号参数变化与基线测量进行比较以确定与所述隔膜的磨损相关联的所述状况。

8.如权利要求1所述的流体控制设备，其中所述隔膜的所述状况是新、老化、受损或者危险中的至少一个。

9.如权利要求1所述的流体控制设备，其中所述传感器还包括至少一个控制单元，其含有处理器、存储器或者输入/输出(I/O)端口。

10.如权利要求1所述的流体控制设备，其中所述隔膜从过程控制仪器接收负载压力。

11.如权利要求1所述的流体控制设备，其中所述隔膜与所述流体直接接触。

12.如权利要求1所述的流体控制设备，其中所述多个传导接线以共心方式布置。

13.如权利要求1所述的流体控制设备，其中所述隔膜的所述状况用数字值来指示，所述数字值表明与所述隔膜的磨损相关联的所述状况的阈值的邻近度。

14.一种用以确定隔膜状况的方法，包括：

从操作地耦合到隔膜的传感器接收测量信号，其中所述传感器包括多个传导接线，并且所述多个传导接线的每一个至少装配到所述隔膜或者嵌入于所述隔膜内；

获得基线信号；并且

比较所述测量信号与所述基线信号以确定所述隔膜状况。

15.如权利要求14所述的方法，其中当所述隔膜在未激励位置、全激励位置或者中间激励位置中的至少一个位置时，接收所述测量信号。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述测量信号表明电压、电流、电阻、传导率或者力。

17.如权利要求14所述的方法，其中当所述隔膜为新的时，测量所述基线信号。

18.如权利要求14所述的方法，其中比较所述测量信号与所述基线信号包括计算所述基线信号与所述测量信号之间的相对差值或者绝对差值中的至少一个。

19.如权利要求14所述的方法，还包括将所述隔膜状况传送到告警指示器或者控制器中的至少一个。

20.如权利要求18所述的方法，其中报告所述隔膜状况包括将所述测量信号存储到存储器。

21.如权利要求14所述的方法，还包括比较所述隔膜状况与阈值。

22.如权利要求21所述的方法，还包括在所述隔膜状况超过所述阈值时提供告警指示。

23.一种用于过程控制设备的隔膜，包括：

所述隔膜中具有柔性压力响应区域的部分；以及

传感器，操作地耦合到所述压力响应区域以提供表明所述压力响应区域的物理状况的信号，其中所述传感器包括多个传导接线，并且所述多个传导接线的每一个至少装配到所述隔膜或者嵌入于所述隔膜内。

24.如权利要求23所述的隔膜，其中所述传感器至少装配到所述压力响应区域或者远离所述压力响应区域。

25.如权利要求24所述的隔膜，其中控制单元至少与所述传感器一体化或者位于所述传感器的外部。

26.如权利要求23所述的隔膜，其中所述传感器是电压传感器、电流传感器、连续性传感器或者阻抗传感器中的至少一个。

27.如权利要求25所述的隔膜，其中所述控制单元包括存储器、处理器或者输入/输出(I/O)端口中的至少一个。

28.如权利要求25所述的隔膜，其中所述控制单元是个人计算机、微处理器或者可编程逻辑控制器(PLC)中的至少一个。

29.如权利要求23所述的隔膜，其中所述压力响应区域从过程控制仪器接收负载压力。

30.如权利要求23所述的隔膜，其中所述压力响应区域与过程流体直接接触。

31.如权利要求24所述的隔膜，其中所述多个传导接线以共心方式布置。

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