CN102803912A - 温度测量点的在线核准 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种温度测量系统，包括热电偶套管、主温度传感器、参考传感器和变送器。热电偶套管具有测量仪器连接件和侧面端口。主温度传感器通过测量仪器连接件延伸进入热电偶套管，并且参考传感器通过侧面端口延伸进入热电偶套管。变送器连接到主温度传感器和参考传感器中的每一个。变送器具有电路，该电路用于根据从主温度传感器接收到的信号测量温度，并且用于同时根据从参考传感器接收到的信号进行校准。

Description

温度测量点的在线核准

技术领域

本发明涉及温度测量，并且特别地，涉及温度测量点的校准。

背景技术

温度测量点用在过程控制工业中以感测例如过程流体的温度。温度测量点通常包括连接到变送器的温度传感器。变送器通常位于远程位置中，并且可以通过4-20毫安电流回路、数字通信总线或无线网络上连接到控制室。温度传感器被放置以与过程流体热接触，并且提供与过程流体温度相关的输出。温度传感器，例如，可以是电阻式温度检测器(RTD)，电阻式温度检测器是温度相关的电阻或热电偶，热电偶是生产温度相关电压(temperature dependent voltage)的装置。对于典型RTD，变送器向RTD注入电流，并且RTD两端产生的电压被用于测量电阻。使用模数转换器将该电压转换成数字格式并且提供到变送器中的测量电路。测量电路将所测量的电压转换表示温度的数字值。

在某些情况下，过程流体可能是对于温度传感器是危险的环境。在这种情况下，温度传感器被插入热电偶套管，热电偶套管插入过程流体中。热电偶套管是典型细长管或套管，在一端处开口以允许插入温度传感器，并且在尖端处关闭，以防止温度传感器直接接触过程流体。

即使使用热电偶套管，RTD的电阻和温度之间的关系往往随着时间而改变。这些变化可以定期在系统处校准以保持温度测量的精度。例如，操作者(或用户)可能需要定期地到现场校准温度传感器。通过将温度传感器带到实验室校准，将RTD传感器放置在已知温度的恒温池中，并且监控从校准的仪表测得的温度输出。恒温池的实际温度和所测得的温度输出之间的差异用来作为校正系数，输入变送器的存储器，并且被存储用于测量电路的后续使用。热电偶套管和其它温度传感器进行类似的校准。

就像温度传感器，变送器的精度也可能随时间而改变。变送器通常是通过从温度传感器分离并且将其连接到参考校准工具来校准。参考校准工具通常会产生已知的电气参数，如阻抗。预期电阻和测得的电阻之间的差别用来作为校准系数并存储在存储器中，用于测量电路的后续使用。

不幸的是，这些校准技术可能是费时的。此外，这种校准需要变送器脱机一段时间，没有测量过程流体。在某些情况下，整个过程被关闭，直到所有的温度测量点重新在线。因此，校准可能昂贵，阻碍用户以其应该被校准的频率来校准温度测量点。

发明内容

根据本发明，温度测量系统包括热电偶套管、主温度传感器、参考传感器和变送器。热电偶套管具有测量仪器连接件和侧面端口。主温度传感器通过测量仪器连接件延伸进入热电偶套管，参考传感器通过侧面端口延伸进入热电偶套管。变送器连接到主温度传感器和参考传感器中的每一个。变送器具有用于根据从主温度传感器接收的信号测量温度并用于同时根据从参考传感器接收的信号进行校准的电路。

另一个实施例包括一种使用电连接到第一输入端子和第二输入端子的测量电路校准变送器的方法，该方法包括步骤：将主温度传感器连接到第一输入端子，将校准的参考装置连接到第二输入端子，以及根据从第二输入端接收的信号相对于第一输入端子校准测量电路，同时根据从第一输入端接收的信号测量温度。

在另一个实施例中，一种温度变送器，包括：第一输入端子和第二输入端子、多路复用器、模数转换器、微处理器。多路复用器具有分别地连接到第一输入端子和第二输入端子的第一通道和第二通道电。模数转换器电连接到多路复用器和微处理器。微处理器被配置以基于从第一通道接收的信号计算第一温度值，同时根据从第二通道接收的信号在微处理器中校准用于第一通道的测量编程。

在另一个实施例中，热电偶套管包括套管和孔腔，套管具有外表面和内表面，孔腔由内表面限定。孔腔从在套管的近端处的测量仪器连接件延伸到在套管的远端处的密封顶端。连接部位于近端和远端之间的外表面上。侧通道从外表面上的外侧面端口延伸到内表面上的内侧面端口。内侧面端口在近端和远端之间，外侧面端口在近端和连接部之间。套管的近端更靠近外侧面端口而不是更靠近内侧面端口。

附图说明

图1是温度测量点的示意图。

图2A是具有法兰的热电偶套管的侧视图。

图2B是具有过程连接螺纹的热电偶套管的侧视图。

图3是校准温度测量点的第一种方法的流程图。

图4是校准温度测量点的第二种方法的流程图。

图5是校准温度测量点的第三种方法的流程图。

图6是校准温度测量点的第四种方法的流程图。

图7是根据校准温度测量点的第四种方法的校准限制曲线图。

具体实施方式

在一般情况下，本发明提供用于校准温度测量点的仪器和方法。变送器被配置为能够根据一个通道校准，同时使用另一个通道继续测量温度。热电偶套管具有孔腔和侧通道，孔腔被配置以允许插入温度传感器，侧通道被配置以允许插入参考装置，其中参考装置搁在靠近用于校准的温度传感器的位置。多种方法允许校准变送器、温度传感器或两者。在每种方法中，温度传感器保持连接到变送器，温度传感器保持位于热电偶套管中，或同时保持这两种状态。

图1是温度测量点10的示意图。温度测量点10包括第一温度传感器12、第二温度传感器14、参考装置16和变送器18。变送器18包括第一输入端子20、第二输入端子22、第三输入端子24、第一通道26、第二通道28、第三通道30、多路复用器32、模数(A/D)转换器34、参考部件35、微处理器36、本地操作者界面(LOI)37、通信电路38和远程用户界面39。

第一和第二温度传感器12和14可以是被配置以通过电子手段测量温度的几乎任何种类的温度传感器，诸如电阻式温度检测器(RTD)或热电偶(thermocouple)。参考装置16可以是参考传感器，诸如被配置以通过电子手段测量温度的几乎任何种类的温度传感器。参考装置16可以独立于温度测量点10被校准，并且在前连接到温度测量点10被校准。在另一个实施例中，参考装置16可以是参考校准工具，其产生具有预定值的可测量电气参数。例如，参考装置16可以产生预先设定的电阻，以模拟测量特定温度的特定类型的RTD。可替换地，参考装置16可以产生预定电压，以模拟测量特定温度的特定类型的热电偶。据说这样的参考校准工具模拟传感器，并且通常被称为传感器模拟器。

第一温度传感器12、第二温度传感器14和参考装置16分别地在第一输入端子20、第二输入端子22、第三输入端子24处连接到变送器18。第一输入端子20、第二输入端子22、第三输入端子24分别地将第一温度传感器12、第二温度传感器14和参考装置的16连接到第一通道26、第二通道28、第三通道30。在不同的实施例中，温度测量点10可以包括比图示实施例或多或少的温度传感器、端子和通道。多路复用器32接收来自第一通道26、第二通道28、第三通道30的模拟信号，并在单条线上输出信号到A/D转换器34。变送器18包括用于处理来自多路复用器32的信号的测量电路和校准电路。在图示实施例中，A/D转换器34、参考部件35和微处理器36结合，以起测量电路和校准电路两者的功能。参考部件35可以包括电压源或电阻器，以提供相对可预测的参考测量，从而提高来自第一通道26、第二通道28和第三通道30中的每一个的测量精度。A/D转换器34将从多路复用器32和从参考部件35接收的模拟信号转换成数字信号，并提供数字信号到微处理器36。微处理器36可以用固件编程，用于操作变送器18。固件可以包括测量编程，用于基于从A/D转换器34接收的数字信号计算温度值。

微处理器36可以电连接到本地操作者界面(LOI)37，并且具有与操作者(或用户)通信的装置描述软件。LOI 37允许操作者监视和控制温度测量点10的操作。例如，操作者可以监控如在第一和第二温度传感器12和14中的每一个的过程位置处测量的过程温度。在一个实施例中，LOI 37可以包括用于显示来自微处理器36信息的液晶显示器(LCD)屏幕，和用于将信息输入到微处理器36的一组按钮。LOI 37可以直接地位于变送器18上。微处理器36也可以通过通信电路38连接到远程用户界面39。变送器18可以通过无线或有线连接连接到远程用户界面39，并采用使用标准通信协议(如HART或Foundation Fieldbus)进行通信。远程用户界面39还可以让用户监视和控制温度测量点10的操作。在一个实施例中，远程用户界面39可以是手持装置。在另一个实施例中，远程用户界面39可以远程定位的控制室，控制室接收来自变送器18的定期温度信息。LOI 37或远程用户界面39或两者都可以执行用于传输信息到变送器18和接收来自变送器18的信息的许多功能。因此，此处为简单起见，LOI 37和远程用户界面39将统称为用户界面。

温度测量点10的精确度在很大程度上取决于微处理器36的功能。微处理器36必须准确地将来自第一和第二温度传感器12和14的信号转化成相应的温度等价物。例如，如果第一温度传感器12是RTD，微处理器36在第一温度传感器12在暴露到特定温度下产生特定电阻的假设情况下计算温度。如果这种假设是真实的，那么微处理器36可以基于特定电阻的输入准确地计算出特定温度。微处理器36将从第一温度传感器12接收的输入与从参考部件35接收的信号进行比较，以提高其计算所述特定温度的精度。然而，如果第一温度传感器12的特性已经随着时间的推移而改变，其将不再产生正确的电阻。因此，第一温度传感器12可能需要校准。当第一温度传感器12被校准时，对第一温度传感器12没有做出实际变化。代替地，第一温度传感器12的变化的特性被测量，在微处理器36中的测量编程中使用的系数被改变以根据第一温度传感器12的新特性来计算温度。

同样地，当变送器18需要校准时，获得变送器18的改变的特性，在微处理器36中的测量编程使用的系数被改变以根据变送器18的新特性来计算温度。温度传感器12和14、变送器18或者所有温度测量点10可以通过参考图3-7在下面描述的方法进行校准。

图2是热电偶套管40的侧视图，热电偶套管40包括套管42、外表面44、内表面46、孔腔48、近端50、远端52、测量仪表连接件54、热电偶套管尖端56、仪表连接螺纹58、法兰60、非过程侧62、过程侧64、凸面66，非接液部68、侧通道70、外侧面端口72、内侧面端口74、侧通道螺纹75和插塞76。套管42包括外侧的外表面44和内侧的内表面46。套管42相对长而细，从近端50延伸到远端52。测量仪器连接件54是位于近端50处的开口，用于允许第一温度传感器12插入孔腔48。在所示实施例中，测量仪器连接件54具有仪表连接螺纹58，用于连接到变送器18(显示在图1中)。在另一个实施例中，测量仪器连接件54没有螺纹，且不必直接地连接到变送器18。孔腔48是狭窄的圆筒形通道，几乎沿着热电偶套管40的整个长度延伸。孔腔48在远端52处由热电偶套管尖端56封闭。

法兰60为大致环形结构，其被焊接或以其他方式固定到套管42的外表面44。法兰60具有与过程侧64相反的非过程侧62。凸面66位于过程侧64的内径部上，非接液部68位于过程侧64的外径部上。当热电偶套管40穿过过程隔板插入过程流体时，凸面66可以将衬垫(未显示)压靠在匹配的法兰表面(未显示)上以形成过程密封。

侧通道70是穿过套管的直的、狭窄圆筒形通道。侧通道70从外表面44处的外侧面端口72延伸到内表面46处的内侧面端口74。侧通道70倾斜，以使近端50更靠近内侧面端口74，而不是更靠近外侧面端口72。侧通道70具有靠近外侧面端口72的侧通道螺纹75，侧通道螺纹75被构造为用于拧紧插塞76。插塞76可以减少液体和灰尘的流动进入孔腔48。在其他实施例中，插塞76可以几乎是能够减少通过侧通道70的流动的任何密封装置，如帽。

在图示实施例中，第一电阻式温度检测器(RTD)78连接到第一温度传感器12的尖端。第一温度传感器12可以通过测量仪器连接件54插入到孔腔48中，到达端部，使得第一RTD 78位于远端52处。参考RTD 80连接到参考装置16的尖端。参考装置16可以插入通过外侧面端口72，通过侧通道70，进入孔腔48，到达端部，以使参考RTD 80可以毗邻第一RTD 78。在一个实施例中，参考装置16的直径可以小至1/2毫米，侧通道70直径可以为至少1/2毫米。孔腔48的尺寸足够大以使参考装置16可以插入孔腔48中，而第一温度传感器12仍然在那里。在图示实施例中，侧通道70具有相对陡峭的角度，允许参考温度传感器16被插入孔腔48中，同时保持孔腔48相对地狭窄。侧通道70的角度促进参考装置16在插入时朝向远端52行进。侧通道70以大于0度小于90度的角度相对于孔腔48倾斜。

在一个实施例中，热电偶套管40可以由金属棒材的实心块加工而成，以产生相对耐压的结构。在另一个实施例中，热电偶套管40可以是保护管(也称为管状热电偶套管)，由价格相对低廉的金属管件制造而成。

图2B是具有过程连接螺纹82的热电偶套管40’的侧视图。如图2B所示，除了热电偶套管40’不包括连接到套管42’的法兰之外，热电偶套管40’与图2A所示的热电偶套管40大致相同。替代地，过程连接螺纹82位于套管42’的外表面44’上。过程连接螺纹82被配置用于螺纹连接到过程隔板(未显示)。

套管40和40’可以具有用于连接到过程隔板(未显示)的多种连接部(如在图2A所示法兰60或图2B所示过程连接螺纹82)种的一种。在可替换实施例中，另一种类型的连接部可用于连接到过程隔板(未显示)。在这些实施例的每一个中，侧通道70可以定位在测量仪器连接件54和连接部之间。通过允许参考装置16靠近第一温度传感器12而不必从过程中移除第一温度传感器12，这种热电偶套管可以用于校准温度测量点。在另一个实施例中，参考装置16不需要实际上插入热电偶套管40或40’。代替地，只要参考装置16以一定的温度暴露到过程的一部分，该温度与参考装置16暴露到的所述过程的该部分的温度大致相同，则参考装置16可以定位在接近第一温度传感器12的合理距离之内，而不位于热电偶套管内。

图3是校准温度测量点10的第一方法的流程图。开始第一种方法之前，参考装置16尚未位于图2所示的热电偶套管40中。代替地，插塞76将堵住侧通道70。第一温度传感器12可以如在图2中描述的那样已经被插入热电偶套管40，变送器18可以如关于图1所述的那样测量过程的温度。如果第一温度传感器12不是已经插入热电偶套管40，则应该在步骤108前将第一温度传感器12插入到热电偶套管40中。

当开始第一种方法时，插塞76从侧通道70移除(步骤100)。然后，参考装置16插入侧通道70直到参考RTD 80近似邻近第一RTD 78(步骤102)。在第一种方法中，参考装置16是校准的温度传感器，诸如RTD。下一步，参考装置16连接到校准的外部仪表(步骤104)。校准的外部仪表与参考装置16相结合，测量在热电偶套管40的位置处的过程的温度。然后，操作者等待由参考装置16测量的温度稳定(步骤106)。如果由参考装置16测量的温度不稳定，则需要进一步等待(步骤108)。如果温度稳定，则记录来自校准的外部仪表的仪表输出(步骤110)。校准温度测量点10的第一种方法受益于具有平稳状态操作的过程，在平稳状态操作中温度不显著地变化。这允许通过参考装置16在一个点测量的温度与几分钟后由第一温度传感器12测量的温度进行比较。

在记录仪表输出之后，参考装置16从校准的外部仪表分离(步骤112)。然后，第一温度传感器12从变送器18分离(步骤114)，并且连接到校准的外部仪表(步骤116)。随后记录由连接到校准的外部仪表12的第一温度传感器12产生的仪表输出(步骤118)。从参考装置16记录的仪表输出然后与从第一温度传感器12记录的仪表输出进行比较，以确定是否需要调整(步骤120)。如果记录的输出不同，则在变送器18中进行校准调整，以根据新发现的第一温度传感器12的漂移特性准确地反映由第一温度传感器12测量的温度(步骤122)。这种调整可以通过用户界面(如LOI 37或远程用户界面39)执行。例如，可以使用手持装置通过连接到变送器18的接线盒(未显示)输入所述调整。这种调整可以在步骤122中立即执行，或在稍后的时间执行。

无论是否需要调整，第一温度传感器12随后分离从校准的外部仪表上分离(步骤124)，并重新连接到变送器18(步骤126)。参考装置16从热电偶套管40移除(步骤128)。最后，插塞76重新插入侧通道70(步骤130)。然后完成根据第一种方法的温度测量点10的校准。

根据第一种方法校准允许操作者校准变送器18以补偿第一温度传感器12的变化，而不从热电偶套管40移除第一温度传感器12。随后可以重复第一种方法，用于第二温度传感器14和连接到变送器18的任何其他传感器。

如果操作者要求作为一个整体来校准温度测量点10，第一种方法可以被修改。可以省略步骤112、114、116和118。替代地，第一温度传感器12可以保持连接到变送器18，并且来自第一温度传感器12的变送器温度输出可以被记录。然后，从变送器18测量的温度可以在步骤120处与由校准的外部仪表和参考装置16测得的温度进行比较。第一种方法的所有其余的步骤可以保持不变。

图4是校准温度测量点10的第二种方法的流程图。在开始该方法之前，第一温度传感器12可以已经如在图2中所描述的那样插入热电偶套管40，并且变送器18可以如关于图1所描述的那样测量过程的温度。然而，这不是第二种方法操作所必需的；而是，其仅仅是操作者的便利选择。

在第二种方法开始时，参考装置16连接到变送器18的第三输入端子24(步骤140)。在第二种方法中，参考装置16是校准的传感器模拟器，用于产生预定电气参数，如电阻。第三输入端子24可以是未使用的端子，专门用作参考装置16的连接件。在可替换实施例中，参考装置16可以连接到变送器18的恰好可用的任何端子。

接下来，在变送器18中激活校准模式，以使变送器18意识到第三通道30将提供校准数据而不是普通温度数据(步骤142)。校准信息然后通过用户界面输入变送器18(步骤144)。校准信息包括将在校准过程中使用的多个校准点(也称为调整点)以及将被使用的实际校准值(也称为调整值)。例如，参考装置16可以是传感器模拟器，其模拟产生50欧姆和100欧姆的调整值的RTD传感器。如果只有一个调整点被使用，操作者可以输入50欧姆的值，并且如果正在使用两个调整点，可以输入50欧姆和100欧姆的值。然后，参考装置16被设置到第一调整点并且产生50欧姆输出(步骤146)。然后，在变送器18中开始第一调整点测量(步骤148)，其检查以察看来自参考装置16的输入是否稳定(步骤150)。如果输入稳定，变送器18测量参考装置16的电阻并记录用于校准的当前状态(current state)数据，作为“调整前测量(As Found)”数据(步骤152)。其次，变送器18通过比较50欧姆的实际调整值与测量的调整值(可能不同于欧姆50)来确定校正系数。在这一步骤处，校正系数仅应用于第三通道30(步骤154)。在应用校正系数以后，新的校准数据被记录为“调整后(As Left)”数据(步骤156)

然后，变送器18检查以察看其是否执行一个调整点校准或两个调整点校准(步骤158)。如果变送器18执行两个调整点校准，则参考装置16被设置到第二调整点并且产生100欧姆的输出(步骤160)。然后在变送器18中开始第二调整点测量(步骤162)，其检查以察看来自参考装置16的输入是否稳定(步骤164)。如果输入稳定，变送器18记录用于校准的当前状态的数据，作为“调整前测量(As Found)”数据(步骤166)。接下来，通过比较100欧姆的实际调整值和测量的调整值，变送器18确定校正系数，并且将用于第二调整点的校正系数仅应用到第三通道30(步骤168)。应用校正系数以后，用于新校准的数据记录为“调整后(As Left)”数据(步骤170)。如果变送器18在步骤158处确定正执行一个调整点校准，则省略步骤160至170。

然后，操作者确定是否要根据关于第三通道30测量的新的校准数据校准所有通道(步骤172)。如果操作者确定校准适用于全部通道，则应用这种校准(步骤174)。最后，参考装置16从第三终端24分离(步骤176)。但是，如果操作者在步骤172处确定校准不适合所有通道，则不执行步骤174，操作者继续前进到步骤176。

在某些情况下，来自参考装置16的输入可能不稳定。如果在步骤150或步骤164处确定输入不稳定，则变送器18检查以察看是否已超过稳定时间极限(步骤178和步骤180)。稳定时间极限是允许系统在报告错误之前稳定的时间量。稳定时间极限可以被预先编程或由操作者输入。如果稳定时间极限尚未被超过则重复步骤150或164。如果已经被超过稳定时间极限，则变送器18报告由于噪声输入其无法执行进行调整(步骤182)，并且参考装置16在步骤176处从第三端子24上分离。变送器步骤组184包括由变送器18内部的电路执行的那些步骤。

根据第二种方法的校准允许操作者无需从变送器18分离第一温度传感器12或第二温度传感器14而校准变送器18，以补偿变送器18的变化。在如图1所示的多通道共用共同电路的变送器中，通过复制关于一个通道确定的校准值，所有通道都可以具有相对准确的校准。这允许在校准过程中通过所有测量通道进行过程的持续测量。

图5是校准温度测量点10的第三方法的流程图。在开始第三种方法之前，参考装置16尚未如图2中所描述的那样位于热电偶套管40中。代替地，插塞76将堵住侧通道70。第一温度传感器12可以如在图2中所描述的那样已经插入热电偶套管40，变送器18可以如关于图1所描述的那样测量过程的温度。如果第一温度传感器12还未插入热电偶套管40中，则应在步骤198前将第一温度传感器12插入热电偶套管40中。

在开始第三种方法时，插塞76从侧通道70移除(步骤190)。然后参考装置16插入侧通道70直到参考RTD 80近似邻接第一RTD78(步骤192)。在第三种方法中，参考装置16是校准温度传感器，如RTD。下一步，参考装置16连接到第三端子24(步骤194)。然后在变送器18中通过用户界面激活校准模式，以使变送器18意识到第三通道30将提供校准数据(步骤196)。变送器18然后检查以察看输入是否稳定(步骤198)。如果输入稳定，则变送器18测量第一温度传感器12和参考装置16中的每一个的电阻，计算每个的温度值，并且记录用于校准的当前状态数据，作为“调整前测量”数据(步骤200)。然后，变送器18根据由第一温度传感器12和参考装置16中的每一个测量的温度的差异确定校正系数(步骤202)。接下来，操作者确定是否根据为第一温度传感器12确定的校正系数校准第一通道26(步骤204)。如果操作者确定校准是适当的，则应用这种校准(步骤206)，并且变送器记录用于校准的当前状态的数据，作为“调整后”数据(步骤208)。然后，参考装置16从第三端子24分离(步骤210)。如果操作者在步骤204以后确定不应用校准到第一通道26，则参考装置16从热电偶套管40上移除(步骤212)。最后，插塞76重新插入侧通道70中(步骤214)。

在某些情况下，来自参考装置16的输入可能不稳定。如果在步骤198处确定输入不稳定，则变送器18检查以察看是否已超过稳定时间极限(步骤216)。如果尚未超过稳定时间极限，重复步骤198。如果已经超过稳定时间极限，则变送器18报告由于噪声输入而不能进行调整(步骤218)，并且参考装置16在步骤210处分离从第三端子24上分离。变送器步骤组220包括由变送器18内部的电路执行的那些步骤。

根据第三种方法的校准允许操作者校准变送器18以补偿第一温度传感器12的漂移，而不需从变送器18上分离第一温度传感器12，并且不需要从热电偶套管40上移除温度传感器12。第三种方法可以重复用于第二温度传感器14和连接到变送器18的任何其他传感器。这允许在校准过程中通过测量通道持续地测量过程。

图6是校准温度测量点10的第四方法的流程图。在开始第四种方法之前，参考装置16尚未如图2中所描述的那样位于热电偶套管40中。代替地，插塞76将堵住侧通道70。第一温度传感器12可以如在图2中所描述的那样已经插入热电偶套管40，变送器18可以如关于图1所描述的那样测量过程的温度。如果第一温度传感器12还未插入热电偶套管40中，则应在步骤242前将第一温度传感器12插入热电偶套管40中。

在开始第四方法时，插塞76从侧通道70中移除(步骤230)。然后参考装置16插入侧通道70中，直到参考RTD 80近似邻接第一RTD 78(步骤232)。在第四方法中，参考装置16是校准的温度传感器，如RTD。接下来，参考装置16连接到第三端子24(步骤234)。然后通过用户界面在变送器18中激活校准模式，以使变送器18意识到第三通道30将提供校准数据(步骤236)。然后通过用户界面输入校准触发阈值(步骤238)。校准触发阈值可以包括校准所需的一个或多个温度值。例如，操作者可以选择上限阈值和下限阈值，并且要求变送器18在温度高于上限阈值时校准一次，在温度低于下限阈值时进行另一次校准。

一旦输入校准触发阈值，变送器18检查以察看由参考装置16测得的温度是否超过校准触发阈值(步骤240)。如果未超过校准触发阈值，重复步骤240直到超过校准触发阈值。如果超过校准触发阈值，则变送器18检查以察看输入是否是稳定的或可预测的(步骤242)。如果输入不稳定或不可预测，则不断重复步骤242直到输入稳定的或可预测。如果输入稳定或可预测，则变送器18测量第一温度传感器12和参考装置16中的每一个的电阻，计算每个的温度值，并且记录用于校准的当前状态的数据，作为“调整前校准”数据(步骤244)。然后，变送器18检查以察看是否已经收集超过所有设定校准触发阈值的数据(步骤248)。如果已经设置一个或多个校准触发阈值，但并不是超过所有设定阈值的所有的数据都已经被收集，则重复步骤240至248。如果满足全部校准触发阈值，则变送器18根据由第一温度传感器12和参考装置16中的每一个测量(步骤250)的温度差来确定校正系数。根据多少触发阈值用于校准，校正系数可以不只是恒定值，而是替代的多项式方程。可以基于被编程到变送器18中以降低精度误差的多项式方程将特征数据(characterized profile)分配给温度传感器12。

用户界面然后指示数据收集完成(步骤252)，并且操作者确定是否根据确定用于第一温度传感器12的校正系数校准第一通道26(步骤254)。如果操作者确定校准适当，则应用这种校准(步骤256)并且变送器18记录用于校准的当前状态的数据，作为“调整后”数据(步骤258)。然后，参考装置16从第三端子24上分离(步骤260)。如果操作者确定不应用校准到第一通道26，则在步骤254以后立即进行步骤260。参考装置16然后从热电偶套管40上移除(步骤262)。最后，插塞76重新插入侧通道70中(步骤264)。变送器步骤组266包括由变送器18内部的电路执行的那些步骤。

根据第四种方法的校准允许操作者校准变送器18以补偿第一温度传感器12的漂移，而无需将第一温度传感器12从变送器18上脱离连接，并且不需要从热电偶套管40上移除第一温度传感器12。除了第四种方法允许变送器18在超过一个或多个阈值的点处自动地启动校准之外，第四种方法与第三种方法类似。这种方法可能对于测量具有变化的温度的过程的温度传感器特别地有用，在具有变化的温度的过程中希望在多个温度范围内具有精确的温度测量。第四种方法可以重复，用于第二温度传感器14和连接到变送器18的任何其他的传感器。

图7是阈值曲线图280，其图示根据校准温度测量点的第四方法的校准阈值极限。阈值曲线图280包括实际过程温度282、测量的过程温度284、上限阈值286和下限阈值288。实际过程温度282表示由校准的参考装置16测量的过程的温度值，参考装置16基本上被准确地校准。测量过程温度284表示由第一温度传感器12的不精确地测量的过程的温度值。上限阈值286和下限阈值288是通过用户界面输入的阈值极限，如上文关于步骤238所说明的那样。当实际过程温度282高于上限阈值286时，测量的过程温度284读数低于实际过程温度282。当实际过程中温度282低于下限阈值288时，测量的过程温度284读数高于实际过程温度282。因此，第一温度传感器12需要在不同温度范围内在不同方向上的校准。因此，阈值曲线图280说明可以受益于在一个以上的温度范围内校准的温度测量点的一个示例。

虽然已经参照特定实施例说明了本发明，但本领域技术人员将会认识到，在不背离本发明的如要求保护的范围的情况下可以在形式和细节上进行改变。例如，变送器18和热电偶套管40可以以不同于上文所述的第一、第二、第三和第四方法同时使用或单独使用。此外，上文所述的第一、第二、第三和第四的方法可能使用不是变送器18和热电偶套管40的设备执行，只要该设备与所选择的方法兼容。此外，在不偏离本发明的情况下，一种方法的步骤可以被修改或与另一种方法的步骤结合。

Claims (31)

1.一种温度测量系统，该系统包括：

热电偶套管，具有测量仪器连接件和侧面端口；

主温度传感器，通过测量仪器连接件延伸进入热电偶套管；

参考传感器，通过侧面端口延伸进入热电偶套管；和

变送器，连接到主温度传感器和参考传感器中的每一个，其中变送器包括用于根据从主温度传感器接收的信号测量温度并用于同时根据从参考传感器接收的信号进行校准的电路。

2.根据权利要求1所述的系统，其中主温度传感器邻近参考传感器定位。

3.根据权利要求1所述的系统，其中热电偶套管具有连接部，该连接部被构造为以连接到过程隔板，以使热电偶套管的远端延伸进入过程流体，而测量仪器连接件和侧面端口保持与过程流体基本隔离。

4.根据权利要求1所述的系统，其中参考传感器能够从变送器上分离，并且其中变送器能够操作以在参考传感器分离时使用主温度传感器测量温度。

5.一种使用电连接到第一输入端子和第二输入端子的测量电路校准变送器的方法，该方法包括下述步骤：

将主温度传感器连接到第一输入端子；

将校准的参考装置连接到第二输入端子；以及

根据从第二输入端子接收的信号相对于第一输入端子校准测量电路，同时根据从第一输入端子接收的信号测量温度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述校准的参考装置是校准的温度传感器。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括下述步骤：

在校准之前，将主温度传感器和校准的温度传感器插入热电偶套管。

8.根据权利要求7所述的方法，其中主温度传感器通过第一通道插入热电偶套管，并且所述校准的温度传感器通过第二通道插入热电偶套管。

9.根据权利要求6所述的方法，其中响应于所述校准的温度传感器具有稳定的或具有可预测趋势的温度的感测校准测量电路。

10.根据权利要求6所述的方法，其中基于主温度传感器的至少两个测量值和所述校准的温度传感器的至少两个测量值校准测量电路。

11.根据权利要求10所述的方法，其中根据第一温度测量值和第二温度测量值校准测量电路，第一温度测量值是在所述校准的温度传感器具有处于第一预定范围内的温度时获得的，第二温度测量值是在所述校准的温度传感器具有处于第二预定范围内的温度时获得的。

12.根据权利要求5所述的方法，其中所述校准的参考装置是产生具有预定值的可测量电气参数的参考校准工具。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述可测量电气参数是电阻或电压。

14.根据权利要求13所述的方法，其中校准包括：

测量所述可测量电气参数并且用测量电路产生测量值；

将实际预定值传输到测量电路；

将所述测量值与所述实际预定值进行比较并且产生相应的校准调整；和

根据所述相应的校准调整校准测量电路。

15.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：

用第一用户输入初始化校准；以及

用第二用户输入确认校准调整。

16.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：

从第二输入端子上分离所述校准的参考装置；以及

在分离所述校准的参考装置之后，用主温度传感器测量温度。

17.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：

在连接所述校准的参考装置之前，用主温度传感器测量温度。

18.一种温度变送器，包括：

第一输入端子和第二输入端子；

多路复用器，包括分别地连接到第一输入端子和第二输入端子的第一通道和第二通道；

模数转换器，电连接到多路复用器；和

微处理器，电连接到模数转换器，其中微处理器被配置以基于从第一通道接收的信号计算第一温度值，同时根据从第二通道接收的信号在微处理器中校准用于第一通道的测量编程。

19.根据权利要求18所述的温度变送器，并进一步包括：

第三输入端子，电连接到多路复用器的第三通道，其中微处理器进一步被配置以分别地基于从第一通道和第二通道接收的信号计算第一温度值和第二温度值，同时根据从第三通道接收的信号在微处理器中校准用于第一通道和第二通道的测量编程。

20.根据权利要求19所述的温度变送器，其中微处理器响应于第一用户输入根据第三通道进行校准，并响应于第二用户输入根据第二通道进行校准。

21.根据权利要求18所述的温度变送器，还进一步包括：

微处理器和用户界面之间的通信电路。

22.根据权利要求18所述的温度变送器，其中微处理器驱动用户界面以显示校正系数，并且其中用户界面给微处理器发信号以响应于用户输入应用校正系数。

23.根据权利要求18所述的温度变送器，其中微处理器在多个温度点处进行校准。

24.一种热电偶套管，包括：

套管，包括外表面和内表面；

由内表面限定的孔腔，其中孔腔从在套管的近端处的测量仪器连接件延伸到在套管的远端处的密封顶端；

连接部，位于近端和远端之间的外表面上；和

侧通道，从外表面上的外侧面端口延伸到内表面上的内侧面端口，其中内侧面端口在近端和远端之间，其中外侧面端口在近端和连接部之间，并且其中近端更靠近外侧面端口而不是更靠近内侧面端口。

25.根据权利要求24所述的热电偶套管，其中连接部包括法兰。

26.根据权利要求24所述的热电偶套管，其中连接部包括外表面上的螺纹区域。

27.根据权利要求24所述的热电偶套管，还进一步包括：

内表面的在近端处的部分上的螺纹区域。

28.根据权利要求24所述的热电偶套管，还进一步包括：

侧通道的靠近外表面的部分上的螺纹区域。

29.根据权利要求24所述的热电偶套管，还进一步包括：

定位在侧通道内部的插塞，其中插塞具有被配置以通过侧通道提供大致水密封的形状和尺寸。

30.根据权利要求24所述的热电偶套管，其中侧通道是圆筒形孔，直径至少为0.5毫米。

31.根据权利要求24所述的热电偶套管，其中孔腔是大致直的通道，并且其中侧通道是连接到孔腔并相对于孔腔以大于0度且小于90度的角度相对于孔腔倾斜的大致直的通道。

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