CN103282752B - 具有微囊电泳显示器的双线过程变量指示器 - Google Patents

Abstract

双线过程变量指示器(106，200)包括外壳(202)，所述外壳具有在其中设置的多个端子。端子(204，206)可耦合至双线过程控制回路。功率模块(202)耦合至所述多个端子(204，206)以从过程控制回路接收电流。驱动器电路(210)耦合至功率模块(202)，并且微囊电泳显示器(109，212)耦合至驱动器电路(210)。

Description

具有微囊电泳显示器的双线过程变量指示器

背景技术

在工业环境中，控制系统用于监视和控制的工业和化学过程等中的存量(inventory)等。典型地，控制系统使用现场设备执行这些功能，现场设备分布在工业过程中的关键位置处，并且通过过程控制回路连接到控制室中的控制电路。术语“现场设备”是指在分布式控制或过程监控系统中执行功能的任何设备，包括在测量、控制和监测工业过程中使用的所有装置。在这些工业过程中，诸如液体、浆体或固体之类的物质通常存储在大的保持或处理罐槽中。一示例类型的现场设备能够测量罐槽中材料的高度，并且通过过程控制回路提供这种罐槽料面的指示。另一示例类型的现场设备可以测量流过诸如导管之类的管道的液体的压力或流量，并且通过过程控制回路提供这种指示。然而，通常提供过程变量的本地指示也是有用的，使得在罐槽或现场设备附近走动的技师或操作者可以迅速地获得与过程变量相关的视觉指示，而不需要通过过程通信来询问现场设备。对于罐槽料面指示提供这种视觉指示的一种方式是使用磁性操作的指示器。

发明内容

双线过程变量指示器包括外壳，所述外壳具有在其中设置的多个端子。所述端子可耦合至双线过程控制回路。功率模块耦合至所述多个端子以从过程控制回路接收电流。驱动器电路耦合至功率模块，并且微囊电泳显示器耦合至驱动器电路。

附图说明

图1是现有技术的磁性操作指示器的概略图，该磁性操作指示器用于提供加工厂中的罐槽内材料高度的本地指示。

图2是根据本发明实施例的双线过程变量指示器的概略图。

图3是根据本发明实施例的使用微囊电泳显示器的过程变量指示器的概略图。

图4是形成本发明实施例使用的微囊电泳显示器的方法的概略图。

具体实施方式

图1是现有技术的磁性操作指示器的概略图，该磁性操作指示器用于提供加工厂中的罐槽内材料高度的本地指示。过程罐槽10部分地填充有液体12。圆柱形浮厢(floatchamber)14经由端口16和18与罐槽12流体连接。通过流体连接16、18，罐槽10中液体12的液面20被镜像到浮厢14中，如附图标记22所示。合适的浮子24浮于浮厢14中的液体材料上液面22处。浮子24由与指示器26磁性相互作用的材料构成。这样，当浮子24的高度随着罐槽10内材料12的液面20上升或下降时，指示器26将相应地上升或下降。

尽管图1所示的系统对于向操作者或技师提供罐槽液面的迅速本地指示是有用的，但是该系统通常要求定制设计和制造的浮厢和压力容器，其必须与针对每一指示器的压力容器规范要求相一致。此外，浮子本身通常是针对每一种应用定制设计的，以确保其“浮”于正确的界面位置处。因为不同的应用可能包括具有不同比重的液体，这可能是一种挑战。此外，这种解决方案必须要求材料是液体。磁性浮子的使用对于固体材料是不可能的，因为固体材料将不会有效地流过流体连接16、18。另外，整个设备通常必须是定制设计的并且相对较大、笨重且生产昂贵。因此，可能增加相当的费用，以向系统提供过程罐槽内材料高度的本地指示。

图2是根据本发明实施例的双线过程变量指示器的概略图。罐槽液面测量系统100包括安装到罐槽10顶部的液面测量变送器102，具有延伸到罐槽10中的探针104。过程液面变送器102是已知的设备，能够沿探针104发射和接收雷达信号，所述雷达信号在由过程流体界面(例如液面20)引起的不连续处被反射。对反射时间进行测量，并且反射时间是罐槽10内材料高度的指示。尽管图2图示了“导波高度测量系统”，但是可以使用任意合适的高度测量系统，包括非接触全波测量系统、超声系统和能够精确地测量罐槽10内材料高度的任意其他合适系统。此外，诸如非接触雷达高度变送器之类的一些技术能够测量罐槽内的固体高度。无论所使用的设备如何，罐槽液面变送器102配置为通过双线过程控制回路108提供罐槽液面输出。双线过程控制回路可以具有4-20mA的电流信号，所述电流信号在4和20mA之间变化以对过程变量加以表示。然而，根据本发明的实施例可以实施其他结构。如图2所示，双线过程变量指示器106电学地设置为与变送器102串联。这样，由变送器102产生的4-20mA的信号存在于双线回路108上，并且可以由液面指示器106用来产生液面显示。液面指示器106包括设置在外壳如防爆外壳内的电子装置(如图3所示)，所述电子装置配置为驱动电子墨水显示器。在一些实施例中，液面测量变送器102和液面显示器106之间的配线连接可以通过使用标准管道连接来实现。液面指示器106可以包含电子墨水显示器109或者与电子墨水显示器109直接耦合，或者可以将液面指示器106设置为远离显示器109并且使用任意合适的电子连接与显示器109耦合。在一些实施例中，液面指示器106和显示器109构成单体单元，所述单体单元可以安装到罐槽10上或者附近。液面指示器106在本地提供鲁棒、高对比度液面指示，而不要求如磁性浮子型指示器系统所要求的与罐槽10之间的任意过程流体或过程侵入型连接。在将液面指示器106和显示器109安装到罐槽10的实施例中，可以按照任意合适的方式执行这种安装，包括将系统夹持到罐槽10或者将系统磁性地安装到罐槽10。另外，如图2所示，可以将显示器109放置于罐槽10的侧壁上，使得由显示器109指示的液面110与罐槽10内的物理液面20相对应。

当前，双线过程变量指示器是已知的。例如，可以从明尼苏达州查恩汉森(Chanhassen)的罗斯蒙德公司获得这种指示器，交易名称型号751。然而，型号751基于液晶技术。这种指示器典型地要求背光，以使得液晶显示器有用。尽管已经知道并不具有背光的液晶显示器，但是它们的对比度受限，并且在白天读取这种指示器的能力不佳。此外，当液晶显示器的尺寸增加时，这种显示器的功率要求也增加。因此，提供一种相对较大的高对比度液晶过程显示器可能要求比由4-20mA电流回路供应的功率大得多的功率。根据本发明的实施例，提供了一种微囊电泳过程电量显示器。根据已知的技术，这种显示器基于施加至电泳微囊的电荷来改变特定位置或像素的反射率。结果是要求非常小功率的高对比度显示器。此外，假设向电泳显示器施加电荷引起了微囊适当移动、并且这种微囊通常维持它们的电荷，那么与液晶显示器相比，一旦实施初始显示之后维持显示所要求的功率量极大地减小。

微囊电泳显示器是已知的，并且实质上模仿纸上的墨水来在白色显示器上提供高对比度的黑色，可以通过使用电子网格/显示驱动器来改变显示。这种显示器可以与纸相类似是柔性的，并且适应性非常强。此外，这种技术消耗非常少的功率。电泳显示器由数百万个微小微囊构成，每一微囊均具有近似头发的直径。每一微囊包含悬置于干净液体中的正电荷白色颗粒和负电荷黑色颗粒。当施加正电场或负电场时，相应的颗粒移动到微囊顶部，这些颗粒在微囊顶部对于用户变得可见。这使得表面在该位置或像素处表现为白色或黑色。这种技术通过反射光来工作，因此不会依赖于诸如LCD显示器之类的背光。这提供了对于明亮光例如日光的非常有用的显示器。此外，确信在典型的工厂照明条件下在夜间也可见高对比度。

图3是根据本发明实施例的使用微囊电泳显示器的过程变量指示器的概略图。指示器200包括外壳202，在一些实施例中所述外壳是防爆外壳。防爆变送器外壳和针对其他过程控制设备的防爆封装是已知的。根据国家电子规范，这里所使用的“防爆”意味着如果在发生爆炸的情况下，爆炸将被限制在封装内。在一些实施例中，对液面指示器200内的电路进行设计，以便符合固有安全性要求。这里所使用的“固有安全性要求”意味着对电路进行设计，使得即使产生短路或故障条件，也不会存在足够的能量来点燃或导致可能设置在危险位置中的易燃材料。

封装202提供了一对端子204、206，所述端子可耦合至双线过程控制回路。如上所述，将指示器200串联设置在过程控制回路上。因此，由过程电量变送器(例如液面变送器102)规定的电流流过端子204、206。端子204、206耦合至功率模块208，所述功率模块208配置为调节或者接收来自双线回路的电能量，并且向电泳驱动器电路210提供合适的能量。驱动器电路210驱动微囊电泳显示器212对与流过端子204、206的电流的量相对应的值加以表示。因为由双线回路供应的电流范围在4和20mA之间，将指示器200内的所有电路限制为消耗该能量的非常小的一部分，使得不会影响传送至过程控制系统的整体过程变量。此外，在将数字信息叠加于电流信号的实施例中，过程变量指示器也可以显示其他数据，例如附加的过程变量、诊断数据和/或警报。尽管图3所示的指示器示出了设置在封装202内部或者附近的显示器212，但是显示器212也可以设置为远离封装，例如图2所示。此外，尽管已经针对显示过程保持罐槽内材料的高度一般性地描述了本发明的实施例，但是本发明的实施例可以用于显示在双线回路上通信的任意过程变量。

图4是形成本发明实施例使用的微囊电泳显示器的方法的概略图。方法300开始于方框302，其中用电泳微囊涂覆塑料膜片。在方框304，将涂覆的片层压到已构图电路的层。所述电路形成随后可以通过显示驱动器(例如驱动器210)来控制的像素图案。接下来，在方框306，将微囊悬置于液体“载体介质”中，该液体“载体介质”允许使用现有的涂覆工艺来涂覆微囊。将最后的层压物应用于实际上的任意表面，包括玻璃、塑料、纤维、甚至纸。这种柔韧性允许将过程变量显示器按照实际上任意长度和宽度进行设置。因此，显示器可以明显大于过程变量指示器的外壳。

本发明的实施例一般地提供了一种新的微囊电泳过程变量显示器，通过双线4-20mA回路向其供电。该显示器消耗非常少的功率，并且提供非常高的对比度。因此，现在可以在许多场景中容易地提供过程变量的本地指示。例如，可以容易地在本地显示罐槽或容器内的固体材料(例如谷物)的高度。使用现有技术的磁性指示器不能对容器中的固体进行本地显示，因为谷物不能有效地流入到浮厢中。

尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的修改。

Claims (15)

1.一种视觉地指示容纳在容器中的材料的液位的双线过程变量指示器，包括：

外壳；

多个端子，设置在所述外壳内，并且可耦合至携带指示过程变量的电流信号的双线过程控制回路，其中，所述端子被配置为接收所述指示过程变量的电流信号；

功率模块，耦合至所述多个端子以从所述双线过程控制回路接收能量；

驱动器电路，耦合至所述功率模块；以及

微囊电泳显示器，耦合至所述驱动器电路，并被配置为显示包括与从所述双线过程控制回路接收的所述指示过程变量的电流信号相对应的值的信息，

其中，所述驱动器电路和所述微囊电泳显示器由来自所述双线过程控制回路的电能量进行供电，以及

其中，所述显示器位于所述容器的侧壁上，使得由所述显示器指示的液位与所述材料的自然液位相对应。

2.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中基于通过所述驱动器电路向所述微囊电泳显示器内设置的电泳微囊施加的电荷，所述显示器的每一个位置改变反射率。

3.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中所述显示器设置在所述外壳内。

4.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中所述显示器大于所述外壳。

5.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中所述材料是固体。

6.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中所述电流信号在4和20毫安之间变化以指示过程变量。

7.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中所述显示器提供关于多个过程变量的信息。

8.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中所述显示器提供诊断信息。

9.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中所述显示器指示警报条件。

10.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中所述指示器机械地附接至所述容器。

11.根据权利要求10所述的双线过程变量指示器，其中将所述指示器夹持到所述容器。

12.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中将所述指示器磁性地耦合至所述容器。

13.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中所述外壳是防爆的。

14.根据权利要求1所述的双线过程变量指示器，其中所述功率模块和驱动器电路是固有安全的。

15.一种视觉地指示容纳在容器中的材料的液位的过程变量指示器，包括：

外壳；

多个端子，设置在所述外壳内，并且可耦合至携带指示过程变量的电流信号的双线过程控制回路，其中，所述端子被配置为接收所述指示过程变量的电流信号；

功率模块，耦合至所述多个端子，且被配置为使用从所述双线过程控制回路接收的能量向所述过程变量指示器供电；

驱动器电路，耦合至所述功率模块；以及

微囊电泳显示器，耦合至所述驱动器电路以显示包括与从所述双线过程控制回路接收的所述指示过程变量的电流信号相对应的值的信息，

其中，所述驱动器电路和所述微囊电泳显示器由来自所述过程控制回路的电能量进行供电，以及

其中，所述显示器位于所述容器的侧壁上，使得由所述显示器指示的液位与所述材料的自然液位相对应。