CN106289342B - 过程变量测量和具有多个范围的本地显示 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种过程变量指示器。所述过程变量指示器包括过程变量传感器，所述过程变量传感器具有随着过程变量变化的电学特性。测量电路连接至过程变量传感器并且被配置为提供关于电学特性的指示。处理器连接至测量电路并且被配置为基于所述指示计算过程变量以及在多个范围中确定过程变量处于哪个范围中。处理器基于过程变量和所确定的范围产生本地视觉输出。还提供一种从视觉上指示过程变量的方法。

Description

过程变量测量和具有多个范围的本地显示

技术领域

本申请涉及过程变量指示器及从视觉上指示过程变量的方法。

背景技术

用于测量和显示诸如压强或温度等过程变量的机械仪器在工业中被广泛使用。这些仪器通常不需要任何电力源，而是通过使用机械技术来显示它们的各个过程变量。例如，波登管(Bourdon tube)装置直接响应于波登管内的压强变化产生指针的移动，其中所述指针暴露在压强下。类似地，温度测量装置可以具有连接至双金属条的指针，而所述双金属条对温度的变化是敏感的。这些仅仅是当今普遍存在且将继续存在于过程设备中的常规机械装置的两个示例。依靠它们的机械属性，这些装置不会因电源故障而被影响，并且生产和使用起来相对便宜。

随着近年来微电子部件的成本的下降，有能力在成本方面与以上列出的机械过程变量测量和显示装置进行竞争。然而，工业上一般对机械装置的能力和价格比较关注。因此，当使用电子部件的新装置试图参与竞争时，它们一般必须以类似或者更低的成本提供附加的特征。完成这种电子装置的一种方法是模仿机械换能装置的整个显示。例如，在美国专利申请公开出版物No.20140239151 A1中提供了一种用于机械量规仪器的自供电光学检测器。这个装置虽然使用一些电子部件，但是大体模仿波登管量规的外观。

以上的公开内容仅仅用于提供一般性的背景信息，不是用于帮助确定要求权利的主题的保护范围。

发明内容

提供一种过程变量指示器。所述过程变量指示器包括过程变量传感器，所述过程变量传感器具有随着过程变量变化的电学特性。测量电路连接至过程变量传感器并且被配置为提供关于电学特性的指示。处理器连接至测量电路并且被配置为基于所述指示计算过程变量以及在多个范围中确定过程变量处于哪个范围。处理器基于过程变量和所确定的范围产生本地视觉输出。还提供一种视觉上指示过程变量的方法。

该“发明内容”部分被提供用于以简化的形式引入概念的选择，其中所述概念会在以下的“具体实施方式”部分中被进一步描述。该“发明内容”部分不是用于识别要求权利的主题的关键特征或必要特征，也不是被用于帮助确定要求权利的主题的保护范围。要求权利的主题不限于解决“背景技术”部分中提及的任何或所有缺点的实施方式。

附图说明

图1是根据本发明实施例的过程变量指示器的示意图。

图2是根据本发明另一实施例的过程变量指示器的示意图。

图3是根据本发明实施例的过程变量指示器的方框图。

图4是根据本发明实施例的具有相对于范围边界的多个阈值的过程变量指示器的示意图。

图5是根据本发明实施例的测量和指示过程变量的方法的示意图。

图6是根据本发明另一实施例的过程变量指示器的示意图。

具体实施方式

机械过程变量的测量和显示技术通常受限于它们提供超出它们核心功能性的任何特征的能力。相反地，使用电子部件的新的过程装置与它们的机械等同装置相比，能够提供很多新的特征。根据本发明的实施例，被提供用于与过程变量显示装置一起感测过程变量的过程变量感测部件可以具有对过程变量的大大超出终端用户所需范围的感测范围。例如，定制能够感测处于0至200psi之间的压强的装置的用户可能收到能够精确地感测处于0至800psi之间的压强的压强测量膜盒或部件，仅仅因为该压强测量膜盒或部件对于规定的范围来说是最适合的感测装置。然而，操作范围在0至200psi之间的终端用户需求将使得制造商为该装置提供印刷面板，这个印刷面板示出围绕该装置的盘面(face)以一定间隔从0至200psi规则布置的压强。如果压强超过200psi标记，指针将通过延伸超过200psi标记来仅仅指示过压。然而，由于装置本身可能能够精确地感测从0至800psi的压强，因此有可能重要的信息能够被显示给用户，超过用户规定的范围上限。

本发明的实施例主要提供在过程变量测量和指示装置的盘面上的两个或多个过程变量范围。第一范围与用户规定的操作范围相对应。在上述的示例中，这是0至200psi范围。第二范围与装置的超出用户规定的范围的有用测量范围相对应。在以上给出的示例中，这个附加的范围将从200psi延伸至800psi。这个附加的范围能够设置在显示装置的小弧线上。如果指针超出800psi标记，则装置仅仅能够指示过压。

图1是根据本发明实施例的过程变量指示器的示意图。在图1示出的例子中，装置100指示耦合至过程连接件102的过程流体的压强。过程流体的压强在压强感测部件(诸如压强传感器或压强感测膜盒)中产生压强变化。然后，使得被检测的压强与物理指针104的移动相关联，物理指针104沿径向扫过装置100的盘面106。如可以看到的，在0和200psi之间的压强读数以大致规则的角度间隔产生。因此，对于该第一间隔内的给定压强变化，指针将扫过第一角度变化。例如，从20至100psi的压强变化(80psi的差)将产生指针的大约90度的角度移动。然而，超过200psi直到800psi，使用非常小的角度间隔。在这个范围内，压强超出用户规定的操作范围，但是装置100在给出压强量值的指示方面仍然是有用的。在这个范围内，与指针在第一操作范围内的情形相比，给定的压强变化将产生指针的显著减小的角度移动。附加地，在压强超过800psi的情况中，指针将顺时针扫动超过800psi标记并且指示过压。因此，图1示出的实施例是具有物理指示器的过程变量测量和显示装置，其中所述物理指示器基于在其盘面上指示的多个范围操作。

图2是根据本发明另一实施例的过程变量指示器的示意图。如图2所示，装置120具有与图1示出的实施例中的过程连接件非常相似的过程连接件102。此外，装置120还包括盘面106和物理指示器(指针104)，盘面106和物理指示器被用于指示过程变量。然而，如图2所示，提供了三个不同的范围。从0至400psi的过程流体压强范围通过将指针104定位在范围122内而被指示。附加地，从400延伸至600psi的第二范围被示出为包括径向区域的大部分。如可以看到的，这个范围在盘面106上从标记124延伸至标记126。超过第二范围(600psi)的上限，第三范围128允许指针104继续精确地示出从600至800psi的压强。最终，当压强超过800psi时，指针将顺时针移动超过800psi标记并且指示过压。图2示出用于文中描述的实施例的顾客值的示例。顾客可以使用仪表盘面的大部分以高的分辨率显示正常的压强。然而，顾客也具有对高于或低于正常操作压强范围的异常压强的可见性。

图3是根据本发明实施例的过程变量指示器的方框图。装置100包括过程入口102，该过程入口102被配置为将过程流体(诸如液体或气体)的压强传递至设置在装置100内的过程变量传感器130。在装置100感测过程流体压强的实施例中，过程变量传感器130是压强传感器。例如，压强传感器130可以是附连至响应于过程流体压强而变形的可变形膜片或其他适当结构的应变仪。然后，这个变形改变应变仪的阻抗。阻抗通过装置100内的电路测量，以便检测过程流体压强。

类似地，在过程变量是温度的实施例中，过程变量传感器130可以是任何适当的温度感测装置，诸如电阻温度装置(RTD)、热电偶、热敏电阻或其他适当的装置。如可以认识到的，任何适当的感测设置可以用于根据本发明实施例的过程变量传感器130。然而，通常，过程变量传感器130具有随着感兴趣的某个过程变量变化的电学特性。过程变量的例子包括压强、温度、流量、液位、pH等等。

装置100包括连接至过程变量传感器130的测量电路132。测量电路132可以包括已知的模-数转换器以及任何适当的放大和/或线性化电路。测量电路132将过程变量传感器130的电学特性的数字指示提供至处理器134。处理器134可以是能够与测量电路132相互作用的任何适当的电子部件并且为本地显示装置138提供适当的输出以及任何附加的输出142。在一个实施例中，处理器134包括微处理器。处理器134连接至或者包括非易失性存储器136，所述非易失性存储器存储与多个过程变量范围的信息相关，其中在所述多个过程变量范围内提供本地指示。应该注意，在一些实施例中，处理器134、测量电路132和存储器136可以组合在单个集成电路或应用特定的集成电路上。处理器134与测量电路132相互作用，接收过程变量传感器的电学特性的数字指示并且基于数字指示计算过程变量，诸如过程流体压强或过程流体温度。

然后，通过处理器134计算或获得的过程变量通过指示器138被装置100本地地指示。在一个实施例中，指示器138是被使得在装置100的显示盘面上移动的物理结构。在图1所示的例子中，指示器138包括指针104，指针104被使得转动地扫过装置100的盘面106，以指示压强。指示器138被使得物理地移动，以便通过与致动器140相互作用的处理器134指示过程变量。致动器140可以是能够接收来自处理器134的一个或多个信号并且产生相关的移动的任何适当部件。在一个实施例中，致动器140可以是商业上可以获得的步进电动机。然而，根据文中所描述的实施例，可以使用多种其他适当的移动系统。在图3所示的例子中，一个或多个辅助输出端142也连接至处理器134。这些输出端142可以采用任何适当的形式，但是通常以紧接装置100的盘面106的一个或多个LED的形式被设置。这些辅助输出端可以指示诸如低电量等简单的情况、诸如过压或过温等过范围变量的检测或者任何其他适当的情况。

在一些实施例中，装置100还可以包括连接至处理器134的无线通信模块144。无线通信模块144优选是用于发送和接收无线传输的无线收发器或者无线发射机应答器。可选地，无线通信模块44可以仅包括无线发送器。无线通信模块144能够允许处理器134与一个或多个远程装置通信。在一个实施例中，无线通信模块144能够根据无线处理通信协议，诸如IEC62591，提供无线通信。这种通信可以包括提供过程变量信息以及任何辅助的信息。此外，不能容易地被指示器138和/或辅助输出端142提供的附加信息仍然可以通过无线通信模块144来提供。这种信息可以包括较多的复杂的诊断信息、配置信息等等。

图3示出装置100被电池模块146供以电力。电池模块146可以采用使用可替换或不可替换的电池的任何适当的电池技术。

如上所述，本发明的实施例通常依赖于内部电池，不仅向测量过程变量的电路供以电力，而且向移动物理指示器138的致动器140供以电力。因此，电能的保持(conversation)是非常重要的，因为它直接影响装置运行多久而不需要替换电池。消耗过量电能的一种情形是在物理指示器穿过各个范围之间的边界时物质指示器的移动。在一些情形中，如果物理指示器虚置于范围边界，致动器140有可能将经历抖动或其他类似的移动，这可能消耗有价值的电资源而没有提供任何有用的益处。

为了减少致动器抖动的发生，本发明的一些实施例包括一对用于每个边界转变的阈值。在如图4所示的实施例中，在200psi发生范围边界转变。因此，在过程流体压强在0至200psi之间时，指示器138(指针104)以指针104的径向位置与盘面106之间的第一关系移动。当过程流体压强达到200psi时，提供不同的移动关系。因此，附加的400psi被指示在从线150至152示出的范围内。当过程流体压强达到200psi，处理器134将使得致动器140对于每被测压强变化以更小的角度(角度/被测压强变化)移动。为了减小在200psi处致动器抖动的可能性，装置100包括第一阈值154和高于第一阈值154的第二阈值156。第二阈值156是当压强增加时存储器136中由处理器134建议的阈值。相反地，一旦第二压强范围已经被达到，在压强落至第一阈值154时处理器134将切换回第一压强范围。这样，潜在的致动器抖动被消除。阈值154和156之间的距离能够基于所期望的应用而被设置。然而，相对于存储器136中的单个范围边界提供一对阈值能够实现这个优点。

图5是根据本发明实施例的测量和指示过程变量的方法的示意图。方法200开始于方块202，在此使用过程变量传感器测量过程变量。可以以任何适当的方式进行过程变量的测量，包括使模-数转换器与具有响应于过程变量的改变而变化的电学特性的过程变量传感器相互作用。接着，在方块204处，确定是否被测量的过程变量落入多个潜在的过程变量范围中的一个范围内。如上所述，范围可以包括0-200psi、200-600psi、0-100℃等等。一旦用于被测量的过程变量的范围已经被确定，则适于指示在被识别范围内的过程变量的物理移动被计算并且被供至适当的致动器，诸如致动器140(如图3所示)，以便移动物理指示器。这示出在附图标记206处。附加地，任何适当的附加输出可以通过装置以本地方式208或者远程方式210或者两种方式相结合地提供。本地指示的例子包括一个或多个LED、可听见的警告或指示或者过程变量的文字数字指示。远程指示的例子包括警告和/或过程变量信息诸如经由无线通信模块144被无线地传输至任何适当的装置。该测量和显示过程继续，如在循环212处所示。

迄今所描述的实施例通常使用电子部件或技术模仿物理机械指示器。相信根据本发明实施例的装置与现有的机械指示器的相似性能够便于被市场采纳。这个相似性已经到了这样的程度：即，通常优选装置的盘面(诸如盘面106)是预印刷表面。因此，根据文中所描述的实施例的附加范围通常被印刷在组装于所述装置内的圆形盘面上。当然，本发明的实施例可以被实践于显示装置本身是电子部件的情形。

图6是根据本发明另一实施例的过程变量指示器的示意图。装置300包括与装置100(示出在图3中)类似的许多部件，并且相同的部件被类似地编号。图6中示出的实施例与图3中示出的实施例之间的主要区别在于：图3的致动器140和物理指示器138被图6中的显示装置302所替换。显示装置302用图形显示替换盘面106和指示器138，这种图形显示能够指示两个范围信息并且提供示出过程变量和任何其他适当信息的动态指示器。例如，显示装置302可以通过图形显示提供指针104的图示版本。因此，范围信息和指针本身可以被图形显示302产生。在一个实施例中，显示装置302是低功率显示装置，诸如商业上可以获得的电子油墨技术。然而，实施例可以被实践于显示装置302包括液晶显示器或任何其他适当显示技术的情形。当然，优选使用相对低的功率的显示技术，因为它们节约电池146的使用寿命。

虽然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将认识到可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下在形式和细节方面进行修改。

Claims (22)

1.一种过程变量指示器，包括：

过程变量传感器，所述过程变量传感器具有随着所述过程变量变化的电学特性；

测量电路，所述测量电路连接至所述过程变量传感器并且被配置为提供关于所述电学特性的指示；

视觉输出界面，所述视觉输出界面具有多个数字指示器，所述多个数字指示器包括第一范围和第二范围，其中，所述第一范围包括在数字指示器之间的第一间隔，所述第二范围包括在数字指示器之间的第二间隔，所述第一间隔与所述第二间隔不同；和

处理器，所述处理器连接至所述测量电路，所述处理器被配置为基于所述指示计算过程变量并且在多个范围中确定所述过程变量处于所述第一范围中，以及产生处于所述第一范围中的所述过程变量的在所述视觉输出界面上的本地视觉输出。

2.根据权利要求1所述的过程变量指示器，还包括无线通信模块，所述无线通信模块连接至所述处理器，以与远程装置无线通信。

3.根据权利要求2所述的过程变量指示器，其中，产生所述本地视觉输出包括与致动器相互作用，以使得物理指示器移动。

4.根据权利要求3所述的过程变量指示器，还包括紧接所述物理指示器设置的预印刷盘面，所述预印刷盘面具有指示所述第一范围和所述第二范围的标记。

5.根据权利要求4所述的过程变量指示器，其中，所述处理器使得所述物理指示器相对于所述第一范围内的过程变量差移动第一量，以及相对于所述第二范围内的过程变量差移动不同于所述第一量的第二量。

6.根据权利要求5所述的过程变量指示器，其中，所述物理指示器包括指针。

7.根据权利要求6所述的过程变量指示器，其中，所述指针能够转动，以指示所述过程变量。

8.根据权利要求3所述的过程变量指示器，其中，所述致动器是步进电机。

9.根据权利要求2所述的过程变量指示器，还包括至少一个辅助输出端，所述至少一个辅助输出端被配置用于指示不同于所述过程变量的情形。

10.根据权利要求9所述的过程变量指示器，其中，所述情形是低电力情形。

11.根据权利要求9所述的过程变量指示器，其中，所述情形指示过量的过程变量的发生。

12.根据权利要求1所述的过程变量指示器，其中，所述过程变量是过程流体压强。

13.根据权利要求12所述的过程变量指示器，其中，所述过程变量传感器是应变仪过程流体压强传感器。

14.根据权利要求1所述的过程变量指示器，其中，所述过程变量是温度。

15.根据权利要求1所述的过程变量指示器，其中，所述处理器被配置为访问包含指示所述第一范围和所述第二范围的信息的存储器。

16.根据权利要求15所述的过程变量指示器，其中，所述存储器包括相对于每个范围边界的多个阈值。

17.根据权利要求1所述的过程变量指示器，还包括内部电池，所述内部电池被配置为向所述过程变量指示器供以电力。

18.根据权利要求1所述的过程变量指示器，还包括图形显示装置，所述图形显示装置连接至所述处理器并且被配置为提供所述本地视觉输出。

19.一种从视觉上指示过程变量的方法，所述方法包括：

从测量电路获得过程变量信息；

在多个范围内确定包含所述过程变量的当前范围；和

使致动器基于所述过程变量信息和包含所述过程变量的所述当前范围在与所述测量电路相关的视觉界面上移动物理指示器，其中，所述视觉界面包括多个范围，并且其中，使致动器移动物理指示器包括：使所述物理指示器移动到所述视觉界面上的所述当前范围中。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，使得所述致动器移动物理指示器的步骤包括激励步进电机以使得所述物理指示器移动。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，获得过程变量信息的步骤包括测量过程变量传感器的电学特性。

22.根据权利要求19所述的方法，还包括与所述过程变量信息无线通信。