CN112577679A - 压力感测装置的隔离腔的密封性监控 - Google Patents

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Abstract

一种工业过程压差感测装置包括具有分别由第一膜片和第二膜片密封的第一隔离腔和第二隔离腔的壳体、压差传感器、静压力传感器、涡流位移传感器和控制器。静压力传感器被配置为输出基于第一隔离腔中的填充流体的压力的静压力信号。压差传感器被配置为输出指示第一隔离腔和第二隔离腔之间的压差的压差信号。涡流位移传感器被配置为输出位置信号，所述位置信号指示第一隔离膜片相对于壳体的位置。控制器被配置为基于位置信号、静压力信号和压差信号来检测隔离腔的密封性的丧失。

Description

压力感测装置的隔离腔的密封性监控
技术领域
本公开的实施例涉及用于工业过程压力感测装置的隔离装置，并且更具体地，涉及用于监控隔离腔的密封破坏的技术。
背景技术
工业过程压力感测设备，例如压力变送器和流量测量装置，被用于工业过程控制系统中，以使用压力传感器来监控过程介质的压力，该压力传感器响应于过程介质压力而提供输出。一种众所周知的类型的压力变送器是可从明尼苏达州的哈森市(Chanhassen)的罗斯蒙特公司购得的3051型变送器。例如，美国专利第5,094,109号也示出了压力变送器。
压力传感器暴露于过程介质会损坏过程传感器并不利地影响压力测量。隔离装置用于将压力传感器与过程介质分开，同时允许压力传感器检测过程介质的压力。隔离装置通常包括暴露于过程介质的隔离膜片。隔离膜片通常是非常薄且柔性的构件，该构件响应于过程介质的压力而挠曲。代表过程介质的压力的隔离膜片的挠曲通过容纳在例如流体管线的隔离腔中的隔离流体或填充流体联接到压力传感器。因此，压力传感器能够在不会暴露于过程介质的情况下通过测量隔离流体的压力来测量过程压力。
例如，由于隔离膜片暴露于腐蚀性或研磨性过程介质而破裂或密封失效，可能会破坏隔离腔的密封。隔离腔的密封的破坏会导致隔离流体泄漏，这从而导致压力测量的劣化。此外，过程介质可能会进入隔离腔中，这会由于过程流体而损坏压力传感器，并进一步使压力测量劣化。
发明内容
本公开的实施例总体上涉及一种工业过程压差感测装置、一种用于检测压差感测装置中的隔离装置的隔离腔的密封状态丧失的方法以及一种压差传感器隔离装置。工业过程压差感测装置的一个实施例包括具有分别由第一膜片和第二膜片密封的第一隔离腔和第二隔离腔的壳体、压差传感器、静压力传感器、涡流位移传感器和控制器。静压力传感器被配置为输出基于第一隔离腔中的填充流体的压力的静压力信号。压差传感器被配置为输出指示第一隔离腔和第二隔离腔之间的压差的压差信号。涡流位移传感器被配置为输出位置信号，所述位置信号指示第一隔离膜片相对于壳体的位置。控制器被配置为基于位置信号、静压力信号和压差信号来检测隔离腔的密封性的丧失。
该方法的一个实施例涉及一种工业过程压差感测装置中的隔离装置，该隔离装置包括具有第一隔离腔和第二隔离腔的壳体、压差传感器、静压力传感器、将第一隔离腔的过程接口与工业过程介质密封隔离的第一隔离膜片、和将第二隔离腔的过程接口与过程介质密封隔离的第二隔离膜片。在该方法中，使用第一涡流位移传感器来检测第一隔离膜片相对于壳体的位置。使用静压力传感器获得第一隔离腔内的填充流体的静压力，并且使用压差传感器获得第一隔离腔和第二隔离腔之间的压差。使用控制器基于静压力和压差来获得第一隔离膜片相对于壳体的来自存储器的期望位置。当第一隔离膜片的被检测到的位置与第一隔离膜片的期望位置之间的差值超过阈值时，检测到第一隔离腔的密封性的丧失。使用控制器检测到密封性的丧失时，生成通知。
压差传感器隔离装置被配置为将工业过程介质与压差传感器隔离。在一个实施例中，隔离装置包括具有分别暴露于压差传感器的第一隔离腔和第二隔离腔的壳体、容纳在隔离腔中的填充流体、第一隔离膜片和第二隔离膜片、以及涡流位移传感器。第一隔离膜片构造成在过程接口处将第一隔离腔与过程介质密封隔离。第二隔离膜片构造成在过程接口处将第二隔离腔与过程介质密封隔离。涡流位移传感器被配置为输出位置信号，所述位置信号指示第一隔离膜片相对于壳体的位置。位置信号指示第一隔离腔的密封状态。
本发明内容被提供以简化形式介绍在下文的具体实施方式中被进一步描述的概念的选择。该发明内容不旨在识别要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不旨在用作确定要求保护的主题的范围的辅助手段。要求保护的主题不受限于解决在背景技术中指出的任何缺点或所有缺点的实现方式。
附图说明
图1是根据本公开的实施例的示例性工业过程测量系统的简化图；
图2是根据本公开的实施例的具有隔离装置的示例性工业过程压力感测装置的简化图；
图3是根据现有技术的示例性压力传感器和隔离装置的简化图；
图4是示出根据本公开的实施例的用于检测隔离腔的密封性的丧失的示例性方法的流程图；
图5是根据本公开的实施例的示例性涡流位移传感器的简化图；
图6是示出在密封的隔离腔和未密封的隔离腔的状态下在一定范围的静流体填充压力下的隔离膜片偏转的图；
图7是根据本公开的实施例的示例性工业过程压差感测装置的一部分的简化截面图；
图8是示出根据本公开的实施例的检测在工业过程压差感测装置中的隔离腔的密封性的丧失的示例性方法的流程图。
具体实施方式
在下文中参照附图更全面地描述本公开的实施例。使用相同或类似附图标记被识别的元件指相同或类似的元件。本公开的各种实施例可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于在此阐述的特定实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并且将本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。
图1是根据本公开的实施例的示例性工业过程测量系统100的简化图。系统100可以用于材料的处理中，以将材料从价值较低的状态转变为价值更高和更有用的产品，例如石油，化学制品，纸张，食品等。例如，系统100可以用于执行工业过程的炼油厂，工业过程可以将原油加工成汽油、燃油和其他石化产品。
系统100包括变送器102，变送器102利用压力传感器来测量或感测与过程介质104有关的压力(例如，静压或压差)。在一些实施例中，过程介质104可以是流体(即，液体或气体)，流体被容纳在过程容器106中或运输通过过程容器106，例如管道(示出)、罐或另一过程容器。变送器102可以例如通过适配器108、歧管110和过程接口112联接到容器106。
变送器102可以与计算机控制单元114传输过程信息。控制单元114可以远离变送器102定位，例如位于系统100的控制室116中，如图1所示。过程信息可以包括例如静压力、压差或相关的过程参数，例如流体的流过容器的基于压差的流量。
控制单元114可以通过合适的物理通信链路(例如，双线控制回路118或无线通信链路)通信地联接到变送器102。控制单元114和变送器102之间的根据常规的模拟和/或数字通信协议的通信可以通过控制回路118来执行。在一些实施例中，控制回路118包括4-20毫安控制回路，其中过程变量可以由流过控制回路118的回路电流I的强度来表示。示例性数字通信协议包括数字信号的成为双线控制回路118的模拟电流强度的例如根据
Figure BDA0002379639040000041
通信标准的调制。也可以采用其他纯数字技术，包括FieldBus和Profibus通信协议。
变送器102也可以被配置为使用常规的无线通信协议与控制单元114进行无线通信。例如，变送器102可以被配置为执行无线网状网络协议，诸如
Figure BDA0002379639040000042
(IEC62591)或ISA 100.11a(IEC62734)，或者另一无线通信协议，诸如WiFi，LoRa，Sigfox，BLE，或任何其他合适的协议。
可以从任何合适的电源向变送器102供电。例如，变送器102可以由流过控制回路118的电流I完全供电。例如内部或外部电池的一个或多个电源也可以用于为变送器102供电。发电机(例如，太阳能电池板，风力发电机等)也可以用于为变送器102供电，或为变送器102使用的电源充电。
如上所述，工业过程压力变送器102的压力传感器可以通过隔离装置联接至过程介质104，以防止压力传感器暴露于过程介质。图2是根据本公开的实施例的具有隔离装置132的示例性工业过程压力感测装置130(例如压力变送器)的简化图。隔离装置132包括具有隔离腔136的壳体134，该隔离腔在过程接口138处通过暴露于过程介质104的隔离膜片140密封。隔离膜片140可以由金属(例如，不锈钢)形成并响应于过程介质104的压力而挠曲。隔离膜片140的挠曲代表过程介质104的压力，通过容纳在腔136中的隔离流体144(例如硅油、液压流体等)传递到压力传感器142。压力传感器142可产生压力信号146，该压力信号指示隔离流体144和过程介质104的压力(例如，静压力)。
在一些实施例中，装置130包括控制器150(图2)，控制器150可以表示一个或多个处理器(即，微处理器，中央处理单元等)，该一个或多个处理器响应于指令的执行以控制装置130的部件来执行本文描述的一个或多个功能，指令可以被本地地存储在任何合适的专利主题合格的计算机可读介质或存储器152中，该计算机可读介质或存储器152不包括瞬变波或信号，例如硬盘，CD-ROM，光学存储装置或磁性存储装置。
控制器150的处理器可以是一个或多个基于计算机的系统的部件。在一些实施例中，控制器150包括一个或多个控制电路、基于微处理器的发动机控制系统、一个或多个可编程硬件部件，例如现场可编程门阵列(FPGA)，一个或多个控制电路、基于微处理器的发动机控制系统、一个或多个可编程硬件部件用于控制装置130的部件以执行本文所述的一项或多项功能。
控制器150还可以代表其它装置电路，例如被配置为根据常规通信协议将信息154传送到控制单元114的通信电路。该信息可以包括从压力信号146得出的压力信息156。压力信息156还可以基于由温度传感器160产生的温度信号158，该温度信号158可以指示例如壳体134、填充流体144和/或过程介质104的温度。
压力传感器142可以采取任何合适的形式。图3是根据现有技术的示例性压力传感器142和隔离装置132的简化图。在一些实施例中，压力传感器142可以包括压力感测膜片162，该压力感测膜片162密封具有参考压力的参考压力腔164。对于绝对压力传感器，参考压力是真空，对于仪表压力传感器，参考压力是大气压力，并且对于压差传感器，参考压力是另一个选定的压力，例如要监控的过程的不同压力。
压力感测膜片162可以比隔离膜片140坚硬得多。结果，与压力感测膜片162上的压降相比，隔离膜片140上的压降可以非常小。随着过程介质104的流体静压力增加，隔离膜片140偏转(虚线)进入腔136中，并且腔136内的填充流体144的流体静压力增加，导致压力感测膜片162偏转到参考腔164中。压力感测膜片162(虚线)的偏转的量可以通过附接到压力感测膜片162的偏转仪表166来测量。该仪表166产生指示过程介质104的流体静压力的压力信号146(图2)。
由压力感测膜片162的偏转扫过的体积填充有填充流体144，因此，类似体积的填充流体被隔离膜片140的偏转扫过。实际上，由于隔离腔136的膨胀和填充流体144的压缩，隔离膜片140可以扫过比压力感测膜片162扫过的体积略大的体积。
因此，响应于过程介质104的压力，膜片162和140的偏转位置(虚线)联系在一起。即，两个膜片162和140均与由过程介质104施加的压力成比例地偏转。
经过一段时间，隔离膜片140可能会损坏到形成孔或裂纹的程度，从而导致隔离腔136的密封性的丧失。这可能是由于腐蚀性或研磨性过程介质104、例如过程介质中的颗粒的来自过程介质104的物理损坏、或其他机械干扰导致的。最初，隔离膜片140的破裂的影响可能非常微弱。代将过程压力传过隔离膜片140，压力通过填充流体144直接传递至压力传感器142。因此，由于破裂，先前密封的隔离膜片140上的压降变为零。如上所述，与过程介质104的压力相比，损失的压降可以是非常小的正压或负压。结果，虽然由膜片140上的压降的损失引起的过程传感器142感测到的压力的很小的升高或降低可能影响压力测量的准确性，但是这可能不足以触发隔离腔136的密封已被破坏的警告。
当过程介质104是液体时，它将经过一段时间最终替换填充流体144。在过程介质104是气体或蒸汽的情况下，填充流体144将逐渐从隔离腔136排出。在任一情况下，压力传感器142暴露于过程介质104，这可能会损坏压力传感器142和/或使传感器信号146劣化。
一些压力传感器142具有使它们对电流泄漏非常敏感的阻抗水平。如果过程介质104(液体或气体)产生此类进入隔离腔136中的泄漏，则此类高阻抗水平的压力传感器可能会产生受损的压力信号146。例如，盐水是导电的，并且会破坏压力传感器142的能力，压力传感器142具有暴露的高阻抗节点以产生准确的压力信号146。
本公开的实施例用作用于检测隔离腔136的密封性破坏(例如，隔离膜片140形成的密封件的破坏)的诊断工具。这允许尽早通知可能的压力测量劣化以及对工业过程压力感测装置130进行维修的需要。
图4是示出根据本公开的实施例的用于检测隔离腔的密封性的丧失的示例性方法的流程图。在该方法的步骤170处，使用位置传感器172(图2)检测隔离膜片140的位置。在一些实施例中，位置传感器172检测隔离膜片140相对于诸如壳体134的参考物的位置，并生成指示膜片140相对于壳体134的位置的位置信号174。可以使用机械架构，在机械架构中，位置传感器172不与壳体134或腔136处于相同高度，而是进一步嵌入壳体134或腔136中。如本文所用，膜片140的被检测到的位置对应膜片140的一部分的位置，例如膜片140的中心部分的位置。膜片140的被检测到的位置可以由控制器150基于位置信号174确定，并且用作隔离腔136的密封状态的指示。
在一些实施例中，位置传感器172从隔离膜片140移开，如图2所示。也就是说，位置传感器172不接触隔离膜片140。在一些实施例中，位置传感器172相对于隔离膜片140的这种位移导致隔离腔136的在隔离膜片140和位置传感器172之间延伸的一部分，如图2所示。在一些实施例中，位置传感器与隔离膜片之间的间隙为约4-20密耳。
位置传感器172可以采取任何合适的形式。在一个实施例中，位置传感器172包括光学位移传感器，该光学位移传感器测量从发射器178发射以从隔离膜片140反射并被传感器172的接收器180接收的电磁辐射176的传播时间，如图2所示。可选地，位置传感器172可以包括电容位移传感器，该电容位移传感器检测在隔离膜片140和与隔离膜片140电绝缘的电极182之间的电容，如图2示意性所示。位置传感器172还可以包括表面声波(SAW)传感器，该表面声波传感器安装至隔离膜片140，并且具有响应于膜片140的挠曲而变化的输出。可以从壳体134上的位置远程地询问该表面声波传感器。位置传感器172的一个实施例可以包括声学传感器，该声学传感器使用声学信号在发射器和接收器之间的传播时间来检测隔离膜片140相对于壳体134的位置。另一示例性传感器172可以包括热导率传感器，该热导率传感器感测壳体134的两个点之间的热导率，该热导率随隔离膜片140相对于壳体134的位置而变化。
位置传感器172的一个实施例包括涡流位移传感器184，涡流位移传感器184的示例在图5的简化图中示出。注意，壳体134和其他部件未在图5中示出以简化附图。传感器184包括：线圈186，该线圈186被支撑在相对于隔离膜片140的参考位置处；以及线圈驱动器188。在一个实施例中，线圈186的参考位置被固定至壳体134。线圈驱动器188被配置为：驱动交流电流通过线圈186以产生交流磁场190。由金属制成的隔离膜片140紧密靠近线圈186，使得隔离膜片140暴露于磁场190。磁场190在隔离膜片140中感应出涡流192，这又产生了与入射磁场190相反的磁场194(虚线)。涡流192的大小和线圈的阻抗随隔离膜片140相对于线圈186的位置而变化。因此，隔离膜片140(例如，隔离膜的中心部分)相对于壳体134(图2)的位置可以通过线圈的阻抗来推断。当隔离膜片移动接近线圈时，线圈的阻抗减小，而随着隔离膜片移动远离线圈时，线圈的阻抗增加。因此，线圈186的阻抗的测量值可以用作位置信号174。
涡流位移传感器184的线圈186的直径可以是线圈186与隔离膜片140之间的间隙198的至少两倍。在一些实施例中，该间隙随着隔离膜片在约为4-20密耳的范围内的运动而变化。因此，在一些实施例中，线圈的直径为至少40密耳。
在该方法的步骤200处，控制器150基于压力传感器142检测到并由压力信号146指示的隔离腔136中容纳的填充流体144的静压力，以获得隔离膜片140相对于壳体134的期望位置。如下所述，当压力传感器142为压差传感器的形式时，例如可以使用专用的静压力传感器来获得静压力或管路压力。在一些实施例中，控制器150使用填充流体的静压力作为存储在存储器152中的期望位置数据202的索引，以获得隔离膜片140相对于壳体134的期望位置，并完成方法的步骤200。
可以凭经验确定在正常操作期间在隔离腔136被适当密封时隔离膜片140的期望位置。例如，在隔离流体144的压力范围内的隔离膜片140相对于壳体134的估算或期望位置可以通过在隔离装置132或类似的隔离装置的隔离流体144的压力范围内对隔离膜片位置的测量来确定。可以通过诸如多项式的算法以基于隔离流体的静压力来计算隔离膜片140相对于壳体134的期望位置来限定所得的期望位置数据202。这样的多项式还可以考虑温度和压差(如果适用)。可替代地，可以使用查找表或另一合适的数据存储索引，该查找表或另一合适的数据存储索引将腔136内的隔离流体144的静压力以及可能的压差(如果适用)和温度与所测量的偏转或位置相关联。
对于隔离流体144的给定压力，隔离膜片140的期望位置可以基于诸如温度的附加环境因素。诸如硅油的填充流体144通常具有正的热膨胀系数。填充流体的膨胀可支配其他热膨胀，使得当隔离装置132被加热时，隔离膜片140的位置倾向于偏离压力传感器142。该影响可以在隔离装置132的经验分析期间通过在填充流体144的静压力范围内和每个压力下的温度范围内测量隔离膜片140相对于壳体134的位置来确定。这导致期望位置数据202，期望位置数据202将膜片140的位置索引到填充流体144的压力和温度。因此，在步骤200的一些实施例中，控制器150使用由温度传感器160输出的温度信号158和由压力信号146指示的静压力来估算填充流体144的温度，并使用期望位置数据202获得隔离膜片140相对于壳体134的期望位置。
在该方法的步骤204处，当被检测到的位置(步骤170)与期望位置(步骤200)之间的差值(绝对值)超过阈值206时，控制器150检测到隔离腔136的密封性的丧失，如图2所示，可以从存储器152中检索到该阈值206。可以根据经验针对填充流体144的给定压力或填充流体144的压力和温度的组合设置阈值206。另外，可以在填充流体144的压力的范围内或对用于填充流体144的压力和温度的组合索引不同的阈值。当隔离膜片144相对于壳体134的期望位置和被检测到的位置之间的差值超过阈值206时，表明隔离腔136的密封被破坏。
图6是示出在密封的隔离腔和未密封的隔离腔的状态下在填充流体144的静压力的范围内隔离膜片140的偏转的示意图。竖直刻度被归一化为隔离膜片140的偏转范围。实线210表示对于适当密封的隔离腔136的隔离膜片140的偏转，并且对应于由期望位置数据202限定的膜片140的期望偏转或位置。
虚线212代表破裂的隔离膜片140的偏转。这里，隔离膜片140移动到中性位置，该中性位置显示为0.5，但可以是不同的值。隔离膜片140的位置与填充流体144的压力无关，因此对于填充流体144的给定的压力和/或压力和温度，除了在位置线212与正常操作的位置线210相交的位置处，隔离膜片140将偏离期望位置。因此，对于压力范围的大部分，由于期望位置和被检测到的位置之间的差值大于阈值206，因此在方法的步骤204处可检测到隔离膜片140破裂。
图6的虚线214表示为：由于泄漏导致填充流体144从隔离腔136部分损失。在此，隔离膜片140仍然响应于过程介质104的压力变化，但是由于填充流体144的部分损失，隔离膜片的测量位置(线214)将与期望位置(线210)偏移。在足够量的填充流体144已经从隔离腔136泄漏之后，隔离膜片140的测量位置和期望位置之间的差值将超过对应的阈值206，并且控制器150将在方法的步骤204中检测到故障。
在该方法的一些实施例中，控制器150被配置为生成在步骤204中检测到的腔136的密封状态丧失的通知，如在该方法的步骤220处所示。通知可以采取任何合适的形式。在一些实施例中，该通知包括警报，该警报包括由如图2所示的装置130的合适的输出装置222(例如，闪光灯，LED，扬声器等)发出的可见警报和/或听觉警报。通知的一些实施例包括通知信息224到诸如控制单元114的外部计算装置的通信。通知224可以包括关于隔离腔的已经发生的密封破坏的类型的信息。例如，通知224可以根据隔离膜片140相对于其期望位置的测量位置(例如使用区分例如图6中所示的这些状态的信息)来指示隔离膜片140破裂或隔离腔136泄漏。
图7是根据本公开的实施例的示例性工业过程压差感测装置130的一部分的简化截面图。所示的装置130可以包括安装至适配器108(图1)的压差变送器102。变送器102可包括壳体134和压差传感器232，壳体134封闭并保护变送器102的电子器件不受环境条件的影响。壳体134包括基座234，该基座234可包括一个或多个过程开口236，例如过程开口236A和236B。过程开口236可以通过适当的连接，例如如图1所示的通过适配器108、歧管110和/或过程接口112，联接至过程介质104。
示例性变送器102主要包括两个隔离装置132A和132B。隔离装置132A利用暴露于呈现给过程开口236A的过程压力P1的隔离膜片140A，并且隔离装置132B利用暴露于呈现给过程开口236B的过程压力P2的隔离膜片140B。如上所述，隔离膜片140A和140B各自响应于压力P1和P2而挠曲，压力P1和P2通过包括管路238A和238B的相应的隔离腔136A和136B传递到压差传感器232，所述管路238A和238B填充有隔离流体144。
压差传感器232响应于压力P1和P2之间的差值而产生压差信号146。压差信号146可通过导线或另一合适的连接被传递至控制器150，并且控制器150可用于使用任何合适的技术将由信号146指示的压差测量值传送至控制单元114。
本公开的一些实施例用于检测隔离装置132A的隔离腔136A和/或隔离装置132B的隔离腔136B的密封状态丧失。图8是根据本公开的实施例的检测这种密封性的丧失的方法的流程图。
在一些实施例中，隔离装置132A包括位置传感器172A，和/或隔离装置132B包括位置传感器172B。在一个实施例中，位置传感器172A和172B是涡流位移传感器，例如以上参考图5所讨论的涡流位移传感器。
在该方法的步骤250处，使用位置传感器172A来检测隔离膜片140A相对于壳体134的位置，例如以上关于图4的方法的步骤170所描述的那样。位置传感器172A将位置信号174A输出到控制器150，该位置信号指示隔离膜片140A的感测位置。在一些实施例中，使用位置传感器172B来检测膜片140B相对于壳体134的位置，该位置传感器将指示被检测到的位置的位置信号174B输出到控制器150。
装置130包括至少一个静压力传感器或管路压力传感器242，例如静压力传感器242A或242B，静压力传感器242A或242B分别配置为测量隔离腔136A和136B中的填充流体144的静压力，并产生静压力信号246A和246B以指示测量压力。当已知腔136A和136B之间的压差时，可能仅需要静压力传感器242A或242B中的一个来在两个腔136A和136B中建立静压力。例如，当已知压差(DP＝P1-P2)和静压力P1时，可以通过从压力P1中减去压差来计算静压力P2。对于某些工业过程应用，静压力可能非常高，范围从零到几千磅/平方英寸(psi)。某些工业过程压差感测装置的额定承受的静压力高达15，000磅/平方英寸(与1034Bar或103MPa相同)。
在该方法的步骤252处，控制器150使用诸如传感器242A或242B的静压力传感器获得隔离腔136A和136B内的填充流体的静压力。在该方法的步骤254处，控制器150还使用压差传感器232获得隔离腔136A和136B之间的压差。例如，控制器150可以接收指示腔136A和腔136B之间的压差的信号146。
在方法的步骤256处，控制器150基于获得的静压力和压差获得隔离膜片140A的期望位置。控制器150还可基于所获得的静压力和压差来获得隔离膜片140B的期望位置。此外，如上所述，隔离膜片140A和140B的期望位置还可以基于从温度传感器160输出的温度信号158。
在该方法的步骤258处，当隔离膜片140A的测量位置和期望位置之间的差值超过相应的阈值206(图2)时，控制器150检测到隔离腔136A的密封状态丧失。同样，当隔离膜片140B的测量位置和期望位置之间的差值超过相应的阈值206时，控制器150可以检测到隔离腔136B的密封状态丧失。
当检测到密封状态丧失时，控制器150可以在该方法的步骤260处生成通知，诸如以上关于图4的方法的步骤220所描述的那样。除了上述信息之外，通知的一些实施例还包括识别其密封性已被破坏的隔离装置132A或132B或相应的隔离腔136A或136B的信息。
可以使用经验技术针对特定的压差感测装置确定由于由传感器232测量的腔136A和136B之间的压差、由温度传感器160测量的填充流体144的温度、由静压力传感器242A或242B测量的填充流体144的静压力而对隔离膜片140A和140B的位置变化的影响。例如，由位置传感器172A测量的在高压侧P1的膜片140A的位置可以减小，并且由位置传感器172B测量的在低压侧P2的膜片140B的位置可以从零压差增大至最大压差(例如，约9磅/平方英寸)。传感器172A和172B测量的隔离膜片140A和140B的位置可以随着传感器160测量的填充流体温度的增加而增加。由传感器172A和172B测量的膜片140A和140B的位置可以在0至1000磅/平方英寸的静压力范围内减小。因此，在方法的步骤256处对隔离膜片140A或140B的期望位置的准确确定取决于在存在压差、填充流体144的温度和腔136A或136B中的填充流体144的静压力的这些影响的情况下对隔离膜片的位置的准确预测。
静压力对填充流体144的压缩以及隔离膜片140A或140B的位置的影响可能涉及使用传感器242A和/或242B以及使用一组压力感测装置130的根据经验得出的家族特性或压力感测装置130的根据经验得出的工厂特性来测量静压力，以形成特性(例如，查找表，多项式，校正算法)，可以针对给定的压差和/或温度测量值，根据形成的特性使用填充流体144的测量静压力来确定膜片140A和/或140B的位置的期望变化。控制器150可基于传感器242A或242B检测到的静压力使用特性来识别膜片140A和/或140B的位置变化，并且在该方法的步骤256中在确定膜片140A或140B的期望位置时考虑该位置变化。
当装置130在单元之间执行基本相同的操作时，通常优选使用装置130的家族特性来建立填充流体的静压力对膜片140A或140B的位置的影响。可以在每个装置130中使用针对一组装置130的根据经验建立的家族特性，以考虑填充流体144的静压力以及可选地填充流体144的温度对隔离膜片140A和140B的期望位置的影响。利用家族特性的优点是不需要每个单独的装置130都具有工厂特性，从而降低了制造成本。
当一组装置130对填充流体144的静压力具有基本不同的特性响应时，优选使用压力感测装置130的根据经验得出的工厂特性。在这种情况下，每个装置130针对填充流体144的静压力对隔离膜片140A和/或140B的位置的影响具有工厂特性。在一些实施例中，针对特性曲线中的每个温度确定该特性。这允许控制器150考虑在装置130可能经受的所有压力和温度下由传感器242A或242B测量的填充流体144的静压力的影响。因为必须分析每个装置130以确定暴露在静压力和温度条件下的影响，以形成针对装置130的查找表，所以该过程比使用家族特性时更昂贵。
装置130或一个家族的装置130的特性可以涉及装置130可能承受的压差、温度和静压力的范围内的特性。例如，可以使用以下条件建立特性曲线：9个压差(DP)点，例如范围上限(URL)的[-100、-75、-50、-25、0、25、25、75、100]％；5个温度点[-40、-10、25、55、85]℃；和3个静压力或管路压力(LP)点[0、1500、3000]psi。注意，URL的负百分比可以操作以覆盖装置130的范围下限(LRL)。例如，装置130的URL可以是9磅/平方英寸，装置130的LRL可以是-9磅/平方英寸。装置130的状态在每个点处被稳定，并且例如使用位置传感器172A和172B，在每个点处测量膜片140A和/或140B的位置。位置测量值可以与相应的压差、温度和静压力原始数据一起记录在查找表或映射中。完整的一组点可以包括所有压差和温度的点的组合，对于上面的示例，这将导致45个测量点。另外，完整的一组点可以包括在所有温度下的零压差和非零静压力点，对于上面的示例，这将导致10个测量点。可替代地，对于多个压差，可以确定静压力对膜片140A和/或140B的位置的影响。下表1中提供了代表具有所有55个测量点的、装置130或一个家族的装置130的特性的示例性数据。
表1
Figure BDA0002379639040000151
Figure BDA0002379639040000161
所收集的特性数据可用于形成查找表或计算用于校正算法的系数，该校正算法可被控制器150用于估算隔离膜片140A和140B的期望位置。校正算法可以基于多元多项式或查找表、或多项式和查找表的组合。这样的校正算法使用系数来计算校正的压差、校正的温度、校正的静压力、膜片140A的估算或期望位置以及膜片140B的估算或期望位置。校正后的压差是补偿了温度和静压力的影响的估算压差。曲线拟合过程可以将上面数据表中的压差用作自变量。必要时，校正后的温度可以是针对压差和静压力补偿的填充流体温度的估算值。曲线拟合过程可以使用上表中的测试站温度作为自变量。必要时，校正后的静压力或管路压力可以是针对温度和压差补偿的静压力的估算值。曲线拟合过程可以将来自上述表格的测试站测量的静压力用作自变量。可以基于校正后的压差、校正后的静压力和校正后的温度来计算膜片140A的估算位置或期望位置。曲线拟合过程可以使用来自上表中的特征数据的膜片140A的例如由位置传感器172A测量的测量位置作为自变量。可以基于校正后的压差、校正后的静压力和校正后的温度来计算膜片140B的估算位置或期望位置。曲线拟合过程可以使用来自上表中的特征数据的膜片140B的例如由位置传感器172B测量的测量位置作为自变量。校正算法还可使用常规技术从由压力传感器142、压差传感器232、温度传感器160和位置传感器172产生的原始传感器信号中去除线性误差。
用于校正算法的系数可以被存储在装置130的存储器152中，诸如在图2中的230处指示的，并且在该方法的步骤256中被控制器150用来确定膜片140A和140B的期望位置。例如，控制器150可以接收来自压力传感器232(图7)的压差、来自静压力传感器242A或242B的静压力、来自温度传感器160的温度以及来自传感器172A和172B的膜片140A和140B的测量位置。控制器150然后可以使用校正算法中的系数230(图2)来产生针对校正后的压差、校正后的静态压力或管路压力、校正后的温度以及隔离膜片140A和140B的期望位置的估算值(步骤256)。控制器150然后可以将隔离膜片140A和140B的计算出的期望位置与位置传感器172A和172B所指示的测量位置之间的差值与对应的阈值206进行比较，以检测隔离腔136A或136B的密封性的丧失(方法步骤258)。如果检测到密封性的丧失，则如上所述，可以在该方法的步骤260处生成通知。
尽管已经参考优选实施例描述了本公开的实施例，但是本领域技术人员将认识到，可以在形式和细节上进行改变而不脱离本公开的精神和范围。

Claims (22)

1.一种工业过程压差感测装置，包括：
壳体，所述壳体包括第一隔离腔和容纳在第一隔离腔中的填充流体，以及第二隔离腔和容纳在第二隔离腔中的填充流体；
第一隔离膜片，所述第一隔离膜片构造成将第一隔离腔的过程接口与过程介质密封隔离；
第二隔离膜片，所述第二隔离膜片构造成将第二隔离腔的过程接口与过程介质密封隔离；
静压力传感器，所述静压力传感器被配置为输出基于第一隔离腔中的填充流体的压力的静压力信号；
第一涡流位移传感器，所述第一涡流位移传感器被配置为输出指示第一隔离膜片相对于壳体的位置的第一位置信号；
压差传感器，所述压差传感器暴露于第一隔离腔和第二隔离腔的传感器接口，并且配置成输出指示第一隔离腔和第二隔离腔中的填充流体之间的压差的压差信号；和
控制器，所述控制器被配置为基于第一位置信号、静压力信号和压差信号来检测第一隔离腔的密封性的丧失。
2.根据权利要求1所述的工业过程压差感测装置，其中：
第一涡流位移传感器从第一隔离膜片偏移；以及
第一隔离腔在第一涡流位移传感器和第一隔离膜片之间延伸。
3.根据权利要求1所述的工业过程压差感测装置，其中所述控制器被配置为：
基于静压力和所述压差，获得第一隔离膜片相对于壳体的期望位置；
确定第一位置信号指示的位置与第一隔离膜片的期望位置之间的第一差值；以及
当第一差值超过第一阈值时，检测到第一隔离腔的密封性的丧失。
4.根据权利要求3所述的工业过程压差感测装置，其中：
所述第一涡流位移传感器包括线圈，所述线圈由所述壳体支撑并且被配置为在所述第一隔离膜片中感应出涡流；以及
所述位置信号基于所述线圈的阻抗。
5.根据权利要求4所述的工业过程压差感测装置，其中：
所述工业过程压差感测装置包括温度传感器，所述温度传感器具有指示容纳在第一隔离腔中的填充流体的温度的温度信号；以及
控制器被配置为基于温度信号来检测第一隔离腔的密封性的丧失。
6.根据权利要求3所述的工业过程压差感测装置，还包括第二涡流位移传感器，所述第二涡流位移传感器被配置为输出指示所述第二隔离膜片相对于所述壳体的位置的第二位置信号，其中，
所述控制器被配置为基于第二位置信号、静压力信号和压差信号来检测第二隔离腔的密封性的丧失。
7.根据权利要求6所述的工业过程压差感测装置，其中所述控制器被配置为：
基于静压力和所述压差，获得第二隔离膜片相对于壳体的期望位置；
确定第二位置信号指示的位置与第二隔离膜片的期望位置之间的第二差值；以及
当第二差值超过第二阈值时，检测到第二隔离腔的密封性的丧失。
8.根据权利要求7所述的工业过程压差感测装置，其中：
所述第一涡流位移传感器包括第一线圈，所述第一线圈由所述壳体支撑并且被配置为在所述第一隔离膜片中感应出涡流；以及
从第一位置传感器输出的位置信号基于第一线圈的阻抗；
所述第二涡流位移传感器包括第二线圈，所述第二线圈由所述壳体支撑并且被配置为在所述第二隔离膜片中感应出涡流；以及
从第二位置传感器输出的位置信号基于第二线圈的阻抗。
9.根据权利要求8所述的工业过程压差感测装置，其中：
所述装置工业过程压差感测包括温度传感器，所述温度传感器具有温度信号，所述温度信号指示容纳在第一隔离腔和第二隔离腔中的填充流体的温度；以及
控制器被配置为基于温度信号来检测第一隔离腔的密封性的丧失和第二隔离腔的密封性的丧失。
10.根据权利要求1所述的工业过程压差感测装置，其中：
所述控制器被配置为基于使所述静压力与所述第一隔离膜片的位置变化相关联的特性来检测所述第一隔离腔的密封性的丧失。
11.一种检测在工业过程压差感测装置中的隔离装置的隔离腔的密封性的丧失的方法，所述工业过程压差感测装置包括具有第一隔离腔和第二隔离腔的壳体、压差传感器、静压力传感器、将第一隔离腔的过程接口与工业过程介质密封隔离的第一隔离膜片、以及将第二隔离腔的过程接口与过程介质密封隔离的第二隔离膜片，所述方法包括：
使用第一涡流位移传感器检测第一隔离膜片相对于壳体的位置；
使用所述静压力传感器获得所述第一隔离腔内的填充流体的静压力；
使用压差传感器获得第一隔离腔和第二隔离腔之间的压差；
使用控制器基于所述静压力和所述压差从存储器获得第一隔离膜片相对于壳体的期望位置；
当第一隔离膜片的被检测到的位置与第一隔离膜片的期望位置之间的差值超过阈值时，使用控制器检测到第一隔离腔的密封性的丧失；以及
在使用控制器检测到密封性的丧失时，生成通知。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述方法包括使用温度传感器检测第一隔离腔内的填充流体的温度；以及
基于所述温度获得第一隔离膜片相对于壳体的期望位置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
涡流位移传感器从第一隔离膜片偏移；以及
第一隔离腔在第一涡流位移传感器和第一隔离膜片之间延伸。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述第一涡流位移传感器包括线圈，所述线圈由所述壳体支撑并且被配置为在所述第一隔离膜片中感应出涡流。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：
使用第二涡流位移传感器检测第二隔离膜片相对于壳体的位置；
使用控制器基于所述静压力和所述压差从存储器获得第二隔离膜片相对于壳体的期望位置；
当第二隔离膜片的被检测到的位置与第二隔离膜片的期望位置之间的差值超过阈值时，使用控制器检测到第二隔离腔的密封性的丧失；以及
当使用控制器检测到第二隔离腔的密封性的丧失时，生成通知。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：所述方法包括使用温度传感器检测第一隔离腔和第二隔离腔内的填充流体的温度；
基于所述温度获得第一隔离膜片相对于壳体的期望位置；以及
基于所述温度获得第二隔离膜片相对于壳体的期望位置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中：
第一涡流位移传感器从第一隔离膜片偏移；
第一隔离腔在第一涡流位移传感器和第一隔离膜片之间延伸；
第二涡流位移传感器从第二隔离膜片偏移；以及
第二隔离腔在第二涡流位移传感器和第二隔离膜片之间延伸。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述第一涡流位移传感器包括线圈，所述线圈由所述壳体支撑并且被配置为在所述第一隔离膜片中感应出涡流；以及
所述第二涡流位移传感器包括由所述壳体支撑并且被配置为在所述第二隔离膜片中感应出涡流的线圈。
19.根据权利要求11所述的方法，其中：
基于将所述静压力与所述第一隔离膜片的位置变化相关联的特性获得所述第一隔离膜片的期望位置。
20.一种压力传感器隔离装置，所述压力传感器隔离装置被配置成将工业过程介质与压差传感器隔离，所述压力传感器隔离装置包括：
壳体，所述壳体包括分别暴露于压差传感器的第一隔离腔和第二隔离腔；
填充流体，所述填充流体被容纳在第一隔离腔和第二隔离腔中；
第一隔离膜片，所述第一隔离膜片配置为在过程接口处将第一隔离腔与过程介质密封隔离；
第二隔离膜片，所述第二隔离膜片配置为在过程接口处将第二隔离腔与过程介质密封隔离；和
第一涡流位移传感器，所述第一涡流位移传感器被配置为输出指示第一隔离膜片相对于壳体的位置的第一位置信号；
其中，第一位置信号指示第一隔离腔的密封状态。
21.根据权利要求20所述的压力传感器隔离装置，其中：
所述第一涡流位移传感器包括线圈和线圈驱动器，所述线圈驱动器被配置为驱动交流电流通过所述线圈，以在所述第一隔离膜片中感应出涡流；以及
第一位置信号基于第一涡流位移传感器的线圈的阻抗。
22.根据权利要求21所述的装置，还包括第二涡流位移传感器，所述第二涡流位移传感器被配置为输出指示第二隔离膜片相对于壳体的位置的第二位置信号，其中：
所述第二涡流位移传感器包括线圈和线圈驱动器，所述线圈驱动器被配置为驱动交流电流通过所述线圈，以在所述第二隔离膜片中感应出涡流；
第二位置信号基于第二涡流位移传感器的线圈的阻抗；以及
第二位置信号指示第二隔离腔的密封状态。
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