CN113167391B - 具有集成电子元件的智能阀转接器 - Google Patents

Abstract

本文公开的实施例涉及一种用于监控具有控制元件的阀的装置，其中所述控制元件由致动器致动，该装置具有：在所述控制元件和所述致动器之间的转接器，其中所述转接器将控制元件的阀杆关联至所述致动器；和包含在所述转接器内的电子模块，其中所述电子模块还包括一个或多个传感器。

Description

具有集成电子元件的智能阀转接器

技术领域

本发明总体涉及用于监控和管理工业过程控制系统特别是下位的阀和致动器的装置和技术。本发明还涉及基于工业过程控制系统的下位的阀和致动器的监控特性的预测分析。

背景技术

工业过程控制系统的过程的整体性能可以通过监控与该过程相关的关键度量来表征。关键度量可以直接或间接地进行测量，但这两种技术有着固有的优缺点。惯常使用间接测量来尝试通过推导过程获得经验数据。例如，电动致动器上的致动器操作扭矩可通过监控电机电流来推导。通过将基线振动测量值与振动超时值进行比较，可以得出基线振动测量值，从而推断出阀磨损。直接测量技术是最理想的，但也是最难于实践的，迄今为止尚未在实践中成功地商业实施。重要的是要了解阀扭矩并对其超时进行表征，以更好地了解阀在工艺流程中的运行情况。过去，直接测量阀扭矩是难于实践的。附接在阀上的阀杆直接与致动器接合，这使得很难联接称重传感器或其它装置以直接测量扭矩。在监控控制阀的关键度量时面临的挑战包括传感器的放置、为传感器供电以及处理来自传感器的数据。因此，需要一种装置和技术，其能够提供对关键度量的直接测量，而在给定控制阀的物理约束的情况下，这些度量通常很难获得和测量。

发明内容

本文公开的实施例涉及一种用于监控具有控制元件的阀的装置，其中该控制元件由致动器致动，该装置具有：在控制元件和致动器之间的转接器，其中该转接器将控制元件的阀杆关联至致动器；以及包含在转接器内的电子模块，其中该电子模块还包括一个或多个传感器。

附图说明

通过参考附图，实施例可以更好地理解，并且许多目的、特征和优点对于本领域技术人员而言将是显而易见的。这些附图仅用于说明本发明的典型实施例，而不应视为对本发明范围的限制，因为本发明可以允许其它等效实施例。附图不一定按比例绘制，并且为了清楚和简洁起见，附图的某些特征和某些视图可以按比例放大或示意性地示出。

图1示出具有集成电子模块和致动器的智能阀转接器的实施例的示意图。

图2示出集成电子模块的实施例的示意图。

图3示出集成电子模块的实施例的框图。

图4示出用于智能阀和集成电子模块系统的微控制器或微处理器的实施例的示意图。

图5示出具有集成电子模块的智能阀转接器的替代实施例的示意图，其中集成电子模块直接与柔性电路连接。

图6示出图5所示的替代实施例的俯视图。

图7示出具有集成电子模块的智能阀转接器的替代实施例的示意图，其中数据和电力通信和传输是通过电感耦合提供的。

具体实施方式

以下描述包括体现本发明主题的技术的示例性装置、方法、技术和指令序列。但应当理解，在没有这些具体细节的情况下可实践所述实施例。

图1示出具有转接器100的改进阀、智能阀或智能阀系统10的实施例的示意图，转接器100具有集成电子模块20和致动器15。在设计阀装置或系统10以监测表征控制阀10的性能和磨损的关键度量时面临的挑战包括：传感器25的放置、为传感器25供电以及处理来自传感器25的数据60。此外，如果传感器25放置在阀杆11或阀10上，以前没有有效的解决方案在传感器25与微控制器或微处理器23之间提供必要的数据通信和电源连接以能够接收和处理传感器数据60。

仅作为示例，在图1所示的实施例中，本文提出将电子模块20嵌入到将阀杆11结合至致动器15的转接器、耦合器或支架100内，以解决将传感器25放置在阀10上以用于直接测量关键度量60的挑战。举例来说，转接器100可以在阀杆11外部安装至阀杆11或其上方，并且可以安装至致动器15。转接器100的优点在于它不需要对阀10或致动器15有任何特殊的制造技术/修改，但需要将传感器25放置在转接器100中或其上，该转接器也容纳阀杆11、实现传感器25和电子模块20之间的足够接近以用于准确的数据60传输和任何进一步的微处理器23功能/中继。常规的阀杆11可以是实心金属圆柱体，其将作用力施加在下面的阀上。实心杆通常可用于降低制造成本，但就机械强度而言，中空的或具有腔或狭槽的阀轴11同样可提供所需的杆力，同时满足最大允许的阀杆剪切扭矩或最大许用阀杆扭矩(MAST)的要求。中空轴11具有额外的益处，即为电子模块20提供壳体、直接接近下面的控制元件13如盘14、球19、闸门(未示出)和本领域已知的其它流动控制元件13，并且中空轴11还提供了到控制致动器15的电气路径，该致动器可以供电给电子模块20并用作数据通信网关。

如图1所示，智能阀10可以位于工业过程控制系统70中，其中智能阀10可以通过设置在阀体82内的流动控制元件13来控制介质流18。智能阀10还包括致动器15和阀杆11，其中阀杆11的长度可以由从阀杆11的一端11a到另一端11b的距离限定。阀杆11可以在第一端11a连接到致动器15，并且在第二端11b连接到流动控制元件13。在第一端11a和第二端11b之间的杆11的主体可以基本上容纳或包含在转接器100内，其中杆11可以在转接器100的壳体或外壳104内旋转，并且其中第一端11a插入到转接器100的第一端的第一开口103a，第二端11b插入到转接器100的第二端的第二开口103b。此外，阀杆11将来自致动器15的作用力施加至下面的控制元件13，同时被容纳在转接器100内。阀体82可进一步包括阀盖86，该阀盖86在阀体82与转接器100之间限定出通道或通路87。阀杆11可插入阀盖86的通道或通路87中。致动器15可以是电动的、气动的、液压的、手动的或本领域已知的任何其它致动器15，以操纵阀杆11并因此操纵流动控制元件13。

电子模块20被嵌入、集成到或包含在转接器100的壳体104内。主导体或中心导体21可将电子模块20与致动器15连接，且主导体21可在智能阀10内的致动器15与电子模块20之间供电和实现数据通信。替代地或附加地，电缆和布线102可以为转接器100内的电子模块20供电和实现来自和去往外部源的数据通信。在某些实施例中，主导体21可以是电线或电缆，为控制致动器15和电子模块20之间的电力和数据通信提供了单条电线路径。在替代实施例中，转接器100可以连接到中心导体21，该中心导体具有“弹簧加载”触点，该触点可以类似于固定滑环地与致动器小齿轮或扇形齿轮的中心导体相啮合。接合或接触点在阀10和致动器15之间实现电接触，而在阀10和致动器15之间无需物理电线或电缆，因此在这些替代实施例中，主导体21不一定是电线或电缆。电子模块20可以进一步用环氧树脂或粘合剂集成、封装、嵌入或附接到转接器100的壳体或外壳104。转接器100对阀杆11的容纳还实现电子模块20对控制元件13的可及。可提供绝缘体22以绝缘主导体21。如图1所示，电子模块20可以与一个或多个传感器25(例如一个或多个称重传感器、应变仪或压力传感器30)以及一个或多个热电偶35或温度传感器32进行数据通信(例如从这些传感器接收数据信号60和发送数据信号60至这些传感器)。电子模块20可以与流量传感器43和加速度计31(图1中未示出)进一步进行数据通信。在某些实施例中，一个或多个传感器25可以位于电子模块20内或在阀杆11上，而其它传感器25能可选地位于转接器100的壳体104或其内。以下进一步描述可与电子模块20进行数据通信的附加传感器25。在替代实施例中，如图5和图6所示，可以通过柔性聚酯薄膜柔性电路110提供电力和数据通信。在图5和图6所示的实施例中，电子模块20在阀或流动控制元件13上方通过柔性电子连接件110直接连接到安装在阀13上的传感器25。这可通过附接形状像“时钟弹簧”的柔性聚酯薄膜电路板110来实现，以在阀13旋转时消除阀杆11和支架或转接器100之间的故障，如图5和图6所示。在图5和图6中，柔性电子连接件110用作主导体21的。代替用于柔性电路110的聚酯薄膜材料，可使用本领域普通技术人员已知的任何其它等效或类似材料，例如仅作为示例，可以是类似于聚酯薄膜的等效塑料。在其它替代实施例中，如图7所示，致动器15、电子模块20、传感器25和/或智能阀10之间的电力传输和数据通信可以无线地实现，例如仅作为示例，通过感应无线电力传输和数据通信，消除了对物理主导体21的需要。在图7中，阀杆11感应关联至垂直于阀杆11的发射线圈120以传输电力和数据通信。阀杆11可具有绝缘材料122，其将用作围绕阀杆11的90度缠绕的平面线圈124的支撑。与阀杆11垂直和相邻的是互补的平面线圈126，其将为智能阀10的电力传输和通信提供电感耦合。

致动器15可以可选地包括数字或模拟接口或显示器，或可由阀10的操作者访问或查看的警报系统55a。仅作为示例，电子通信可以采用FSK(频移键控)、调制或其它通信模式的形式。

在所示实施例中，传感器25可通过电线或电缆84与电子模块20进行数据通信和电力连通，或者替代地，在其它实施例中，传感器25可与电子模块20进行无线数据通信或直接与电子模块20焊接/附接/连接。传感器25还能可替代地由电池(未示出且可以在外部或内部)供电。

图2示出与转接器100集成在一起的电子模块20的实施例的示意图。电子模块或嵌入式电子模块20为嵌入阀10内的传感器25提供接入点，例如压力传感器30和流量传感器(或自加热热电偶35和/或流量测量传感器)(例如参见图1)。传感器25还可以可选地附接至或位于阀杆11上或阀杆11内或靠近流动控制元件13。如果传感器25，例如压力传感器30，被放置在阀杆11内部，则它可以可选地被放置在阀杆11区域中，其中流动控制元件13离开该区域以获得来自介质18的直接测量。电子模块20可以包括以下一个或多个：通信和电源模块28；微处理器、微控制器或计算单元23；一个或多个称重传感器、应变计或压力传感器30；加速度计31，其在某些实施例中可以是3轴加速度计；温度传感器32或热电偶35；电流传感器33；压力传感器34；泄漏传感器36；和其它任何其它传感器25。图3示出了集成电子模块20的实施例以及电子模块20的数据和/或电源通信路径的框图。在图3中，电子模块20的通信和电源模块或块28从主导体21或电缆102接收数据和电力并将数据发送到主导体21或电缆102。可选的通信和电源块28还可以将数据通信和/或供电供至微控制器模块23以及进一步供至传感器接口42。传感器接口42从传感器25接收或获得一个或多个数据或度量测量值60，其可以包括以下类型的传感器25中的一个或多个(并且可以包括多个每种类型的传感器25)：力、应变或压力传感器30；振动传感器或加速度计31；温度传感器32或热电偶35；流量传感器43；扭矩传感器44；泄漏传感器45；和/或电流传感器33。主导体21和/或电缆102、通信和电源模块28、微控制器模块23以及传感器接口42(和传感器25)都可以在数据通信连接或路径之间互换地接收和发送数据60以及电力。传感器接口42还可以以数据的形式向传感器25供电和提供指令，以检索或测量数据或度量60。

关于每种类型的传感器25，电流传感器33可以感测、记录、测量或获得并传输电动致动器15电机电流的测量值、度量或数据60。电动致动器15电机电流的数据60指示阀10的输出扭矩和致动器15的磨损；特别地，所测量的电机电流的增加可以与阀10的输出扭矩和致动器15的磨损成比例。应变仪、压力传感器和/或称重传感器30可以感测、记录、测量或获得并传输阀杆11扭矩的度量或数据60。阀杆11扭矩的数据或度量60指示致动器15扭矩、压紧扭矩和阀座扭矩(取决于阀10的位置)，因为阀杆11扭矩是这些扭矩的总和。电子模块20可包含嵌入式传感器25，可选地作为微处理器23或电子模块20的电路板的末端、端部或边缘处的应变仪、压力传感器或称重传感器30，以检测阀杆11扭转力，然后将其直接与阀杆11扭矩相关联。通过将电子模块20封装在环氧树脂中，可以实现这种测量技术，该环氧树脂粘结到电子装配模块20并与阀杆11数据连接。传感器25也可以放置在阀杆11本身上。应变仪30还可以可选地放置、粘附或附接到杆11或控制元件13，以获得直接扭矩测量值60。阀杆11通常将主要经受扭力，但是也可能经受内部压力、弯曲和张紧轴力，这些可由其它传感器25感测或观察到。可选的第二压力传感器30可以感测、记录、测量或获得并传输气动致动器15的气压的度量或数据60。关于作用气压的测量值60可以指示智能阀10的输出扭矩。加速度计或3轴加速度计31可以感测、记录、测量或获得并传输阀振动的测量值、度量或数据60。当控制元件13进入或离开阀座时，阀振动指示阀座的磨损。阀振动还可能指示存在气穴，也可能指示填料磨损。热电偶35或温度传感器32可感测、记录、测量或获得并传输阀温度的测量值、度量或数据点60，其指示或与由于温度而加速的填料和阀座磨损相关。阀杆泄漏传感器36可以测量、感测、获取或记录并传输关于阀10和阀杆11之间的存在气体泄漏和泄漏量的数据或测量值60，这可能与介质18的逸出或漏出或其烟气进入过程系统70和阀10或阀密封件磨损/退化有关或指示存在上述情形。阀杆泄漏传感器36可通过阀杆11中或控制元件13上或控制元件13内的孔口(未示出)获得数据60。孔口还可以延伸穿过环氧树脂，使得泄漏传感器36可以接近通过孔口进入的泄漏物。第二热电偶35或温度传感器32还可感测并传输关于介质流18或介质流体的热差的数据、测量值或度量60，其可与阀10的扭矩和气穴相关。压力传感器34可以感测、记录、测量或获得并传输介质压力的测量值、度量或数据60，其也可以与阀10的扭矩和气穴相关。关于介质类型的与阀扭矩和操作相关的数据、度量或测量值60可以作为输入而输入到电子模块20的微处理器或计算单元23中。关于致动器电机电流、致动器气压、阀杆扭矩、阀振动、阀温度、泄漏物、介质类型、介质流量和介质压力的数据、度量、信号和测量值60可以传输到微处理器或计算单元23并由其接收。数据或信号60可以由微处理器或计算单元23进一步处理和分析，以提供预测建模或分析，或确定用于智能阀系统10的期望阀10参数，如针对图4进一步描述的。

图4示出用于具有转接器100的智能阀10和集成电子模块20系统的微控制器或微处理器23的实施例的示意图。微处理器、微控制器或计算单元23可以具有以下组件，包括但不限于：存储装置50、数据收集单元51、风险评估或分析单元52、历史数据单元53、比较分析单元54、通知单元55和收发器单元56。通常，关于基于传感器25检索/观察到的数据、测量值或度量60的分析和处理的任何描述或公开，其被描述为由微处理器23执行，也可以通过远程执行，并且还通过致动器15内的微处理器(未示出)执行，因为主导体21或电缆102在致动器15(或外部源)和包含微处理器23的电子模块20之间中继、传输和通信数据60。

微处理器23及其组件通常被实现为由存储在物理数据存储组件50中的计算机指令控制的电子电路和基于处理器的计算组件，包括各种类型的电子存储器和/或大容量存储设备。首先应注意，存储在物理数据存储装置50中并在处理器或微控制器23内执行的计算机指令包括各种现代装置、机器和系统的控制组件，并且与装置、机器或系统的任何其它组件一样有形、物理和真实。有时会遇到这样的陈述：表明计算机指令实现的控制逻辑“仅仅是软件”，或者是抽象的东西，而不是物理机器组件的有形东西。那些熟悉现代科学和技术的人知道事实并非如此。处理器执行的计算机指令必须是存储在物理设备中的物理实体。否则，处理器将无法访问和执行指令。术语“软件”可以应用于程序或例程的符号表示，例如编程语言语句的打印输出或显示列表，但是计算机程序的此类符号表示不由处理器执行。相反，处理器获取并执行以物理状态存储在物理数据存储装置50内的计算机指令。类似地，计算机可读介质是物理数据存储介质50，例如磁盘、存储器和大容量存储设备，它们以有形的物理形式存储数据，随后可以从物理数据存储介质50中检索该物理形式的数据。此外，物理数据存储介质50可以可选地与微处理器23集成在一起。

微处理器23访问并使用各种不同类型的存储或接收的信息、信号、反馈、数据、度量、测量值或输入60，包括用户/操作员输入，以便产生可以触发或改变微处理器23或智能阀10的进程的输出控制或命令，或者以其它方式传输信号和数据。这种改变的进程可以包括：禁用致动器15或阀10的电源；改变控制元件13的位置；向处理系统70的操作员等发出视觉和听觉警报或警告等。数据60(例如来自加速度计31、流量传感器43、温度传感器32、应变仪30和/或扭矩传感器44)可以被单独地和共同地收集和分析，以确定故障、预测故障、与基线读数进行比较，以及其它使用统计模型(例如贝叶斯决策和使用快速傅里叶变换(以下也称为“FFT”)对原始数据60进行精细分析)的方法。计算可以分配在微处理器23和阀系统10外部或远程的其它计算单元。接收/测量的变量、数据、测量值或度量60，或输入/存储的变量、度量、信息或数据60，无论是通过用户输入还是从任何传感器25反馈到微处理器23，都至少包括：电动致动器电机电流、气动致动器气压、阀杆扭矩、阀振动、阀温度、阀杆泄漏物、介质类型、介质流量、介质压力和致动器停留时间等。微处理器23在其算法中使用的附加信息可以包括一个或多个存储的控制时间表、算法、通过控制或显示接口55a接收的即时控制输入，以及从其它处理系统(包括微处理器23、致动器15中的计算单元和阀系统10外部的计算单元之间的数据通信)、远程数据处理系统、包括基于云的数据处理系统(未示出)接收的数据、命令、调试和其它信息；并且还可以包括数据60的均值、偏差、基线偏差、贝叶斯和FFT(包括其它分析)的统计分析。此外，在替代实施例中，微处理器23可以监控和协调阀10的数据反馈和/或输入60，以自动调整控制元件13或致动器15的位置，或根据阀10的测量值/度量60或保存/存储的数据60向操作员发出维护或修理需要的警报。微控制器23的模拟和数字接口55a可以处理传感器数据60并执行对收集到的数据60的实时分析。微处理器23可以从原始实时传感器数据60中提取和推断关于(但不限于)以下的信息或预测：阀10的剩余寿命、致动器15的剩余寿命、维修间隔、潜在的未决故障或服务中断以及预防性维护。仅作为示例，微处理器23可以监控并记录在多个时间段内的阀10振动以及阀杆11扭矩数据60到物理数据存储组件50中，并相应地调整智能阀10的位置，以解决必要的介质流18的体积或量的磨损/退化，和/或在感测到的数据或度量60超出存储的所需数据值或对应的感测到的数据60的参数集时，警告操作员。物理数据存储组件50存储的该历史记录和数据60可以进一步被系统的操作员或制造商或微处理器23本身用于对智能阀10的组件进行故障排除、维护和维修。除了可选地生成控制输出以操纵智能阀10的组件(仅作为示例，致动器15和控制元件13)之外，微处理器还可以选择提供LED、图形、显示或模拟接口(包括数字或模拟接口或警报系统55a)，以使用户/操作员可以轻松输入控制，并且还可以通过信息输出接口向远程实体、其它微控制器以及用户提供或传输输出、数据、信号和其它信息。接口系统55a可以是安装有电子元件的致动器15，其具有显示信息并依次将进一步的信息传递给过程控制器或其它仪器的能力，该过程控制器或其它仪器连接到致动器15的网络，包括但不限于基于云的网络和存储。数字通信可以允许致动器15内或外部的电子元件或计算单元直接与封装的电子模块20通信。以这种方式，微处理器23可以用作感测或接收反馈以调节和校正智能阀10系统的机构。尽管在某些实施例中，封装的微处理器23可以不具有直接的显示/数字接口55a，但是微处理器23可以包括通过阀杆轴11上的窗口可见的LED指示器(未示出)。

该技术的实施例可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)，或结合了软件和硬件方面的实施例的形式，这些方面在本文中通常都统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明公开的实施例可以采用在任何有形的表达介质中体现的计算机程序产品的形式，在该介质中具有计算机可用的程序代码。所描述的实施例可以被提供为计算机程序产品或软件，其可以包括其上存储有指令的机器可读介质，可以用来对计算机系统(或其它电子设备)进行编程以执行根据实施例的过程，无论是否目前在此描述，因为这里没有列举每个可能的变型。机器可读介质包括用于以机器(例如计算机)可读的形式(例如软件、处理应用程序)存储或传输信息的任何机制。机器可读介质可以包括但不限于：磁存储介质；光学存储介质；磁光存储介质；只读内存；随机存取存储器；可擦可编程存储器；闪存；或其它适合存储电子指令的介质。另外，各种实施例可以以电、光、声或其它形式的传播信号(例如载波、红外信号、数字信号等)或有线、无线或其它通信/遥测介质来体现。

用于执行实施例的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写。程序代码可以完全在用户计算机上执行、部分在用户计算机上作为独立软件包执行、部分在用户计算机上并且部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)、个人区域网(PAN)或广域网(WAN))连接到用户计算机，或者可以与外部计算机建立连接(例如通过使用互联网服务提供商的互联网)。

存储装置50可以是用于存储数据的任何合适的存储装置。数据收集单元51可收集、集合、操纵和/或分类由传感器25发送的关于智能阀10以及过程系统70和/或介质18的并且由微处理器23或电子模块20接收的数据60。每个传感器25贡献度量或数据60，这些度量或数据60导致下面的智能阀10和致动器15状况的局部视图。当使用实时分析技术组合一组或多个传感器25的度量60时，可获得阀10和致动器15状况的准确评估。数据收集单元51可将收集的数据操纵成允许操作者和/或微处理器23在操作期间采取适当动作的格式。风险评估或分析单元52可从数据收集单元51接收分类的数据60，以确定在智能阀10处是否可能存在任何当前或将来的风险，并且可做出的预测不仅限于阀剩余寿命、致动器剩余寿命、维修间隔、潜在的未决故障或服务中断以及预防性维护。风险可以基于操作中发生的实时事件和/或基于可能发生的预测事件。风险评估或分析单元52可对微处理器23和/或操作员的风险进行分类(例如是创建警报还是警告)。仅作为示例，如来自振动传感器31的数据60的傅立叶分析之类的技术可以提取基本频率的差异，这些差异可以显示出与长期运行相比在调试时测得的基线性能的变化。这些变化可以与致动器15和阀10的性能直接相关，并导致指示出潜在的致动器15和阀10故障或预测维修需求的预测方法。当该分析与阀杆11的扭矩测量值60相关时，相关数据的统计显著性导致准确的预测断言。

历史数据单元53可以对由数据收集单元51收集的历史数据、测量值或度量60进行分类。比较分析单元54可以比较由数据收集单元51收集的数据、测量值或度量60、分类的风险和/或历史数据60，以便确定操作者和/或微处理器23的行动方针。比较分析单元54可以进一步确定感测到的度量、数据或测量值60是否在先前输入到微处理器23中的预定参数值集合内。智能阀10的参数可以是由制造商、操作员、客户或任何其它合适的来源或算法设置的任何合适的参数。比较分析单元54可以基于感测和收集的数据60来确定风险的严重程度。比较分析单元54可以将信息中继到通知单元55，使得通知单元55可以警告操作者和/或采取行动。通知单元55可以向操作员或微处理器23警告关于智能阀10和/或过程控制系统70的实时状况和/或预测状况。通知单元55可以包括视觉显示界面(如图1的致动器15上所示的界面或视觉警报系统55a)、听觉声音或警报、动力学响应或自动响应和/或其组合。收发器单元和/或发送器56可以是向微处理器23发送和/或接收数据的任何合适装置(仅作为示例，在某些实施例中例如是主导体21)。实施单元57可以被配置为创建并执行用于修复阀10的实施计划(包括但不限于禁用或启用对致动器15或阀10的供电；调节致动器15或阀10、改变控制元件13的位置；以及向过程系统70的操作员发出视觉和听觉的警报或警告等)。在另一个示例中，操作员和/或微处理器23可以在执行操作时更新、确定或提供关于智能阀10参数和/或数据的预测。操作者和/或微处理器23可以将将来需要比较的任何条件或参数通知或更新历史数据单元53。

尽管在本文中已经作为实施例示出了蝶阀，但具有杆的任何类型的工业阀可被用作智能阀10。

尽管参考各种实施方式和开发描述了实施例，但应当理解，这些实施例是说明性的，并且本发明主题的范围不限于此。许多变型、修改、增加和改进是可能的。申请人在此通过引用并入于2019年10月14日提交的美国专利申请号16/600,864，于2018年10月12日提交的美国临时专利申请号62/744,793。

在本文中被描述为单个实例的组件、操作或结构可以提供多个实例。通常，在示例性配置中表示为单独的组件的结构和功能可以实现为组合的结构或组件。类似地，呈现为单个组件的结构和功能可以实现为单独的组件。这些和其它变型、修改、增加和改进可以落入本发明主题的范围内。

Claims (14)

1.一种用于监控具有控制元件的阀的装置，其中所述控制元件由致动器致动，该装置包括：

在所述控制元件和所述致动器之间的转接器，其中所述转接器将所述控制元件的阀杆关联至所述致动器；

完全内置在所述转接器内的电子模块，其中所述电子模块还包括：微处理器、应变仪、加速度计、热电偶、电流传感器和扭矩传感器；

其中所述应变仪指示阀杆扭矩和致动器扭矩；

其中所述加速度计指示所述控制元件的移动和所述阀的气穴；

其中所述电流传感器指示所述致动器的电流；

其中所述阀杆扭矩、所述致动器扭矩、所述控制元件的移动和所述阀的气穴以及所述致动器的所述电流表示所述阀的磨损、所述控制元件的磨损以及所述致动器的磨损；以及

进一步地，其中所述微处理器被配置成监控所述阀并基于所述应变仪、所述加速度计、所述热电偶、所述电流传感器和所述扭矩传感器来预测所述阀的状况。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括将所述电子模块连接到所述致动器的导体。

3.根据权利要求2所述的装置，还包括连接至所述转接器的电缆，其中所述电缆被构造成向所述转接器和电子模块提供数据通信和电力。

4.根据权利要求2所述的装置，进一步地，其中所述电子模块嵌入所述转接器中；其中所述导体的一端连接至所述电子模块；其中所述导体被配置成将数据传输至所述电子模块和接收来自所述电子模块的数据；并且其中所述导体进一步被配置成向所述转接器和电子模块供电。

5.根据权利要求4所述的装置，进一步地，还包括在所述转接器中封装所述电子模块的一定体积的环氧树脂。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述电子模块还包括气体泄漏传感器、压力传感器和流量传感器，并且其中所述气体泄漏传感器指示所述阀和所述阀杆之间的气体泄漏量；并且其中所述阀和阀杆之间的所述气体泄漏量表示存在阀介质的泄漏。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括绕所述阀杆盘绕的柔性电路，其中盘绕的所述柔性电路被配置成在所述阀旋转时消除所述阀杆和所述转接器之间的故障。

8.根据权利要求1所述的装置，进一步地，还包括关联至所述阀杆的发射线圈和与所述发射线圈互补的平面线圈；其中所述发射线圈和所述平面线圈被配置用于与所述电子模块进行无线电力传输和预测分析数据通信。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述微处理器还包括：

数据收集单元，其被配置成从所述应变仪、所述加速度计、所述热电偶、所述电流传感器以及所述扭矩传感器接收关于所述阀的数据；

风险评估分析单元，其被配置成基于所接收的数据预测所述阀的状况；

历史数据单元，其随着时间汇编数据；和

比较分析单元，其比较数据并且其中所述比较分析单元响应所述数据收集单元、所述风险评估分析单元以及所述历史数据单元。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述微处理器还包括实施单元，其配置成创建和执行用于修复所述阀的实施计划。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述比较分析单元被配置成生成描述所述阀的实际故障、故障的可能性、未来故障的概率或者维修需求的报告。

12.一种用于监控用于气体泄漏的阀的装置，包括：

在所述阀中的流动控制元件；

连接至所述流动控制元件的阀杆；

关联至所述阀杆和所述阀的致动器的转接器；和

完全内置在所述转接器中的电子模块，其中所述电子模块还包括微处理器、应变仪、加速度计、热电偶、电流传感器、气体泄漏传感器以及扭矩传感器；以及进一步地，所述应变仪、所述加速度计、所述热电偶、所述电流传感器、所述气体泄漏传感器和所述扭矩传感器与所述流动控制元件相邻；以及

进一步地，其中所述微处理器被配置成监控所述阀并基于所述应变仪、所述加速度计、所述热电偶、所述电流传感器、所述气体泄漏传感器以及所述扭矩传感器来预测所述阀的状况。

13.根据权利要求12所述的装置，进一步地，还包括关联至所述阀杆的发射线圈和与所述发射线圈互补的平面线圈；其中所述发射线圈和所述平面线圈被配置用于与所述电子模块进行无线电力传输和预测分析数据通信。

14.根据权利要求12所述的装置，其中所述微处理器包括：

数据收集单元，其被配置成从所述应变仪、所述加速度计、所述热电偶、所述电流传感器、所述气体泄漏传感器以及所述扭矩传感器接收关于所述阀的数据；

风险评估分析单元，其被配置成基于所接收的数据预测所述阀的状况；

历史数据单元，其随着时间汇编数据；和

比较分析单元，其比较数据并且其中所述比较分析单元响应所述数据收集单元、所述风险评估分析单元以及所述历史数据单元，其中所述比较分析单元被配置为生成描述所述阀的实际故障、故障的可能性、未来故障的概率或者维修需求的报告。