CN1856700B - 过程压力传感器的校准 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种过程装置(52)的压力传感器(60)，其特征在于施加多个压力给所述处理传感器。所述多个压力的输出被接收。补偿关系根据所述压力传感器输出被确定。所述表征数据被收集在所述压力范围内不均匀的分布中。
Description
技术领域
本发明涉及用于传感工业过程的过程变量的过程变量传感器。更具体地，本发明涉及用在过程监控和控制应用中的压力传感器的表征。
背景技术
过程(process)传送器用于通过测量用在工业过程中的流体的各种特征监控和控制工业过程。(如这里使用的，流体既包括液相和气相物质，又包括二者的混合物)。被频繁测量的一个过程变量是压力。压力可以是压差或管线压力、表压力、绝对压力或静压力。在一些安装中，所测量的压力被直接使用。在其它配置中，所测量的压力用于导出其它过程变量。例如，横过管道中的限制件(基本元件)的压差与通过所述管道的流体流量有关。类似地，容器中的两个垂直位置之间的压差与容器中的液位有关。过程传送器用于测量这样的过程变量并且传送所测量的过程变量到远程位置，例如到控制室。传送可发生在各种通信介质(例如，双线过程控制回路)中。
用在过程传送器中的压力传感器提供与所施加的压力有关的输出信号。已经知道，输出信号和所施加的压力之间的关系在压力传感器之间变化，并且在一些应用中也随静压力而变化。所述变化是所施加的压力以及压力传感器的温度的函数。所述变化也可以是静压力的函数。为了提高使用这样的压力传感器进行测量的精度，每个压力传感器都通常在制造期间经历表征处理。所述表征处理包括施加已知压力给所述压力传感器，并且测量所述压力传感器的输出。这利用多个处理器完成。通常，也在不同温度获取数据。例如，压力传感器可以在0和250英寸的压力之间被描述特性。这样的表征(characterization)处理可以10个均匀隔开的压力间隔(25英寸、50英寸、75英寸等)获取数据。可在不同温度获取多个数据集。接着例如使用最小二乘曲线拟合技术使所述数据符合多项式曲线。所述多项式的系数被储存在所述传送器的存储器中，并且用于补偿由压力传感器进行的随后的压力测量。
发明内容
本发明提供了一种表征过程装置的压力传感器的方法。施加多个压力给所述压力传感器。接收在所述多个压力的所述压力传感器或过程装置的输出。基于压力传感器输出确定补偿关系。用于确定所述补偿关系的输出通过施加给所述压力传感器的压力范围被不均匀地隔开。
附图说明
图1是过程控制或监控系统中的流量传送器的透视图。
图2示出图1中的流量传送器的简化截面图。
图3示出根据本发明的用于表征过程装置的压力传感器的装置的视图。
具体实施方式
图1示出通过管道凸缘机械连接至管道4的传送器2。诸如天然气等的液体流流过管道4。在本实施例中，传送器2接收压差、绝对压力、和温度，并且提供与质量流有关的输出。
操作中，温度传感器8传感流量传送器2下游的过程温度。模拟传感的温度通过电缆10传送，并且通过传送器主体上的防爆凸起部12进入传送器2。传送器2传感压差，并且接收模拟过程温度输入。所述传送器主体优选包括连接至传感器模块壳体16的电子壳体14。传送器2经由标准的三阀组或五阀组连接至管道4。
图2是图1中所示的传送器2的截面示意图。在图2中，称之为基本元件30的限制件在管道4中示出。过程联接件32联接在限制件30的任一侧上，并且用于提供过程压力差给传送器2的压力输入。例如，隔离膜片(未示出)可用于使承载在传送器2中的内部填充流体与承载在联接件32中的过程流体隔离。压差传感器34接收过程压力，并且提供输入信号给电子电路36。另外，温度传感器35提供与压力传感器34的温度相关的输入给电子电路36。所述温度传感器可以在任何位置，但是优选提供压力传感器34的温度的精确指示。通常，除了图1中所示的温度传感器8外，还使用所述温度传感器35。根据本发明，电子电路36使用补偿公式补偿压力测量中的误差。所述补偿公式可包括多项式，其中所述多项式的系数储存在传送器2的存储器40中。所述多项式是传感的压力和测量的温度的函数。所计算的压力可接着直接在过程控制回路18上传送，或可用于导出例如过程流量等其它过程变量。所述多项式计算和其它计算由电子电路36中的数字电路(例如，微处理器)执行。
尽管图1和2示出配置为基于压差测量流速的传送器，但是在一些实施例中，本发明可应用于用于测量压力的任何类型的传送器或过程装置(包括液位传送器或压力传送器)，并且可应用于测量压差或静压力的传感器。
通常，用在过程传送器中的现有技术压力传感器在制造期间经历试运行(或“表征”)过程。所述试运行过程被称之为C/V(characterized andverify，表征和校验)。在C/V期间，所述压力传感器暴露于在所述传感器的期望压力范围内的多个压力。在均匀地(一致地)分布在所述压力范围内的多个固定温度下进行所述测量。对于每个施加的压力，储存所述压力传感器或压力测量电路的输出。所述表征过程典型地在多个不同温度下进行。使用在为每个施加的压力和温度获得的数据点的来自压力传感器的被储存的输出，将曲线拟合技术用于产生多项式的系数。典型的多项式包括与压力有关的五个系数和与温度有关的四个系数。所述系数被储存在所述传送器的存储器中，并且用于在所述传送器工作期间校正压力传感器读数。
本发明包括识别，在一些应用中，期望的是通过小于整个表征压力范围的特定压力子范围提高压力传感器测量精度。例如，在基于压差的流量计中，横过所述限制件产生的压差相对小，并且难以以低流速精确测量。这可造成传送器进行的流量测量不精确，其中在流速相对小时所述传送器利用压差。在这样的配置中，本发明提高了压力相对低时压力传感器测量的精度。
通过在表征范围的特定子范围内获取更多数据点或更接近地隔开的数据点，本发明提高了表征多项式的精度。这通过所选择的子范围提供了表征多项式的提高的精度。本发明利用在压力传感器的操作范围内的压力补偿点的不均匀隔，以便通过操作范围的期望子范围提供了另外的补偿计算数据点。表征数据点的分布大体上为不均匀的，并且可根据需要选择。例如，所述分布可与阶梯变化、坡道或倾斜变化、或诸如对数或指数变化的更复杂的函数相一致。本发明包括使用这项技术以及用于根据这项技术表征压力传感器的方法和设备产生的多项式系数的传送器或其它过程装置。
图3是在表征过程装置52的压力传感器60中使用的表征装置50的简化框图。表征装置50包括连接至压力源56和温度源58的表征控制器54。压力源56配置为响应于来自表征控制器54的控制信号施加选择的压力给过程装置52的压力传感器60。温度源58也由表征控制器54控制，并且被配置为根据需要控制过程装置52的温度。另外的温度和压力传感器(未示出)可用于提供反馈给表征控制器54。响应于所施加的压力，过程装置52提供输出给表征控制器54。所述输出与来自所述压力传感器的输出有关，并且可直接从所述压力传感器获得，或可以是通过过程装置52的随后的电子电路产生的输出。
通常，表征控制器54包括根据储存在存储器66中的指令操作的诸如微处理器64的数字控制器。在表征过程期间，表征控制器使用温度源58将过程装置52的温度设定为期望温度。第一期望压力被利用压力源56施加到过程装置52的压力传感器60。来自过程装置52的输出被储存在表征控制器54的存储器66中。接着，使用压力源56将第二期望压力施加给压力传感器60，且另一数据点被储存在存储器56中。在压力传感器60的期望压力范围内在期望被施加的温度重复所述过程。一旦已经获得用于特定压力范围的全部数据点，则使用温度源58将过程装置52的温度改变到另一期望温度，并且重复所述过程。表征控制器54根据储存在存储器56中的被收集的数据产生用于多项式的系数。所述多项式的系数根据在实际施加的压力和来自过程装置的输出之间的实际压力以及所述过程装置的温度产生。所述系数被储存在过程装置52的存储器70中。在随后的操作期间，过程装置52取回储存的系数，并且应用表征多项式于压力传感器60的输出，以校正被传感的压力的误差。
根据本发明，表征控制器54使得多个压力通过压力源56被施加给压力传感器60。在每个被施加的压力获得数据。所施加的压力在所施加的压力范围内不均匀地分布。例如，对于在0到250英寸范围内被表征的压力传感器，可以在所施加的0、5、10、15、20、25、50、100、和250英寸的压力获得数据。通常对于每个所施加的压力在多于一个的温度收集数据。根据需要选择所施加的压力的特定分布。例如，可使用阶梯函数，可选择在整个压力范围内不均匀的指数、对数、或其它分布。换言之，在作为用于表征的整个压力范围的子集的至少一个子压力范围内，所施加的压力点的分布与在表征压力范围内的其它部分内的压力分布不同。
所收集的数据用于产生用于表征过程装置52的压力传感器60的多项式的系数。在一个具体实例中，具有五次压力和四次温度的多项式用于校正压力传感器测量。在这样的实施例中，根据下述计算校正的压力：
P校正＝
a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4+
b0P+b1PT+b2PT2+b3PT3+b4PT4+
c0P2+c1P2T+c2P2T2+c3P2T3+c4P2T4+方程1
d0P3+d1P3T+d2P3T3+d3P3T3+d4P3T4+
e0P4+e1P4T+e2P4T4+e3P4T3+e4P4T4+
f0P5+f1P5T+f2P5T5+f3P5T3+f4P5T4
这里a0、a1、…、f4是多项式的储存的系数，P是校正前的传感的压力，T是压力传感器的温度。根据本发明，使用其中在表征压力范围内以不均匀的方式收集数据的曲线拟合技术产生系数a0、…、f4。在一个方面中，所述分布是非线性的。
在另一实施例中，所述过程装置除了在压差范围上被表征外还在静压力范围上被表征。用于静压力的数据点的分布在压力范围上也是不均匀的。例如，可以在静压力以及压差和温度表征多变量过程装置。
过程装置52可以是使用压力的任何过程装置。实例包括配置为传感静压力、表压力、绝对压力或压差的任何类型的压力传送器。其它传送器包括基于压差确定流速的传送器或基于压差测量容器中的液位的传送器。在压力范围内数据点的分布可被选择用于过程装置的期望实施。如上所述，对于流量传送器，在压力传感器的低压范围内的另外的数据点是期望的。另一方面，对于水平高度应用，对应于大体上整个容器的压力范围是特别重要的，且另外的数据点可被收集在此压力范围内。在一个实施例中，在整个压力范围内收集与现有技术数量相同的数据点。然而，数据点的分布被加权到期望的特定子范围。在另一实例中，另外的数据收集点可用于与现有技术的比较。用于温度表征的数据点的分布也可在温度范围内不均匀地隔开。
尽管已经参看优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将认识到，可对形式和细节做出改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (15)
1.一种表征过程装置的压力传感器的方法，包括：
在表征压力范围内将多个压力施加到所述过程装置的压力传感器；
接收与所施加的压力有关的来自所述压力传感器的输出；及
基于来自所述压力传感器的输出确定补偿关系；
其中所施加的不同的压力在所述表征压力范围内不均匀地分布，且
其中在多于一个的温度下执行所述施加多个压力的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述过程装置包括流量传送器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述过程装置包括液位传送器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述补偿关系包括多项式。
5.根据权利要求1所述的方法，包括将在多个压差下的所述压力传感器的输出与参考值进行比较。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所施加的压力的分布是线性函数。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所施加的压力的分布是指数函数。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所施加的压力的分布是对数函数。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述施加步骤包括在较低的压力范围内比在较高的压力范围内以更接近的间隔施加压力。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述施加多个压力的步骤包括使流体移过基本元件以产生压差。
11.根据权利要求1所述的方法，包括将与所述补偿关系相关的补偿值储存在所述过程装置的存储器中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述补偿值包括多项式系数。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述压力传感器包括压差传感器。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述表征用于压差和静压力。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述表征用于静压力和温度。
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