CN202362919U - 过程变量变送器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种过程变量变送器系统，用于从工业过程中的远程位置传输过程变量，所述过程变量变送器系统包括：过程变量变送器，包括用于传输检测到的过程变量的通信电路；辅助过程变量传感器，与所述过程变量变送器电连接，所述辅助过程变量传感器被配置为检测过程变量，并通过电连接向所述过程变量变送器传输所述过程变量；以及其中，来自所述辅助过程变量传感器的通信具有模拟格式或者具有数字格式。

Description

过程变量变送器系统

技术领域

本实用新型涉及工业过程中的过程变量的测量。更具体地，本实用新型涉及过程变量变送器通过使用与该变送器间隔的外部过程变量传感器来测量过程变量。 

背景技术

可以使用压力变送器来远程监视过程流体的压力。压力变送器包括对压力传感器的信号进行调节并向远程位置发送输出的电路，在该远程位置处，可以将该输出监视为对压力的量值进行表示。常常使用远程密封件或者远程隔膜套件将压力变送器与危险的测量环境拉开距离，或者用于将压力变送器与不方便放置的过程流体相链接。例如，如在化学工厂或者炼油厂中，常常将远程密封件与腐蚀性的或者高温的过程流体一起使用。 

典型地，在这些情况下，可以使用具有隔膜套件和毛细管的机械远程密封件将压力变送器耦合到过程流体，同时将压力变送器放置在安全距离之外。这些液压的远程密封系统通过薄的挠性隔膜与过程流体通信，使用该薄的挠性隔膜将过程流体与毛细管中使用的填充流体相隔离。当隔膜弯曲时，不可压缩的填充流体通过毛细管将压力变化转到(translate)放置在压力变送器中的隔膜。通过另一填充流体向压力传感器发送压力变送器隔膜的偏转，这样产生与过程流体的压力有关的信号。 

还已经提出了电子远程密封系统，在该电子远程密封系统中，远程密封件与过程变送器进行电子通信。使用这些配置，将量规(gage)压力传感器放置在远程密封件上，并且通过有线或者无线的电子通信系统向过程变送器发送传感器输出信号。针对差压读数，将远程密封量规压力与在压力变送器或者另一远程密封件处检测到的另一量规压力进行比较。然后，压力变送器电路计算差压。从而，电子远程密封件消除了与 毛细管相关的缺陷。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种过程变量变送器系统，其能够节约功率，最小化远程线缆中的线路数目，或者能够产生最少量的复杂度，潜在地导致非常节约成本的实现。 

为了实现这些目的，本实用新型包括一种过程变量变送器系统，用于从工业过程中的远程位置传输过程变量，所述过程变量变送器系统包括：过程变量变送器，包括用于传输检测到的过程变量的通信电路；辅助过程变量传感器，与所述过程变量变送器电连接，所述辅助过程变量传感器被配置为检测过程变量，并通过电连接向所述过程变量变送器传输所述过程变量；以及其中，来自所述辅助过程变量传感器的通信具有模拟格式或者具有数字格式。 

附图说明

图1是示出了工业过程控制系统的简化图。 

图2是示出了本实用新型的第一实施例的实现的框图。 

图3是示出了本实用新型的第二实施例的实现的框图。 

具体实施方式

在图1中，差压测量系统210包括“主”压力变送器单元212和“从”单元214，单元212、214在储罐224的端口220、222处分别栓接到凸缘(flange)216、218。罐224容纳过程流体(未示出)。系统210测量端口220、222之间的过程流体的液压压差。端口220、222之间的距离是大于等于单元212、214之一的尺寸的数量级，以使得除非使用了注油的毛细管延伸或者脉冲管道，否则不能够使用单个变送器进行测量。单元212、214中的每一个包括压力换能器(transducer)以及优选地包括预调节电子装置，以提供指示在对应的端口220、222处的过程流体压力的电子输出。单元212、214可以测量在对应的端口220、222处的过程流体的绝对压力、差压或者(如图所示)量规压力，但是优选地，其进 行相同类型的测量，以降低大气压效应。 

从单元214经由电连接226向主变送器单元212传送在端口222处的过程流体压力的电子表示。连接226优选地是双线连接，并且可以包括具有附于两端的标准电连接器的屏蔽电缆，或者可以包括线路从中穿过的可弯曲的管状导管。这种导管保护导线，并且如果导管是导电的，其对导线进行电屏蔽，以免受电磁干扰。 

主变送器单元212除了测量端口220处的过程流体压力之外，还通过计算单元212、214所进行的压力测量之间的差，来计算端口220和222之间的过程流体压差。如果针对量规压力测量来对压力单元212、214进行配置，所计算的其输出之差将包括由于两个压力变送器位置之间的大气压差而产生的贡献。可以通过主变送器单元212内的偏移量调整对该大气的贡献进行校正，或者取决于所希望的系统精确度和单元212、214的垂直分隔，可以忽略该大气的贡献。 

控制系统230通过双线链路228(例如，具有Eden Prairie，Minn.，USA的Rosemount Inc.的 

格式)向主变送器单元212发送命令并从主变送器单元212接收信号，并且主变送器单元212与从单元214进行通信。控制系统230通过链路228向主变送器212供电，以及主变送器单元212继而通过连接226向从单元214供电。优选地，主变送器单元212在4mA和20mA之间调整流经链路228的电流，作为所计算的过程流体压差的指示。作为另一示例，链路228可以传输Fieldbus或者 信号。在另一示例实施例中，通信请求无线通信技术，例如，根据IEC62591标准的无线 

通信协议。可以根据很多不同的技术从辅助过程变量传感器向过程变量变送器发送信息。 

在第一实施例中，通过比特流向特征板(Feature Board)(即，变送器)提供来自于传感器的原始信号。在实践中，要求来自每个模块的两个信号：压力信号以及用于补偿压力信号中的温度效应的温度信号。 

比特流通常采用具有两个逻辑状态的1比特逻辑信号的形式。将信号编码为比特流中的脉冲密度调制。以均匀速率发送比特，并且比特流中一的密度是信号。下面示出了一些信号电平的示例： 

信号电平0.5：....010101001101001101010110010 1..... 

信号电平0.7：....011011011101101101110110111011.... 

信号电平0.2666：....000100010010001001000100100010... 

需要接收电路以形成比特流，并将比特流解码为原始的信号电平。解码过程一般涉及低通抽取数字滤波器(low pass decimating digital filter)的实现。 

图2中示出了这种系统。该系统具有两个远程压力检测模块。每个模块具有两个测量通道：一个用于测量压力，一个用于测量温度。A/D转换器对传感器信号进行数字化，并将其呈现为如上所述的比特流。 

比特流一般与数据时钟相伴随，数据时钟使得可以向接收主机简单地传送数据。然而，在本示例实施例中，希望最小化远程线缆中的线路数目，因此，以允许将信号和时钟合并在一条线路中的方式来发送数据。该方法的示例是Manchester编码，然而存在着可以使用的其他自同步(self clocking)方法。图2中被标记为Pdata和Tdata的信号是自同步信号。 

将来到模块的其他线路用于从主机或者特征板向模块提供功率。系统可以针对每个远程模块使用屏蔽4导体线缆。应该认识到，虽然图2描述了两个远程模块，可以使用单个远程模块来实现系统。在该情况下，另一模块不是远程的。其在特征板本地，因此可以将测量A/D转换器直接连接到低通抽取滤波器，而不需要自同步数据编码。 

一旦信号到达特征板，对其进行解码并传递到低通抽取滤波器。该滤波器提供了两个基本服务： 

低通滤波器：该滤波器消除了比特流中固有的大部分噪声，并产生分辨率比比特流中的信号高得多的多比特输出； 

抽取：其降低了信号的数据率。为了满足系统的响应时间要求，比特流数据率一般非常高。一旦已经实现低通滤波，在不影响系统的响应时间的情况下，数据率的大的降低是可允许的。 

低通抽取滤波器的有效实现在本领域中是已知的。 

滤波器的输出处的原始数据信号适于由微功率处理器进行处理。处理器可以得到已校正的P1、T1、P2和T2，以及所期望的ERS信号P1-P2。 

图2中示出的特征板包括与传感器信号的获取有关的功能。应当理解，隐含包括了特征板功能之间的平衡(处理器、存储器、时钟、电源稳压器、模拟输出、 

接口等)。 

变型1：将图2中的低通抽取移到远程压力模块。每次产生来自每个A/D的更新时，在数据线上对其进行发布。特征板上的接收机/缓冲区电路存储该更新，并对其进行保存以由处理器使用。处理器从缓冲区读取更新，并计算变量的校正值。该方法具有更节约功率的潜力，因为数据线很不忙碌。例如，使用图2的比特流方法，数据线可以具有稳定的50kHz信号，基于该信号，每秒产生100k或者更多的边缘(edge)(功耗与边缘速率成正比)。对于该变型，可能每50毫秒发送一次多比特更新。每个更新可能具有100个边缘，因此边缘速率是每秒2000个的数量级。 

变型2：基于变型1进行构建，如果在远程模块中放置了更多的智能，可以在单条数据线上合并若干数据源。需要添加针对更新的寻址信息，以使得当向特征板发送数据时，也发送数据发信方的地址。在该配置中，若干发信方可以共享单条数据线。发信方的列表可以包括多个A/D转换器以及例如存储器芯片。此处的优势是通过仅具有一条数据线，可以降低线缆中线路的数目。或者，如果想要更大的鲁棒性，可以实现将需要两根线路的单根差分数据线。使用存储器芯片，可以向特征板广播模块的校正系数。作为极端情况，本变型变为与之前讨论的单工通信相反的半双工CAN通信。 

在第二实施例中，在模拟域而不是数字域中，通过线缆传输传感器信号。这在压力模块中产生最少量的复杂度，潜在地导致非常节约成本的实现。 

线缆中的模拟信号可以采取若干模式之一：电压、电流或者频率。图3中示出了本实施例的使用电压模式模拟信号发送的说明图。 

传感器接口电路调节传感器信号，并提供放大。典型的全幅信号跨度可以在1或者2伏的范围内。该电路还将传感器的高阻抗输出变换到 用于在线缆上发送的低阻抗。在图3中将用于压力模块的电压信号标记为Vp和Vt。 

将压力模块连接到特征板的线缆是屏蔽4导体类型的。针对两个传感器信号中的每一个各使用一个导体，并且使用两个导体将功率从特征板传输至模块。每个远程模块需要一根线缆。 

特征板还包括接收传感器信号的模拟放大器。这些放大器还可以包括滤波功能，以消除从外部源耦合到线缆上的任何噪声。还将放大器选择为与后续的A/D转换器相兼容。 

A/D转换器对传感器信号进行数字化，产生在图3中标记为原始P1、原始T1、原始P2和原始T2的未补偿的数字传感器信号。 

图2中示出的特征板包括与传感器信号的获取有关的功能。应当理解，隐含包括了特征板功能之间的平衡(处理器、存储器、时钟、电源稳压器、模拟输出、 

接口...)。 

虽然已经参照优选实施例对本实用新型进行了描述，本领域技术人员将认识到，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的改变。 

Claims (11)

1.一种过程变量变送器系统，用于从工业过程中的远程位置传输过程变量，所述过程变量变送器系统包括：

过程变量变送器，包括用于传输检测到的过程变量的通信电路；

辅助过程变量传感器，与所述过程变量变送器电连接，所述辅助过程变量传感器被配置为检测过程变量，并通过电连接向所述过程变量变送器传输所述过程变量；以及

其中，来自所述辅助过程变量传感器的通信具有模拟格式或者具有数字格式。

2.根据权利要求1所述的过程变量变送器系统，其中，所述数字格式包括比特流。

3.根据权利要求1所述的过程变量变送器系统，其中，所述数字格式包括使用脉冲密度调制的比特流。

4.根据权利要求1所述的过程变量变送器系统，其中，来自所述辅助过程变量传感器的通信包括压力数据和温度数据。

5.根据权利要求4所述的过程变量变送器系统，其中，所述温度数据和所述压力数据格式化为比特流信号。

6.根据权利要求1所述的过程变量变送器系统，包括：数据时钟。

7.根据权利要求1所述的过程变量变送器系统，其中，所述通信依照于Manchester编码。

8.根据权利要求1所述的过程变量变送器系统，包括：低通抽取滤波器。

9.根据权利要求1所述的过程变量变送器系统，其中，所述通信包括地址信息。

10.根据权利要求1所述的过程变量变送器系统，其中，所述通信包括由电流、电压和/或频率表示的模拟信号。

11.根据权利要求10所述的过程变量变送器系统，包括：模拟滤波器。 

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