CN202938835U - 包括传感器外围元件的系统 - Google Patents
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Abstract
一种包括传感器外围元件的系统，其特征在于，包括：传感器组件，所述传感器组件包括：传感器适配器；在传感器适配器内的第一变压器，第一变压器被配置为电感地耦合到传感器导线；和导电传感器组件元件，该导电传感器组件元件从在传感器适配器内的第一端延伸到不在传感器适配器内的第二端，其中该导电传感器组件元件被配置为使得第一变压器将该导电传感器组件元件电感地耦合到传感器导线；和传感器外围元件，所述传感器外围元件包括：RF通信和数据存储电路；和电连接到RF通信和数据存储电路的第二变压器；其中传感器组件到传感器外围元件的物理连接导致第二变压器将导电传感器组件元件电感地耦合到RF通信和数据存储电路，以在第一变压器和第二变压器之间形成变压器耦合，使得第二RF通信和数据存储电路电感地耦合到传感器导线，以在RF通信和数据存储电路与传感器导线之间传送信息。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业过程变送器和传感器。更具体地，本实用新型涉及具有所连接的传感器外围元件特有的信息的过程变送器的结构。
背景技术
工业过程变送器和传感器用来检测流过管道或者包含在容器内的流体的各种特性，并且将与这些过程特性相关的信息传输到远离过程测量位置远程地定位的控制、监视和/或安全系统。传感器组件一般地包括传感器、传感器导线、隔离材料和安装配件。传感器组件检测过程参数，例如，压力、温度、pH值或流量。通过传感器导线电连接到传感器组件的过程变送器接收来自传感器组件的传感器输出信号。变送器读取从传感器组件接收的传感器输出信号并且将其转换成准确地表示过程参数的信息。最后，变送器将该信息发送到控制系统。
在许多应用中，传感器组件连接到外围元件以保护传感器组件或提高其性能。例如，温度传感器组件可以连接到热电偶套管。热电偶套管被设计为物理地接触流体，以保护在温度传感器组件内的温度传感器免受来自流体的物理损害，例如，冲击、腐蚀等，同时在流体和温度传感器之间有效地传导热。热电偶套管必须兼容所连接的温度传感器组件以提供足够的保护，同时在流体和温度传感器之间有效地传导热。将温度传感器组件连接到错误尺寸或类型的热电偶套管可能导致损坏传感器组件或在测量流体温度时差的性能。此外，热电偶套管可能随着时间退化，因为热电偶套管的表面被流体的物理和/或化学作用磨损，这可能导致用于温度传感器组件的妥协的保护。热电偶套管也可能经受来自流体的材料在热电偶套管表面上的积聚(污垢)，由于积聚的材料的绝缘效果，导致差的温度测量性能。
实用新型内容
因此，虽然传感器外围元件通常例如比所连接的传感器组件要简单得多，但传感器外围元件具有特定的传感器外围元件特有的重要特性信息。在热电偶套管的情况下，重要特性信息包括，例如，热电偶套管类型，典型地定位在连接到热电偶套管的金属标签上；手动输入所连接的过程变送器中的污垢诊断信息和唤醒频率计算参数；和记录在远程数据库中的用于检查和更换的维修时间表。金属标签可能会丢失或模糊不清。将信息手动输入过程变送器中是耗时过程，需要单独的电连接件的连接，并且与任何手工过程一样，很容易出错。远程维护时间表在现场未必易于访问，而且可能不反映实际使用情况的信息。过程的测量精度和可靠性部分地取决于用于所连接的传感器外围元件的特性信息的可用性。
考虑到上述问题，在本实用新型的一个方面中，提供了一种即插即用型传感器外围元件，包括：导电的物理连接器；电连接器；变压器；RF通信和数据存储电路。电连接器通过第一传导路径电连接到物理连接器。变压器电连接到RF通信和数据存储电路。变压器以及RF通信和数据存储电路与物理连接器和电连接器电气地隔离。通过除第一传导路径之外的传导路径将物理连接器连接到电连接器，以将RF通信和数据存储电路电感地耦合到第一传导路径。
较佳地，在上述传感器外围元件中，变压器可以是环形磁心型变压器。
较佳地，在上述传感器外围元件中，通过除第一传导路径之外的传导路径将物理连接器电连接到电连接器可以包括电连接通过环形磁心型变压器的中心，以将RF通信和数据存储电路电感地耦合到第一传导路径。
较佳地，在上述传感器外围元件中，RF通信和数据存储电路与第一传导路径之间的电感耦合可以传送用于传感器外围元件的特性信息。
较佳地，在上述传感器外围元件中，所述特性信息可以包括传感器外围元件类型、独特的传感器外围元件识别信息、污垢诊断信息和维护日程信息中的至少一种。
较佳地，在上述传感器外围元件中，所述特性信息可以作为数字通信在RF通信和第一传导路径之间传送。
较佳地，在上述传感器外围元件中，所述数字通信可以由调制载波信 号提供。
较佳地，在上述传感器外围元件中，RF通信和数据存储电路可以是RFID芯片。
较佳地，在上述传感器外围元件中，传感器外围元件可以是热电偶套管。
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种包括传感器外围元件的系统，包括传感器组件和传感器外围元件。所述传感器组件包括：传感器适配器；在传感器适配器内的第一变压器，第一变压器被配置为电感地耦合到传感器导线；和导电传感器组件元件，该导电传感器组件元件从在传感器适配器内的第一端延伸到不在传感器适配器内的第二端，其中该导电传感器组件元件被配置为使得第一变压器将该导电传感器组件元件电感地耦合到传感器导线。所述传感器外围元件包括：RF通信和数据存储电路；和电连接到RF通信和数据存储电路的第二变压器。其中，传感器组件到传感器外围元件的物理连接导致第二变压器将导电传感器组件元件电感地耦合到RF通信和数据存储电路，以在第一变压器和第二变压器之间形成变压器耦合，使得第二RF通信和数据存储电路电感地耦合到传感器导线，以在RF通信和数据存储电路与传感器导线之间传送信息。
较佳地，在上述系统中，第一变压器可以是第一环形磁心型变压器，并且第二变压器可以是第二环形磁心型变压器。
较佳地，在上述系统中，导电传感器组件元件可以沿着第一环形磁心型变压器的轴线穿过第一环形磁心型变压器，以将导电传感器组件元件配置为使得第一环形磁心型变压器将导电传感器组件元件电感地耦合到传感器导线。
较佳地，在上述系统中，传感器组件到传感器外围元件的物理连接可以导致导电传感器组件元件沿着第二环形磁心型变压器的轴线穿过第二环形磁心型变压器，以在第一环形磁心型变压器和第二环形磁心型变压器之间形成所述变压器耦合。
较佳地，上述系统还可以包括电连接到传感器导线的过程变送器，该过程变送器包括RF通信电路，该RF通信电路用于在过程变送器与RF通信和数据存储电路之间传送信息。
较佳地，在上述系统中，在RF通信和数据存储电路与过程变送器之间传送的信息可以包括用于传感器外围元件的特性信息。
较佳地，在上述系统中，所述特性信息可以包括传感器外围元件类型、独特的传感器外围元件识别信息、污垢诊断信息和维护日程信息中的至少一种。
较佳地，在上述系统中，所述特性信息可以作为数字通信在RF通信和数据存储电路与过程变送器之间传送。
较佳地，在上述系统中，所述数字通信可以由调制载波信号提供。
较佳地，在上述系统中，RF通信和数据存储电路可以是RFID芯片。
较佳地，在上述系统中，导电传感器组件元件可以包括温度传感器，并且传感器外围元件可以是热电偶套管。
较佳地，在上述系统中，导电传感器组件元件可以包括压力传感器、pH值传感器和流量传感器中的至少一种。
较佳地，上述系统还可以包括：电绝缘体，轴向地围绕导电传感器组件元件在第一变压器和第二变压器之间的部分，用于将导电传感器组件元件的该部分与传感器适配器和传感器外围元件电绝缘。
较佳地，在上述系统中，电绝缘体可以包括玻璃、玻璃纤维、聚酰亚胺和气隙中的至少一种。
较佳地，上述系统还可以包括：在传感器适配器内的第一电连接器，该第一电连接器被配置为在导电传感器组件元件的第一端和第一变压器之间的点处将导电传感器组件元件连接到传感器适配器；在传感器外围元件内的第二电连接器，该第二电连接器被配置为在导电传感器组件元件的第二端和第二变压器之间的点处将传感器外围元件连接到导电传感器组件元件。
本实用新型在不使用附加布线的情况下读取和写入用于传感器外围元件并且存储在传感器外围元件中的特性信息，将即插即用型功能性扩展到传感器外围元件。将即插即用型传感器组件物理地连接到这样的即插即用型传感器外围元件允许连接到传感器组件的即插即用型过程变送器访问在RF通信和数据存储电路(例如，RFID芯片)上的存储位置，该RF通信和数据存储电路位于仅采用载送模拟传感器信号的传感器导线的传感器外 围元件内。
通过传感器外围元件和所连接的传感器组件的导电部分，本实用新型将来自过程变送器的调制载波信号电感地耦合到传感器外围元件内的RF通信和数据存储电路。通过采用传感器外围元件和所连接的传感器组件的导电部分，仅是通过将传感器组件物理地连接到传感器外围元件，就能以即插即用型形式建立电感地耦合的信号路径。因此，存储在传感器外围元件内的RF通信和数据存储电路上的存储位置中的特性信息容易由过程变送器以即插即用型形式访问，提供改进的过程测量精度和可靠性到取决于用于所连接的传感器外围元件的特性信息的可获得性的程度。不再必须将用于传感器外围元件的特性信息手动输入过程变送器。此外，容易获得反映实际使用的维修时间表，并且金属识别标签不再是必要的。
附图说明
图1显示体现本实用新型的过程测量或控制系统。
图2是体现本实用新型的即插即用型传感器组件和外围元件系统的视图。
图3是图2的即插即用型传感器组件和外围元件系统的即插即用型传感器组件的视图。
图4是图2的即插即用型传感器组件和外围元件系统的即插即用型传感器外围元件的视图。
图5更详细地图示图2的即插即用型传感器组件和外围元件系统的一部分的视图。
图6是图示体现本实用新型的即插即用型的过程测量系统的示意图。
具体实施方式
如在通过参考纳入在此的美国专利申请公开号2010/0302008“SENSOR/TRANSMITTER PLUG-AND-PLAY FOR PROCESS INTSTRUMENTATION(用于过程仪表设备的即插即用型传感器/变送器”中描述的即插即用型过程变送器使得能够将用于传感器组件的配置数据自动加载到过程变送器中，而没有使用额外的布线，将真正的即插即用型功能带到过程仪表设 备领域。本实用新型用于读取和写入传感器外围元件的特性信息，而无需使用额外的布线，将即插即用型功能性扩展到传感器外围元件。物理地连接即插即用型传感器组件到传感器外围元件，允许连接到传感器组件的即插即用型过程变送器访问在传感器外围元件内的RF通信和数据存储电路(例如，RFID芯片)上的存储位置，该传感器外围元件仅采用载送模拟传感器信号的传感器导线。
来自过程变送器的调制载波信号通过传感器外围元件和所连接的传感器组件的传导部分电感地耦合到在传感器外围元件内的RF通信和数据存储电路。通过采用传感器外围元件和连接的传感器组件的传导部分，就能仅仅通过将传感器组件物理地连接到传感器外围元件以即插即用方式建立电感地耦合的信号路径。存储在传感器外围元件内的RF通信和数据存储电路上的存储位置中的特性信息因此很容易地由过程变送器以即插即用型型式访问，提供改进的过程测量精度和可靠性到如下程度：它们取决于用于所连接的传感器外围元件的特性信息的可用性。
图1图示体现本实用新型的过程测量或控制系统。图1显示过程监测或控制系统10，过程监测或控制系统10包括过程测量系统12、传输线路14、和控制或监测系统16。过程监测或控制系统10监测或控制在过程管道18中的过程流F。过程管道18包括法兰连接20。法兰连接件20便于法兰安装式仪表的连接，以测量过程流F的至少一个特性，例如，温度、流速、压力或pH值。过程测量系统12包括传感器组件和外围元件系统22、过程变送器24和传感器导线26。传感器组件和外围元件系统22包括传感器组件28和传感器外围元件30。传感器外围元件30具有法兰安装连接件。传输线路14可以是多线电缆、光纤电缆或无线连接。过程管道18也可以是任何数量的过程容器，包括过程罐、存储罐、蒸馏塔或反应器。
传感器组件和外围元件系统22的传感器外围元件30连接到法兰连接件20，以使传感器组件和外围元件系统22接近过程流F。传感器导线26在传感器组件28处将过程变送器24连接到传感器组件和外围元件系统22。传输线路14将过程变送器24连接至控制或监测系统16。过程变送器24和传感器组件28是即插即用型装置。将过程变送器24连接至传感器组件和外围元件系统22允许过程变送器24从传感器组件28内的存储位置读取信息和将 信息存储在传感器组件28内的存储位置中，所述信息包括例如与传感器装配28相关的配置数据。在本实用新型中，传感器外围元件30也是即插即用型装置。将过程变送器24连接至传感器组件和外围元件系统22还允许过程变送器24从传感器外围元件30内的存储位置读取信息和将信息存储在传感器外围元件30内的存储位置中，例如，所述信息为传感器外围元件30特有的特性信息。过程变送器24与传感器组件和外围元件系统22之间的即插即用功能性仅需要传感器导线26。
在操作中，传感器组件和外围元件系统22检测过程流F的至少一个特性，传感器组件28检测流量特性，传感器外围元件30保护或提高传感器组件28的性能。传感器组件和外围元件系统22在传感器导线26上将表示检测到的流量特性的模拟传感器信号传送到过程变送器24。过程变送器24基于由传感器组件28提供和存储在过程变送器24内的配置数据数字化和调节模拟传感器信号，以产生过程流F的流过特性的测量值。过程变送器24在传输线路14上将测量值传输至控制或监测系统16。控制或监测系统16可以使用测量值用于多种用途，包括制作测量值纪录、提供控制指令以基于信息控制元件、或报告测量值到另一个监测或控制系统。过程变送器24也可以传输由传感器外围元件30提供的特性信息到控制或监测系统16。此外，过程变送器24可以提供特性信息到暂时地连接到过程变送器24的用于过程测量系统12的维修的手持装置(未显示)，或在过程变送器24的显示器(未显示)上显示特性信息。
图1的实施例采用传感器组件和外围元件系统22与过程管道18之间的法兰连接。然而应理解，本实用新型适用于传感器组件和外围元件系统与过程容器之间的任何类型连接，例如，包括焊接连接或螺纹连接。
图2是说明本实用新型的一个实施例的即插即用型传感器组件和外围元件系统的视图。在图2的实施例中，待测量的过程流F的特性是温度，并且传感器组件和外围元件系统检测温度。如图2所示，传感器组件和外围元件系统100包括作为传感器组件的温度传感器组件102和作为传感器外围元件的热电偶套管104。传感器导线106的一部分也包括在传感器组件和外围元件系统100中，以将它与即插即用型过程变送器，如参考图1描述的过程变送器24，或参考图6在下面描述的过程变送器204，连接在一起。传 感器导线106像参照图1描述的传感器导线26一样。
图3和4更详细地图示根据这个实施例的传感器组件和外围元件系统100。图3是即插即用型温度传感器组件102的视图。温度传感器组件102包括传感器适配器108、传感器封壳110、电绝缘体112、传感器组件电连接器114、传感器RF通信和数据存储电路116、和传感器组件变压器118。传感器封壳110是包括作为温度传感器的传感器120的温度传感器封壳。传感器封壳110的外表面是导电的。如图示，传感器适配器108包括传感器组件连接螺纹122和变送器连接螺纹124。如上所述，温度传感器组件102还包括传感器导线106的一部分。传感器组件变压器118优选地是环形磁心型变压器，如在这个实施例中图示。代替地，可以采用其他形状的变压器。
传感器封壳110从在传感器适配器108内的第一端延伸到不在传感器适配器108内的第二端。第二端在内其包含传感器120。电绝缘体112位于传感器封壳110和传感器适配器108之间，在传感器封壳110离开传感器适配器108的区域中。这种配置用来将传感器封壳110物理地连接到传感器适配器108，同时在传感器封壳110离开传感器适配器108的区域中将传感器封壳110与传感器适配器108电气隔离。传感器导线106电连接到传感器120并且从传感器120延伸通过传感器封壳110的长度，穿过传感器封壳110的在传感器适配器108内的第一端出来，并且在离开传感器适配器108之前形成传感器组件变压器118的第一线圈，以与即插即用型过程变送器(未显示)连接在一起。传感器导线106被绝缘，从而在传感器导线106和传感器封壳110的导电表面之间不存在直接的电接触。在传感器适配器108内，传感器组件变压器118被定位为使得传感器封壳110沿着传感器组件变压器118的轴线穿过传感器组件变压器118。传感器RF通信和数据存储电路116电连接到传感器组件变压器118的第二线圈。传感器组件电连接器114在传感器封壳110的第一端和传感器组件变压器118之间的区域中将传感器封壳110电连接到传感器适配器108。如图所示，传感器组件电连接器114物理地连接到传感器封壳110和通过弯曲的弹簧触点接触传感器适配器108。传感器组件电连接器114可以具有如图所示的单个弯曲弹簧触点或多个弯曲弹簧触点。
图4是即插即用型热电偶套管104的视图。如同所有热电偶套管一样， 热电偶套管104具有沿其轴线延伸接近全长的内部腔125，以容纳传感器封壳。热电偶套管104包括热电偶套管电连接器126、热电偶套管RF通信和数据存储电路128、热电偶套管变压器130、灌封体132、和热电偶套管连接螺纹134。如图所示，热电偶套管电连接器126使用朝向内部腔125的中心延伸的多个弯曲弹簧触点物理地连接到热电偶套管104。热电偶套管变压器130被定位成使得它与内部腔125同轴。优选地，热电偶套管变压器130通过如图4显示的灌封体132保持在合适的位置。代替地，可以采用夹具或其他支撑结构来固定热电偶套管变压器130的位置。热电偶套管RF通信和数据存储电路的128电连接到热电偶套管变压器130的第一线圈。与传感器组件变压器118一样，热电偶套管变压器130优选地是环形磁心型变压器，如在这个实施例中图示。代替地，可以采用其他形状的变压器。
传感器和热电偶套管RF通信和数据存储电路116、128是集成电路，包括数据存储和RF通信功能，优选地是射频识别(RFID)芯片。在一个单个单元中的RFID芯片和RFID天线形成RFID标签。在本实用新型中，仅仅优选地采用RFID芯片，因为在传感器组件变压器118和热电偶套管变压器130中每个线圈充当其连接的RFID芯片的天线。在这样的实施例中，连接的即插即用型过程变送器将包括如下文参照图6描述的RFID读卡器集成电路。RFID芯片是一个低成本选项并且容易获得。代替地，特定性能要求可以指示使用包括射频通信和存储功能性的定制集成电路，如在美国专利申请公开号2010/0302008“SENSOR/TRANSMITTER PLUG-AND-PLAY FOR PROCESS INTSTRUMENTATION(用于过程仪表设备的即插即用型传感器/变送器”中描述的那样。
传感器组件变压器118和热电偶套管变压器130优选地包括用于低频应用的铁粉或铁氧体磁芯。代替地，可以使用空心变压器，特别地用于高频率应用。
一起考虑图2-4，温度传感器组件102通过传感器组件连接螺纹122与热电偶套管连接螺纹134的接合连接到热电偶套管104，在它们之间产生物理和电连接，以形成传感器组件和外围元件系统100。如图2显示，连接温度传感器组件102至热电偶套管104导致传感器封壳110沿着热电偶套管变压器130的轴线穿过热电偶套管变压器130，并且进入内部腔125。在穿入 内部腔125中的过程中，传感器封壳110的导电外表面接合热电偶套管电连接器126的多个弯曲弹簧触点，在传感器封壳110的第二端和热电偶套管变压器130之间的区域中在热电偶套管104和传感器封壳110之间形成电连接。
图5是更详细地图示图2的即插即用型传感器组件和外围元件系统的部分的视图。如通过在图5中的虚线所示，温度传感器组件102到热电偶套管104的连接在传感器组件变压器118和热电偶套管变压器130之间产生单圈变压器耦合(single turn transformer coupling)140。单圈变压器耦合140的路径包括传感器封壳110的从传感器组件电连接器114开始，通过传感器组件变压器118，通过热电偶套管变压器130到达热电偶套管电连接器126的导电表面。该耦合路径继续通过热电偶套管电连接器126到达热电偶套管104，跨过由传感器组件连接螺纹122与热电偶套管连接螺纹134的接合形成的电连接，到达传感器适配器108。由传感器组件电连接器114完成从传感器适配器108到传感器封壳110的该耦合路径。电绝缘体112防止单圈变压器耦合140在传感器组件变压器118和热电偶套管变压器130之间的区域中的短路。因此，仅仅以用于将温度传感器组件连接到热电偶套管的通常方式将温度传感器组件102连接到热电偶套管104，就能产生单圈变压器耦合140并且使得能够提供用于热电偶套管104的即插即用型功能。
图6是说明结合本实用新型的即插即用型过程测量系统的实施例的示意图。在这个实施例中，变压器用来在即插即用型过程变送器中的RFID读卡器和在即插即用型传感器组件和外围元件系统中的RFID芯片(包括在温度传感器组件中的RFID芯片和在热电偶套管中的RFID芯片)之间电感地耦合调制载波信号。这样的布置使得能够读取来自温度传感器组件内的RFID芯片上存储位置和在热电偶套管内的RFID芯片上的存储位置的数字信息，以及将数字信息存储在温度传感器组件内的RFID芯片上的存储位置和在热电偶套管内的RFID芯片上的存储位置。重要的是，在保持准确模拟温度传感器信号的同时实现了对这些存储位置的访问，除了载送传感器信号的导线以外，在过程变送器与传感器组件和外围元件系统之间都不使用导线。
图6显示过程测量系统200，包括即插即用型传感器组件和外围元件系 统202以及即插即用型过程变送器204。传感器组件和外围元件系统202与如上参考图2-5描述的传感器组件和外围元件系统100相同，除传感器RF通信和数据存储电路116以及热电偶套管RF通信和数据存储电路128分别明显是RFID芯片：传感器RFID芯片142和热电偶套管RFID芯片144。过程变送器204包括传感器旅欧兵器206、隔离电容器208、A/D转换器210、RFID读卡器IC 212、通信变压器214、微处理器216、功率缓冲器(power buffer)218、以及回路和功率调节器220。通信变压器214优选地包括用于低频应用的铁粉或铁氧体磁芯。代替地，可以使用空心变压器，特别地用于高频率应用。回路和功率调节器220调节从传输线路，如上文参考图1描述的传输线路14到过程变送器204的功率。回路和功率调节器220还控制过程变送器204和传输线路之间的通信。
如图6所示，传感器组件和外围元件系统202由传感器导线106连接到过程变送器204。在温度过程变送器204内，传感器导线106被分成两对，从而一对传感器导线106连接到传感器过滤器206，并且另一对传感器导线106形成通信变压器214的第一线圈。隔离电容器208在将传感器线路106分为两对的分割点和通信变压器214之间的点处连接到所述传感器导线106中的形成通信变压器214的第一线圈的一个传感器导线。RFID读卡器IC 212电连接到通信变压器214的第二线圈。RFID读卡器IC 212连接到微处理器216和功率缓冲器218。微处理器216连接到A/D转换器210、功率缓冲器218和功率调节器220。传感器滤波器206连接到A/D转换器210。回路和功率调节器220至连接传输线路，例如，上文参照图1描述的传输线路14。
在过程变送器204通电、手动发信号、或在断开周期之后通过传感器线路106将传感器组件和外围元件系统202连接到过程变送器204时，微处理器216发信号给RFID读卡器IC 212以要求来自温度传感器组件102的配置数据或来自热电偶套管104的特性信息。RFID读卡器IC 212产生载波信号，载波信号被调制以编码该要求，并且传导该调制载波信号到通信变压器214。借助于通过通信变压器214的电感耦合，在传感器导线106中产生调制载波信号。调制载波信号沿着传感器线路106从过程变送器204传播到传感器组件和外围元件系统202。一旦到达传感器组件和外围元件系统202，调制载波信号从传感器导线106开始跨过传感器组件变压器118，电感地耦 合到传感器RFID芯片142和单圈变压器耦合140两者。调制载波信号通过单圈变压器耦合140进一步传播，并且跨过热电偶套管变压器130电感地耦合到热电偶套管RFID芯片144。
除了包含用于配置数据或者特性信息的编码需要，调制载波信号还提供功率到传感器RFID芯片142和热电偶套管RFID芯片144两者。如果编码请求指向传感器RFID芯片142(例如用于传感器组件102的配置数据请求)，则传感器RFID芯片142将处理编码请求，重新调制载波信号以对请求的配置数据进行编码并且通过传感器组件变压器118、传感器导线106和通信变压器214将重新调制的载波信号向回传输到RFID读卡器IC 212。RFID读卡器IC212解调该重新调制的载波信号并且发送配置数据到微处理器216，微处理器216将配置数据存储在本地存储器中。同样地，如果编码请求指向热电偶套管RFID芯片144(例如用于热电偶套管104的特性信息请求)，则热电偶套管RFID芯片144将处理编码要求，重新调制载波信号以对所要求的信息进行编码并且通过热电偶套管变压器130、单圈变压器耦合140、传感器组件变压器118、传感器导线106和通信变压器214将重新调制的载波信号向回传输到RFID读卡器IC 212。RFID读卡器IC212解调该重新调制的载波信号并且发送特性信息到微处理器216，微处理器216将该信息存储在本地存储器中。
一旦过程变送器204具有用于温度传感器组件102的配置数据，则传感器元件120检测温度，产生模拟传感器信号。如图6中显示，传感器元件120是热电偶套管类型，从而模拟传感器信号是在传感器元件120上的压力电平的变化。模拟传感器信号通过传感器导线105从温度传感器组件102传导到过程变送器204，未被传感器线路106穿过传感器组件变压器118的通道改变。在过程变送器204处，模拟传感器信号穿过传感器滤波器206并传递至A/D转换器210，传感器滤波器206过滤出高频干扰，包括在传感器导线106上传播的任何调制载波信号。此外，隔离电容器208防止通信变压器214短路模拟传感器信号。A/D转换器210将模拟传感器信号转换成数字传感器信号，并且将数字传感器信号发送到微处理器216。微处理器216从本地存储器检索配置数据，并且使用配置数据调节数字传感器信号，以反映准确温度测量值。微处理器216也从本地存储器中检索特性信息。温度测量值 和特性信息被转发到达回路和功率调节器220，用于在例如上文参照图1描述的传输线路14上传输。此外，过程变送器204可以提供温度测量值或特性信息到暂时连接到过程变送器204的用于过程测量系统200的维修的手持装置(未显示)，或在过程变送器204的显示器(如果装配，未显示)上显示温度测量值或特性信息。除了检索配置数据或特性信息之外，图6中显示的实施例还可以存储和检索其它类型数字信息，因为数字通信是双向的。
在一些应用中，包括低功耗电流回路应用或无线变送器应用，RFID读卡器IC 212可能需要比在连续基(cont inuous basis)上能够获得的功率更多的功率。功率缓冲器218监测可用变送器功率和积累超过过程变送器204的其它操作所需要的功率的功率。一旦已经积累足够功率，功率缓冲器218将这个状态传送到微处理器216。一旦微处理器216启动与传感器组件和外围元件系统202的数字通信，RFID读卡器IC 212使用来自功率缓冲器218的积累功率。
虽然图6图示本实用新型的传感器元件120是热电偶套管类型传感器元件，但也可以使用2、3和4线RTD。例如，可采用2线RTD，假设高频旁路电容器与2线RTD传感器元件平行运行。3线RTD和4线RTD元件简单地需要从传感器导线106分开的附加的一个或两个传感器导线，因为传感器导线不需要与传感器组件变压器118或通信变压器214中的任一个电感地耦合。
虽然上面讨论的全部实施例包括连接到温度过程变送器的单个温度传感器组件，但应理解，本实用新型可以包括通过多路复用技术连接到单个温度过程变送器的多个温度传感器组件。此外，为了简洁和便于说明的目的，以上描述的全部实施例使用温度作用待测量的过程变量。然而，应理解，本实用新型适用于其他过程变量的测量，包括压力、pH值和流量。
本实用新型在不使用附加布线的情况下读取和写入用于传感器外围元件并且存储在传感器外围元件中的特性信息，将即插即用型功能性扩展到传感器外围元件。将即插即用型传感器组件物理地连接到这样的即插即用型传感器外围元件允许连接到传感器组件的即插即用型过程变送器访问在RF通信和数据存储电路(例如，RFID芯片)上的存储位置，该RF通信和数据存储电路位于仅采用载送模拟传感器信号的传感器导线的传感器外 围元件内。
通过传感器外围元件和所连接的传感器组件的导电部分，本实用新型将来自过程变送器的调制载波信号电感地耦合到传感器外围元件内的RF通信和数据存储电路。通过采用传感器外围元件和所连接的传感器组件的导电部分，仅是通过将传感器组件物理地连接到传感器外围元件，就能以即插即用型形式建立电感地耦合的信号路径。因此，存储在传感器外围元件内的RF通信和数据存储电路上的存储位置中的特性信息容易由过程变送器以即插即用型形式访问，提供改进的过程测量精度和可靠性到取决于用于所连接的传感器外围元件的特性信息的可获得性的程度。不再必须将用于传感器外围元件的特性信息手动输入过程变送器。此外，容易获得反映实际使用的维修时间表，并且金属识别标签不再是必要的。
虽然已经参照示例性实施例描述本实用新型，但本领域技术人员应理解，可以进行各种变化，并且等同物可以代替其元件。此外，在不偏离本实用新型的本质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应于本实用新型的教导。因此，意图在于，本实用新型不限于所公开的特定实施例，而是本实用新型将包括落入附后权利要求的范围内的全部实施例。
Claims (11)
1.一种包括传感器外围元件的系统，其特征在于，包括：
传感器组件，所述传感器组件包括：
传感器适配器；
在传感器适配器内的第一变压器，第一变压器被配置为电感地耦合到传感器导线；和
导电传感器组件元件，该导电传感器组件元件从在传感器适配器内的第一端延伸到不在传感器适配器内的第二端，其中该导电传感器组件元件被配置为使得第一变压器将该导电传感器组件元件电感地耦合到传感器导线；和
传感器外围元件，所述传感器外围元件包括：
RF通信和数据存储电路；和
电连接到RF通信和数据存储电路的第二变压器；
其中传感器组件到传感器外围元件的物理连接导致第二变压器将导电传感器组件元件电感地耦合到RF通信和数据存储电路，以在第一变压器和第二变压器之间形成变压器耦合，使得第二RF通信和数据存储电路电感地耦合到传感器导线，以在RF通信和数据存储电路与传感器导线之间传送信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，第一变压器是第一环形磁心型变压器，并且第二变压器是第二环形磁心型变压器。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，导电传感器组件元件沿着第一环形磁心型变压器的轴线穿过第一环形磁心型变压器，以将导电传感器组件元件配置为使得第一环形磁心型变压器将导电传感器组件元件电感地耦合到传感器导线。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，传感器组件到传感器外围元件的物理连接导致导电传感器组件元件沿着第二环形磁心型变压器的轴线穿过第二环形磁心型变压器，以在第一环形磁心型变压器和第二环形磁心型变压器之间形成所述变压器耦合。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括电连接到 传感器导线的过程变送器，该过程变送器包括RF通信电路，该RF通信电路用于在过程变送器与RF通信和数据存储电路之间传送信息。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，RF通信和数据存储电路是RFID芯片。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，导电传感器组件元件包括温度传感器，并且传感器外围元件是热电偶套管。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，导电传感器组件元件包括压力传感器、pH值传感器和流量传感器中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括：
电绝缘体，轴向地围绕导电传感器组件元件在第一变压器和第二变压器之间的部分，用于将导电传感器组件元件的该部分与传感器适配器和传感器外围元件电绝缘。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，电绝缘体包括玻璃、玻璃纤维、聚酰亚胺和气隙中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括：
在传感器适配器内的第一电连接器，该第一电连接器被配置为在导电传感器组件元件的第一端和第一变压器之间的点处将导电传感器组件元件连接到传感器适配器；
在传感器外围元件内的第二电连接器，该第二电连接器被配置为在导电传感器组件元件的第二端和第二变压器之间的点处将传感器外围元件连接到导电传感器组件元件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130515 Termination date: 20200821 |
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