NO870446L

NO870446L - APPARATUS AND PROCEDURE FOR CALIBRATION OF PRESSURE MEASURING INSTRUMENTS.

Info

Publication number: NO870446L
Application number: NO870446A
Authority: NO
Inventors: George E Sgourakes
Original assignee: Foxboro Co
Priority date: 1984-10-17
Filing date: 1987-02-04
Publication date: 1987-03-24
Also published as: NO870446D0

Description

Den forliggende oppfinnelse vedrører apparater for måling av fluidumtrykk innbefattet differensialtrykk. Mer spesielt angår oppfinnelsen forbedringer av anordninger for kalibrering av trykkmåleapparater for å sikre nøyaktige avlesninger, og også forbedringer ved anordninger for å fastslå tilstanden til slike apparater. The present invention relates to devices for measuring fluid pressure, including differential pressure. More particularly, the invention relates to improvements in devices for calibrating pressure gauges to ensure accurate readings, and also to improvements in devices for determining the condition of such devices.

Instrumenteringssystemer for bruk i industrielle prosesser har lenge benyttet forskjellige apparattyper for måling av fluidumtrykk, spesielt slike differensialtrykk som dannes over en målerblende i et strømningsrør for å gi et fluidumsstrømnings-mengdesignal. Vanligvis har slike apparater omfattet en differensialtrykk-giver av den kraftbalanserte type, slik som beskrevet i US Patent nr. 3 564 923. I de senere år er det blitt innført givere med overlegen ytelse som ikke benytter kraft-balanserings-teknikker. I for eksempel US Patent nr. 4 165 651 Instrumentation systems for use in industrial processes have long used different types of apparatus for measuring fluid pressure, especially such differential pressures as are formed across a gauge orifice in a flow tube to provide a fluid flow quantity signal. Typically, such devices have included a differential pressure transducer of the force-balanced type, such as described in US Patent No. 3,564,923. In recent years, superior performance transducers have been introduced that do not employ force-balancing techniques. In, for example, US Patent No. 4,165,651

er det vist en konstruksjon hvor en vibrerbar tråd blir strukket i overensstemmelse med det differensialtrykk som måles, idet vibrasjonsfrekvensen gir et meget nøyaktig mål på differénsial-trykket. Også andre anordninger basert på forskjellige prin-sipper er kommersielt tilgjengelige, slik som bruken av inte-grerte kretsbrikker med strekklapper for avføling av påført trykk. a construction is shown where a vibrating wire is stretched in accordance with the differential pressure that is measured, the frequency of vibration giving a very accurate measure of the differential pressure. Other devices based on different principles are also commercially available, such as the use of integrated circuit chips with stretch flaps for sensing applied pressure.

Trykkmålende instrumenter er ofte installert på steder hvor de utsettes for svært varierende omgivelsestilstander slik som varierende omgivelsestemperaturer. Følgelig er det ikke uvanlig at kalibreringen av instrumentets nullstilling og måleområde driver eller blir forskjøvet på en ellejr annen måte, noe som resulterer i feilaktige avlesninger. Sidene instrumentene ofte er på steder som ikke er lett tilgjengelige for rutinemessig vedlikehold, har nullstillings- og kalibreringsfeil i mange tilfeller ikke vært lette å korrigere av driftspersonell. Dessuten har kalibrering av måleområder til instrumenter av de hittil tilgjengelige typer vanligvis medført forholdsvis kompli-serte og tidkrevende fremgangsmåter. Pressure measuring instruments are often installed in places where they are exposed to highly varying environmental conditions such as varying ambient temperatures. Consequently, it is not unusual for the calibration of the instrument's zero and range to drift or otherwise be shifted, resulting in erroneous readings. Since the instruments are often in locations that are not easily accessible for routine maintenance, zeroing and calibration errors have in many cases not been easily corrected by operating personnel. Furthermore, calibration of measurement ranges for instruments of the types available up until now has usually entailed relatively complicated and time-consuming procedures.

Fordi det er viktig å minske målefeil, har det fremkommet forskjellige forslag for å løse eller lette disse problemer. For eksempel er et apparat med fjernbetjent nullstilling nå til-gjengelig for bruk med differensialtrykk-givere. Slike apparater omfatter en fjernstyrt trykkmanifold som på ordre, blokkerer prosesslinjen med lavt trykk og skjønter prosesslinjen med høyt trykk til de høye og lave sider av giveren, noe som frembringer en nulldifferensial-trykktilstand. Hvis giverens utgangssignal da adskiller seg fra det som indikerer nulldifferensialtrykk, Because it is important to reduce measurement errors, various proposals have been made to solve or alleviate these problems. For example, a device with a remote zero setting is now available for use with differential pressure sensors. Such devices include a remote pressure manifold which, on command, blocks the low pressure process line and diverts the high pressure process line to the high and low sides of the transducer, producing a zero differential pressure condition. If the transducer's output signal then differs from that indicating zero differential pressure,

blir feilen lagret i et lager og brukes derefter (for eksempel ved hjelp av en mikroprosessor) til å korrigere utgangssignalet når målingene blir gjenopptatt. the error is stored in a store and then used (for example with the help of a microprocessor) to correct the output signal when the measurements are resumed.

Slik fjernregulering av instrumentets nullstilling korri-gerer imidlertid ikke for feil i måleområde-kalibreringen. For å unngå virkningene av slike feil er derfor differensialtrykk-givere blitt konstruert for å omfatte ett eller flere tilstands-følende organer (slik som temperaturfølere og statiske trykk-følere) anordnet for å samvirke med tilordnede innretninger slik at giverens utgangssignal justeres automatisk som reaksjon på endringer i de avfølte tilstander. However, such remote regulation of the instrument's zero setting does not correct for errors in the measurement range calibration. Therefore, to avoid the effects of such errors, differential pressure transducers have been designed to include one or more condition-sensing devices (such as temperature sensors and static pressure sensors) arranged to cooperate with associated devices so that the transducer's output signal is automatically adjusted in response to changes in the sensed states.

For eksempel kan giverens utgangssignal kontrollerbartFor example, the transmitter's output signal can be controllable

endres i samsvar med en forutsigende algoritme som er lagret i en mikroprosessor som utgjør endel av instrumentet. changes in accordance with a predictive algorithm stored in a microprocessor that forms part of the instrument.

Selv om slike kompenseringsanordninger forbedrer nøyaktig-heten av den foreliggende måling, har de ikke på tilfreds-stillende måte løst problemet. Dette er dels fordi slike teknikker ikke er i stand til å oppnå denønskede nøyaktighet, og dels fordi det finnes andre ukompenserte variable. Behovet for instrumentrekalibrering fra tid til annen er derfor ikke eleminert. Dessuten er slike kompenseringsarrangementer forholdsvis kostbare Although such compensation devices improve the accuracy of the present measurement, they have not satisfactorily solved the problem. This is partly because such techniques are unable to achieve the desired accuracy, and partly because there are other uncompensated variables. The need for instrument recalibration from time to time is therefore not eliminated. Moreover, such compensation arrangements are relatively expensive

å realisere.to realize.

I samsvar med et hovedtrekk ved oppfinnelsen er et trykkmålende instrument forsynt med en signalaktiverbar anordning for utvikling av et meget nøyaktig og repeterbart referansetrykk som tilføres instrumentets trykkfølende elementer. Denne referansetrykk-anordningen omfatter ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen et vertikalt orientert sylindrisk rør som inneholder en fyllvæske som kommuniserer med fyllvæsken i instrumentet. En massiv metallkule i røret kan heves til toppen av røret (for eksempel ved hjelp av et ytre magnetisk felt) og så slippes. Kulen faller under virkning av gravitasjonskraften gjennom fyllvæsken for å frembringe en trykkpuls av hovedsakelig konstant størrelse over meget av falldistansen. Denne trykkpulsen blir lagret som et referansetrykk for innstilling av instrumentets måleområde-kalibrering, for eksempel ved å justere elektroniske kretser som utgjør endel av instrumentet eller som er anordnet i avstand fra instrumentet. In accordance with a main feature of the invention, a pressure-measuring instrument is provided with a signal-activated device for developing a very accurate and repeatable reference pressure which is supplied to the instrument's pressure-sensing elements. According to a preferred embodiment of the invention, this reference pressure device comprises a vertically oriented cylindrical tube containing a filling liquid which communicates with the filling liquid in the instrument. A massive metal ball in the tube can be raised to the top of the tube (for example by an external magnetic field) and then released. The ball falls under the action of gravity through the fill fluid to produce a pressure pulse of essentially constant magnitude over much of the fall distance. This pressure pulse is stored as a reference pressure for setting the instrument's measuring range calibration, for example by adjusting electronic circuits which form part of the instrument or which are arranged at a distance from the instrument.

En viktig fordel ved oppfinnelsen er at den muliggjør fjernkalibrering av instrumentet. Slik kalibrering er dessuten ganske nøyaktig og kan foretas mens instrumentet er under statisk prosesstrykk. An important advantage of the invention is that it enables remote calibration of the instrument. Such calibration is also quite accurate and can be carried out while the instrument is under static process pressure.

Andre formål, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil dels bli påpekt i og dels fremgå av den følgende beskrivelse av foretrukne utførelsesformer, hvor det er henvist til de vedføyde tegninger, der: Fig. 1 er et oppriss i delvis snitt som viser en differensial trykk-giver forsynt med måleområdet-kalibreringsanordninger ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 er et vertikalsnitt gjennom instrumentet på figur 1; Fig. 3 er et detaljert vertikalsnitt gjennom rør- og Other purposes, features and advantages of the invention will be partly pointed out in and partly apparent from the following description of preferred embodiments, where reference is made to the attached drawings, where: Fig. 1 is a plan view in partial section showing a differential pressure transmitter provided with measuring range calibration devices according to the invention; Fig. 2 is a vertical section through the instrument in Fig. 1; Fig. 3 is a detailed vertical section through the pipe and

magnetkule-enheten som er vist på figur 2.the magnetic ball assembly shown in Figure 2.

Fig. 4 er et tverrsnitt tatt langs linjen 4-4 på figur 3; og Fig. 5 er et diagram som viser signal-overføringskretsen for differensialtrykk-giveren på figur 1. Fig. 4 is a cross-section taken along the line 4-4 in Fig. 3; and Fig. 5 is a diagram showing the signal transmission circuit for the differential pressure transmitter of Fig. 1.

Det vises nå til figur 1 hvor det er vist en differensialtrykk-celle, generelt betegnet med 20, og hovedsakelig maken til den som er vist i ovennevnte US Patent nr. 4 165 651. Denne cellen 20 er anordnet for å motta lave og høye prosesstrykk fra ledninger 22 og 24 som er koblet gjennojn cellens endeplater 26 og 28. En ventilmanifold generelt betegnet 30 styrer tilførselen av disse prosesstrykk. Ved normal drift av instrumentet vil manifoldens skjøntventil 32 være lukket, og lavtrykks- og høytrykks-manifoldventilene 34 og 36 vil være åpne for å forbinde de respektive ledninger til prosessen, for eksempel til ned-strømssiden og oppstrømssiden av en målerblende i et rør som fører et strømmende fluidum. Reference is now made to Figure 1 where there is shown a differential pressure cell, generally designated 20, and substantially similar to that shown in the above-mentioned US Patent No. 4,165,651. This cell 20 is arranged to receive low and high process pressures from lines 22 and 24 which are connected across the cell's end plates 26 and 28. A valve manifold generally designated 30 controls the supply of these process pressures. In normal operation of the instrument, the manifold check valve 32 will be closed, and the low pressure and high pressure manifold valves 34 and 36 will be open to connect the respective lines to the process, for example to the downstream and upstream sides of a meter orifice in a pipe leading a flowing fluid.

Den indre enheten 40 i differensialtrykk-cellen (se også figur 2) omfatter membraner 42 og 44 anordnet for å motta og reagere på henholdsvis det lave og det høye prosesstrykk. Det venstre membran 42 er et såkalt områdemembran med et spesielt forut bestemt effektivt areal. Det andre membranet 44 er et såkalt slapt membran med en lavest mulig fjærkonstant (ideelt sett null). Disse to membraner sammen med den øvrige konstruksjon utgjør et forseglet indre trykkkammer som inneholder en fyllvæske. For eksempel en silikonolje med forholdsvis lav viskositet. The internal unit 40 in the differential pressure cell (see also figure 2) comprises membranes 42 and 44 arranged to receive and react to the low and the high process pressure respectively. The left membrane 42 is a so-called area membrane with a particularly predetermined effective area. The second membrane 44 is a so-called slack membrane with the lowest possible spring constant (ideally zero). These two membranes together with the rest of the construction form a sealed internal pressure chamber containing a filling liquid. For example, a silicone oil with relatively low viscosity.

Det differensialtrykk som tilføres fyllvæsken av membranene 42, 44 er instrumentets inngangssignal, og frembringer en tilsvarende strekk-kraft på en vibrerbar trådenhet 46 slik at tråden vil vibrere ved en frekvens som reaksjon på differensialtrykk-inngangssignalet. Den vibrerbare tråden er forbundet med elektriske lederanordninger (ikke vist) til elektroniske kretser som er anordnet i en øvre husmodul delvis vist ved 48. Denne kretsen kan være som beskrevet i US-Reissue Patent nr. 31 416, og utvikler et tilsvarende utgangssignal som er egnet for overføring til en fjerntliggende stasjon. Et slikt signal kan være i form av et vekselstrømsignal eller et likestrømsignal slik som i området fra 4 til 20 mA. The differential pressure supplied to the filling liquid by the membranes 42, 44 is the instrument's input signal, and produces a corresponding tensile force on a vibratable wire unit 46 so that the wire will vibrate at a frequency in response to the differential pressure input signal. The vibrating wire is connected by electrical conductor means (not shown) to electronic circuitry provided in an upper housing module partially shown at 48. This circuitry may be as described in US-Reissue Patent No. 31,416, and develops a corresponding output signal which is suitable for transmission to a remote station. Such a signal can be in the form of an alternating current signal or a direct current signal such as in the range from 4 to 20 mA.

I den originale differensialtrykk-cellekonstruksjon som er vist i ovennevnte US Patent nr. 4 165 651 ble de væskefylte områder 50 og 52 mellom membranene 42, 44 og deres støtteplater 54, 56 forbundet ved hjelp av en felles kommunikasjonspassasje som direkte forbinder disse to områder. Når det tilførte differensialtrykk endret seg, kunne noe av fyllvæsken overføres fra et område til det andre efterhvert som membranene reagerte på det forandrede trykk. I den konstruksjon som er vist på figur 2, er fyllvæske-områdene 50 og 52 fremdele_s i forbindelse med hverandre, men nå omfatter kommunikasjonspassasjen i serie en referansetrykk-anordning generelt betegnet med 60. Denne anordningen er som forklart mer detaljert nedenfor, i stand til å frembringe i fyllvæskeområdet 50 ved områdemembranet 42 en nøyaktig og repeterbar trykkpuls med konstant størrelse for kalibrering av måleområde. In the original differential pressure cell construction shown in the above-mentioned US Patent No. 4,165,651, the fluid-filled areas 50 and 52 between the membranes 42, 44 and their support plates 54, 56 were connected by means of a common communication passage directly connecting these two areas. When the applied differential pressure changed, some of the fill fluid could be transferred from one area to the other as the membranes responded to the changing pressure. In the construction shown in Figure 2, the filling fluid areas 50 and 52 are still in communication with each other, but now the communication passage in series includes a reference pressure device generally denoted by 60. This device, as explained in more detail below, is capable of to produce in the filling liquid area 50 at the area membrane 42 an accurate and repeatable pressure pulse of constant size for calibration of the measuring area.

Denne referansetrykk-anordningen 60 omfatter hovedsakelig et vertikalt orientert sylindrisk rør 62, (se også figur 3) som inneholder en massiv, tung kule 64 av magnetiserbart (d.v.s. magnetisk tiltrekkende) materiale slik som kobolt. Den nedre ende av røret 62 er ved hjelp av en ledning 66 forbundet med fyllvæske-området 50 ved siden av områdemembranet 42, mens toppen av røret ved hjelp av en annen ledning 68 er forbundet med fyllvæske-området 52 ved siden av den slappe membranen 44. Et fyllrør 70 benyttes til innføring av fyllvæsken. This reference pressure device 60 comprises essentially a vertically oriented cylindrical tube 62 (see also Figure 3) containing a massive, heavy ball 64 of magnetizable (i.e. magnetically attractive) material such as cobalt. The lower end of the pipe 62 is connected by means of a line 66 to the filling liquid area 50 next to the area membrane 42, while the top of the pipe is connected by means of another line 68 to the filling liquid area 52 next to the slack membrane 44 A filling tube 70 is used to introduce the filling liquid.

En spolevikling 72 omgir røret 62 og er anordnet for å bli energisert av en elektrisk strøm for å frembringe et magnetfelt i røret med tilstrekkelig styrke til å løfte kulen 64 til toppen av røret, som vist ved 64A. En beskyttelsesslange 74 er tilveie-brakt for de ledningstråder (ikke vist) som fører til viklingen. A coil winding 72 surrounds the tube 62 and is arranged to be energized by an electric current to produce a magnetic field in the tube of sufficient strength to lift the ball 64 to the top of the tube, as shown at 64A. A protective tube 74 is provided for the lead wires (not shown) leading to the winding.

Når viklingen 72 deaktiveres, vil kulen falle ned gjennom fyllvæsken i røret og fremkalle en trykkpuls som blir overført til fyllvæske-området 50 ved områdemembranet 42. Denne pulsen blir brukt til kalibrering av måleområdet, som beskrevet nedenfor. Ved bunnen av fallet vil kulen komme til å hvile på en radialslisset endeplate 76 (se også figur 4) anordnet for å forhindre at kulen tetter for fyllvæske-kommunikasjon mellom områdene 50 og 52. En lignende endeplate 7 8 er ved den øvre ende av røret. When the coil 72 is deactivated, the ball will fall down through the fill liquid in the tube and induce a pressure pulse which is transmitted to the fill liquid area 50 at the area diaphragm 42. This pulse is used for calibration of the measuring area, as described below. At the bottom of the drop, the ball will come to rest on a radially slotted end plate 76 (see also Figure 4) arranged to prevent the ball from sealing fill fluid communication between areas 50 and 52. A similar end plate 78 is at the upper end of the tube. .

For å utføre en kalibreringsoperasjon blir manifolden 30 først aktivert for å åpne skjøntventilen 32 og lukke de lave og høye trykkventiler 34 og 36 (ventilåpningen og ventillukningen blir utført på vanlig kjent måte). Dette skaper ett null-dif f erensialtrykk som inngangssignal til instrumentet, mens det statiske prosesstrykk innfanges ved begge membraner 42 og 44. Instrument-nullstillingen blir så kontrollert og justert om nødvendig, ved å bruke kjente teknikker. To perform a calibration operation, the manifold 30 is first activated to open the check valve 32 and close the low and high pressure valves 34 and 36 (valve opening and valve closing are performed in a commonly known manner). This creates a zero differential pressure as an input signal to the instrument, while the static process pressure is captured by both diaphragms 42 and 44. The instrument zero position is then checked and adjusted if necessary, using known techniques.

Spoleviklingen 72 blir så energisejrt for å løfte kulen 64, som når den frigjøres, faller ned gjennom fyllvæsken under virkning av gravitasjonskraften for å frembringe referansetrykk-pulsen over områdemembranet 42. Utgangssignalet fra differensialtrykk-giveren blir overvåket under dette tidsrommet, og hvis utgangssignal-pulsen adskiller seg i størrelse fra den korrekte verdi, vil en elektronisk områdejusterende krets bli justert (se US-Reissue Patent 31 415) for å bringe utgangen til den korrekte verdi. The coil winding 72 is then energized to lift the ball 64, which, when released, falls down through the fill fluid under the action of gravity to produce the reference pressure pulse across the area diaphragm 42. The output signal from the differential pressure transducer is monitored during this time, and if the output signal pulse differs in magnitude from the correct value, an electronic range adjusting circuit will be adjusted (see US-Reissue Patent 31,415) to bring the output to the correct value.

Den trykkpulsen som utvikles av den fallende kulen i trykkanordnignen 60, tilveiebringer et meget nøyaktig signal for kalibreringsformål. Den resulterende trykkuls er av hovedsakelig konstant strørrelse for en stor del av kulens bevegelse og med meget høy repeterbarhet ved mange aktiveringer over forholdsvis lange tidsperioder. Størrelsen av trykkpulsen er i det vesent-lige upåvirket av viskositetsendringer, som for eksempel kan forårsakes av temperaturvariasjoner. The pressure pulse developed by the falling ball in the pressure device 60 provides a very accurate signal for calibration purposes. The resulting pressure ball is of essentially constant size for a large part of the ball's movement and with very high repeatability with many activations over relatively long periods of time. The size of the pressure pulse is essentially unaffected by viscosity changes, which can for example be caused by temperature variations.

Selv om den vertikale falldistanse for kulen 64 i denne utførelsesformen er forholdsvis kort, (for eksempel en tomme), faller likevel kulen tilstrekkelig langsomt til å frembringe en puls med betydelig varighet. For eksempel kan en kule med diameter på en kvart tomme frembringe en trykkpuls med konstant størrelse som varer omkring 20 sekunder i en fyllvæske med en viskositet på omkring 5 centistoke. Selv om endringer i fyllvæske-viskositeten, for eksempel på grunn av temperaturendringer, vil forandre kulens fallhastighet og dermed varigheten av trykkpulsen, vil pulsvarigheten i praktiske utførelsesformer alltid være tilstrekkelig for kalibreringsformål. Although the vertical drop distance of the ball 64 in this embodiment is relatively short (for example, one inch), the ball nevertheless falls slowly enough to produce a pulse of significant duration. For example, a quarter-inch diameter sphere can produce a pressure pulse of constant magnitude lasting about 20 seconds in a fill fluid with a viscosity of about 5 centistokes. Although changes in the fill fluid viscosity, for example due to temperature changes, will change the drop rate of the ball and thus the duration of the pressure pulse, in practical embodiments the pulse duration will always be sufficient for calibration purposes.

Siden viskositet er temperaturavhengig kan pulsvarigheten hvis man ønsker det, måles som en indikasjon av temperaturen ved instrumentet. Slik temperaturinformasjon kan brukes til forskjellige formål, for eksempel til prosessdiagnostisering. Since viscosity is temperature dependent, the pulse duration can, if desired, be measured as an indication of the temperature at the instrument. Such temperature information can be used for various purposes, for example for process diagnostics.

Et instrument som bruker en vibrerbar tråd som følerelement (slik som beskrevet her), krever en fyllvæske med forholdsvis lav viskositet for korrekt virkemåte av tråden. Andre typer differensialtrykk-givere vil imidlertid ikke være begrenset på denne måten, og viskositeter på 100 C.S. eller over kan benyttes. Det er i alle tilfelle viktig at klaringen mellom kulen og veggen An instrument that uses a vibrating wire as a sensing element (as described here) requires a filling liquid with a relatively low viscosity for the wire to function correctly. However, other types of differential pressure transducers will not be limited in this way, and viscosities of 100 C.S. or above can be used. In all cases, it is important that the clearance between the ball and the wall

i røret er ganske liten, for eksempel omkring 0,00025 tommer for en kule på en kvart tomme. Det skal også bemerkes at selv om den her beskrevne utførelsesform benytter en kuleformet gjenstand til å frembringe den ønskede trykkpuls, kan gjenstander med forskjellige former benyttes til å oppnå slike resultater, forutsatt at der er riktig samvirkning mellom de benyttede tverrsnitts-former og at det finnes en liten klaring mellom gjenstanden og de indre overflater av det omgivende hulrom. in the tube is quite small, for example about 0.00025 inch for a quarter-inch ball. It should also be noted that although the embodiment described here uses a spherical object to produce the desired pressure pulse, objects of different shapes can be used to achieve such results, provided that there is a proper interaction between the cross-sectional shapes used and that there is a small clearance between the object and the inner surfaces of the surrounding cavity.

Siden referansetrykk-anordningen 60 benytter gravitasjonskraften på kulen 64 til å frembringe referansetrykk-pulsen vil variasjoner i gravitasjonen ved forskjellige steder på jorden påvirke størrelsen av referansetrykket. Slik variasjoner kan imidlertid lett tas i betraktning eftersom de skjer i komprimer-bare strømningsmålinger. Since the reference pressure device 60 uses the gravitational force on the ball 64 to produce the reference pressure pulse, variations in gravity at different places on earth will affect the magnitude of the reference pressure. However, such variations can easily be taken into account since they occur in compressible flow measurements.

Den foreliggende oppfinnelse kan benyttes på forskjellige måter til å forsterke virkemåten av instrumenteringssystemer for industrielle prosesser. Figur 5 illustrerer en form av et systemopplegg. Ved venstre side er en strømningsgiver generelt betegnet 80 og som omfatter en grunnleggende differensialtrykk-celle 20 montert med en manifold 30. Denne manifolden er vist aktiverbar ved hjelp av en fjernstyrt vikling 82, og mottar lave og høye trykksignaler gjennom ledninger 84, 86 som er koblet til nedstrøms- og oppstrøms-sidene av en målerblende (ikke vist) i et prosessrør 88 som fører et strømmende fluidum. Innebygd i differensialtrykk-cellen er en referansetrykk-anordning 60 som beskrevet ovenfor, omfattende en spolevikling 72 som kan fjern-energiseres for å utføre måleområde-kalibrering. Over referansetrykk-anordningen 60 er den øvre husmodul 48 som inneholder elektroniske kretser som samvirker med den vibrerende tråd i differensialtrykk-cellen 20 for å frembringe vibrasjon av denne ved en frekvens som er proporsjonal med det første differensialtrykk. The present invention can be used in various ways to enhance the operation of instrumentation systems for industrial processes. Figure 5 illustrates one form of a system layout. On the left side is a flow transmitter generally designated 80 and comprising a basic differential pressure cell 20 fitted with a manifold 30. This manifold is shown actuable by means of a remote control coil 82, and receives low and high pressure signals through lines 84, 86 which are connected to the downstream and upstream sides of a metering orifice (not shown) in a process tube 88 carrying a flowing fluid. Built into the differential pressure cell is a reference pressure device 60 as described above, comprising a coil winding 72 which can be remotely energized to perform range calibration. Above the reference pressure device 60 is the upper housing module 48 which contains electronic circuits which cooperate with the vibrating wire in the differential pressure cell 20 to produce vibration thereof at a frequency proportional to the first differential pressure.

I avstand fra det strømningsmålende instrument 80 er vist en feltstasjon generelt benevnt 90. Denne stasjonen omfatter som illustrert signalbehandlings-kretser 92 som er forbundet med instrumentets elektronikkmodul 40 ved hjelp av en totråds-ledning 94. En slik signalbehandlingskrets kan for eksempel omfatte signalskallerings- og/eller signalkarakteriserings-kretser som for eksempel beskrevet i US Patent nr..4 348 673. Hvis elektro-nikkmodulen 48 ikke omfatter en frekvens/analog-omformer for frembringelse av et likestrøms utgangssignal, kan signalbehandlingskretsen 92 omfatte anordninger for å utføre denne funksjonen. I alle fall blir utgangssignalet fra signalbe-handlingskresten, fortrinnsvis et likestrømssignal i området fra 4-20 mA, dirigert gjennom en totråds-ledning 96 til et sentralt kontrollrom 100 for å drive egnede utlesningsinstrumenter og andre instrumenter, som en del av den totale kontrollfunksjon for hele prosessen. Det skal bemerkes at tilveiebringelsen av en mellomliggende feltstasjon 90 i visse systemer kan utelates, og at funksjonene til denne stasjonen kan utføres enten på sender-stedet eller i styrerummet 100. At a distance from the flow measuring instrument 80, a field station generally named 90 is shown. As illustrated, this station comprises signal processing circuits 92 which are connected to the instrument's electronics module 40 by means of a two-wire cable 94. Such a signal processing circuit can, for example, comprise signal scaling and /or signal characterization circuits as for example described in US Patent no. 4 348 673. If the electronics module 48 does not include a frequency/analog converter for generating a direct current output signal, the signal processing circuit 92 may include devices to perform this function. In any case, the output signal from the signal processing unit, preferably a direct current signal in the range of 4-20 mA, is routed through a two-wire line 96 to a central control room 100 to operate suitable readout instruments and other instruments, as part of the overall control function of the whole process. It should be noted that in certain systems the provision of an intermediate field station 90 may be omitted, and that the functions of this station may be performed either at the transmitter site or in the control room 100.

Feltstasjonen 90 er også vist med en konvensjonell manifold-styreenhet 102 som omfatter ett eller annet bryterarrangement skjematisk antydet ved 104 og en elektrisk kraftkilde 106. Denne enheten er forbundet ved hjelp av en firetråds-ledning 108 som leverer kraft til aktivering av manifolden 30 når det er nød-vendig å utføre en måleområde-kalibrering av differensialtrykk-cellen 20. Hvis en feltstasjon 90 ikke er innbefattet i systemet, kan styrefunksjonen av manifolden utføres ved giveren eller i området for kontrollrummet 100 som antydet ved 102A. The field station 90 is also shown with a conventional manifold control unit 102 comprising some switch arrangement schematically indicated at 104 and an electrical power source 106. This unit is connected by means of a four-wire lead 108 which supplies power for actuation of the manifold 30 when is necessary to perform a measuring range calibration of the differential pressure cell 20. If a field station 90 is not included in the system, the control function of the manifold can be performed at the transducer or in the area of the control room 100 as indicated at 102A.

I feltstasjonen 90 er der også en kalibrerings-styreenhet 110 som er opererbar efter at manifolden er blitt innstilt for en kalibreringsoperasjon. Denne styreenheten 110 er forbundet ved hjelp av en totråds-ledning 112 til spoleviklingen 72 og, omfatter et bryterarrangement som skjematisk illustrert ved 114, og en elektrisk kraftkilde 116 for aktivering av spoleviklingen 72. Som nevnt ovenfor aktiverer dette referansetrykk-anordningen 60 for å frembringe et nøyaktig styrt referansetrykk til differensialtrykk-cellen 20. In the field station 90 there is also a calibration control unit 110 which is operable after the manifold has been set for a calibration operation. This control unit 110 is connected by means of a two-wire line 112 to the coil winding 72 and, comprises a switch arrangement as schematically illustrated at 114, and an electric power source 116 for activating the coil winding 72. As mentioned above, this activates the reference pressure device 60 to produce a precisely controlled reference pressure to the differential pressure cell 20.

Den resulterende utgangssignal-puls fra den elektroniske modul 48 blir overvåket ved feltstasjonen, som illustrert skjematisk ved hjelp av en utgangsmåler' 118 som er koblet ved hjelp av ledninger 120 til signalbehandlingskretsen 92 for å motta differensialtrykk-utgangssignalet efter tilpasning i behandlingskretsen. Hvis giver-utgangssignalet som frembringes ved feltstasjonen, ikke er korrekt, vil_måleområde-justerings-delen av signalbehandlingskretsen bli endret for å sikre at utgangen blir korrekt. Hvis en feltstasjon 90 ikke er innbefattet i prosess-instrumenteringssystemet, kan igjen funksjonene til kalibreringsenheten utføres ved giveren eller i kontrollrummet 100, som antydet ved HOA. The resulting output signal pulse from the electronic module 48 is monitored at the field station, as illustrated schematically, by means of an output meter' 118 which is connected by leads 120 to the signal processing circuit 92 to receive the differential pressure output signal after adaptation in the processing circuit. If the transducer output signal produced at the field station is not correct, the range adjustment portion of the signal processing circuit will be modified to ensure that the output is correct. If a field station 90 is not included in the process instrumentation system, the functions of the calibration unit can again be performed at the transmitter or in the control room 100, as indicated by the HOA.

Selv om tre separate signalledninger 94, 108 og 112 er vist på figur 5 for å forbinde strømningsgiveren 80 med feltstasjonen 90, kan antallet av slike ledninger reduseres ved å bruke konvensjonell multipleksteknikk. Det ovennevnte US Patent nr. 4 348 673 viser for eksempel anordninger for overføring av flersignal-informasjon over et enkelt trådpar. Although three separate signal lines 94, 108 and 112 are shown in Figure 5 to connect the flow transducer 80 to the field station 90, the number of such lines can be reduced by using conventional multiplexing techniques. The above-mentioned US Patent No. 4,348,673 shows, for example, devices for transmitting multi-signal information over a single pair of wires.

Selv om foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er blitt beskrevet ovenfor i detalj, er dette gjort for å illustrere prinsippene ved oppfinnelsen, og de skal ikke nødvendigvis betraktes som en begrensning av oppfinnelsen, siden det er klart at fagfolk på området kan lage mange modifiserte arrangementer basert på prinsippene ved oppfinnelsen uten å avvike fra rammen for denne. Although preferred embodiments of the invention have been described above in detail, this has been done to illustrate the principles of the invention and should not necessarily be considered as a limitation of the invention, since it is clear that those skilled in the art can make many modified arrangements based on the principles of the invention without deviating from its scope.

Claims

1. Device for calibrating the measuring range of a pressure-measuring instrument of the type comprising a sealed, internal pressure chamber containing a filling liquid and having membrane devices for supplying the pressure chamber with an input pressure signal to be measured, which instrument further comprises a sensor device which reacts to the input pressure signal which is supplied to the filling liquid, to produce a corresponding output signal, characterized by a reference pressure device which forms an integral part of the instrument and comprises a device in communication with the filling liquid to supply it with a reference pressure of precisely controlled, predetermined magnitude, and by the reference pressure device being activated while the input pressure signal is zero to supply the reference pressure to the filling liquid so that an output signal corresponding to the reference pressure magnitude is produced from the sensor device, whereby the instrument's measurement range can be monitored and adjusted as necessary to ensure that the output signal corresponds exactly ten l the reference pressure size.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the reference pressure device comprises a device that delimits a cavity containing filling liquid in connection with the instrument's filling liquid, a device that cooperates with the cavity to develop the reference pressure, and a device for activating the reference pressure device.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the instrument comprises a pair of membranes to receive a differential input pressure to be supplied, the instrument's filling liquid, the filling liquid areas at the membranes being connected by means of a passage, and the cavity forms part of the passage.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the reference pressure device further comprises an element in contact with the liquid-filled cavity, and a device for causing movement of the element in the cavity to create the reference pressure in the liquid-filled cavity.

5. Apparatus according to claim 4, characterized by an electrically driven device for effecting said movement.

6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the cavity is designed to provide an elongated dimension, the element comprising an object which is dimensioned to move through the elongated dimension to produce the reference pressure.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the device for causing movement comprises a device for lifting the object against the gravitational force and then releasing the object to allow it to fall under the action of the gravitational force to produce the reference pressure.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the device for causing movement comprises a magnetic device which can be operated in response to a signal to lift the object.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the magnetic device comprises a coil which can be energized by the signal.

10. Apparatus according to claim 7, characterized in that the object is a ball, the cavity comprising a cylindrical tube with a circular cross-section slightly larger than the diameter of the ball.

11. Apparatus according to claim 10, characterized by a coil winding which surrounds the tube to produce a magnetic field to lift the ball.

12. Apparatus for calibrating the measuring range of a pressure measuring instrument of the type comprising a device for receiving an input pressure signal and a sensor device which reacts to the input pressure signal by producing a corresponding output signal, characterized by a reference pressure device which constitutes a integral part of the instrument and comprises a cavity containing filling liquid in communication with the sensor device, and by a device for activating the reference pressure device while the input pressure signal is zero to produce in the filling liquid a reference pressure of precisely controlled, predetermined magnitude so that a corresponding force is supplied to the sensor device to produce an output signal from it that corresponds to the reference pressure magnitude, whereby the instrument's measuring range can be monitored and adjusted as necessary to ensure that the output signal corresponds exactly to the reference pressure magnitude.

13. Apparatus according to claim 12, characterized in that the reference pressure device further comprises an element in contact with the filling liquid in the cavity, and by a device to cause movement of the element in the cavity to create the reference pressure in the cavity filling liquid.

14. Apparatus according to claim 13, characterized by an electric drive device to cause said movement.

15. Apparatus according to claim 13, characterized in that the cavity is designed to provide an elongated dimension, the element comprising an object dimensioned to move through the elongated dimension to produce the reference pressure.

16. Apparatus according to claim 15, characterized in that the device for causing movement comprises a device for lifting the object against the gravitational force and then releasing the object to allow it to fall under the action of the gravitational force to produce the reference pressure.

17. Apparatus according to claim 16, characterized in that the device for causing movement comprises a magnetic device which can be operated in response to a signal, to lift the object.

18. Apparatus according to claim 17, characterized in that the magnetic devices comprise a coil which can be energized by the signal.

19. Apparatus according to claim 16, characterized in that the object is a sphere, the cavity comprising a cylindrical tube which has a circular cross-section slightly larger than the diameter of the sphere.

20. Apparatus according to claim 19, characterized by a winding which surrounds the tube to produce a magnetic field to lift the ball.

21. Apparatus for calibrating the measuring range of a pressure-measuring instrument of the type comprising a sealed, internal pressure chamber containing a filling liquid, and having a pair of membranes through which an input differential pressure can be supplied to the filling liquid, the instrument further comprising a sensing device responsive to the differential pressure by producing a corresponding output signal, characterized by: (1) a reference pressure device forming an integral part of the instrument and comprising: (A) a device forming a cavity with an elongated dimension. (B) a fill fluid in the cavity in communication with the instrument fill fluid; (C) an object in the cavity sized to provide a tight fit with the walls of the cavity, (D) a device for lifting the object into the cavity and releasing the object for descent through the filling liquid under the action of gravity to produce in the filling liquid a very accurate pressure pulse of substantially constant magnitude, and (2) a device for activating the lifting device while the input differential pressure is zero to apply the reference pressure pulse to the filling liquid, so that an output signal corresponding to the reference pressure magnitude is produced from the sensing device, whereby the instrument's measuring range can be monitored and adjusted as necessary to ensure that the output signal corresponds exactly to the reference pressure magnitude.

22. Apparatus according to claim 21, characterized in that one of the membranes is an area membrane with a predetermined spring constant and effective area, the reference pressure device being arranged to supply the reference pressure to the area membrane.

23. Apparatus according to claim 22, characterized by a line leading from the lower end of the cavity to an area near the area membrane.

24. Apparatus according to claim 21, characterized in that the output signal is electric and that the activation device comprises a device that responds to electrical signals, that a signal monitoring device is connected to the instrument to receive the output signal, and by a signal device in the vicinity of the signal monitoring device and connected to the actuating device to direct thereto an electrical signal to initiate an operating cycle of the reference pressure device.

25. Apparatus according to claim 24, characterized in that the signal monitoring device is located far from the instrument.

26. Apparatus according to claim 25, characterized by a valve manifold connecting the differential pressure to the diaphragms, and by means for actuating the manifold valves to provide zero differential pressure to the instrument, the actuating means comprising means at the remote location for controlling the operation of the manifold.

27. Apparatus according to claim 24, characterized in that the cavity is formed by a cylindrical tube, and that the object comprises a ball in the tube.

28. Device for producing a reference pressure signal for use in calibrating pressure measuring instruments and the like, characterized by a device that forms a cavity with an elongated dimension, a liquid filling in the cavity, an object in the cavity that is dimensioned to provide a tight fitting with the inner wall of the cavity while allowing the object to move through at least a portion of the cavity, a device for lifting the object against the force of gravity through the cavity and freeing the object to fall through the liquid filling under the action of gravity, to produce in the filling liquid a very precise pulse of predetermined, constant magnitude, and a device which communicates with the filling liquid to convey the pressure pulse to a pressure receiving device.

29. Device according to claim 28, characterized in that the cavity is made up of a tube which has a circular cross-section.

30. Device according to claim 29, characterized in that the object is a sphere with a diameter slightly smaller than the diameter of the circular cross-section.

31. Device according to claim 28, characterized in that the lifting device comprises a magnetic device outside the cavity, the object being made of a magnetically attractive material.

32. Device according to claim 31, characterized in that the magnetic device comprises a winding around the cavity and which can be electrically energized to lift the object.

33. Device according to claim 32, characterized in that the object is a massive metal ball.

34. Method for calibrating a pressure-sensitive instrument of the type having a pressure-responsive membrane device arranged to receive an input pressure signal and seal an inner chamber containing a filling liquid to which the input pressure signal is supplied, the instrument further comprising a sensing device which reacts to the pressure signal supplied to the filling liquid to provide a corresponding output signal, characterized by operation of a device which forms part of the instrument to supply a reference pressure signal of predetermined magnitude to the filling liquid while the input pressure signal at the membrane device is zero, monitoring of the output signal to determine whether it is at the correct magnitude for the applied reference pressure signal, and by making adjustments as necessary to bring the instrument's output signal in accordance with the correct magnitude upon subsequent application of the reference pressure signal.

35. Method according to claim 34, characterized in that the reference pressure signal is produced by causing an object to move in a cavity containing the filling liquid.

36. Method according to claim 35, characterized in that the object is caused to move through at least part of the cavity under the influence of the gravitational force.

37. Method according to claim 36, characterized in that the object is first lifted against gravity by means of an externally produced magnetic field, and then allowed to sink down through the filling liquid.

38. Method according to claim 34, characterized in that static pressure is maintained on the membrane device while the adjustment takes place.

39. Reference pressure device for generating a reference pressure signal for use in connection with pressure measuring instruments of the type which includes a pressure-responsive membrane device arranged to receive an input pressure signal and a sensor device which responds to the pressure signal by developing a corresponding output signal, characterized by a device forming a cavity having an elongate dimension, a filling fluid in the cavity, an object in the cavity dimensioned to produce a tight fit with the interior walls of the cavity while allowing movement through at least a portion of the elongate dimension to produce in the liquid filling a reference pressure pulse of a predetermined size, and a device which provides transmission of the reference pressure pulse to the membrane device to activate the sensor device accordingly.

40. Device according to claim 39, characterized in that the cavity has a circular cross-section and that the object is a sphere.

41. Device according to claim 40, characterized in that the ball of the gravitational force is guided through the cavity to produce the reference pressure signal.