RU2668945C1

RU2668945C1 - Восприятие высокотемпературного давления

Info

Publication number: RU2668945C1
Application number: RU2017114676A
Authority: RU
Inventors: Джон Пол ШУЛЬТЕ; Дэвид Глен ТАЙСОН
Original assignee: Роузмаунт Инк.
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2018-10-05
Also published as: US20160091380A1; CA2962303A1; EP3201587A1; CN204679187U; JP6559230B2; CN106033014A; WO2016053631A1; JP2017534860A; EP3201587B1; US9869599B2; CN106033014B

Abstract

Группа изобретений относится к средствам измерения в полевых условиях при повышенных значениях внешней температуры. В частности, варианты осуществления относятся к емкостным датчикам в технологическом оборудовании. Система восприятия давления включает в себя модуль (114) электронной аппаратуры горячей зоны, модуль (116) электронной аппаратуры холодной зоны и множество проводников (110), которые соединяют модуль электронной аппаратуры (114) горячей зоны с модулем электронной аппаратуры (116) холодной зоны. Модуль (114) электронной аппаратуры горячей зоны включает в себя емкостной датчик (201) давления и генератор (212), который выдает колебательный сигнал на емкостной датчик (201) давления. Электронная аппаратура (114) горячей зоны выдает по меньшей мере один сигнал датчика DC (постоянного тока). Модуль (116) электронной аппаратуры холодной зоны преобразует упомянутый по меньшей мере один сигнал датчика DC в значение давления и выдает сигнал питания DC. Множество проводников (110) передают сигнал питания DC на модуль электронной аппаратуры (114) горячей зоны и передают по меньшей мере один сигнал датчика DC на модуль электронной аппаратуры (116) холодной зоны. Технический результат заключается в повышении точности и помехоустойчивости измерений. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Варианты осуществления, описанные ниже, относятся к полевым устройствам обработки. В частности, варианты осуществления относятся к емкостным датчикам в технологическом оборудовании.

[0002] Некоторые элементы микроэлектронной схемы предполагаются для использования при внешних температурах, не больших чем 85°C. Однако, во многих средах управления процессами, внешняя температура или температура процесса могут превышать 200°C. В результате стандартная электронная аппаратура не может использоваться для измерения переменных процесса, таких как давление, движение, влажность, близость и химическая концентрация в этих высокотемпературных средах. Вместо этого должна использоваться высокотемпературная электронная аппаратура, которая специально предназначается для сопротивления температурам, превышающим 200°C. К сожалению, такая высокотемпературная электронная аппаратура является намного более дорогой, чем стандартная электронная аппаратура.

[0003] Дополнительно полевые устройства в этих высокотемпературных средах должны быть в состоянии связываться с пунктом управления для передачи переменной процесса, которую они измеряют. В некоторых конфигурациях очень длинный проводник (провод), который пролегает между высокотемпературной средой и средой охлаждения, используется для связи. Например, бурение газа, добываемого с большой глубины, происходит на глубинах больших 15000 футов. Для контроля состояния среды у основания таких скважин сборки датчиков должны быть помещены в эти места. Однако связь между такими сборками датчиков и верхом скважины происходит через кабель, который пролегает по всей длине скважины. Такие кабели имеют присущую индуктивность, емкость и сопротивление линии, которые ухудшают сигналы, посланные по кабелям, и могут вводить сигнал, накладывающийся на полезный сигнал в кабелях. Величина индуктивности, емкости и сопротивления в кабеле являются функциями длины кабеля. Когда длина кабеля увеличивается, индуктивность, емкость и сопротивление, ухудшение сигнала увеличиваются. Это делает трудным передачу переменных значений процесса из среды измерения в пункт управления.

[0004] Описанное выше предоставляется просто для общей информации предшествующего уровня техники и не предназначается для использования в качестве помощи при определении объема заявленного объекта изобретения. Заявленный объект изобретения не ограничивается реализациями, которые решают любые или все недостатки, описанные в предшествующем уровне техники.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Система восприятия давления включает в себя модуль электронной аппаратуры горячей зоны, модуль электронной аппаратуры холодной зоны и множество проводников, которые подсоединяют электронную аппаратуру горячей зоны к электронной аппаратуре холодной зоны. Модуль электронной аппаратуры горячей зоны включает в себя емкостной датчик давления и генератор, который выдает колебательный сигнал на емкостной датчик давления. Электронная аппаратура горячей зоны выдает по меньшей мере один сигнал датчика DC. Модуль электронной аппаратуры холодной зоны преобразует по меньшей мере один сигнал датчика DC в значение давления и выдает сигнал питания DC. Множество проводников передают сигнал питания DC на электронную аппаратуру горячей зоны и передают по меньшей мере один сигнал датчика DC на электронную аппаратуру холодной зоны.

[0006] В дополнительном варианте осуществления предоставляется аппаратура датчика, которая включает в себя электронную аппаратуру датчика, содержащую генератор и емкостной датчик. Аппаратура датчика также включает в себя преобразовательную электронную аппаратуру, которая использует по меньшей мере два сигнала DC от электронной аппаратуры датчика для формирования значения для переменной процесса. Многожильный кабель, содержащий по меньшей мере два проводника (жилы), подает по меньшей мере два сигнала DC от электронной аппаратуры датчика на преобразовательную электронную аппаратуру.

[0007] В соответствии с дополнительным вариантом осуществления способ включает в себя формирование по меньшей мере двух сигналов DC датчика, используя диодный детектор при температуре, большей, чем 200 градусов Цельсия; передачу по меньшей мере двух сигналов DC датчиков через многожильный кабель на электронную аппаратуру вычисления переменной процесса; и преобразование по меньшей мере двух сигналов DC датчиков в значение переменной процесса, используя электронную аппаратуру вычисления переменной процесса при температуре, которая ниже 100 градусов Цельсия.

[0008] Этот раздел Сущность изобретения и Реферат предоставляются для ввода выбора понятий в упрощенной форме, которые дополнительно описываются ниже в Подробном Описании. Сущность изобретения и Реферат не предназначаются для определения ключевых признаков или существенных признаков заявленного объекта изобретения, и при этом не предназначаются для использования в качестве помощи в определении объема заявленного объекта изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] ФИГ. 1 предоставляет блок-схему емкостной системы измерения датчика, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0010] ФИГ. 2 предоставляет электрическую схему сборки датчика, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0011] ФИГ. 3 предоставляет электрическую схему генератора в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0012] ФИГ. 4 предоставляет множество графиков, показывающих соотношения между значениями функции передачи и значениями давления при различных температурах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0013] Варианты осуществления, описанные ниже, предоставляют емкостной модуль восприятия высокой температуры, который может использоваться в высокотемпературной среде, не используя большое количество устройств высокотемпературной электронной аппаратуры, позволяя сборке датчика передавать сигналы датчика через проводники в более холодную среду.

[0014] ФИГ. 1 предоставляет блок-схему емкостной системы измерения в среде 100 процесса, в соответствии с одним вариантом осуществления. В среде 100 процесса имеется горячая зона 102, которая отделена от холодной зоны 104 посредством промежутка 106. Горячая зона 102 может быть, например, расположена в скважине ископаемого топлива, где температуры могут превышать 200°C. Холодная зона 104 может, например, располагаться над землей при температуре ниже 85°C. Среда 100 управления процессом включает в себя среды, в которых промежуток 106 составляет до двадцати тысяч футов. Хотя промежуток 106 может быть настолько коротким, насколько является желательным, емкостная система измерения, в соответствии с различными вариантами осуществления, является особенно преимущественной в средах, где промежуток 106 является большим, чем сто футов.

[0015] В горячей зоне 102 сборка датчика 108 (также называемая как электронная аппаратура датчика) помещается для восприятия переменной процесса, такой как давление, влажность, близость, движение, вибрация и химический состав. Сборка датчика 108 принимает питание через, и выдает один или более сигналов датчика на, многожильный кабель 110, который протянут от горячей зоны 102 до холодной зоны 104. Горячая зона 102 может опционально включать в себя резистивный датчик температуры (RTD) 112, который выдает значение температуры, используя один или более проводников многожильного кабеля 110. Совместно, RTD 112 и сборка датчика 108 формируют электронную аппаратуру 114 горячей зоны, которая может быть установлена на единственной монтажной плате или может быть распределена по множеству монтажных плат.

[0016] В холодной зоне 104 электронная аппаратура 116 холодной зоны (также называемая электронной аппаратурой вычисления переменной процесса или преобразовательной электронной аппаратурой) выдает питание на электронную аппаратуру 114 горячей зоны, принимает сигналы датчика от электронной аппаратуры 114 горячей зоны по кабелю 110 и генерирует значение 134 переменной процесса на основании сигналов датчика от электронной аппаратуры 114 горячей зоны. В соответствии с одним вариантом осуществления, электронная аппаратура 116 холодной зоны включает в себя амперметры 118, 120 и опционально амперметр 122, которые используются для восприятия сигналов датчика DC, выданных посредством сборки датчика 108. В соответствии с одним вариантом осуществления проводники, переносящие сигналы датчика DC, оканчиваются в электронной аппаратуре 116 холодной зоны при напряжении, близком к общему проводу схемы сборки датчика 108. Для достижения этого, один вход каждого амперметра 118, 120 и 122 соединяется с проводником, переносящим сигнал датчика DC, и другой конец соединяется с напряжением, таким образом, что это напряжение проводников на входе в амперметры является как можно более близким к общему проводу схемы сборки датчика 108. Схема 126 вычисления температуры использует сигналы на проводнике(ах), подсоединенных к RTD 112, для определения температуры в горячей зоне 102. Следует отметить, что три или четыре проводных соединения могут потребоваться для RTD 112 для точных измерений. Блок 128 подачи питания DC выдает напряжение DC (постоянного тока) и ток DC на сборку датчика 108, как описано дополнительно ниже. Значения тока, измеренные амперметрами 118, 120 и 122, подаются на схему 130 вычисления функции передачи, которая определяет функцию передачи из токов. Функция передачи затем передается блоку 132 преобразования функции передачи на основании температуры, который также принимает температуру, определенную посредством блока 126 вычисления температуры. Блок 132 преобразования преобразует функцию передачи из схемы 130 вычисления функции передачи в переменную 134 процесса, используя основанные на температуре коэффициенты и температуру, предоставленную посредством блока 126 вычисления температуры. Примеры переменной 134 процесса включают в себя давление, движение, вибрацию, близость, влажность и химический состав, например.

[0017] ФИГ. 2 предоставляет электрическую схему сборки датчика, в соответствии с одним вариантом осуществления. На ФИГ 2 первый конденсатор Cs (также называемый емкостным датчиком или емкостным датчиком давления), второй конденсатор Cr (также называемый емкостным датчиком или емкостным датчиком давления) и набор диодов D1, D2, D3 и D4 формируют диодный детектор, который принимает колебательный сигнал от генератора 212 и генерирует сигнал тока DC на проводниках 214, 216 и 218. Генератор 212 принимает сигналы подачи питания DC по проводникам 220 и 222. В соответствии с одним вариантом осуществления конденсатор Cr и конденсатор Cs является частью сапфирового датчика 201.

[0018] Катод диода D1 подсоединяется к аноду диода D3 и к одной стороне конденсатора Cs. Катод диода D3 подсоединяется к аноду диода D4, который имеет свой катод, подсоединенный к аноду диода D2 и к одной стороне конденсатора Cr. Стороны конденсатора Cs и конденсатора Cr, которые не подсоединяются к диодам, подсоединяются друг к другу в общем узле 210, который принимает выходной сигнал генератора 212.

[0019] Проводники 214, 216, 218, 220 и 222 формируют часть кабеля 110 и пролегают через промежуток 106, который во многих вариантах осуществления превышает 100 футов. Каждый из этих проводников имеет ассоциированную индуктивность, которая увеличивается с увеличением длины проводника. Дополнительно, каждый из этих проводников имеет емкость между проводником и экранированием проводника. Эта емкость также увеличивается с длиной кабеля 110. Совместно, емкость и индуктивность проводников вызывают низкочастотную помеху LC, в которой энергия сигнала на проводнике колеблется между индуктивностью и емкостью. Для защиты от воздействия этой низкочастотной помехи в радиоприемнике на диодный детектор или генератор 212, сетевые фильтры, предпочтительно, предоставляются для каждого проводника, состоящие из резисторов и конденсаторов, которые изолируют другие компоненты сборки датчика 108 от низкочастотной помехи LC. Например, резистор RF1 и конденсатор CF1 предотвращают низкочастотную помеху на проводнике 214 от достижения ею диода D1. Точно так же, резистор RF3 и конденсатор CF3 действует в качестве сетевого фильтра для проводника 216, резистор RF2 и конденсатор CF2 работают в качестве сетевого фильтра для проводника 218, и резисторы RF4 и RF5 и конденсатор CF4 работают в качестве сетевого фильтра для проводников 220 и 222.

[020] При работе генератор 212 принимает напряжение DC через проводники 220 и 222 и преобразует это напряжение DC в колеблющийся сигнал. В соответствии с одним вариантом осуществления, напряжением DC является DC 10В, и колеблющийся сигнал Vex имеет 10В размах амплитуды при 50 кГц. Колебательный сигнал напряжения проходит через конденсатор Cr последовательно с параллельной структурой диодов D2 и D4. Точно так же колеблющееся напряжение проходит через конденсатор Cs последовательно с параллельной структурой диодов D3 и D1. Во время положительной части колебательного сигнала ток протекает через конденсатор Cs и диод D3, формируя ток I1, и второй ток протекает через конденсатор Cr и диод D2 для формирования второго тока I2. Во время отрицательной части колебательного сигнала ток I1 проходит через диод D1 и конденсатор Cs и ток I2 проходит через диод D4 и конденсатор Cr.

[0021] Собственное сопротивление и емкость проводников 214, 216 и 218 фильтруют сигналы тока на проводниках для формирования сигналов тока DC на проводниках 214, 216 и 218. Ток I1 DC будет равен VfC_s., где V является напряжением двойной амплитуды (размаха) выходного сигнала генератора 212, меньше двух падений напряжений на диоде при прямом смещении и f является частотой выходного сигнала генератора 212. Точно так же, ток I2 будет равен VfC_r где C_r является емкостью конденсатора Cr. Во время работы емкость конденсатора Cs изменяется, когда изменяется среда процесса. Например, когда конденсатором Cs является датчик давления, давление в среде изменяет емкость датчика Cr конденсатора таким образом, что ток I1 изменяется, как только изменяется давление. Идеально, емкость конденсатора Cr остается неизменной, когда среда процесса изменяется. В результате, ток I2 не изменяется, если среда процесса изменяется. Используя ток I1 и ток I2, можно определить относительную емкость Cs и Cr и, таким образом, состояние среды процесса. Способы для формирования таких определений описываются дополнительно ниже.

[0022] При высоких температурах диоды D1, D2, D3 и D4 испытывают ухудшение производительности. В частности, ток утечки, когда диоды являются обратно-смещенными, значительно увеличивается с увеличениями температуры. К сожалению, диоды, которые имеют более низкий ток утечки при высоких температурах, имеют более длинные времена обратного восстановления (задержка при переходе от прямо-смещенного к обратно-смещенному) и диоды, которые имеют более короткие времена обратного восстановления, имеют больший ток утечки при более высоких температурах. В соответствии с одним вариантом осуществления предпочтение отдается диодам, которые имеют более низкие токи утечки при более высоких температурах даже при том, что они имеют более длительные времена обратного восстановления. В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления используется диод BAS116, продаваемый компанией Fairchild полупроводников, который имеет низкие токи утечки при температурах выше 150°C, но который имеет более высокое время обратного восстановления, чем другие диоды при этой температуре. В соответствии с другим вариантом осуществления высокотемпературный диод, который изготавливается, используя процесс технологии "кремний на диэлектрике" (SOI), такой как XTR1N0450, продаваемый компанией XREL полупроводников, используется для диодов D1, D2, D3 и D4 и рассчитан для температур 225°C и выше.

[0023] В соответствии с одним вариантом осуществления резисторы RF1, RF2, RF3, RF4 и RF5 сетевого фильтра каждый устанавливаются на 100Ω, конденсаторы CF1, CF2 и CF3 сетевого фильтра устанавливаются на 0.01 μF и конденсатор CF4 сетевого фильтра устанавливается на 0.56 μF. Специалисты в данной области техники распознают, что другие значения могут использоваться для этих компонентов в зависимости от характеристик кабеля 110.

[0024] В соответствии с одним вариантом осуществления генератор 212 формируется в качестве генератора релаксационных колебаний. Этот тип генератора не так точен, как основанный на кварце генератор, поэтому генератор релаксационных колебаний не имеет стабильной частоты осцилляции. Однако диодный детектор на ФИГ. 2 не является восприимчивым к частоте, если используются способы измерения соотношений (описанные ниже). Дополнительно, диодный детектор на ФИГ. 2 не является восприимчивым к выводу напряжения генератора и таким образом, выходной сигнал напряжения генератора также не нуждается в стабильности.

[0025] ФИГ. 3 предоставляет блок-схему одного варианта осуществления генератора релаксационных колебаний, который может использоваться в качестве генератора 212 на ФИГ. 2. Генератором релаксационных колебаний на ФИГ. 3 является генератор релаксационных колебаний на компараторе, который использует компаратор, состоящий из операционного усилителя U1, который запитывается посредством ввода напряжения Vdd источника питания DC на проводник 220 и соединяется с общим напряжением, выдаваемом на проводник 222. Напряжение Vdd источника питания также подается на делитель напряжения, состоящему из резисторов R3 и R4, которые, в одном варианте осуществления, оба равны 100 kΩ. Деленное напряжение в узле 302 выдается на не инвертирующий ввод 304 операционного усилителя U1 и на один вывод резистора R2 обратной связи. Другой вывод резистора R2 обратной связи соединяется с выходом 306 операционного усилителя U1. Выход 306 также соединен с резистором R1 отрицательной обратной связи, у которого другой вывод подсоединяется к инвертирующему вводу 308 операционного усилителя U1. Инвертирующий ввод 308 также соединяется с одним выводом конденсатора C1, другой вывод которого подсоединяется к общему напряжению.

[0026] При работе напряжение на неинвертирующем вводе 304 операционного усилителя U1 поднимает выходной сигнал 306 до напряжения питания Vdd. Это в свою очередь вынуждает конденсатор C1 заряжаться, пока напряжение на инвертирующем входе 308 не достигнет напряжения на неинвертирующем входе 304, в этот момент выходной сигнал 306 операционного усилителя U1 падает до общего напряжения. Ток тогда течет через резистор R3 и параллельное сопротивление, сформированное посредством резисторов R4 и R2, таким образом, понижая напряжение на не инвертирующем входе 304. Конденсатор C1 разряжается через резистор R1 пока напряжение на инвертирующем входе 308 не сбросится до напряжения на неинвертирующем входе 304, таким образом, вынуждая выходной сигнал 306 подниматься до Vdd еще раз. Таким образом, генератор производит колебательный сигнал на выходе 306, используя гистерезис, введенный посредством резистора R2 обратной связи. В соответствии с одним вариантом осуществления, этот гистерезис составляет приблизительно 1В.

[0027] В одном конкретном варианте осуществления резисторы R3 и R4 установлены равными 100 kΩ, резистор R2 равным 450 kΩ, резистор R1 равным 100 kΩ, конденсатор C1 равным 470pF и напряжение Vdd равно 10В DC выше общего напряжения.

[0028] Генератор на ФИГ. 3 также включает в себя второй операционный усилитель U2, который буферизует выходной сигнал 306 операционного усилителя U1. Не инвертирующий узел операционного усилителя U2 соединяется с узлом 302 и инвертирующий вход операционного усилителя U2 подсоединяется к выходу 306 операционного усилителя U1. Выход 322 операционного усилителя U2 подсоединяется к фильтру нижних частот, состоящему из резистора R0 и конденсатора C0, которые в одном варианте осуществления имеют значения 1 kΩ и 1 nF. Фильтр нижних частот на выходе 322 операционного усилителя U2 уменьшает крутизну выходного сигнала, выдавая более постепенное изменение в выходном напряжении Vex. Хотя выходной фильтр, сформированный посредством R0 и C0, уменьшает скорость изменения на переходах, он все еще позволяет полной амплитуде колебания достигать диодного приемника излучения.

[0029] Частота генератора релаксационных колебаний на ФИГ. 3 зависит от постоянной времени, установленной посредством произведения значений R1*C1 и уровня гистерезиса. В соответствии с одним вариантом осуществления, эта частота составляет приблизительно 50 кГц.

[0030] Операционные усилители U1 и U2 должны иметь двухтактный выходной каскад, который может возбуждаться от общего напряжения до напряжения Vdd питания и должен рассматриваться для работы вплоть до 225°C или больше. Этот тип операционного усилителя является возможным в технологии "кремний на диэлектрике" (SOI). Один такой операционный усилитель предоставляется посредством Cissoid Volga. Дополнительно, резисторы и конденсаторы в генераторе релаксационных колебаний 212 на ФИГ 3 должны также быть в состоянии противостоять температурам выше 225°C.

[0031] Все компоненты в сборке датчиков на ФИГ. 2 включающие в себя те, что в генераторе 212, должны быть в состоянии противостоять рабочим температурам 225°C и выше. Сборка и герметизированный блок этих компонентов должны также подойти для высокотемпературной среды. Такой герметизированный блок включает в себя керамические подложки PWB с золотыми проводящими дорожками. Компоненты интегральной схемы устанавливаются непосредственно на подложку и соединены проводами с проводящими дорожками. Пассивными компонентами является поверхность, установленная на PWB. Сборка со сквозными отверстиями также возможна. Вся сборка заключается в герметичном металлическом корпусе со стеклянными вертикальными соединениями. Этот тип сборки является известным и называется гибридной микросхемой.

[0032] В варианте осуществления, показанном на ФИГ 2, имеется пять проводников с проводниками 220 и 222 выдающими питающее напряжение на генератор 212, и проводники 214, 216 и 218 выдают ток на датчик DC. Как отмечено выше, проводники 214, 216 и 218 оканчиваются в электронной аппаратуре 116 холодной зоны при напряжении, которое близко настолько насколько возможно к общему проводу внутри сборки 108 датчика. Проводник 214 выдает ток I1, проводник 218 выдает ток I2, и проводник 216 выдает разностный ток, который является разностью между током I1 через конденсатор Cs и током I2 через конденсатор Cr. В других вариантах осуществления проводник 216 удаляется и узел между катодом диода D3 и анодом диода D4 соединяется с общим проводом внутри сборки 108 датчика. В таком варианте осуществления только четыре проводника необходимы для подсоединения сборки 108 датчика к электронной аппаратуре 116 холодной зоны. В таких вариантах осуществления разность между токами I1 и I2 может быть вычислена в электронной аппаратуре 116 холодной зоны, используя значения тока I1 на проводнике 214 и значения тока I2 на проводнике 218.

[0033] Как отмечено выше, ток I1 через конденсатор C_s равен fC_s(V_ex - 2*0,5), где f является частотой сигнала генератора, V_ex является напряжением двойной амплитуды, выданное генератором, C_s является емкостью конденсатора и 0,5 это падение напряжения через диод с прямым смещением. Это означает, что на I1 влияют не только изменения в емкости конденсатора Cs, но также и изменения в частоте и напряжении двойной амплитуды колебательного сигнала. Как отмечено выше, генератор релаксационных колебаний, такой как показан на ФИГ. 3, не формирует колебательные сигналы со стабильными частотами или напряжениями. В соответствии с одним вариантом осуществления, для удаления эффектов изменения в частоте и напряжении двойной амплитуды, ассоциированными с генераторами релаксационных колебаний, варианты осуществления в настоящем описании используют логометрические выражения для формирования функции передачи, которые представляют емкость конденсатора Cs относительно конденсатора Cr. Такие логометрические выражения не затрагиваются посредством изменений в частоте или напряжении двойной амплитуды колебательного сигнала, поскольку изменения в частоте и напряжении двойной амплитуды влияют на конденсатор Cs и конденсатор Cr одинаково. Например, одно такое логометрическое выражение состоит в следующем:

Уравнение 1

где можно заметить, что члены f и

сокращаются Для сапфировых датчиков альтернативная функция передачи:

Уравнение 2

может использоваться. Функция передачи уравнения 2 выдает выход, который является линейным с давлением для сапфирового датчика.

[0034] ФИГ. 4 предоставляет график функции передачи Уравнения 1 для установки давлений при различных температурах. На ФИГ. 4 значение функции передачи показывается на вертикальной оси 400, и значения давлений показываются на горизонтальной оси 402. График 404 - для температуры 225°C, график 406 - для температуры 150°C и график 408 - для температуры 25°C. Как показано на ФИГ. 4, функция передачи изменяется, кода температура меняется. В соответствии с одним вариантом осуществления для основанного на температуре блока 132 преобразования функции передачи на ФИГ. 1, для преобразования функции передачи, вычисленной посредством блока 130 вычисления функции передачи, в значение 134 давления, многочлен с коэффициентами, которые являются функцией температуры, применяется к значению функции передачи. В частности, значение давления определяется как:

Уравнение. 3

где P является значением давления, H является функцией передачи,

являются температурно-зависимыми коэффициентами и T является температурой. Температурно-зависимые коэффициенты могут быть определены с помощью процесса определения характеристик.

[0035] Электронная аппаратура 114 горячей зоны и электронная аппаратура 116 холодной зоны могут использоваться во множестве сред, включая в себя определения измерений давления двигателя, морских измерений, измерений геотермальной энергии, пластиковых профилей и других сред высокой температуры/высокого давления.

[0036] Дополнительно, хотя напряжение двойной амплитуды выходного сигнала генератора 212 показывается, как аналогичное питающему напряжению, выданному посредством источника 128 питания DC, в других вариантах осуществления трансформатор предоставляется на выходе генератора 212 для повышения напряжения двойной амплитуды.

[0037] Хотя элементы показаны или описаны выше как отдельные варианты осуществления, части каждого варианта осуществления могут быть объединены со всеми или частью других вариантов осуществления, описанных выше.

[0038] Хотя сущность была описана на языке, специфичном для структурных признаков и/или методологических действий, необходимо понимать, что заявленный объект изобретения в формуле изобретения не обязательно ограничивается конкретными признаками или действиями, описанными выше. Вместо этого конкретные признаки и действия, описанные выше, описываются в качестве примерных форм для реализации формулы изобретения.

Claims

1. Система восприятия давления, содержащая:

модуль электронной аппаратуры горячей зоны, имеющий емкостной датчик давления и генератор, который выдает колебательный сигнал на емкостной датчик давления, причем модуль электронной аппаратуры горячей зоны выдает по меньшей мере один сигнал датчика DC;

модуль электронной аппаратуры холодной зоны, который преобразует упомянутый по меньшей мере один сигнал датчика DC в значение давления и который выдает сигнал питания DC; и

множество проводников, которые подсоединяют модуль электронной аппаратуры горячей зоны к модулю электронной аппаратуры холодной зоны и которые передают упомянутый сигнал питания DC на модуль электронной аппаратуры горячей зоны и которые передают упомянутый по меньшей мере один сигнал датчика DC на модуль электронной аппаратуры холодной зоны.

2. Система восприятия давления по п. 1, в которой множество проводников каждый имеет длину, которая превышает 100 футов.

3. Система восприятия давления по п. 1, в которой множество проводников каждый имеет длину, которая превышает 10000 футов.

4. Система восприятия давления по п. 1, в которой модуль электронной аппаратуры горячей зоны может работать при температуре 225 градусов Цельсия.

5. Система восприятия давления по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере один диод, причем по меньшей мере один диод и емкостной датчик давления формируют по меньшей мере часть диодного детектора.

6. Система восприятия давления по п. 5, в которой по меньшей мере один диод содержит по меньшей мере один диод, оптимизированный для низкого тока утечки.

7. Система восприятия давления по п. 1, в которой модуль электронной аппаратуры горячей зоны дополнительно содержит пассивные сетевые фильтры для каждого из множества проводников для изоляции емкостного датчика давления и генератора от низкочастотной помехи LC на множестве проводников.

8. Система восприятия давления по п. 1, в которой генератор содержит генератор релаксационных колебаний.

9. Система восприятия давления по п. 1, в которой модуль электронной аппаратуры горячей зоны изготавливается, используя структуру гибридных микросхем.

10. Система восприятия давления по п. 1, в которой модуль электронной аппаратуры холодной зоны использует логометрические способы для формирования значения давления из по меньшей мере одного сигнала датчика DC.

11. Система восприятия давления по п. 10, в которой значение давления невосприимчиво к уровню напряжения колебательного сигнала.

12. Система восприятия давления по п. 10, в которой значение давления невосприимчиво к частоте колебательного сигнала.

13. Аппаратура датчика, содержащая:

электронную аппаратуру датчика, содержащую генератор и емкостной датчик;

преобразовательную электронную аппаратуру, которая использует по меньшей мере два сигнала DC от электронной аппаратуры датчика для формирования значения для переменной процесса; и

многожильный кабель, содержащий по меньшей мере два проводника, которые подают упомянутые по меньшей мере два сигнала DC от электронной аппаратуры датчика на преобразовательную электронную аппаратуру.

14. Аппаратура датчика по п. 13, в которой электронная аппаратура датчика способна работать при 225 градусах Цельсия.

15. Аппаратура датчика по п. 13, в которой электронная аппаратура датчика дополнительно содержит сетевые фильтры для каждого из этих по меньшей мере двух проводников для изоляции электронной аппаратуры датчика от низкочастотной индуктивно-емкостной помехи, на этих по меньшей мере двух проводниках.

16. Аппаратура датчика по п. 13, в которой многожильный кабель имеет по меньшей мере сто футов в длину.

17. Аппаратура датчика по п. 13, в которой генератор содержит генератор релаксационных колебаний с нестабильной частотой колебаний.

18. Аппаратура датчика по п. 17, в которой генератор релаксационных колебаний содержит генератор релаксационных колебаний с компаратором.

19. Способ использования аппаратуры датчика по п. 13, содержащий:

формирование по меньшей мере двух сигналов датчика DC, используя диодный детектор при температуре более чем 200 градусов Цельсия;

передачу упомянутых по меньшей мере двух сигналов датчиков DC через многожильный кабель на электронную аппаратуру вычисления переменной процесса;

преобразование упомянутых по меньшей мере двух сигналов датчика DC в значение переменной процесса, используя электронную аппаратуру вычисления переменной процесса при температуре, которая является ниже 100 градусов Цельсия.

20. Способ по п. 19, в котором определение по меньшей мере двух сигналов датчика DC содержит генерирование колебательного сигнала, используя генератор при температуре больше чем 200 градусов и подачу колебательного сигнала к диодному детектору при температуре больше чем 200 градусов.

21. Способ по п. 20, в котором многожильный кабель имеет больше чем сто футов в длину.