专利名称：多变量压力变送器的改进温度补偿的制作方法
多变量压力变送器的改进温度补偿
背景技术：
在工业设备中，控制系统被用于监控和控制工业和化学过程等的存货。典型的， 控制系统使用分布在工业过程中的关键位置处的现场装置来实现这些功能，这些现场装置 由过程控制环连接到控制室中的控制电路。术语“现场装置”指用于工业过程的测量、控制 和监控的在分配器控制或过程监控系统中实现功能的任何装置。典型地，现场装置的特征 是它们能够在户外工作一段较长的时间，例如几年。因而，现场装置能够在多种极端气候条 件下工作，包括严酷的极端温度和极端湿度。此外，现场装置能够在有明显振动的情况下运 行，例如有来自附近机械的振动。另外，现场装置可以在存在电磁干扰的情况下工作。现场装置的一个例子是多变量过程流体压力变送器，例如市售的明尼苏达州的 Chanhassen的Emerson Process Management制造的商品名为3051型的多变量变送器。多 变量过程流体压力变送器可用于多种目的，包括过程流体质量流的计算和汇报。多变量过 程流体压力变送器一般具有过程流体差压传感器以及静压传感器。当过程流体经过差压产 生装置例如孔板时，既测量过程流体的差压也测量过程流体的静压，提供关于过程流体流 的重要信息。多变量过程流体压力变送器性能有时受到温度引发的误差的影响。这些温度引 发的误差的来源可能是传感器测量电子装置、传感器充油系统以及压力感测元件自身。通 过针对传感器模块的温度效应来补偿输出，多变量过程流体压力变送器的性能得到极大改 善。这种补偿的实现一般是通过识别(characterize)传感器模块的未修正的输出并发 展数学曲线拟合以产生修正的传感器模块输出。一般，修正的输出补偿要求合并整体温度 传感器的传感器模块设计。温度传感器与传感器模块电子装置通信并提供称为传感器温度 的输出到所述电子装置。温度传感器读数被传感器模块电子装置使用以补偿传感器模块输 出ο提供具有改进的温度补偿能力的多变量过程流体压力变送器将使此类装置更加 精确。精确性是极其重要的，因而在精确度上的改进将使过程流体测量技术受益。
发明内容
一种多变量过程流体压力变送器包括电子装置模块和传感器模块。传感器模块被 连接到电子装置模块。过程流体温度传感器被连接到过程流体压力变送器。差压传感器设 置在传感器模块内并可操作地连接到多个过程流体压力入口。静压传感器也设置在传感器 模块内并被可操作地连接到至少一个过程流体压力入口。第一温度传感器设置在传感器模 块内并构造成提供差压传感器的温度的指示。第二温度传感器设置在传感器模块内并构造 成提供静压传感器的温度的指示。测量电路可操作地连接到差压传感器、静压传感器以及 第一和第二温度传感器。处理器连接到测量电路并构造成基于差压传感器和第一温度传感 器的测量值来提供补偿后的差压输出，以及基于静压传感器和第二温度传感器的测量值来 提供补偿后的静压输出。
图1是本发明的实施方式具体地使用的过程流体压力变送器的概略图。图2示出按照现有技术的过程流体压力变送器的传感器模块的横截面概略图。图3示出按照本发明实施例的过程流体压力变送器的传感器模块的横截面概略 图。图4示出按照本发明实施例的多变量过程流体压力变送器的概略图。图5示出按照本发明实施例的测量多个过程流体变量的方法的流程图。
具体实施例方式图1为本发明的实施方式具体地使用的过程流体压力变送器的图示。变送器10 通过接头或凸缘14连接到管12。管12引导流体(气体或液体)在箭头16所示的方向上 流动。多变量过程流体压力变送器10包括电子装置模块18和传感器模块22，它们共同 地容纳多变量过程流体压力变送器10。电子装置模块18优选还包括用于接受来自电阻式 温度装置(RTD)输入的过程流体温度传感器输入20，该RTD优选为100欧姆RTD，其一般直 接插入到管内或者插入到管12内的热电偶套管中以测量过程流体温度。来自RTD的电线 被连接温度传感器罩壳M的接线板的一侧。接线板的另一侧连接的是穿过电路26并通过 输入装置20连接到变送器10的电线。传感器模块22包括差压传感器和绝对压力传感器。差压传感器和绝对压力传感 器提供压力信号到调节和数字化电路以及线性化和补偿电路。补偿后的线性化后且数字化 后的信号被提供到电子装置模块18。使用优选使用双绞线形成的4-20mA双线环，通过柔性 管道观，在变送器10中的电子装置模块18提供指示流经管12到远处位置的过程流体的 过程情况的输出信号。在一些情形中，按照HART 或FOUNDATION Fieldbus标准，变送器 10可提供信号来指示多个过程变量(温度、静压及差压)。此外，多变量过程流体压力变送 器10也可以提供指示过程流体流自身的输出信号。图2示出依照现有技术的传感器模块的概略图。传感器模块122包括到124的电 连接器，用于连接到电子装置模块例如电子装置模块18上。另外，传感器模块122还包括 外螺纹1 用于机械联接传感器模块122到电子装置模块上。传感器模块122包括差压传 感器1 和静压传感器130。差压传感器1 可操作地连接到一对过程流体压力入口(未 示出)，以感测在这些入口之间的差压。典型地，差压传感器1 包括可偏转隔膜，该隔膜密 封地隔开一对室，每个各自的过程流体压力可操作地连接到所述一对室。差压导致隔膜在 一个方向或在另一方向上偏转，隔膜的偏转被大体感测为差压传感器的电容的变化。然而， 其他的用于感测隔膜偏转的技术也可以使用。静压传感器压力130可操作地连接到过程流 体压力之一并提供该过程流体的静压的电学指示。如图2所示，测量过程流体的差压和静压的多变量过程流体压力变送器通常包含 两个压力传感器在传感器模块122中。在传感器模块122中的每个压力传感器1观、130具 有其自身的单独的温度引发的误差。在现有技术中一般提供单个温度传感器，如附图标记 132所示，其能够在稳态温度情况下分别地提供对差压和静压传感器128、130两者的温度 的精确测量然而，当存在瞬时温度情况时，还有当过程流体温度显著地偏离传感器模块122的周围温度时，在差压和静压传感器128、130之间可能产生温度梯度。当出现这种情况时， 由传感器132感测到的温度不再精确地反映传感器1观、130两者的温度。因此，在这些传 感器中的一个或两者的输出中会出现温度引发的误差。图3是根据本发明实施例的多变量拉过程流体压力传感器模块222的横截面概 略图。和在前面的设计中一样，传感器模块222包括差压传感器228以及静压压力传感器 230。然而，不像现有技术设计，在传感器模块222内的每个压力传感器具有直接连接到它 的温度传感器。差压传感器2 具有直接连接到其上的温度传感器232。类似地，静压传 感器230具有直接连接到其上的温度传感器234。温度传感器232、234可以是任何适用的 温度传感器，包括热偶、电阻式温度装置(RTD)、热敏电阻或者其他合适的装置。使用两个 温度传感器232、234减小了在瞬时末端过程梯度情况下的温度引发误差。优选地，由于先 前的设计识别每个压力传感器的输出为测得的传感器模块温度的函数，本发明的实施例可 以通过简单地应用每个各自温度传感器测量值到用于每个各自压力传感器的类似的补偿 计算中而实现。因此，计算难度与现有设计相同，除了计算被简单地完成两次，对于每个压 力传感器每一次用其各自的温度传感器测量值。尽管已经描述的本发明的实施例是关于在 每个压力传感器上有一个温度传感器，这些实施例也可以这样实践通过放置多个这样的 温度传感器在一个或两个压力传感器上，以更精确地测量压力传感器的温度。此外，在温度 引发的效应相对于设置在传感器模块222内的任何电子装置可以被测量和/或补偿的情况 下，还可以通过简单地放置额外的温度传感器在传感器模块222中以测量电子装置的温度 来实践本发明的实施例。此外，虽然图3中示出的实施例显示获得的直接的温度传感器测 量值用于补偿，本发明的实施例可以实践为使用来自温度传感器的间接测量值，例如使用 应变计传感器的桥路电阻。图4是本发明的实施例尤其适用的多变量过程流体压力变送器312的框图。变送 器312包括可操作地连接到过程通信环28的通信电路320。通信电路320允许装置312按 照适当的过程工业通信协议，例如上面所述的HART 协议、FOUNDATION Fieldbus协议，以 及其他任何合适的过程工业通信协议，来通信。变送器312也包括电源模块324，其优选可 连接到过程通信环观。通过连接到过程通信环观，装置312能够完全依赖通过过程通信环 收到的电力而工作。然而，在一些实施例中，电源模块3M可以是电力储存装置，例如电池 或超级电容，在这样的实施例中，电源模块3M不需要连接到过程通信环观。电源模块3M 构造为提供适当的电力到变送器312的所有部件，如标有“至所有”的箭头所示。变送器312优选还包括处理器326，其优选为微处理器，被可操作地连接到通信电 路320和电源模块3M上。微处理器3 执行储存在内存中的指令以从测量电路3 获得测 量值，并基于上述测量值来计算信息。例如，处理器3 优选获得关于过程流体静压(SP)、 过程流体差压(DP)以及过程流体温度T的测量值，并能够提供或者以其他方式计算过程流 体流参数。另外，测量电路3 也连接到第一温度传感器T1和第二温度传感器T2。如图3 中所示，每个温度传感器1\、T2热连接到静压传感器230和差压传感器228的对应的一个。 因此，关于在静压传感器230上测得的温度，静压测量值的补偿可以使用任何适当的技术 进行。类似地，基于差压传感器232的温度的直接测量，可以补偿差压传感器的测量值。图5为根据本发明实施例的获得多个过程流体变量的方法的流程图。方法400在 方框402处开始，在那里测量过程流体的差压。优选地，从差压传感器得到该差压测量值，5如图3所示。一旦测到了差压，差压传感器的温度被测量，如方框404所示。然后，测得的温 度被用于补偿对于该测得的温度的差压读数，如方框406所示。此补偿可采用预先补偿的 形式，使用类似的数学技术，主要的差异为测得的温度与温度对应的压力传感器的直接相 关。一旦已经完成了补偿，控制返回到方框402处，在那里最终转到方框408而测量过程流 体的静压。类似地，一旦测量了过程流体的静压，控制转到方框410而测量过程流体静压传 感器的温度。一旦完成该测量，控制转到方框412从而基于测得的温度提供对静压的补偿。 一旦上述补偿完成，控制转到方框408并最终转到方框414而测量过程流体的温度。使用 过程温度传感器来测量所述过程流体的温度，例如图1所示在附图标记M处。一旦连同过 程流体温度一起，得到了补偿的差压和静压，可以在过程通信环上，例如过程通信环28上， 报告上述参数，如方框416中所示。可任选地，也可以进行例如过程流体体积流量及/或质 量流的高阶计算，并可任选通过过程通信环报告。 尽管已经参照优选实施例描述了本发明，本领域技术人员应该意识到可以不偏离 本发明的精神和范围在形式和细节上作出改变。
权利要求
1.一种多变量过程流体压力变送器，包括 电子装置模块；连接到电子装置模块的传感器模块；差压传感器，其设置在传感器模块内并可操作地连接到多个过程流体压力入口 ； 静压传感器，其设置在传感器模块内并可操作地连接到所述过程流体压力入口中的至 少一个；第一温度传感器，其设置在传感器模块内并构造为提供差压传感器的温度的指示； 第二温度传感器，其设置在传感器模块内并构造为提供静压传感器的温度的指示； 测量电路，其可操作地连接到差压传感器、静压传感器和第一及第二温度传感器； 处理器，其连接到测量电路并构造为基于差压传感器和第一温度传感器的测量值提供 补偿后的差压输出，以及基于静压传感器和第二温度传感器的测量值提供补偿后的静压输 出O
2.根据权利要求1所述的变送器，还包括连接到测量电路的过程流体温度传感器。
3.根据权利要求2所述的变送器，其中处理器构造为基于补偿后的差压、补偿后的静 压和过程流体温度提供过程流体流的指示。
4.根据权利要求1所述的变送器，其中第一温度传感器是电阻温度装置。
5.根据权利要求1所述的变送器，其中第一温度传感器是热偶。
6.根据权利要求1所述的变送器，其中第二温度传感器是电阻温度装置。
7.根据权利要求1所述的变送器，其中第二温度传感器是热偶。
8.根据权利要求1所述的变送器，还包括通信电路，该通信电路设置在电子装置模块 内并构造为在过程通信环上传送过程流体信息。
9.根据权利要求8所述的变送器，其中变送器完全由过程通信环供电。
10.一种测量过程流体参数的方法，该方法包括 使用差压传感器测量过程流体差压；测量差压传感器的温度； 基于测得的差压传感器的温度补偿测得的差压； 使用静压传感器测量过程流体静压； 测量静压传感器的温度；基于测得的静压传感器的温度补偿测得的静压；及 至少基于补偿后的差压和补偿后的静压而提供输出。
11.根据权利要求10所述的变送器，还包括测量过程流体的温度。
12.根据权利要求11所述的变送器，其中所述输出基于补偿后的差压、补偿后的静压 以及测得的过程流体的温度。
13.根据权利要求12所述的变送器，其中所述输出是过程流体流输出。
14.根据权利要求10所述的变送器，其中补偿测得的差压包括使用数学曲线拟合作为 差压传感器的测得的温度的函数。
15.根据权利要求10所述的变送器，其中补偿测得的静压的步骤包括使用数学曲线拟 合作为静压传感器的测得的温度的函数。
全文摘要
一种多变量过程流体压力变送器(10)包括电子装置模块(18)和传感器模块(222)。传感器模块(222)被连接到电子装置模块(18)。过程流体温度传感器被连接到过程流体压力变送器。差压传感器(228)设置在传感器模块(22)内并可操作地连接到多个过程流体压力入口。静压传感器(230)也设置在传感器模块(222)内并被可操作地连接到至少一个过程流体压力入口。第一温度传感器(232)设置在传感器模块(222)内并构造成提供差压传感器(228)的温度的指示。第二温度传感器(234)设置在传感器模块(222)内并构造成提供静压传感器(230)的温度的指示。测量电路(328)可操作地连接到差压传感器(228)、静压传感器(230)以及第一(232)和第二(234)温度传感器。处理器(328)连接到测量电路并构造成基于差压传感器(238)和第一温度传感器(232)的测量值来提供补偿后的差压输出，以及基于静压传感器(230)和第二温度传感器(234)的测量值来提供补偿后的静压输出。
文档编号G01L19/04GK102047089SQ200980119085
公开日2011年5月4日 申请日期2009年5月27日 优先权日2008年5月27日
发明者保罗·C·森迪特, 马克·C·范德雷 申请人:罗斯蒙德公司