压力感测系统及传感器装置的制造方法
【技术领域】
[0001] W下描述的实施例设及过程现场设备。具体地，实施例设及过程环境中的电容式 传感器。
【背景技术】
[0002] -些微电子电路元件额定在周围温度不超过85°C时使用。然而，在很多过程控制 环境中，周围温度或过程温度可超过200°C。因此，在该些高温环境中，无法使用标准电子 器件来测量过程变量，例如压力、运动、湿度、接近度和化学浓度。必须使用专口设计为承受 200°CW上温度的高温电子器件作为替代。遗憾的是，该种高温电子器件比标准电子器件昂 贵得多。
[0003] 此外，该些高温环境中的现场设备必须能与控制室进行通信，W传递它们正在测 量的过程变量。在一些配置中，将在高温环境和较冷环境之间延伸的超长导体用于通信。例 如，深层天然气钻井发生在15000英尺W上的深度。为了监视该种钻井底部的环境状态，需 要在那里放置传感器套件。然而，该种传感器套件和钻井顶部之间的通信是通过延伸整个 钻井长度的线缆来进行的。该种线缆具有固有线路电感、固有线路电容和固有线路电阻，它 们使得通过线缆发送的信号劣化，并可能引入线缆信号振铃（signalringing)。线缆的电 感、电容和电阻的大小取决于线缆长度。随着线缆长度增加，电感、电容和电阻增加且信号 劣化程度增加。该使过程变量值难W从测量环境传输到控制室。
[0004] 提供W上讨论仅用于一般性的背景信息，并不意图帮助确定请求保护主题的范 围。请求保护的主题不限于解决【背景技术】记载的任意或全部缺点的实现。 【实用新型内容】
[0005] -种压力感测系统包括热区电子器件模块、冷区电子器件模块W及使热区电子器 件连接到冷区电子器件的多个导体。热区电子器件模块包括电容式压力传感器和向电容压 力传感器提供振荡信号的振荡器。热区电子器件提供至少一个DC传感器信号。冷区电子 器件模块将至少一个DC传感器信号转换为压力值并提供DC功率信号。多个导体向热区电 子器件传递DC功率信号并向冷区电子器件传递至少一个DC传感器信号。
[0006] 在另一实施例中，提供了一种包括传感器电子器件的传感器装置，传感器电子器 件包括振荡器和电容式传感器。传感器装置还包括使用来自传感器电子器件的至少两个DC 信号W形成过程变量值的转换电子器件。包括至少两个导体的多导体线缆从传感器电子器 件向转换电子器件提供至少两个DC信号。
[0007] 根据另一实施例，一种方法包括；在高于200摄氏度的温度下使用二极管检测器 来形成至少两个DC传感器信号；跨多导体线缆向过程变量计算电子器件传递至少两个DC 传感器信号；W及在低于100摄氏度的温度下，使用过程变量计算电子器件将至少两个DC 传感器信号转换为过程变量值。
[0008] 提供【实用新型内容】和摘要，W简化形式引入在下文【具体实施方式】中进一步描述的 概念的选择。【实用新型内容】和摘要并不意图指明请求保护主题的关键特征或必要特征，它 们也不意图用于帮助确定请求保护主题的范围。
【附图说明】
[0009] 图1提供了根据一个实施例的电容式传感器测量系统的框图。
[0010] 图2提供了根据一个实施例的传感器套件的电路图。
[0011] 图3提供了根据一个实施例的振荡器的电路图。
[0012] 图4提供了示出在各种温度下传递函数值和压力值之间关系的多幅图。
【具体实施方式】
[0013] W下描述的实施例提供了一种在不使用大量高温电子器件的情况下可在高温环 境中使用的高温电容式感测模块，同时允许传感器套件跨导体向较冷环境发送传感器信 号。
[0014] 图1提供了根据一个实施例的在过程环境100中的电容测量系统的框图。在过程 环境100中，存在与冷区104分隔一定跨度的热区102。热区102可W位于例如温度可超过 200°C的化石燃料井中。冷区104可W位于例如温度低于85°C的地上。过程控制环境100 包括跨度106可高达2万英尺的环境。尽管跨度106可根据需要变短，但在跨度106大于 100英尺的环境中，根据各实施例的电容式测量系统是特别有益的。
[0015] 在热区102中，安置传感器套件108(也称为传感器电子器件）W感测过程变量， 例如压力、湿度、接近度、运动、振动和化学成分。通过从热区102延伸到冷区104的多导体 线缆110,传感器套件108接收功率并提供一个或多个传感器信号。热区102可选地包括使 用多导体线缆110的一个或多个导体来提供温度值的电阻温度检测器（RTD) 112。RTD112 和传感器套件108共同形成热区电子器件114,该热区电子器件114可安装在单个电路板上 或可W分布在多个电路板上。
[0016] 在冷区104中，冷区电子器件116(也称为过程变量计算电子器件或转换电子器 件）向热区电子器件114提供功率，通过线缆110从热区电子器件114接收传感器信号，并 基于来自热区电子器件114的传感器信号生成过程变量值134。根据一个实施例，冷区电子 器件116包括电流表118、120,W及可选地包括用于感测由传感器套件108提供的DC传感 器信号的电流表122。根据一个实施例，载有DC传感器信号的导体在与传感器套件108的 电路公共端（circuitcommon)接近的电压上端接在冷区电子器件116之中。为了实现该 一点，每个电流表118、120和122的一个输入连接到载有DC传感器信号的导体，并且另一 端连接到电压，使得在电流表输入处的导体电压尽可能地接近传感器套件108的电路公共 端。温度计算电路126使用连接到RTD112的导体上的信号，W确定热区102中的温度。需 要注意的是；为了精确测量，可能需要连到RTD的S线或四线连接。DC电源128向传感器 套件108提供DC电压和DC电流，如下文所述。将电流表118、120和122测量的电流值提 供给传递函数计算电路130,传递函数计算电路130根据电流来确定传递函数。然后，将传 递函数提供给基于温度的传递函数转换单元132,基于温度的传递函数转换单元132还接 收由温度计算单元126确定的温度。使用基于温度的系数和由温度计算单元126提供的温 度，转换单元132将来自传递函数计算电路130的传递函数转换为过程变量134。过程变量 的示例包括例如压力、运动、振动、接近度、湿度和化学成分。
[0017]图2提供了根据一个实施例的传感器套件的电路图。图2中，第一电容Cs(也称 为电容式传感器或电容式压力传感器）、第二电容Cr(也称电容式传感器或电容式压力传 感器）和二极管D1、D2、D3的集合形成二极管检测器，该二极管检测器从振荡器212接收振 荡信号并在导体214、216和218上生成DC电流信号。振荡器212接收导体220和222上 的DC电源信号。根据一个实施例，电容化和电容Cs是藍宝石传感器201的一部分。
[001引二极管Dl的阴极连接到二极管D3的阳极和电容Cs的一侧。二极管D3的阴极连 接到二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接到二极管D2的阳极和电容化的一侧。电容 Cs和电容&没有连接到二极管的侧共同连接在接收振荡器212的输出的公共节点210处。
[0019] 导体214、216、218、220和222形成线缆110的一部分并延伸跨过跨度106,在很多 实施例中跨度106超过100英尺。该些导体中的每