可定制长度平均皮托管探头组件和过程变量监控系统的制作方法
【专利摘要】一种可定制长度平均皮托管探头组件和过程变量监控系统，该组件包括配置成用于插入封闭的导管的探头部分，所述探头部分包括纵向延伸的上游表面、下游表面和中部表面，以在平均皮托管探头部分中形成第一流体输送室和第二流体输送室。多个纵向布置的开口沿着上游表面的长度进行配置，每个所述开口与第一流体输送室流体连通。多个纵向布置的开口沿着下游表面的长度进行配置，每个所述开口与第二流体输送室流体连通。盖子被固定到平均皮托管探头部分的端部，以在平均皮托管探头部分端部处将第一和第二流体输送室隔离。细长的主体连接到平均皮托管探头部分并提供与第一和第二室流体连通的流体通路，用于将第一和第二室中的过程压力连接到压力传感器。
【专利说明】可定制长度平均皮托管探头组件和过程变量监控系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种控制系统，特别地涉及平均皮托管探头组件和过程变量变送器监控系统。
【背景技术】
[0002]在工业生产中，控制系统用于监测和控制工业和化工过程的库存量等等。通常地，执行这些功能的控制系统使用现场设备，所述现场设备分布在工业工程的关键位置并通过过程控制回路连接到控制室中的控制电路。术语“现场设备”指的是在分布控制或过程监控系统中执行功能的任何设备，包括在工业过程的测量、控制和监控中使用的所有设备。
[0003]一些现场设备包括连接到过程流体的传感器。传感器被理解为意味着基于物理输入产生输出信号的设备或基于输入信号产生物理输出的设备。通常地，传感器将输入转换成具有不同形式的输出。传感器的种类包括各种各样的分析设备、压力传感器、热敏电阻、制动器、螺线管、指示灯以及其他。
[0004]诸如在工业过程中使用的过程变量传感器之类的现场设备可以在现场安装在管道、大容器和其他工业过程设备上。这种设备检测诸如过程流体流量、过程流体温度、过程流体压力、过程流体导电性、过程流体酸碱度(PH)以及其他过程变量之类的过程变量。其他种类的工业过程现场设备包括阀门、制动器、磁场控制器，诸如工业领域网桥之类的数据显示和通信设备。
[0005]例如，一种类型的过程变量传感器是可以测量流体流动的流量的流量计。一种使用平均皮托管(APT)的类型的流量计是用于流量测量的普遍的设备，由于所述流量计能够插入管路并从管路缩回，其低的压力损耗、相对低的成本和可靠的性能。平均皮托管检测到并计算出来自横穿管道的许多位置的压力的平均值，过程流体在所述管道中行进通过。这种平均压力然后与流量理论结合使用并在实验上决定了数量以提供对流体的流量测量。一种类型的平均皮托管是从科罗拉多州Boulder的Dieterich Standard公司获得的Amuibar?平均皮托管。至少对于Annubar?类型的平均皮托管，需要平均皮托管跨越过程管道，从而横穿管道截面的多个样品可以被平均以计算横穿截面的流量的变化。
[0006]由于不同的客户需求、安装要求等等，平均皮托管类型探头和变送器的制造商一般地不得不制造并备有许多不同大小的平均皮托管探头以适应不同的管道直径。进一步地，不同的平均皮托管探头或变送器被制造和贮存，以使不同类型的连接件适应过程管道。结果，使得制造更加复杂和昂贵。进一步地，将平均皮托管探头或变送器送到客户的更长的交货期是普遍的。
[0007]以上的讨论仅仅提供了一般的背景信息并不打算用作决定要求保持的主题范围的帮助。
实用新型内容
[0008]提供本实用新型内容和摘要以用简化的形式介绍概念的选择，所述概念在【具体实施方式】中进一步地得到以下解释。实用新型内容和摘要既不打算识别权利要求主题的关键特征或本质特征，也不打算用作决定权利要求主题范围的帮助。
[0009]本实用新型在一个示例实施例中公开了用于插入诸如过程管道之类的封闭导管的可定制长度平均皮托管探头。平均皮托管探头包括配置成用于被插入封闭导管的探头部分。平均皮托管探头部分包括纵向延伸的上游表面，纵向延伸的下游表面和中部表面，所述中部表面被放置在上游表面和下游表面之间以在平均皮托管探头部分中形成第一流体输送室和第二流体输送室。平均皮托管探头部分进一步地包括上游表面中多个纵向布置的开口，所述开口沿着上游表面的长度配置，同时每个开口与第一流体输送室流体连通，并且平均皮托管探头部分进一步地包括下游表面中多个纵向布置的开口，所述开口被沿着下游表面的长度配置，同时每个开口与第二流体输送室流体连通。盖子被固定到平均皮托管探头部分的端部以隔离平均皮托管探头部分端部处的第一和第二流体输送室。在探头部分已经被切割以定做针对特别大小的导管的平均皮托管的探头以后，盖子可以被固定到平均皮托管探头部分的端部。细长的主体被连接到平均皮托管探头部分并提供通过流体方式连接到第一和第二室的流体通路，所述流体通路将来自第一和第二室的过程压力连接到压力传感器。
[0010]在一个实施例中，可定制长度平均皮托管探头进一步地包括安装在细长的主体上的电子连接件并且所述电子连接件具有通过流体通路与第一和第二室流体连通的第一和第二端口。
[0011]在一个实施例中，细长的主体具有比平均皮托管探头截面直径大的直径。在一个实施例中，细长的主体配置成用于使用多个不同类型的连接硬件配置将可定制的平均皮托管探头连接到封闭的导管。
[0012]在一个实施例中，平均皮托管探头部分在上游表面和下游表面配置有多个纵向布置的开口，从而上游表面和下游表面和中部表面可以被切割以产生多个希望的探头长度以适应不同的导管直径同时保持平均皮托管探头部分的结构完整性。
[0013]在一个实施例中，提供过程变量监控系统，所述过程变量监控系统包括带有压力传感器的过程变量变送器、平均皮托管探头部分、盖子和细长的主体。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是根据示例实施例的用于监控或控制过程流体的工业过程控制或监控系统的图解说明。
[0015]图2是根据示例实施例的图1中所示的系统和变送器的方块图。
[0016]图3是平均皮托管探头的实施例的说明。
[0017]图4和图5是使用不同的连接件类型和装置连接到过程管道的图3中探头的说明。
[0018]图6a，6b和6c是展示针对特定过程要求定做平均皮托管探头的过程步骤的图解截面图。
[0019]图7是说明定做平均皮托管探头长度的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]图1是展示用于监控或控制工业过程中的过程流体的工业过程控制或监控系统100的简化图。一般地，诸如过程变量变送器102之类的现场设备在现场定位在远程位置，并将探测到的过程变量传送回到位于中央的控制室104。包括有线和无线通信的不同技术可以用来传送过程变量。一种常见的有线通信技术使用所谓的双线式过程控制回路106，其中的一对电线即被用来输送信息还被用来将能量提供给变送器102。用于传输信息的一种技术是凭借控制通过过程控制回路106的电流强度在4mA和20mA之间。在4_20mA范围内的电流值可以映射到过程变量的相应值。示例数字通信协议包括丨丨ART? (包含叠加在标准的4-20mA模拟信号上的数字通信信号的混合物理层)、FOUNDAT1N?现场总线(1992年由美国仪表协会发布的全数字通信协议)、现场总线通信协议或其他。也可以执行诸如包括HART 1011」射频通信技术之类的无线过程控制回路协议。图1中的过程控制回路106代表变送器102和控制室104之间的通信连接的有线和无线实施例中的一个或两个。
[0021]在如图1中所示的一个示例实施例中，通过安装元件或装置112，过程变量变送器102被连接到延伸进入过程管道108的探头120，并且配置成用于测量过程管道108中的过程流体的过程变量。示例过程变量包括流量、温度、压力、液位、酸碱度、导电性、浑浊度、密度、浓度、化学成分等等。过程变量变送器102包括传感器124和其他组件/电路(图1中未显示)，配置成用于接收来自探头120的过程变量并且在过程控制回路106上提供变送器输出。
[0022]在示例实施例中，过程变量变送器102是差压变送器并且探头120是平均皮托管(平均皮托管)类型的探头。差压变送器102的组件和平均皮托管120更详细的说明如下。
[0023]在图1中，过程导管或管道108的剖开的部分使得平均皮托管探头120的部分122可以被看到，所述部分122完全地跨越过程管道108的内部。方向箭头126指示管道108中的流体流动方向。在一个示例实施例中，流体歧管128和流量变送器102被显示为安装在平均皮托管探头120的外部端部。在这些平均皮托管探头实施例中，变送器102的传感器124是通过通路130(图1中虚线所示)以流体方式连接到探头120的压力传感器124。
[0024]如同以下将要进行的更详细的说明，平均皮托管探头120属于缝合设计，所述设计允许探头被切割成用于特定直径过程管道108的希望的长度，同时依然保持结构和测量的完整性。通过使用这种缝合设计，而不是针对不同的设备中不同的过程管道直径生产许多不同的平均皮托管探头长度，可以生产单一的探头长度以覆盖多种多样的应用。这种单一探头长度的平均皮托管探头可以贮存在分配中心，以提高将探头供应给客户的交货期。生产单一的探头长度还通过减小平均皮托管探头构建的变化的数量，提供用于在生产工程中改善工厂性能的可能性。为了将平均皮托管探头提供给为了特定应用需要特定的探头长度的特定客户，多余的材料从探头120的端部被切掉，并且在分配中心或在别处使用盖或其他最后完成机械装置123完成端部。在示例实施例中，为了减小应用到平均皮托管探头的压力，在过程管道108的侧面121处提供相对侧支撑结构。这种结构被从图1中删掉，但是例如显示在图5中。相对侧支撑结构在防止平均皮托管探头由于通过过程管道中的过程流体流动施加的压力而折断方面是有用的。然而，不是在所有的实施例中都需要相对侧支撑结构。
[0025]图2是监控系统100的示例性压差测量系统实施例的系统方框图。如图所示，系统100包括流量变送器102和压差测量探头120。系统100耦合到诸如回路106之类的过程控制回路，并且适用于通信与管道108中流体流动的压差相关的过程变量输出。系统100的变送器102包括循环通信电路302、压力传感器124、测量电路304和控制器306。
[0026]循环通信电路302能够耦合到过程控制回路106并适用于在过程控制回路上通信。循环通信电路302可以包括通过有线通信线路和/或无线通信线路进行通信的电路。这种通信可以根据诸如以上所讨论的协议之类的任何合适的过程工业标准协议，所述协议包括有线和无线两个协议。
[0027]压力传感器124包括通过通路130各自连接到平均皮托管探头120的第一和第二室316，318的第一端口和第二端口 310，312。传感器124可以是具有响应外加压力变化而变化的电特性的任何设备。例如，传感器124可以是电容性压力传感器，所述传感器的电容响应端口 310和312之间所施加的压差而变化。
[0028]测量电路304连接到传感器124并配置成用于提供至少与端口 310和312之间的压差相关的传感器输出。测量电路304可以是能够提供与压差相关的合适信号的任何电子电路。例如，测量电路可以是模拟到数字转换器、电容至数字转换器或任何其他合适的电路。
[0029]控制器306连接到测试电路304和循环通信电路302。控制器306适应于将过程变量输出提供给循环通信电路302，所述输出与由测量电路304提供的传感器输出相关。控制器306可以是可编程门阵列设备、微处理器或任何其他合适的设备或多个设备。尽管已经关于单个模块对循环通信电路302、测量电路304和控制器306进行描述，预计所述设备可以结合诸如在特定用途集成电路(ASIC)上。在示例实施例中，包括存储器307并且所述存储器307连接到控制器306，用于存储计算机可读指令、参数值等，用于配置控制器306和/或测量电路304。在一些这种实施例中，配置信息基于平均皮托管探头120的可选择长度被存储进存储器307，从而探头和变送器102被最优化或配置成基于选择的探头长度提供过程变量输出。
[0030]平均皮托管探头120通过通路130连接到变送器102。因此，传感器124的端口310连接到第一室316，而传感器124的端口 312连接到第二室318。“室”是通路、通道、管道或相似物，具有特定性质或压强的流体被导向或允许进入所述“室”并且流体被引导或输送通过所述“室”。
[0031]如同以上所述，平均皮托管探头120具有缝合设计，所述缝合设计允许探头被切割成用于特定直径过程管道108的希望的长度，同时仍然保持结构和测量的完整性。如同图2中图解所示，探头120包括延伸探头长度的上游表面或表面319、延伸探头长度的下游表面或表面320和分开室316和318的中部或中心表面或表面321。室316和318分别地在表面319和表面321之间以及在表面320和表面321之间形成。在每个上游表面319和下游表面320中沿着探头120的长度形成多个小型纵向的开口或插槽322，允许过程流体进入室316和318。传感器124测量压差，该压差对应于室316和318中的过程流体之间的压差。盖子或密封结构123被固定到探头120的远端323以帮助分开室316和318。密封结构123，这里称为盖子，也可以包括插入固定的端部323以密封端部323的塞子。术语盖子意图包括塞子和其他密封结构。在探头120已经被切割成希望的长度以适应过程管道108的特定的直径并且适应特定的安装类型之后，盖子123通常在分配中心处或别处固定到探头120的端部323。在探头已经被切割成希望的尺寸以后，探头120的小型狭槽的设计允许探头保持结构完整性和测量准确性。
[0032]现在参照图3，显示根据一些示例实施例的通用的探头或探头设备120的图解。探头120是“通用的”，在于在小修改和完成分配中心的情况下，所述探头120被制作成适应大范围的客户应用，在不同的直径的过程管道中和使用各种类型的连接件。以上所讨论的部分122包括插槽322，所述插槽322配置成用于允许平均皮托管探头的部分122被切割成长度，该长度直径地跨越不同尺寸的相应的过程管道的内部。具有多个纵向地布置的短端口 322的这种缝合狭槽图案允许全部长度的单元可用于测量或被切割成希望的长度，同时在被切短以后保持全部的平均功能。在从端部323切掉多余材料以后，使用如上所述的盖子123完成探头。
[0033]在图3中图示的实施例中，探头120包括位于过程管道外部的上部分，所述上部分具有提供长的过渡结构的优选的细长主体402，允许依据客户需求使用具有多种不同的连接硬件类型的探头120。例如，可以使用法兰连接件类型，其中使用一对法兰将探头连接到过程管道。可使用的一个这种法兰连接类型可从罗斯蒙特公司购买，产品名称为Flange-Lok。可以用来将探头连接到过程管道的另一种连接类型使用本身连接到过程管道的探头接收主体，以接收探头并提供与过程管道的连接。一个这种探头接收主体类型的连接件可从罗斯蒙特公司购买，产品名称为Pak-Lok。探头120的电子连接平台406可以直接安装到变送器，诸如上述的变送器102，但是还具有螺纹连接件408，以容易地使探头120适合与硬件一起使用，该硬件用于远离探头120的位置安装电子元件设备。
[0034]图4和5阐明可以用于将探头120连接到过程管道的连接硬件配置的两个示例。图4阐明使用探头接收主体类型连接件安装的探头120。图5阐明使用法兰类型连接件安装的探头120。
[0035]更具体地参照图4，在探头接收主体类型连接件500的配置中，平均皮托管探头120的部分122延伸通过固定到过程管道108 (未显示)的主体504。探头120的细长的主体402在主体504之上延伸，并且连接到被轴封环508分开的从动件主体506。压板508包括布置成接收连接到主体504的螺柱510的孔509。紧固件512连接到延伸通过压板508的孔509的螺柱510的端部以将探头120连接到过程管道。在图5中，在法兰型连接件600的配置中，使用安装法兰602和填装组件604将探头120固定到过程管道108。
[0036]图5中还显示在过程管道108的侧面121处设置的相对侧支撑结构606。相对侧支撑结构606可以是诸如法兰连接之类的任何类型的连接件，所述连接件在探头的延伸至管道108的侧面121的远端处提供对于平均皮托管探头120的部分122的支撑。例如，支撑结构606可以包括延伸通过过程管道的侧面121并且进入探头部分122的远端的螺柱。如上所述，相对侧支撑结构在防止平均皮托管探头被由过程管道中的过程流体流动施加的压力破坏方面是有用的。
[0037]图6a_6c图示在配置通用平均皮托管120中通过切割用于过程管道的特定直径的探头的缝合狭槽图案部分的过程步骤。如在图6a中所示，生产具有原始长度L1的探头120的缝合狭槽图案部分。如果特定安装需要这种长度的探头，整个长度L1可以插入过程管道。然而，为了配置用于较小直径过程管道的探头，缝合狭槽图案部分的远端702可以被切割以将这部分的长度减小到较短的长度L2,导致如图6b所示的新的远端323。在示例的实施例中，与不同已知过程管道直径一致的预先确定的切割区域705可以包含于探头120上。切割区域705可以包括针对不同的过程管道直径切割并且/或者针对与不同类型的安装硬件一起使用之处的视觉指示器。在一些实施例中，切割区域705可以包括物理特性，诸如有助于将探头120切割成特定的长度的限定的槽口或其他特征。然后，如图6c所示，使用诸如焊接点、粘合剂或粘附装置之类的粘附物将盖子或塞子123固定到端部323。
[0038]现在参照图7，所示是根据以上公开阐述定制用于插入特定的封闭导管的平均皮托管探头的一种示例方法的流程图。首先，如在步骤805处所示，方法包括提供具有多个切割区域705的平均皮托管探头部分，所述多个切割区域705限定平均皮托管探头部分的可调节长度。如上所述，平均皮托管探头部分包括纵向延伸的上游表面和纵向延伸的下游表面，所述上游和下游表面在平均皮托管探头部分中形成第一流体输送室和第二流体输送室。平均皮托管探头部分进一步地包括在上游表面中的多个纵向布置的开口，所述开口沿上游表面的长度配置同时每个所述开口与第一流体输送室流体连通，并且平均皮托管探头部分进一步地包括在下游表面中的多个纵向布置的开口，所述开口沿下游表面的长度配置同时每个所述开口与第二流体输送室流体连通。
[0039]还如步骤810处所示，方法包括将所选择的多个切割区域之一处的平均皮托管探头部分切割，以调整平均皮托管探头部分的长度并形成远端323，用于插入特定的封闭导管。此后，如步骤815处所示，方法包括将盖子或塞子123连接到平均皮托管探头部分的远端323。盖子在远端处将第一和第二流体输送室密封。
[0040]公开的实施例的方法也可以包括根据关于图1-6所讨论的任意特征的步骤。
[0041]尽管已经参照优选的实施例对本实用新型进行了描述，但是本领域的技术人员将认识到，在不背离本实用新型的精神和保护范围的情况下可以在形式和细节上进行改变。尽管在示例的平均皮托管探头实施例中展示插槽和圆形开口，但是开口并不局限于这些形状，并且在其他实施例中开口具有其他形状。
【权利要求】
1.一种可定制长度平均皮托管探头组件，用于插入封闭导管，所述平均皮托管探头组件包括: 平均皮托管探头部分，具有延伸到远端的可调节长度，所述远端配置成用于插入封闭导管，平均皮托管探头部分包括在平均皮托管探头部分内形成第一流体输送室和第二流体输送室的纵向地延伸的上游表面和纵向地延伸的下游表面，所述平均皮托管探头部分进一步地包括在上游表面中沿上游表面的长度设置的多个纵向地布置的开口，每个开口与第一流体输送室流体连通，并且所述平均皮托管探头部分进一步地包括在下游表面中沿下游表面的长度设置的多个纵向地布置的开口，每个开口与第二流体输送室流体连通； 盖子，所述盖子固定到平均皮托管探头部分的远端，所述盖子在平均皮托管探头部分的远端处将第一流体输送室和第二流体输送室密封；和 细长的主体，所述细长的主体连接到平均皮托管探头部分并提供与第一流体输送室和第二流体输送室流体地连接的流体通路，用于将来自第一流体输送室和第二流体输送室中的过程压力耦合到压力传感器； 其特征在于，所述远端包括被选择用于特定封闭导管的多个切割区域的一个，在将盖子固定到远端之前，通过在多个切割区域的所述一个处切割平均皮托管探头部分而形成平均皮托管探头部分的远端以定制平均皮托管探头的长度。
2.根据权利要求1所述的可定制长度平均皮托管探头组件，其特征在于，进一步地包括安装在细长的主体上的电子连接件，所述电子连接件具有通过流体通路与第一流体输送室和第二流体输送室流体连通的第一端口和第二端口。
3.根据权利要求1所述的可定制长度平均皮托管探头组件，其特征在于，细长的主体具有比平均皮托管探头截面直径大的直径。
4.根据权利要求3所述的可定制长度平均皮托管探头组件，其特征在于，细长的主体配置成用于使用多个不同种类的连接硬件结构将可定制的平均皮托管探头连接到封闭导管。
5.根据权利要求4所述的可定制长度平均皮托管探头组件，其特征在于，平均皮托管探头部分具有在上游表面和下游表面中纵向地布置的多个开口，从而上游表面和下游表面能够被切割以产生多个希望的探头长度，以适应不同的导管直径，同时保持平均皮托管探头部分的结构完整性。
6.一种过程变量监控系统，用于测量指示过程管道中的过程流体的流量的过程变量，其特征在于: 所述过程变量监控系统包括: 过程变量变送器； 过程变量变送器中的压力传感器； 平均皮托管探头部分，具有延伸到远端的可调节长度，所述远端配置成用于插入所述管道，平均皮托管探头部分包括在平均皮托管探头部分内形成第一流体输送室和第二流体输送室的纵向地延伸的上游表面和纵向地延伸的下游表面，所述平均皮托管探头部分进一步地包括在上游表面中沿上游表面的长度设置的多个纵向地布置的开口，每个开口与第一流体输送室流体连通，并且所述平均皮托管探头部分进一步地包括在下游表面中沿下游表面的长度设置的多个纵向地布置的开口，每个开口与第二流体输送室流体连通； 盖子，所述盖子在平均皮托管探头部分已经被切割成希望的长度以后固定到平均皮托管探头部分的远端，以密封平均皮托管探头部分的远端，所述盖子在平均皮托管探头部分的远端处将第一流体输送室和第二流体输送室密封；和 细长的主体，所述细长的主体连接到平均皮托管探头部分并提供与第一流体输送室和第二流体输送室流体地连接的流体通路，用于将来自第一流体输送室和第二流体输送室中的过程压力耦合到压力传感器，从而压力传感器提供指示过程管道中的过程流体的流量的输出压力测量值。
7.根据权利要求6所述的过程变量监控系统，其特征在于:进一步地包括电子连接件，所述电子连接件安装在细长的主体上，以将过程变量变送器操作地连接到细长的主体和平均皮托管探头部分。
8.根据权利要求6所述的过程变量监控系统，其特征在于，细长的主体具有比平均皮托管探头截面的直径更大的直径。
9.根据权利要求8所述的过程变量监控系统，其特征在于，细长的主体配置成用于使用多个不同种类的连接硬件结构将可定制的平均皮托管探头连接到管道。
10.根据权利要求8所述的过程变量监控系统，其特征在于，平均皮托管探头部分在上游表面和下游表面中具有多个纵向布置的开口，从而上游表面和下游表面能够被切割以产生多个希望的探头长度，以适应不同的导管直径，同时保持平均皮托管探头部分的结构完整性。
11.根据权利要求6所述的过程变量监控系统，其特征在于:进一步地包括在过程变量变送器中的通信电路，配置成用于连接到过程控制回路并且通过过程控制回路通信。
12.根据权利要求11所述的过程变量监控系统，其特征在于，通信电路配置成用于无线通信。
13.根据权利要求11所述的过程变量监控系统，其特征在于:进一步地包括被连接到压力传感器和配置成用于提供传感器输出的测量电路。
14.根据权利要求13所述的过程变量监控系统，其特征在于:进一步地包括连接到测量电路和通信电路的控制器。
15.根据权利要求14所述的过程变量监控系统，其特征在于:进一步地包括存储记忆设备，配置成用于基于平均皮托管探头部分已经被切割成的希望的长度来存储配置信息。
16.根据权利要求6所述的过程变量监控系统，其特征在于:进一步地包括相对侧支撑结构，能够连接到管道和平均皮托管探头部分的远端，以在插入管道以后支撑平均皮托管探头部分的远端。
【文档编号】G01F15/18GK204007734SQ201420246155
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】布莱恩·安东尼·菲泽, 约翰·艾弗雷特·加内特 申请人:迪特里奇标准公司