非侵入式温度测量组件的制作方法
【专利说明】非侵入式温度测量组件
【背景技术】
[0001] 本发明大体上涉及用于工业过程的温度测量组件。具体而言，本发明涉及用于非 侵入式过程温度测量的温度测量组件。
[0002] 非侵入式工业过程温度测量组件可W用于测量器皿中过程流体的温度，而不需要 穿透过程器皿壁。非侵入式温度测量组件测量器皿壁外部温度。该种组件可W包括温度传 感器和适用于将温度传感器的温度感应探针尖置于器皿壁的外表面上的结构。当过程流体 温度改变时，器皿壁温度同样将改变。器皿壁温度还将响应于周围条件（例如阳光、风或 雨）而改变。探针尖周围的隔热层为外表面提供一些对周围条件改变的屏蔽。然而，在隔 热不理想的情况下，非侵入式过程温度测量的精度会受影响。
【发明内容】
[0003] 本发明的实施例是一种与过程器皿壁一起使用的温度传感器组件，所述组件包 括：基座结构、第一温度传感器、第二温度传感器和处理器。所述基座结构包括：第一表面 和与所述第一表面隔开的第二表面，所述第一表面被适配为与过程器皿壁的外表面的一部 分形成接触区域。所述第一温度传感器延伸穿过基座结构到达接触区域，W测量所述过程 器皿壁的外表面的温度。所述第二温度传感器处于所述基座结构的第二表面，W测量所述 基座结构的第二表面的温度。所述处理器与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器相 连，并被适配为将内部过程器皿壁温度值确定为所述过程器皿壁的外表面的测量温度、所 述基座结构的第二表面的测量温度、基座结构参数和过程器皿壁参数的函数。
[0004] 本发明的另一实施例是一种与过程器皿壁一起使用的温度测量组件，所述组件包 括温度传感器组件和与所述温度传感器组件相连的电子设备外壳。所述温度传感器组件包 括；基座结构、第一温度传感器和第二温度传感器。所述基座结构包括：第一表面和与所述 第一表面隔开的第二表面，所述第一表面被适配为与过程器皿壁的外表面的一部分形成接 触区域。所述第一温度传感器延伸穿过基座结构到达接触区域，W测量所述过程器皿壁的 外表面的温度。所述第二温度传感器处于所述基座结构的第二表面，W测量所述基座结构 的第二表面的温度。所述电子设备外壳包括处理器和通信接口。所述处理器与所述第一温 度传感器和所述第二温度传感器相连，并被适配为将内部过程器皿壁温度值确定为所述过 程器皿壁的外表面的测量温度、所述基座结构的第二表面的测量温度、基座结构参数和过 程器皿壁参数的函数。所述通信接口被适配为向控制或监控系统发送内部过程器皿壁温度 值。
[0005] 本发明的另一实施例是一种非侵入式确定内部过程器皿壁温度值的方法。所述方 法包括用基座结构覆盖过程器皿壁的外表面的一部分。所述方法包括；测量过程器皿壁的 外表面的温度，并测量所述基座结构的表面的温度，所述基座结构的表面背朝所述过程器 皿壁。所述方法还包括；基于所述过程器皿壁的外表面的测量温度、所述基座结构的表面的 测量温度、基座结构参数和过程器皿壁参数，确定内部过程器皿壁温度值。
【附图说明】
[0006] 图1是实现本发明的温度测量组件的侧视图，其中，基座结构是管夹。
[0007] 图2是图1的实施例的一部分的截面图。
[0008] 图3是针对图1的实施例的电子器件的示意图。
[0009] 图4是实现本发明的温度测量组件的另一实施例的一部分的截面图，其中，基座 结构是平板。
【具体实施方式】
[0010] 图1是实现本发明的温度测量组件的侧视图。图1示出了包括温度传感器组件 12、电子器件外壳14和传感器管16的温度测量组件10。温度测量组件10附接到过程器皿 壁18,用于测量与过程器皿壁18内包含的过程流体P相关联的温度。在图1所示的实施 例中，过程器皿壁18形成具有内径R的管。过程器皿壁18包括外表面20和内表面22,并 且过程器皿壁厚度为Iw。温度传感器组件12包括基座结构24。基座结构24可W是弯曲 板，例如管夹，如所示。温度传感器组件12通过基座结构24附接到过程器皿壁18的外表 面20。传感器管16在基座结构24将电子器件外壳14连接到温度组件12。
[0011] 图2是图1的实施例的一部分的截面图。如图2所示，基座结构24包括第一表面 26和与第一表面26间隔基座结构厚度町的第二表面28。第一表面26被适配为与过程器 皿壁18的外表面20的一部分物理接触，形成接触区域30。温度传感器组件12还包括：第 一温度传感器32和第二温度传感器34。第一温度传感器32包括温度感测器件36和传感 器电线38。第二温度传感器34包括温度感测器件40和传感器电线42。温度感测器件36 和温度感测器件40可W是例如热电偶、热敏电阻、红外传感器、或具有薄膜或绕线元件的 电阻温度检测器（RTD)。传感器管16是空的，并为第一温度传感器32和第二温度传感器 34提供封装。传感器电线38通过传感器管16延伸，W将温度感测器件36连接到电子器件 外壳14中的电子器件，如参考图3所述。类似地，传感器电线42通过传感器管16延伸，W 将温度感测器件40连接到电子器件外壳14中的电子器件。
[0012] 第一温度传感器32延伸通过基座结构24到达接触区域30,使得第一温度传感器 32物理上与过程器皿壁18的外表面20接触。按该样布置，第一温度传感器32通过在传感 器电线38之间生成模拟电信号来测量外表面20的温度?"，该模拟电信号响应于温度感测 器件36测量的外表面20的温度?"的改变而变化。第二温度传感器34与基座结构24的 第二表面28物理接触，W测量第二表面28的温度?B。第二温度传感器34通过在传感器 电线42之间生成模拟电信号来测量第二表面28的温度?e，该模拟电信号响应于由温度感 测器件40测量的第二表面28的温度?B的改变而变化。
[0013] 图3是针对图1和图2的实施例的电子器件的示意图。图2示出了包括处理器 50、第一A/D转换器52、第二A/D转换器54和存储器56的电子器件外壳14。处理器 50优选地是数字微处理器。第一A/D转换器52和第二A/D转换器54是模数转换器。 存储器56是与处理器50电连接的数字数据存储设备。处理器50通过第一A/D转换器 52与第一温度传感器32相连。第一A/D转换器52与传感器电线38电连接，W将来自感 测器件36的模拟电信号转换为针对处理器50的数字信号。第二A/D转换器54将处理 器50连接到第二温度传感器34。第二A/D转换器54与传感器电线42电连接，W将来自 感测器件40的模拟电信号转换为针对处理器50的数字信号。
[0014] 存储器56包含基座结构参数和过程器皿壁参数。基座结构参数是基座结构24的 物理特性，并可W包括例如基座结构24的导热值而和基座结构厚度町。基座结构参数可 W在制造温度测量组件10时存储在存储器56中。备选地，基座结构参数可W在温度测量 组件10被配置使用时存储在存储器56中，如下文所述。
[0015] 过程器皿壁参数是过程器皿壁18的物理特性，并包括例如过程器皿壁18的导热 值K"和过程器皿壁厚度T"。过程器皿壁参数可W在制造温度测量组件10时存储在存储器 56中。然而，因为不太可能在制造时就已知将附接到温度测量组件10的过程器皿，过程器 皿壁参数可W在温度测量组件10被配置使用时存储在存储器56中，如下文所述。备选地 或另外地，当温度测量组件10被配置使用时，许多过程器皿壁参数集合可W存储在存储器 56中，并选择存储器56内的期望集合来使用。
[0016] 根据傅里叶热传导定律，流经基座结构24的热通量应当与流经过程器皿壁18的 热通量相同。在此情况下，可W从外表面20的测量温度?"和第二表面28的测量温度?B 中确定过程器皿壁18的内表面22的温度?P。
[0017]共同考虑图1、2和3，温度测量组件10附接到过程器皿壁18用于W非侵入式方式 确定过程器皿壁18的内表面22的温度?P。安装温度传感器组件12使得基座结构24的 第一表面26覆盖外表面20的一部分，形成接触区域30。温度传感器32测量外表面20的 温度?"，而温度传感器34测量基座结构24的第二表面28的温度?