專利名稱：具有多種工作模式的過程變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有適用于在與特定過程(process)條件相對(duì)應(yīng)的預(yù)定工作模式之間進(jìn)行切換的高級(jí)功能的變送器(transmitter)。
背景技術(shù)：
一般而言，過程變送器用于通過測(cè)量過程中使用的工藝材料的多種特征，來監(jiān)視和控制工業(yè)過程。這些受監(jiān)控的工藝材料典型地是液相或氣相的流體或流體混合物。這里所用的術(shù)語“流體”和“工藝流體”包括液相和氣相材料、以及這些材料的混合物。
經(jīng)常受監(jiān)控的工藝流體的一種特征是壓力。壓力可以是差壓，或者可以是線壓、表壓、絕對(duì)壓力或靜壓。在一些設(shè)施中，直接使用所測(cè)壓力。在其它設(shè)施中，使用所測(cè)壓力來推導(dǎo)其它過程變量。例如，在管內(nèi)的限流器(flow restriction)截面上所測(cè)的差壓與管內(nèi)流體流動(dòng)的速率相關(guān)。相似地，在箱槽中的兩個(gè)垂直位置之間所測(cè)的差壓與箱槽中容納的液體水平相關(guān)。
過程變送器用于測(cè)量這些過程變量，并將所測(cè)的過程變量傳送到遠(yuǎn)處地點(diǎn)，例如控制室。傳送可以發(fā)生在多種通信介質(zhì)上，例如二線式過程控制回路、無線通信鏈路等。
在待測(cè)過程變量是壓力的設(shè)施中，典型地在過程變送器內(nèi)使用壓力傳感器。壓力傳感器提供與所施加的壓力相關(guān)的輸出信號(hào)。眾所周知，輸出信號(hào)與所施加壓力之間的關(guān)系在不同壓力傳感器之間會(huì)變化。一般而言，這些變化是所施加壓力和壓力傳感器的函數(shù)，有時(shí)，這些變化是靜態(tài)壓力的函數(shù)。
為提高壓力傳感器進(jìn)行的測(cè)量的精度，典型地是在制造期間，每個(gè)壓力傳感器經(jīng)過特征化過程。特征化過程包括向壓力傳感器施加已知壓力，以及測(cè)量壓力傳感器的輸出。典型地，還在不同溫度下獲取數(shù)據(jù)。例如，可以用在25英寸、50英寸等的10個(gè)均勻相距間隔處獲取的0和250英寸的壓力，作為壓力傳感器的特征?？梢栽诓煌瑴囟认芦@取多個(gè)數(shù)據(jù)集。接著，使用諸如最小平方曲線擬合技術(shù)之類的技術(shù)，將數(shù)據(jù)擬合為多項(xiàng)式曲線。然后將多項(xiàng)式的系數(shù)存儲(chǔ)在變送器的存儲(chǔ)器中，并用于補(bǔ)償壓力傳感器獲取的后續(xù)壓力測(cè)量。通常，可以將特征化信息存儲(chǔ)為查找表中的多項(xiàng)式系數(shù)或特征化值。
在制藥、生物制藥、食品和飲料應(yīng)用中，典型地，必須在使用之前對(duì)工業(yè)系統(tǒng)及其部件滅菌，這表示必須時(shí)常用諸如蒸汽等徹底清洗系統(tǒng)。另外，在一些設(shè)施中，在過程內(nèi)存在一些子系統(tǒng)，必須保持在比典型特征范圍更窄的溫度范圍之內(nèi)。
因?yàn)榈湫偷厥窃谝幌盗虚g隔和溫度上對(duì)傳感器進(jìn)行特征化，所以，較窄溫度范圍內(nèi)的多項(xiàng)式擬合可能導(dǎo)致整個(gè)工作范圍中特定溫度處的“殘留”溫度誤差。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，變送器測(cè)量工業(yè)過程的過程變量。變送器包括傳感器，適用于測(cè)量過程變量，并產(chǎn)生傳感器輸出。模式選擇器適用于在工作模式之間進(jìn)行選擇。至少一種工作模式與感應(yīng)的過程變量的期望范圍相關(guān)。電路適用于根據(jù)所述至少一種工作模式，補(bǔ)償傳感器輸出，并產(chǎn)生代表所測(cè)過程變量的變送器輸出。
在另一實(shí)施例中，用于測(cè)量與工業(yè)過程相關(guān)聯(lián)的過程變量的變送器包括傳感器，適用于測(cè)量過程變量，并產(chǎn)生傳感器輸出。模式選擇器適用于在壓力傳感器的工作模式之間進(jìn)行選擇。每種工作模式對(duì)應(yīng)于與工作條件范圍下的傳感器輸出相關(guān)聯(lián)的特征系數(shù)。電路適用于補(bǔ)償傳感器輸出，以產(chǎn)生代表壓力的變送器輸出信號(hào)。
在另一實(shí)施例中，用于測(cè)量工業(yè)過程的過程變量的過程傳感器的特征在于，針對(duì)兩種或多種工作模式，補(bǔ)償所測(cè)的過程變量。傳感元件適用于測(cè)量參數(shù)，并產(chǎn)生傳感器輸出。微處理器適用于根據(jù)所述兩種或多種工作模式之一，將傳感器輸出處理為變送器輸出。收發(fā)器適用于向控制中心傳送變送器輸出。


圖1是過程控制或監(jiān)控系統(tǒng)中的流量變送器的透視圖。
圖2是圖1所示的流量變送器的橫截面示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、具有多種工作模式的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方框圖。
圖4是具有適用于根據(jù)所檢測(cè)的過程條件來自動(dòng)改變工作模式的電路的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方框圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、具有模式顯示器的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方框圖。
具體實(shí)施例方式
在詳細(xì)描述本發(fā)明之前，描述可以使用本發(fā)明的環(huán)境的一個(gè)實(shí)施例。圖1示出了在可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程監(jiān)視和控制應(yīng)用中使用的過程變送器100的示例。圖1示出了通過管子法蘭104與管子102機(jī)械耦合的變送器100。諸如天然氣等的流體流過管子102。變送器100測(cè)量差壓、絕對(duì)壓力和溫度，并提供與流體的質(zhì)量流量相關(guān)的輸出信號(hào)。
在工作中，溫度傳感器106感應(yīng)流量變送器100下游的過程溫度。模擬感應(yīng)溫度在電纜108上傳送，并通過變送器主體上的防爆輪轂110，進(jìn)入變送器100。在可選實(shí)施例中，溫度傳感器可以在外罩內(nèi)部，而不需要防爆輪轂110。傳感器100感應(yīng)差壓，并接收模擬過程溫度輸入。變送器主體優(yōu)選地包括與傳感器模塊外罩114相連的電子電路外罩112。變送器100通過標(biāo)準(zhǔn)的三閥或五閥歧管，與管子102相連。
圖2是圖1所示的變送器100的橫截面示意圖。在圖2中，在管子102中，示出了稱作主元件的限流器116。過程聯(lián)軸器118耦合在限流器116的兩側(cè)，用于向變送器100的壓力輸入端提供過程差壓。例如，可以使用隔離膜片(未示出)，將變送器100中載送的內(nèi)部填充流體與過程聯(lián)軸器118中載送的工藝流體隔離開來。差壓傳感器120接收過程壓力，并向電子電路122提供輸入信號(hào)。另外，溫度傳感器124向電子電路122提供與壓力傳感器120的溫度相關(guān)的輸入。溫度傳感器124可以在任何位置，但是優(yōu)選地是要提供壓力傳感器120的溫度的精確指示。典型地，除了圖1所示的溫度傳感器102之外，還使用溫度傳感器124。
根據(jù)本發(fā)明，電子電路122使用補(bǔ)償公式，補(bǔ)償壓力測(cè)量中的誤差。補(bǔ)償公式可以包括多項(xiàng)式，該多項(xiàng)式的系數(shù)存儲(chǔ)在變送器100的存儲(chǔ)器126中。該多項(xiàng)式是感應(yīng)的壓力和所測(cè)的溫度的函數(shù)。然后，計(jì)算的壓力可以由變送器130直接在過程控制回路128上傳送，或可以用于推導(dǎo)其它的過程變量，例如過程流量。諸如電子電路122中的微處理器之類的數(shù)字電路可以執(zhí)行多項(xiàng)式計(jì)算和其它計(jì)算?？蛇x地，電子電路122可以根據(jù)存儲(chǔ)器126中存儲(chǔ)的特征化查找表，確定適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。
雖然圖1和圖2示出了配置用于根據(jù)差壓來測(cè)量流速的變送器，但是本發(fā)明可應(yīng)用于其它類型的過程變送器。一般而言，本發(fā)明可應(yīng)用于任何類型的變送器或過程設(shè)備，對(duì)于這些設(shè)備，傳感元件的溫度被包括在輸出信號(hào)內(nèi)。在一些設(shè)施中，本發(fā)明還可以應(yīng)用于將工藝材料的溫度熱傳導(dǎo)到電子外罩的情況。
典型地，用于過程變送器的現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器在制造期間，經(jīng)過試運(yùn)轉(zhuǎn)(commissioning)(或“特征化”)過程。這種試運(yùn)轉(zhuǎn)過程被稱為C/V(特征化和驗(yàn)證)。在C/V期間，將壓力傳感器暴露于跨越(across)傳感器期望壓力范圍的多種壓力下。在壓力范圍中均勻分布的多個(gè)固定壓力下，進(jìn)行測(cè)量。針對(duì)每個(gè)施加的壓力，存儲(chǔ)壓力傳感器或壓力測(cè)量電路的輸出。典型地在多個(gè)不同溫度下，執(zhí)行特征化過程。在針對(duì)每個(gè)施加的壓力和溫度而獲得的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)處，使用來自壓力傳感器的所存輸出，用曲線擬合技術(shù)，產(chǎn)生多項(xiàng)式的系數(shù)。典型的多項(xiàng)式包括關(guān)于壓力的5個(gè)系數(shù)和關(guān)于溫度的4個(gè)系數(shù)。將系數(shù)存儲(chǔ)在變送器的存儲(chǔ)器中，并且在變送器的工作期間，將其用來糾正壓力傳感器的讀出。
本發(fā)明包括如下認(rèn)識(shí)在一些應(yīng)用中，希望在小于整個(gè)特征化溫度范圍的特定溫度子范圍上，提高壓力傳感器的測(cè)量精度。例如，在食品和飲料以及在制藥和生物制藥應(yīng)用中，有時(shí)，希望使用稱作就地滅菌(SIP)過程的過程，對(duì)系統(tǒng)滅菌。SIP過程包括在預(yù)設(shè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)，在預(yù)定壓力下，用蒸汽填充系統(tǒng)，以對(duì)所有可能接觸工藝流體的部件進(jìn)行滅菌。在SIP過程期間，系統(tǒng)以及附屬于系統(tǒng)的壓力變送器的溫度上升到水的沸點(diǎn)溫度以上，并在預(yù)設(shè)時(shí)間段中，保持在較窄的溫度帶之內(nèi)。在該SIP過程期間，希望能夠繼續(xù)使用壓力傳感器來監(jiān)控系統(tǒng)的壓力，以便不會(huì)過度壓迫系統(tǒng)部件，并保證系統(tǒng)保持在所需細(xì)菌滅菌的正確的溫度/壓力范圍之內(nèi)。
本發(fā)明在特征化范圍的特定子范圍上，通過獲取更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，或通過獲取更加接近的數(shù)據(jù)點(diǎn)，提高了特征化多項(xiàng)式的精度。這些額外的(或更加緊密的)數(shù)據(jù)點(diǎn)提高了所選子范圍上的特征化多項(xiàng)式的精度。本發(fā)明利用壓力傳感器的工作范圍上的壓力補(bǔ)償點(diǎn)的不均勻間隔，以便在工作范圍的所需子范圍上，提供附加的補(bǔ)償計(jì)算數(shù)據(jù)點(diǎn)。更具體地，本發(fā)明利用所選溫度范圍之內(nèi)的壓力補(bǔ)償點(diǎn)的不均勻間隔，從而獲取更多的補(bǔ)償數(shù)據(jù)點(diǎn)，以在所選溫度范圍之內(nèi)獲得更好的多項(xiàng)式擬合?？蛇x地，本發(fā)明利用兩個(gè)特征化過程，一個(gè)涉及整個(gè)工作范圍上的均勻間隔的壓力補(bǔ)償點(diǎn)，另一個(gè)涉及在工作范圍的所需子范圍上的更加緊密的壓力補(bǔ)償點(diǎn)。特征化數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布一般是不均勻的，并且可以根據(jù)需要選擇。例如，分布可以符合階躍變化、斜坡或斜率變化，或者更復(fù)雜的函數(shù)，例如對(duì)數(shù)或指數(shù)變化。在2003年9月30日提交的、題為“CHARACTERIZATION OF PROCESS PRESSURESENSOR”的待審的美國(guó)專利申請(qǐng)10/675,214中論述了可以在本發(fā)明的壓力變送器中使用的特征化過程的示例，將其全部?jī)?nèi)容合并在此，以作參考。
通過理解在特定工作期間的主要條件(例如正常工作條件、SIP工作條件等)，可以針對(duì)這些已知條件下的最優(yōu)性能，將過程變送器特征化。在改變工作條件之前，用戶可以通過通信接口，改變過程變送器的模式?？蛇x地，過程變送器可以通過檢測(cè)與特定模式相關(guān)聯(lián)的過程條件來改變其自身模式，并且改變自身模式以匹配過程條件。
本發(fā)明包括變送器或其它過程設(shè)備，這些設(shè)備適用于在正常工作模式、SIP模式、注射用水模式、液相色譜模式等模式之間切換。一般而言，在模式之間切換的過程包括在針對(duì)特定過程條件而優(yōu)化的補(bǔ)償多項(xiàng)式系數(shù)之間進(jìn)行選擇。理想情況下，將過程變送器切換到與適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償多項(xiàng)式系數(shù)相關(guān)聯(lián)的模式，從而可以針對(duì)特定工作模式，優(yōu)化該補(bǔ)償。
在過程變送器看來，模式一般是與預(yù)定特征化系數(shù)集相對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。在過程看來，模式是以溫度、壓力、其它過程變量或其組合為特征的工作條件。理想情況下，將過程變送器的工作模式調(diào)整到過程的工作條件，從而使用特征化系數(shù)來優(yōu)化感應(yīng)參數(shù)的精度。換言之，如果過程變送器存儲(chǔ)了與標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍(正常模式)、以及與較窄溫度范圍(另一模式)相關(guān)聯(lián)的特征化系數(shù)，則當(dāng)過程溫度上升到所述較窄范圍時(shí)，應(yīng)該將所述另一模式用于補(bǔ)償過程。因此，可以針對(duì)較窄工作帶，優(yōu)化變送器性能(特別是溫度效應(yīng))。
如上所述，為達(dá)到制藥、生物制藥、食品和飲料應(yīng)用中要求的純度水平，例如，要通過引入高壓蒸汽，對(duì)管道、存儲(chǔ)容器和反應(yīng)容器進(jìn)行例行滅菌。依靠與被清洗的容器相連的壓力變送器來監(jiān)視，并在一些情況下控制滅菌壓力。雖然目前可用的基于微處理器的壓力變送器能夠針對(duì)溫度變化，糾正其輸出，但是可能出現(xiàn)嚴(yán)重的溫度所致誤差。所以，現(xiàn)在仍然需要改進(jìn)的溫度補(bǔ)償。
如3示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)300的簡(jiǎn)化方框圖。系統(tǒng)300具有變送器302，變送器302與過程304機(jī)械耦合，并通過通信鏈路308(可以是有線或無線的)與控制中心306連接。
傳感器310被放置在變送器302之內(nèi)，并適用于感應(yīng)過程304的過程參數(shù)(例如壓力)。傳感器310還可以包括適用于測(cè)量另一傳感器的溫度(例如，壓力傳感器的溫度)的溫度傳感器。傳感器310產(chǎn)生與感應(yīng)的參數(shù)相關(guān)聯(lián)的輸出，并將輸出傳遞給電路312，電路312利用補(bǔ)償多項(xiàng)式方程，補(bǔ)償感應(yīng)的輸出，然后通過通信鏈路308，將感應(yīng)的輸出傳送到控制中心306。
存儲(chǔ)器314存儲(chǔ)針對(duì)普通工作范圍和較窄工作帶的、在特征化過程期間計(jì)算的特征化系數(shù)，以下將普通工作范圍和較窄工作帶稱作“模式”。無論何時(shí)電路312補(bǔ)償了從傳感器310接收的感應(yīng)參數(shù)，電路312內(nèi)的微處理器就利用所存系數(shù)，執(zhí)行補(bǔ)償。模式選擇器316對(duì)存儲(chǔ)器314向電路312提供的特征化系數(shù)集進(jìn)行選擇。電路312補(bǔ)償感應(yīng)的參數(shù)，并產(chǎn)生補(bǔ)償(“修飾”)輸出信號(hào)，補(bǔ)償輸出信號(hào)通過通信鏈路308，被傳遞給收發(fā)器318。
模式選擇器316可以是高級(jí)的軟件特征?？蛇x地，模式選擇器316可以以電路實(shí)現(xiàn)。在每種情況下，都可以通過從控制中心306傳送來的信號(hào)，來控制模式選擇器316。
一般而言，在改變之前通常已知過程的工作模式。例如，批量執(zhí)行一些工業(yè)過程。在批處理期間，使用普通工作模式。但是，在批之間或周期性地，必須對(duì)過程的管道和容器進(jìn)行滅菌。當(dāng)要進(jìn)行滅菌時(shí)，控制中心306通過通信鏈路308，向變送器302傳送模式選擇信號(hào)。收發(fā)器318接收模式選擇信號(hào)，并向電路312內(nèi)的控制器傳遞接收到的信號(hào)，這使得模式選擇器316改變模式。然后，存儲(chǔ)器314輸出與所選模式相關(guān)聯(lián)的特征化系數(shù)，電路312使用這些系數(shù)，產(chǎn)生調(diào)整到過程304的工作模式的輸出。
模式選擇器316可以是電路312的一部分，或者可以是分離的電路?？梢詫⒛Ｊ竭x擇器316實(shí)現(xiàn)為電路312內(nèi)的軟件特征。一般，虛擬地示出模式選擇器316，以指示其不一定與電路312分離。
一般而言，在水的沸點(diǎn)以上的狹窄溫度帶之內(nèi)，進(jìn)行SIP過程。需要在更加狹窄的溫度帶之內(nèi)進(jìn)行精確的壓力測(cè)量，以保證徹底滅菌，并防止對(duì)系統(tǒng)部件的過度加壓。但是，SIP過程只代表操作員希望維護(hù)系統(tǒng)所用的多種可能模式之一。
除了SIP模式，過程變送器可以具有注射用水(WFI)模式、液相色譜模式或以狹窄的溫度或壓力帶為特征的其它任何模式。在食品和飲料工業(yè)、以及制藥和生物制藥工業(yè)中，取決于配置，可能需要諸如SIP、WFI或液相色譜之類的模式。
通常，如上所述的WFI系統(tǒng)是持續(xù)循環(huán)的超純凈水系統(tǒng)。在生物制藥工業(yè)中，一些過程通常需要超純凈水源。超純凈水用于清洗，有時(shí)用作傳輸(transport)和水合媒體。在這些系統(tǒng)中，超純凈水必須保持高溫，以確保無菌度(自滅菌溫度)。
液相色譜也用于生物制藥過程，顧客可能希望傳感器適用于在液相色譜模式中工作。例如，在生物制藥過程中，必須從生長(zhǎng)媒體中收獲通過發(fā)酵或培養(yǎng)而生長(zhǎng)的最終產(chǎn)物。有時(shí)使用的過程稱為高純度液相色譜，通常在非常寒冷的溫度下進(jìn)行，以獲得最優(yōu)過濾結(jié)果。顧客可能希望他們的過程變送器提供針對(duì)寒冷溫度范圍而特征化的可選模式。
另外，取決于實(shí)現(xiàn)方式，可能需要其它可選的工作模式，并可以由顧客定義。換言之，顧客可以定義溫度和/或壓力范圍內(nèi)的工作模式，這些工作模式需要附加的特征化數(shù)據(jù)點(diǎn)。制造商或供應(yīng)商可以用顧客定義的范圍上的附加數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行特征化，從而提供針對(duì)可選模式的特征化系數(shù)。
在SIP、WFI、液相色譜或其它顧客定義的工作模式中，一般在正常工作模式的較窄子集之內(nèi)，測(cè)量壓力和溫度。通過提供高級(jí)特征來在模式之間進(jìn)行選擇，可以針對(duì)過程條件，選擇具有相關(guān)聯(lián)的特征化系數(shù)的適當(dāng)模式。由此，比起使用標(biāo)準(zhǔn)特征化系數(shù)，由電路312產(chǎn)生的補(bǔ)償輸出信號(hào)可以更加精確地表示感應(yīng)參數(shù)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明可選實(shí)施例的過程變送器系統(tǒng)400。過程變送器系統(tǒng)400包括變送器402，變送器402與過程404機(jī)械耦合，并通過通信鏈路408(可以是有線或無線的)與控制中心406連接。
傳感器410被放置在變送器402之內(nèi)，并適用于感應(yīng)過程404的過程參數(shù)(例如壓力)。傳感器410還可以包括適用于測(cè)量另一傳感器的溫度(例如，壓力傳感器的溫度)的溫度傳感器。傳感器410產(chǎn)生與感應(yīng)的參數(shù)相關(guān)聯(lián)的輸出，并將輸出傳遞給電路412，電路412利用補(bǔ)償多項(xiàng)式方程，補(bǔ)償感應(yīng)的輸出，然后通過通信鏈路408，將感應(yīng)的輸出傳送到控制中心406。
存儲(chǔ)器414存儲(chǔ)針對(duì)一種或多種工作模式的特征化系數(shù)。模式選擇器416對(duì)存儲(chǔ)器414向電路412提供的特征化系數(shù)集進(jìn)行選擇，以補(bǔ)償來自傳感器410的感應(yīng)參數(shù)。電路412產(chǎn)生補(bǔ)償輸出信號(hào)，并傳遞給收發(fā)器418，以在通信鏈路408上進(jìn)行傳送。
模式選擇器416可以是高級(jí)的軟件特征?？蛇x地，模式選擇器416可以以電路實(shí)現(xiàn)。在每種情況下，都可以通過從控制中心406傳送的信號(hào)，來控制模式選擇器416。另外，過程變送器402具有模式檢測(cè)電路420和與過程404機(jī)械耦合的溫度傳感器422。溫度傳感器422被示出在過程變送器402的外部，但是，它可以位于過程變送器402之內(nèi)，只要它適用于監(jiān)視過程404的溫度。
溫度傳感器422測(cè)量過程溫度，模式檢測(cè)電路420處理該過程溫度。在本實(shí)施例中，模式檢測(cè)電路420可以是電路412的一部分，或者可以是分離元件。可選地，模式檢測(cè)電路420可以是軟件特征。不論何種特定的實(shí)現(xiàn)方式，模式檢測(cè)電路420都根據(jù)溫度傳感器422的測(cè)量，監(jiān)視過程404的溫度。當(dāng)過程溫度落入與更狹窄的工作模式相關(guān)聯(lián)的更狹窄范圍之內(nèi)，并且存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有針對(duì)該更狹窄的工作模式的特征化系數(shù)集時(shí)，模式檢測(cè)電路420使模式選擇器416改變過程變送器400的工作模式。換言之，模式檢測(cè)電路420監(jiān)視過程404，并通過模式選擇器416，自動(dòng)改變變送器400的模式，以匹配過程條件。
通過自動(dòng)檢測(cè)過程404的工作模式，過程變送器400可以實(shí)時(shí)地(on the fly)改變工作模式，以產(chǎn)生更加精確地代表感應(yīng)參數(shù)的輸出。
一種用于自動(dòng)檢測(cè)過程的工作模式的技術(shù)是對(duì)預(yù)定時(shí)間段上或在分隔開的兩個(gè)傳感器之間的改變率或梯度進(jìn)行監(jiān)視。例如，與標(biāo)準(zhǔn)操作期間的流體內(nèi)的溫度改變相比，SIP過程典型地快速改變測(cè)量的系統(tǒng)部件溫度。此外，典型的是，與位于過程下游更遠(yuǎn)處的傳感器相比，接近蒸汽注入位置的傳感器首先檢測(cè)到這種改變。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，可以根據(jù)時(shí)間上或兩個(gè)傳感器之間的系統(tǒng)溫度的梯度，對(duì)模式改變進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例、具有顯示器的過程變送器500的簡(jiǎn)化方框圖。過程變送器500包括與過程504機(jī)械耦合的變送器502。如上所述，變送器500包括電路和傳感器，這些部件適用于測(cè)量過程變量，使用變送器502內(nèi)的存儲(chǔ)器中所存的特征化系數(shù)，補(bǔ)償所測(cè)變量，并通過通信鏈路508(有線或無線)向控制中心506傳送補(bǔ)償變量。顯示器510可以設(shè)置在變送器502的外罩上，以便在任何給定時(shí)間，提供對(duì)變送器502的工作模式的可視指示符。換言之，變送器502內(nèi)的電路適用于將指示變送器502的工作模式的信號(hào)引導(dǎo)到顯示器510。例如，顯示器510可以是在要求時(shí)能夠顯示“MODE＝SIP”等簡(jiǎn)單ASCII文本的LCD或其它簡(jiǎn)單的顯示裝置?？梢栽贚CD上設(shè)置按鈕(未示出)，以在要求時(shí)，激活顯示器幾秒鐘，從而顯示器510在不被需要時(shí)，不會(huì)浪費(fèi)能量。
一般而言，通過針對(duì)在狹窄預(yù)定工作帶使用來特征化變送器，可以針對(duì)狹窄的工作范圍，使特征化系數(shù)更加精確。在制藥和食品工業(yè)中，可以使用本發(fā)明的模式切換過程變送器，來監(jiān)視滅菌過程(SIP過程)，然后切換到正常工作模式以在正常過程期間使用。因此，即使在設(shè)備監(jiān)視滅菌過程以防止過度加壓等時(shí)，也可以對(duì)該設(shè)備進(jìn)行滅菌。
在可選實(shí)施例中，可以在控制中心，而不是附著于設(shè)備的存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)針對(duì)特定過程變送器的特征化系數(shù)。在本實(shí)施例中，變送器向控制中心傳送原始測(cè)量數(shù)據(jù)，在控制中心，系統(tǒng)可以利用特征化系數(shù)和系統(tǒng)的工作模式，來補(bǔ)償輸出。
雖然相對(duì)于壓力傳感器描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明可應(yīng)用于其中溫度可能影響輸出精度的多種過程變送器。此外，設(shè)置具有與更窄工作帶相對(duì)應(yīng)的高級(jí)特征的附屬設(shè)備的構(gòu)想可以延伸到其它應(yīng)用。
除了上述增強(qiáng)的溫度性能之外，當(dāng)將變送器置于特定工作模式時(shí)，過程變送器電路還可以實(shí)施其它預(yù)設(shè)配置參數(shù)。例如，過程變送器可以具有與不同工作模式相關(guān)聯(lián)的不同壓力和溫度警戒水平。這樣，如果變送器在特定工作模式時(shí)，超過了警戒水平，則可以產(chǎn)生警報(bào)，并傳送給控制中心。
雖然參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的修改。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量工業(yè)過程的過程變量的變送器，所述變送器包括傳感器，適用于測(cè)量過程變量，并產(chǎn)生傳感器輸出；模式選擇器，適用于在工作模式之間進(jìn)行選擇，至少一種工作模式與傳感器的工作范圍相關(guān)；以及電路，適用于根據(jù)所述至少一種工作模式，補(bǔ)償傳感器輸出，并產(chǎn)生代表所測(cè)過程變量的變送器輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中模式選擇器是用軟件實(shí)現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中模式選擇器包括通信接口，適用于接收用戶選擇；以及存儲(chǔ)器，包含與每種工作模式相關(guān)聯(lián)的特征化系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變送器，其中，所述電路適用于接收與所選工作模式相關(guān)聯(lián)的特征化系數(shù)，并使用特征化系數(shù)，處理傳感器輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中，傳感器是壓力傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，還包括無線收發(fā)器，適用于向控制中心傳送變送器輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，還包括收發(fā)器，適用于向控制中心發(fā)送變送器輸出信號(hào)，并從控制中心接收控制信號(hào)；其中，接收的控制信號(hào)控制模式選擇器以選擇工作模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，還包括模式檢測(cè)電路，適用于自動(dòng)檢測(cè)工業(yè)過程的工作條件，并根據(jù)檢測(cè)到的工作條件，選擇變送器的工作模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中，工作模式包括注射用水模式或液相色譜模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中，工作模式包括就地滅菌模式。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，其中，在測(cè)量過程參數(shù)之前，用戶選擇工作模式。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變送器，還包括顯示器，適用于示出工作模式。
13.一種用于測(cè)量與工業(yè)過程相關(guān)聯(lián)的過程變量的變送器，所述變送器包括傳感器，適用于測(cè)量過程變量，并產(chǎn)生傳感器輸出；電路，適用于在特征化信息集之間進(jìn)行選擇，每個(gè)特征化信息集將變送器輸出與工作條件范圍相聯(lián)系，所述電路適用于根據(jù)所選特征化信息集，補(bǔ)償傳感器輸出，并產(chǎn)生針對(duì)工作條件而補(bǔ)償?shù)淖兯推鬏敵觥?br> 14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的變送器，其中，電路包括微處理器，適用于根據(jù)多項(xiàng)式方程和所選特征化信息集，補(bǔ)償傳感器輸出；以及模式選擇器，適用于在特征化信息集之間進(jìn)行選擇。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的變送器，其中，在變送器中存儲(chǔ)有至少兩個(gè)特征化信息集，以及所述至少兩個(gè)特征化信息集的第一集代表特征化信息集的第二集的子集。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的變送器，還包括收發(fā)器，適用于向控制中心發(fā)送變送器信號(hào)，并從控制中心接收控制信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的變送器，其中，收發(fā)器是無線收發(fā)器，適用于向控制中心無線地發(fā)送信號(hào)，并從控制中心無線地接收信號(hào)。
18.一種用于測(cè)量工業(yè)過程的過程變量的過程傳感器，其特征在于，針對(duì)兩種或多種工作模式，補(bǔ)償所測(cè)的過程變量，所述過程傳感器包括傳感元件，適用于測(cè)量參數(shù)，并產(chǎn)生傳感器輸出；微處理器，適用于根據(jù)所述兩種或多種工作模式之一，將傳感器輸出處理為變送器輸出；以及收發(fā)器，適用于向控制中心傳送變送器輸出。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的過程傳感器，其中，微處理器包括模式選擇器，適用于接收輸入，并根據(jù)接收的輸出，選擇所述兩種或多種工作模式之一；以及電路，適用于根據(jù)與所選的一種工作模式相關(guān)聯(lián)的系數(shù)，處理傳感器輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的過程傳感器，其中，每種工作模式與在溫度和壓力范圍上傳感元件的特征化系數(shù)集相對(duì)應(yīng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的過程傳感器，其中，工作模式中的至少一種與作為另一工作模式的溫度范圍的子集的溫度范圍相對(duì)應(yīng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的過程傳感器，其中，傳感元件是壓力傳感器。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的過程傳感器，其中，收發(fā)器在過程傳感器與控制中心之間無線地傳送信號(hào)。
24.一種用于測(cè)量工業(yè)過程的過程變量的變送器，所述變送器包括傳感器，適用于測(cè)量過程變量，并產(chǎn)生傳感器輸出；第一特征，用于將變送器輸出與第一工作條件范圍相聯(lián)系；第二特征，用于將變送器輸出與第二工作條件范圍相聯(lián)系；電路，適用于在第一與第二特征之間進(jìn)行選擇，并根據(jù)所選特征，補(bǔ)償傳感器輸出，以產(chǎn)生針對(duì)工作條件而補(bǔ)償?shù)淖兯推鬏敵觥?br> 25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的變送器，其中，第一范圍和第二范圍部分地交迭。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的變送器，其中，第一范圍和第二范圍不交迭。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的變送器，還包括存儲(chǔ)器，適用于存儲(chǔ)特征。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的變送器，其中，特征存儲(chǔ)在查找表中，以及電路適用于根據(jù)需要，查找特征。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的變送器，其中，電路包括模式選擇器，適用于根據(jù)對(duì)過程變量梯度的檢測(cè)，在特征之間進(jìn)行自動(dòng)選擇。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的變送器，其中，過程變量是溫度。
31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的變送器，還包括通信接口，適用于接收用戶輸入。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的變送器，其中，用戶輸入是特征選擇。
33.根據(jù)權(quán)利要求24所述的變送器，其中，第一特征和第二特征是通過通信鏈路，從控制中心接收的。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的變送器，其中，第一特征與就地滅菌、注射用水和液相色譜集中的至少一種相關(guān)。
全文摘要
一種用于測(cè)量工業(yè)過程(304)的過程變量的變送器(300)，包括傳感器(310)，適用于測(cè)量過程變量，并產(chǎn)生傳感器輸出。模式選擇器(316)適用于在工作模式之間進(jìn)行選擇。至少一種工作模式與傳感器(310)的工作范圍相關(guān)。電路(312)適用于根據(jù)所述至少一種工作模式，補(bǔ)償傳感器輸出，并產(chǎn)生代表所測(cè)過程變量的變送器輸出。
文檔編號(hào)G01F1/36GK1957306SQ200580016146
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月19日
發(fā)明者荻奧多·H·施奈爾, 阿曼達(dá)·理查森 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司