專利名稱：溫度測量點的在線核準的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及溫度測量，并且特別地，涉及溫度測量點的校準。
背景技術：
溫度測量點用在過程控制工業(yè)中以感測例如過程流體的溫度。溫度測量點通常包括連接到變送器的溫度傳感器。變送器通常位于遠程位置中，并且可以通過4-20毫安電流回路、數(shù)字通信總線或無線網(wǎng)絡上連接到控制室。溫度傳感器被放置以與過程流體熱接觸，并且提供與過程流體溫度相關的輸出。溫度傳感器，例如，可以是電阻式溫度檢測器(RTD)，電阻式溫度檢測器是溫度相關的電阻或熱電偶，熱電偶是生產(chǎn)溫度相關電壓(temperaturedependent voltage)的裝置。對于典型RTD，變送器向RTD注入電流，并且RTD兩端產(chǎn)生的電壓被用于測量電阻。使用模數(shù)轉換器將該電壓轉換成數(shù)字格式并且提供到變送器中的測量電路。測量電路將所測量的電壓轉換表示溫度的數(shù)字值。 在某些情況下，過程流體可能是對于溫度傳感器是危險的環(huán)境。在這種情況下，溫度傳感器被插入熱電偶套管，熱電偶套管插入過程流體中。熱電偶套管是典型細長管或套管，在一端處開口以允許插入溫度傳感器，并且在尖端處關閉，以防止溫度傳感器直接接觸過程流體。即使使用熱電偶套管，RTD的電阻和溫度之間的關系往往隨著時間而改變。這些變化可以定期在系統(tǒng)處校準以保持溫度測量的精度。例如，操作者(或用戶)可能需要定期地到現(xiàn)場校準溫度傳感器。通過將溫度傳感器帶到實驗室校準，將RTD傳感器放置在已知溫度的恒溫池中，并且監(jiān)控從校準的儀表測得的溫度輸出。恒溫池的實際溫度和所測得的溫度輸出之間的差異用來作為校正系數(shù)，輸入變送器的存儲器，并且被存儲用于測量電路的后續(xù)使用。熱電偶套管和其它溫度傳感器進行類似的校準。就像溫度傳感器，變送器的精度也可能隨時間而改變。變送器通常是通過從溫度傳感器分離并且將其連接到參考校準工具來校準。參考校準工具通常會產(chǎn)生已知的電氣參數(shù)，如阻抗。預期電阻和測得的電阻之間的差別用來作為校準系數(shù)并存儲在存儲器中，用于測量電路的后續(xù)使用。不幸的是，這些校準技術可能是費時的。此外，這種校準需要變送器脫機一段時間，沒有測量過程流體。在某些情況下，整個過程被關閉，直到所有的溫度測量點重新在線。因此，校準可能昂貴，阻礙用戶以其應該被校準的頻率來校準溫度測量點。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，溫度測量系統(tǒng)包括熱電偶套管、主溫度傳感器、參考傳感器和變送器。熱電偶套管具有測量儀器連接件和側面端口。主溫度傳感器通過測量儀器連接件延伸進入熱電偶套管，參考傳感器通過側面端口延伸進入熱電偶套管。變送器連接到主溫度傳感器和參考傳感器中的每一個。變送器具有用于根據(jù)從主溫度傳感器接收的信號測量溫度并用于同時根據(jù)從參考傳感器接收的信號進行校準的電路。
另一個實施例包括一種使用電連接到第一輸入端子和第二輸入端子的測量電路校準變送器的方法，該方法包括步驟將主溫度傳感器連接到第一輸入端子，將校準的參考裝置連接到第二輸入端子，以及根據(jù)從第二輸入端接收的信號相對于第一輸入端子校準測量電路，同時根據(jù)從第一輸入端接收的信號測量溫度。在另一個實施例中，一種溫度變送器，包括第一輸入端子和第二輸入端子、多路復用器、模數(shù)轉換器、微處理器。多路復用器具有分別地連接到第一輸入端子和第二輸入端子的第一通道和第二通道電。模數(shù)轉換器電連接到多路復用器和微處理器。微處理器被配置以基于從第一通道接收的信號計算第一溫度值，同時根據(jù)從第二通道接收的信號在微處理器中校準用于第一通道的測量編程。在另一個實施例中，熱電偶套管包括套管和孔腔，套管具有外表面和內表面，孔腔由內表面限定?？浊粡脑谔坠艿慕颂幍臏y量儀器連接件延伸到在套管的遠端處的密封頂端。連接部位于近端和遠端之間的外表面上。側通道從外表面上的外側面端口延伸到內表面上的內側面端口。內側面端口在近端和遠端之間，外側面端口在近端和連接部之間。套管的近端更靠近外側面端口而不是更靠近內側面端口。


圖I是溫度測量點的示意圖。圖2A是具有法蘭的熱電偶套管的側視圖。圖2B是具有過程連接螺紋的熱電偶套管的側視圖。圖3是校準溫度測量點的第一種方法的流程圖。圖4是校準溫度測量點的第二種方法的流程圖。圖5是校準溫度測量點的第三種方法的流程圖。圖6是校準溫度測量點的第四種方法的流程圖。圖7是根據(jù)校準溫度測量點的第四種方法的校準限制曲線圖。
具體實施例方式在一般情況下，本發(fā)明提供用于校準溫度測量點的儀器和方法。變送器被配置為能夠根據(jù)一個通道校準，同時使用另一個通道繼續(xù)測量溫度。熱電偶套管具有孔腔和側通道，孔腔被配置以允許插入溫度傳感器，側通道被配置以允許插入?yún)⒖佳b置，其中參考裝置擱在靠近用于校準的溫度傳感器的位置。多種方法允許校準變送器、溫度傳感器或兩者。在每種方法中，溫度傳感器保持連接到變送器，溫度傳感器保持位于熱電偶套管中，或同時保持這兩種狀態(tài)。圖I是溫度測量點10的示意圖。溫度測量點10包括第一溫度傳感器12、第二溫度傳感器14、參考裝置16和變送器18。變送器18包括第一輸入端子20、第二輸入端子22、第三輸入端子24、第一通道26、第二通道28、第三通道30、多路復用器32、模數(shù)(A/D)轉換器34、參考部件35、微處理器36、本地操作者界面(LOI) 37、通信電路38和遠程用戶界面39。第一和第二溫度傳感器12和14可以是被配置以通過電子手段測量溫度的幾乎任何種類的溫度傳感器，諸如電阻式溫度檢測器(RTD)或熱電偶(thermocouple)。參考裝置16可以是參考傳感器，諸如被配置以通過電子手段測量溫度的幾乎任何種類的溫度傳感器。參考裝置16可以獨立于溫度測量點10被校準，并且在前連接到溫度測量點10被校準。在另一個實施例中，參考裝置16可以是參考校準工具，其產(chǎn)生具有預定值的可測量電氣參數(shù)。例如，參考裝置16可以產(chǎn)生預先設定的電阻，以模擬測量特定溫度的特定類型的RTD?？商鎿Q地，參考裝置16可以產(chǎn)生預定電壓，以模擬測量特定溫度的特定類型的熱電偶。據(jù)說這樣的參考校準工具模擬傳感器，并且通常被稱為傳感器模擬器。第一溫度傳感器12、第二溫度傳感器14和參考裝置16分別地在第一輸入端子20、第二輸入端子22、第三輸入端子24處連接到變送器18。第一輸入端子20、第二輸入端子22、第三輸入端子24分別地將第一溫度傳感器12、第二溫度傳感器14和參考裝置的16連接到第一通道26、第二通道28、第三通道30。在不同的實施例中，溫度測量點10可以包括比圖示實施例或多或少的溫度傳感器、端子和通道。多路復用器32接收來自第一通道26、第二通道28、第三通道30的模擬信號，并在單條線上輸出信號到A/D轉換器34。變送器18包括用于處理來自多路復用器32的信號的測量電路和校準電路。在圖示實施例中， A/D轉換器34、參考部件35和微處理器36結合，以起測量電路和校準電路兩者的功能。參考部件35可以包括電壓源或電阻器，以提供相對可預測的參考測量，從而提高來自第一通 道26、第二通道28和第三通道30中的每一個的測量精度。A/D轉換器34將從多路復用器32和從參考部件35接收的模擬信號轉換成數(shù)字信號，并提供數(shù)字信號到微處理器36。微處理器36可以用固件編程，用于操作變送器18。固件可以包括測量編程，用于基于從A/D轉換器34接收的數(shù)字信號計算溫度值。微處理器36可以電連接到本地操作者界面(LOI) 37，并且具有與操作者(或用戶)通信的裝置描述軟件。LOI 37允許操作者監(jiān)視和控制溫度測量點10的操作。例如，操作者可以監(jiān)控如在第一和第二溫度傳感器12和14中的每一個的過程位置處測量的過程溫度。在一個實施例中，LOI 37可以包括用于顯示來自微處理器36信息的液晶顯示器(IXD)屏幕，和用于將信息輸入到微處理器36的一組按鈕。LOI 37可以直接地位于變送器18上。微處理器36也可以通過通信電路38連接到遠程用戶界面39。變送器18可以通過無線或有線連接連接到遠程用戶界面39，并采用使用標準通信協(xié)議(如HART或FoundationFieldbus)進行通信。遠程用戶界面39還可以讓用戶監(jiān)視和控制溫度測量點10的操作。在一個實施例中，遠程用戶界面39可以是手持裝置。在另一個實施例中，遠程用戶界面39可以遠程定位的控制室，控制室接收來自變送器18的定期溫度信息。LOI 37或遠程用戶界面39或兩者都可以執(zhí)行用于傳輸信息到變送器18和接收來自變送器18的信息的許多功能。因此，此處為簡單起見，LOI 37和遠程用戶界面39將統(tǒng)稱為用戶界面。溫度測量點10的精確度在很大程度上取決于微處理器36的功能。微處理器36必須準確地將來自第一和第二溫度傳感器12和14的信號轉化成相應的溫度等價物。例如，如果第一溫度傳感器12是RTD，微處理器36在第一溫度傳感器12在暴露到特定溫度下產(chǎn)生特定電阻的假設情況下計算溫度。如果這種假設是真實的，那么微處理器36可以基于特定電阻的輸入準確地計算出特定溫度。微處理器36將從第一溫度傳感器12接收的輸入與從參考部件35接收的信號進行比較，以提高其計算所述特定溫度的精度。然而，如果第一溫度傳感器12的特性已經(jīng)隨著時間的推移而改變，其將不再產(chǎn)生正確的電阻。因此，第一溫度傳感器12可能需要校準。當?shù)谝粶囟葌鞲衅?2被校準時，對第一溫度傳感器12沒有做出實際變化。代替地，第一溫度傳感器12的變化的特性被測量，在微處理器36中的測量編程中使用的系數(shù)被改變以根據(jù)第一溫度傳感器12的新特性來計算溫度。同樣地，當變送器18需要校準時，獲得變送器18的改變的特性，在微處理器36中的測量編程使用的系數(shù)被改變以根據(jù)變送器18的新特性來計算溫度。溫度傳感器12和14、變送器18或者所有溫度測量點10可以通過參考圖3-7在下面描述的方法進行校準。圖2是熱電偶套管40的側視圖，熱電偶套管40包括套管42、外表面44、內表面46、孔腔48、近端50、遠端52、測量儀表連接件54、熱電偶套管尖端56、儀表連接螺紋58、法蘭60、非過程側62、過程側64、凸面66，非接液部68、側通道70、外側面端口 72、內側面端口74、側通道螺紋75和插塞76。套管42包括外側的外表面44和內側的內表面46。套管42相對長而細，從近端50延伸到遠端52。測量儀器連接件54是位于近端50處的開口，用于允許第一溫度傳感器12插入孔腔48。在所示實施例中，測量儀器連接件54具有儀表連接螺紋58，用于連接到變送器18 (顯示在圖I中)。在另一個實施例中，測量儀器連接件54 沒有螺紋，且不必直接地連接到變送器18?？浊?8是狹窄的圓筒形通道，幾乎沿著熱電偶套管40的整個長度延伸?？浊?8在遠端52處由熱電偶套管尖端56封閉。法蘭60為大致環(huán)形結構，其被焊接或以其他方式固定到套管42的外表面44。法蘭60具有與過程側64相反的非過程側62。凸面66位于過程側64的內徑部上，非接液部68位于過程側64的外徑部上。當熱電偶套管40穿過過程隔板插入過程流體時，凸面66可以將襯墊(未顯示)壓靠在匹配的法蘭表面(未顯示)上以形成過程密封。側通道70是穿過套管的直的、狹窄圓筒形通道。側通道70從外表面44處的外側面端口 72延伸到內表面46處的內側面端口 74。側通道70傾斜，以使近端50更靠近內側面端口 74，而不是更靠近外側面端口 72。側通道70具有靠近外側面端口 72的側通道螺紋75，側通道螺紋75被構造為用于擰緊插塞76。插塞76可以減少液體和灰塵的流動進入孔腔48。在其他實施例中，插塞76可以幾乎是能夠減少通過側通道70的流動的任何密封裝置，如帽。在圖示實施例中，第一電阻式溫度檢測器(RTD) 78連接到第一溫度傳感器12的尖端。第一溫度傳感器12可以通過測量儀器連接件54插入到孔腔48中，到達端部，使得第一 RTD 78位于遠端52處。參考RTD 80連接到參考裝置16的尖端。參考裝置16可以插入通過外側面端口 72，通過側通道70，進入孔腔48，到達端部，以使參考RTD 80可以毗鄰第一 RTD 78。在一個實施例中，參考裝置16的直徑可以小至1/2毫米，側通道70直徑可以為至少1/2毫米?？浊?8的尺寸足夠大以使參考裝置16可以插入孔腔48中，而第一溫度傳感器12仍然在那里。在圖示實施例中，側通道70具有相對陡峭的角度，允許參考溫度傳感器16被插入孔腔48中，同時保持孔腔48相對地狹窄。側通道70的角度促進參考裝置16在插入時朝向遠端52行進。偵彳通道70以大于O度小于90度的角度相對于孔腔48傾斜。在一個實施例中，熱電偶套管40可以由金屬棒材的實心塊加工而成，以產(chǎn)生相對耐壓的結構。在另一個實施例中，熱電偶套管40可以是保護管(也稱為管狀熱電偶套管)，由價格相對低廉的金屬管件制造而成。圖2B是具有過程連接螺紋82的熱電偶套管40’的側視圖。如圖2B所示，除了熱電偶套管40’不包括連接到套管42’的法蘭之外，熱電偶套管40’與圖2A所示的熱電偶套管40大致相同。替代地，過程連接螺紋82位于套管42’的外表面44’上。過程連接螺紋82被配置用于螺紋連接到過程隔板(未顯示)。套管40和40’可以具有用于連接到過程隔板(未顯示)的多種連接部(如在圖2A所示法蘭60或圖2B所示過程連接螺紋82)種的一種。在可替換實施例中，另一種類型的連接部可用于連接到過程隔板(未顯示)。在這些實施例的每一個中，側通道70可以定位在測量儀器連接件54和連接部之間。通過允許參考裝置16靠近第一溫度傳感器12而不必從過程中移除第一溫度傳感器12，這種熱電偶套管可以用于校準溫度測量點。在另一個實施例中，參考裝置16不需要實際上插入熱電偶套管40或40’。代替地，只要參考裝置16以一定的溫度暴露到過程的一部分，該溫度與參考裝置16暴露到的所述過程的該部分的溫度大致相同，則參考裝置16可以定位在接近第一溫度傳感器12的合理距離之內，而不位于熱電偶套管內。圖3是校準溫度測量點10的第一方法的流程圖。開始第一種方法之前，參考裝置16尚未位于圖2所示的熱電偶套管40中。代替地，插塞76將堵住側通道70。第一溫度傳 感器12可以如在圖2中描述的那樣已經(jīng)被插入熱電偶套管40，變送器18可以如關于圖I所述的那樣測量過程的溫度。如果第一溫度傳感器12不是已經(jīng)插入熱電偶套管40，則應該在步驟108前將第一溫度傳感器12插入到熱電偶套管40中。當開始第一種方法時，插塞76從側通道70移除(步驟100)。然后，參考裝置16插入側通道70直到參考RTD 80近似鄰近第一 RTD 78 (步驟102)。在第一種方法中，參考裝置16是校準的溫度傳感器，諸如RTD。下一步，參考裝置16連接到校準的外部儀表(步驟104)。校準的外部儀表與參考裝置16相結合，測量在熱電偶套管40的位置處的過程的溫度。然后，操作者等待由參考裝置16測量的溫度穩(wěn)定(步驟106)。如果由參考裝置16測量的溫度不穩(wěn)定，則需要進一步等待(步驟108)。如果溫度穩(wěn)定，則記錄來自校準的外部儀表的儀表輸出(步驟110)。校準溫度測量點10的第一種方法受益于具有平穩(wěn)狀態(tài)操作的過程，在平穩(wěn)狀態(tài)操作中溫度不顯著地變化。這允許通過參考裝置16在一個點測量的溫度與幾分鐘后由第一溫度傳感器12測量的溫度進行比較。在記錄儀表輸出之后，參考裝置16從校準的外部儀表分離(步驟112)。然后，第一溫度傳感器12從變送器18分離(步驟114)，并且連接到校準的外部儀表(步驟116)。
隨后記錄由連接到校準的外部儀表12的第一溫度傳感器12產(chǎn)生的儀表輸出(步驟118)。從參考裝置16記錄的儀表輸出然后與從第一溫度傳感器12記錄的儀表輸出進行比較，以確定是否需要調整(步驟120)。如果記錄的輸出不同，則在變送器18中進行校準調整，以根據(jù)新發(fā)現(xiàn)的第一溫度傳感器12的漂移特性準確地反映由第一溫度傳感器12測量的溫度(步驟122)。這種調整可以通過用戶界面(如LOI 37或遠程用戶界面39)執(zhí)行。例如，可以使用手持裝置通過連接到變送器18的接線盒(未顯示)輸入所述調整。這種調整可以在步驟122中立即執(zhí)行，或在稍后的時間執(zhí)行。無論是否需要調整，第一溫度傳感器12隨后分離從校準的外部儀表上分離(步驟124)，并重新連接到變送器18 (步驟126)。參考裝置16從熱電偶套管40移除(步驟128)。最后，插塞76重新插入側通道70(步驟130)。然后完成根據(jù)第一種方法的溫度測量點10的校準。根據(jù)第一種方法校準允許操作者校準變送器18以補償?shù)谝粶囟葌鞲衅?2的變化，而不從熱電偶套管40移除第一溫度傳感器12。隨后可以重復第一種方法，用于第二溫度傳感器14和連接到變送器18的任何其他傳感器。如果操作者要求作為一個整體來校準溫度測量點10，第一種方法可以被修改。可以省略步驟112、114、116和118。替代地，第一溫度傳感器12可以保持連接到變送器18，并且來自第一溫度傳感器12的變送器溫度輸出可以被記錄。然后，從變送器18測量的溫度可以在步驟120處與由校準的外部儀表和參考裝置16測得的溫度進行比較。第一種方法的所有其余的步驟可以保持不變。圖4是校準溫度測量點10的第二種方法的流程圖。在開始該方法之前，第一溫度傳感器12可以已經(jīng)如在圖2中所描述的那樣插入熱電偶套管40，并且變送器18可以如關于圖I所描述的那樣測量過程的溫度。然而，這不是第二種方法操作所必需的；而是，其僅僅是操作者的便利選擇。在第二種方法開始時，參考裝置16連接到變送器18的第三輸入端子24(步驟140)。在第二種方法中，參考裝置16是校準的傳感器模擬器，用于產(chǎn)生預定電氣參數(shù)，如電阻。第三輸入端子24可以是未使用的端子，專門用作參考裝置16的連接件。在可替換實 施例中，參考裝置16可以連接到變送器18的恰好可用的任何端子。接下來，在變送器18中激活校準模式，以使變送器18意識到第三通道30將提供校準數(shù)據(jù)而不是普通溫度數(shù)據(jù)(步驟142)。校準信息然后通過用戶界面輸入變送器18 (步驟144)。校準信息包括將在校準過程中使用的多個校準點(也稱為調整點)以及將被使用的實際校準值(也稱為調整值)。例如，參考裝置16可以是傳感器模擬器，其模擬產(chǎn)生50歐姆和100歐姆的調整值的RTD傳感器。如果只有一個調整點被使用，操作者可以輸入50歐姆的值，并且如果正在使用兩個調整點，可以輸入50歐姆和100歐姆的值。然后，參考裝置16被設置到第一調整點并且產(chǎn)生50歐姆輸出(步驟146)。然后，在變送器18中開始第一調整點測量(步驟148)，其檢查以察看來自參考裝置16的輸入是否穩(wěn)定(步驟150)。如果輸入穩(wěn)定，變送器18測量參考裝置16的電阻并記錄用于校準的當前狀態(tài)(currentstate)數(shù)據(jù)，作為“調整前測量(As Found) ”數(shù)據(jù)(步驟152)。其次，變送器18通過比較50歐姆的實際調整值與測量的調整值(可能不同于歐姆50)來確定校正系數(shù)。在這一步驟處，校正系數(shù)僅應用于第三通道30 (步驟154)。在應用校正系數(shù)以后，新的校準數(shù)據(jù)被記錄為“調整后(As Left)”數(shù)據(jù)(步驟156)然后，變送器18檢查以察看其是否執(zhí)行一個調整點校準或兩個調整點校準(步驟158)。如果變送器18執(zhí)行兩個調整點校準，則參考裝置16被設置到第二調整點并且產(chǎn)生100歐姆的輸出(步驟160)。然后在變送器18中開始第二調整點測量(步驟162)，其檢查以察看來自參考裝置16的輸入是否穩(wěn)定(步驟164)。如果輸入穩(wěn)定，變送器18記錄用于校準的當前狀態(tài)的數(shù)據(jù)，作為“調整前測量(As Found)”數(shù)據(jù)(步驟166)。接下來，通過比較100歐姆的實際調整值和測量的調整值，變送器18確定校正系數(shù)，并且將用于第二調整點的校正系數(shù)僅應用到第三通道30(步驟168)。應用校正系數(shù)以后，用于新校準的數(shù)據(jù)記錄為“調整后(As Left) ”數(shù)據(jù)(步驟170)。如果變送器18在步驟158處確定正執(zhí)行一個調整點校準，則省略步驟160至170。然后，操作者確定是否要根據(jù)關于第三通道30測量的新的校準數(shù)據(jù)校準所有通道(步驟172)。如果操作者確定校準適用于全部通道，則應用這種校準(步驟174)。最后，參考裝置16從第三終端24分離(步驟176)。但是，如果操作者在步驟172處確定校準不適合所有通道，則不執(zhí)行步驟174，操作者繼續(xù)前進到步驟176。在某些情況下，來自參考裝置16的輸入可能不穩(wěn)定。如果在步驟150或步驟164處確定輸入不穩(wěn)定，則變送器18檢查以察看是否已超過穩(wěn)定時間極限(步驟178和步驟180)。穩(wěn)定時間極限是允許系統(tǒng)在報告錯誤之前穩(wěn)定的時間量。穩(wěn)定時間極限可以被預先編程或由操作者輸入。如果穩(wěn)定時間極限尚未被超過則重復步驟150或164。如果已經(jīng)被超過穩(wěn)定時間極限，則變送器18報告由于噪聲輸入其無法執(zhí)行進行調整(步驟182)，并且參考裝置16在步驟176處從第三端子24上分離。變送器步驟組184包括由變送器18內部的電路執(zhí)行的那些步驟。根據(jù)第二種方法的校準允許操作者無需從變送器18分離第一溫度傳感器12或第二溫度傳感器14而校準變送器18，以補償變送器18的變化。在如圖I所示的多通道共用共同電路的變送器中，通過復制關于一個通道確定的校準值，所有通道都可以具有相對準確的校準。這允許在校準過程中通過所有測量通道進行過程的持續(xù)測量。
圖5是校準溫度測量點10的第三方法的流程圖。在開始第三種方法之前，參考裝置16尚未如圖2中所描述的那樣位于熱電偶套管40中。代替地，插塞76將堵住側通道70。第一溫度傳感器12可以如在圖2中所描述的那樣已經(jīng)插入熱電偶套管40，變送器18可以如關于圖I所描述的那樣測量過程的溫度。如果第一溫度傳感器12還未插入熱電偶套管40中，則應在步驟198前將第一溫度傳感器12插入熱電偶套管40中。在開始第三種方法時，插塞76從側通道70移除(步驟190)。然后參考裝置16插入側通道70直到參考RTD 80近似鄰接第一 RTD78(步驟192)。在第三種方法中，參考裝置16是校準溫度傳感器，如RTD。下一步，參考裝置16連接到第三端子24(步驟194)。然后在變送器18中通過用戶界面激活校準模式，以使變送器18意識到第三通道30將提供校準數(shù)據(jù)(步驟196)。變送器18然后檢查以察看輸入是否穩(wěn)定(步驟198)。如果輸入穩(wěn)定，則變送器18測量第一溫度傳感器12和參考裝置16中的每一個的電阻，計算每個的溫度值，并且記錄用于校準的當前狀態(tài)數(shù)據(jù)，作為“調整前測量”數(shù)據(jù)(步驟200)。然后，變送器18根據(jù)由第一溫度傳感器12和參考裝置16中的每一個測量的溫度的差異確定校正系數(shù)(步驟202)。接下來，操作者確定是否根據(jù)為第一溫度傳感器12確定的校正系數(shù)校準第一通道26(步驟204)。如果操作者確定校準是適當?shù)?，則應用這種校準(步驟206)，并且變送器記錄用于校準的當前狀態(tài)的數(shù)據(jù)，作為“調整后”數(shù)據(jù)(步驟208)。然后，參考裝置16從第三端子24分離(步驟210)。如果操作者在步驟204以后確定不應用校準到第一通道26，則參考裝置16從熱電偶套管40上移除(步驟212)。最后，插塞76重新插入側通道70中(步驟214)。在某些情況下，來自參考裝置16的輸入可能不穩(wěn)定。如果在步驟198處確定輸入不穩(wěn)定，則變送器18檢查以察看是否已超過穩(wěn)定時間極限(步驟216)。如果尚未超過穩(wěn)定時間極限，重復步驟198。如果已經(jīng)超過穩(wěn)定時間極限，則變送器18報告由于噪聲輸入而不能進行調整(步驟218)，并且參考裝置16在步驟210處分離從第三端子24上分離。變送器步驟組220包括由變送器18內部的電路執(zhí)行的那些步驟。根據(jù)第三種方法的校準允許操作者校準變送器18以補償?shù)谝粶囟葌鞲衅?2的漂移，而不需從變送器18上分離第一溫度傳感器12，并且不需要從熱電偶套管40上移除溫度傳感器12。第三種方法可以重復用于第二溫度傳感器14和連接到變送器18的任何其他傳感器。這允許在校準過程中通過測量通道持續(xù)地測量過程。圖6是校準溫度測量點10的第四方法的流程圖。在開始第四種方法之前，參考裝置16尚未如圖2中所描述的那樣位于熱電偶套管40中。代替地，插塞76將堵住側通道70。第一溫度傳感器12可以如在圖2中所描述的那樣已經(jīng)插入熱電偶套管40，變送器18可以如關于圖I所描述的那樣測量過程的溫度。如果第一溫度傳感器12還未插入熱電偶套管40中，則應在步驟242前將第一溫度傳感器12插入熱電偶套管40中。在開始第四方法時，插塞76從側通道70中移除(步驟230)。然后參考裝置16插入側通道70中，直到參考RTD 80近似鄰接第一 RTD 78 (步驟232)。在第四方法中，參考裝置16是校準的溫度傳感器，如RTD。接下來，參考裝置16連接到第三端子24 (步驟234)。然后通過用戶界面在變送器18中激活校準模式，以使變送器18意識到第三通道30將提供校準數(shù)據(jù)(步驟236)。然后通過用戶界面輸入校準觸發(fā)閾值(步驟238)。校準觸發(fā)閾值可以包括校準所需的一個或多個溫度值。例如，操作者可以選擇上限閾值和下限閾值，并且要求變送器18在溫度高于上限閾值時校準一次，在溫度低于下限閾值時進行另一次校準。
一旦輸入校準觸發(fā)閾值，變送器18檢查以察看由參考裝置16測得的溫度是否超過校準觸發(fā)閾值(步驟240)。如果未超過校準觸發(fā)閾值，重復步驟240直到超過校準觸發(fā)閾值。如果超過校準觸發(fā)閾值，則變送器18檢查以察看輸入是否是穩(wěn)定的或可預測的(步驟242)。如果輸入不穩(wěn)定或不可預測，則不斷重復步驟242直到輸入穩(wěn)定的或可預測。如果輸入穩(wěn)定或可預測，則變送器18測量第一溫度傳感器12和參考裝置16中的每一個的電阻，計算每個的溫度值，并且記錄用于校準的當前狀態(tài)的數(shù)據(jù)，作為“調整前校準”數(shù)據(jù)(步驟244)。然后，變送器18檢查以察看是否已經(jīng)收集超過所有設定校準觸發(fā)閾值的數(shù)據(jù)(步驟248)。如果已經(jīng)設置一個或多個校準觸發(fā)閾值，但并不是超過所有設定閾值的所有的數(shù)據(jù)都已經(jīng)被收集，則重復步驟240至248。如果滿足全部校準觸發(fā)閾值，則變送器18根據(jù)由第一溫度傳感器12和參考裝置16中的每一個測量(步驟250)的溫度差來確定校正系數(shù)。根據(jù)多少觸發(fā)閾值用于校準，校正系數(shù)可以不只是恒定值，而是替代的多項式方程?？梢曰诒痪幊痰阶兯推?8中以降低精度誤差的多項式方程將特征數(shù)據(jù)(characterizedprofile)分配給溫度傳感器12。用戶界面然后指示數(shù)據(jù)收集完成(步驟252)，并且操作者確定是否根據(jù)確定用于第一溫度傳感器12的校正系數(shù)校準第一通道26 (步驟254)。如果操作者確定校準適當，則應用這種校準(步驟256)并且變送器18記錄用于校準的當前狀態(tài)的數(shù)據(jù)，作為“調整后”數(shù)據(jù)(步驟258)。然后，參考裝置16從第三端子24上分離(步驟260)。如果操作者確定不應用校準到第一通道26，則在步驟254以后立即進行步驟260。參考裝置16然后從熱電偶套管40上移除(步驟262)。最后，插塞76重新插入側通道70中(步驟264)。變送器步驟組266包括由變送器18內部的電路執(zhí)行的那些步驟。根據(jù)第四種方法的校準允許操作者校準變送器18以補償?shù)谝粶囟葌鞲衅?2的漂移，而無需將第一溫度傳感器12從變送器18上脫離連接，并且不需要從熱電偶套管40上移除第一溫度傳感器12。除了第四種方法允許變送器18在超過一個或多個閾值的點處自動地啟動校準之外，第四種方法與第三種方法類似。這種方法可能對于測量具有變化的溫度的過程的溫度傳感器特別地有用，在具有變化的溫度的過程中希望在多個溫度范圍內具有精確的溫度測量。第四種方法可以重復，用于第二溫度傳感器14和連接到變送器18的任何其他的傳感器。圖7是閾值曲線圖280，其圖示根據(jù)校準溫度測量點的第四方法的校準閾值極限。閾值曲線圖280包括實際過程溫度282、測量的過程溫度284、上限閾值286和下限閾值288。實際過程溫度282表示由校準的參考裝置16測量的過程的溫度值，參考裝置16基本上被準確地校準。測量過程溫度284表示由第一溫度傳感器12的不精確地測量的過程的溫度值。上限閾值286和下限閾值288是通過用戶界面輸入的閾值極限，如上文關于步驟238所說明的那樣。當實際過程溫度282高于上限閾值286時，測量的過程溫度284讀數(shù)低于實際過程溫度282。當實際過程中溫度282低于下限閾值288時，測量的過程溫度284讀數(shù)高于實際過程溫度282。因此，第一溫度傳感器12需要在不同溫度范圍內在不同方向上的校準。因此，閾值曲線圖280說明可以受益于在一個以上的溫度范圍內校準的溫度測量點的一個示例。雖然已經(jīng)參照特定實施例說明了本發(fā)明，但本領域技術人員將會認識到，在不背離本發(fā)明的如要求保護的范圍的情況下可以在形式和細節(jié)上進行改變。例如，變送器18和熱電偶套管40可以以不同于上文所述的第一、第二、第三和第四方法同時使用或單獨使 用。此外，上文所述的第一、第二、第三和第四的方法可能使用不是變送器18和熱電偶套管40的設備執(zhí)行，只要該設備與所選擇的方法兼容。此外，在不偏離本發(fā)明的情況下，一種方法的步驟可以被修改或與另一種方法的步驟結合。
權利要求
1.一種溫度測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 熱電偶套管，具有測量儀器連接件和側面端口 ； 主溫度傳感器，通過測量儀器連接件延伸進入熱電偶套管； 參考傳感器，通過側面端口延伸進入熱電偶套管；和 變送器，連接到主溫度傳感器和參考傳感器中的每一個，其中變送器包括用于根據(jù)從主溫度傳感器接收的信號測量溫度并用于同時根據(jù)從參考傳感器接收的信號進行校準的電路。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中主溫度傳感器鄰近參考傳感器定位。
3.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中熱電偶套管具有連接部，該連接部被構造為以連接到過程隔板，以使熱電偶套管的遠端延伸進入過程流體，而測量儀器連接件和側面端口保持與過程流體基本隔離。
4.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中參考傳感器能夠從變送器上分離，并且其中變送器能夠操作以在參考傳感器分離時使用主溫度傳感器測量溫度。
5.一種使用電連接到第一輸入端子和第二輸入端子的測量電路校準變送器的方法，該方法包括下述步驟 將主溫度傳感器連接到第一輸入端子； 將校準的參考裝置連接到第二輸入端子；以及 根據(jù)從第二輸入端子接收的信號相對于第一輸入端子校準測量電路，同時根據(jù)從第一輸入端子接收的信號測量溫度。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述校準的參考裝置是校準的溫度傳感器。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，進一步包括下述步驟 在校準之前，將主溫度傳感器和校準的溫度傳感器插入熱電偶套管。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中主溫度傳感器通過第一通道插入熱電偶套管，并且所述校準的溫度傳感器通過第二通道插入熱電偶套管。
9.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中響應于所述校準的溫度傳感器具有穩(wěn)定的或具有可預測趨勢的溫度的感測校準測量電路。
10.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中基于主溫度傳感器的至少兩個測量值和所述校準的溫度傳感器的至少兩個測量值校準測量電路。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中根據(jù)第一溫度測量值和第二溫度測量值校準測量電路，第一溫度測量值是在所述校準的溫度傳感器具有處于第一預定范圍內的溫度時獲得的，第二溫度測量值是在所述校準的溫度傳感器具有處于第二預定范圍內的溫度時獲得的。
12.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述校準的參考裝置是產(chǎn)生具有預定值的可測量電氣參數(shù)的參考校準工具。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述可測量電氣參數(shù)是電阻或電壓。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中校準包括 測量所述可測量電氣參數(shù)并且用測量電路產(chǎn)生測量值； 將實際預定值傳輸?shù)綔y量電路； 將所述測量值與所述實際預定值進行比較并且產(chǎn)生相應的校準調整；和根據(jù)所述相應的校準調整校準測量電路。
15.根據(jù)權利要求5所述的方法，進一步包括 用第一用戶輸入初始化校準；以及 用第二用戶輸入確認校準調整。
16.根據(jù)權利要求5所述的方法，進一步包括 從第二輸入端子上分離所述校準的參考裝置；以及 在分離所述校準的參考裝置之后，用主溫度傳感器測量溫度。
17.根據(jù)權利要求5所述的方法，進一步包括 在連接所述校準的參考裝置之前，用主溫度傳感器測量溫度。
18.一種溫度變送器，包括 第一輸入端子和第二輸入端子； 多路復用器，包括分別地連接到第一輸入端子和第二輸入端子的第一通道和第二通道； 模數(shù)轉換器，電連接到多路復用器；和 微處理器，電連接到模數(shù)轉換器，其中微處理器被配置以基于從第一通道接收的信號計算第一溫度值，同時根據(jù)從第二通道接收的信號在微處理器中校準用于第一通道的測量編程。
19.根據(jù)權利要求18所述的溫度變送器，并進一步包括 第三輸入端子，電連接到多路復用器的第三通道，其中微處理器進一步被配置以分別地基于從第一通道和第二通道接收的信號計算第一溫度值和第二溫度值，同時根據(jù)從第三通道接收的信號在微處理器中校準用于第一通道和第二通道的測量編程。
20.根據(jù)權利要求19所述的溫度變送器，其中微處理器響應于第一用戶輸入根據(jù)第三通道進行校準，并響應于第二用戶輸入根據(jù)第二通道進行校準。
21.根據(jù)權利要求18所述的溫度變送器，還進一步包括 微處理器和用戶界面之間的通信電路。
22.根據(jù)權利要求18所述的溫度變送器，其中微處理器驅動用戶界面以顯示校正系數(shù)，并且其中用戶界面給微處理器發(fā)信號以響應于用戶輸入應用校正系數(shù)。
23.根據(jù)權利要求18所述的溫度變送器，其中微處理器在多個溫度點處進行校準。
24.一種熱電偶套管，包括 套管，包括外表面和內表面； 由內表面限定的孔腔，其中孔腔從在套管的近端處的測量儀器連接件延伸到在套管的遠端處的密封頂端； 連接部，位于近端和遠端之間的外表面上；和 側通道，從外表面上的外側面端口延伸到內表面上的內側面端口，其中內側面端口在近端和遠端之間，其中外側面端口在近端和連接部之間，并且其中近端更靠近外側面端口而不是更靠近內側面端口。
25.根據(jù)權利要求24所述的熱電偶套管，其中連接部包括法蘭。
26.根據(jù)權利要求24所述的熱電偶套管，其中連接部包括外表面上的螺紋區(qū)域。
27.根據(jù)權利要求24所述的熱電偶套管，還進一步包括內表面的在近端處的部分上的螺紋區(qū)域。
28.根據(jù)權利要求24所述的熱電偶套管，還進一步包括 側通道的靠近外表面的部分上的螺紋區(qū)域。
29.根據(jù)權利要求24所述的熱電偶套管，還進一步包括 定位在側通道內部的插塞，其中插塞具有被配置以通過側通道提供大致水密封的形狀和尺寸。
30.根據(jù)權利要求24所述的熱電偶套管，其中側通道是圓筒形孔，直徑至少為O.5毫米。
31.根據(jù)權利要求24所述的熱電偶套管，其中孔腔是大致直的通道，并且其中側通道是連接到孔腔并相對于孔腔以大于O度且小于90度的角度相對于孔腔傾斜的大致直的通道。
全文摘要
本發(fā)明公開一種溫度測量系統(tǒng)，包括熱電偶套管、主溫度傳感器、參考傳感器和變送器。熱電偶套管具有測量儀器連接件和側面端口。主溫度傳感器通過測量儀器連接件延伸進入熱電偶套管，并且參考傳感器通過側面端口延伸進入熱電偶套管。變送器連接到主溫度傳感器和參考傳感器中的每一個。變送器具有電路，該電路用于根據(jù)從主溫度傳感器接收到的信號測量溫度，并且用于同時根據(jù)從參考傳感器接收到的信號進行校準。
文檔編號G01K13/02GK102803912SQ201080024876
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月4日 優(yōu)先權日2009年6月11日
發(fā)明者勞倫·邁克爾·安格斯塔德, 迪爾克·維利·鮑施科, 杰森·哈洛德·魯?shù)?申請人:羅斯蒙德公司