传感器诊断改进的过程温度变送器

       创意无极限，仪表大发明。今天为大家介绍一项国家发明授权专利——传感器诊断改进的过程温度变送器。该专利由罗斯蒙特公司申请，并于2017年4月12日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及用来监测工业过程中的过程变量的类型的过程变量变送器。更具体地，本发明涉及用来检测过程的温度的过程变量变送器。

发明背景

加工工业采用过程变量变送器检测与化学、泵、石油、制药、食品和其它加工工厂中的诸如固体、浆体、液体、蒸汽和气体之类的物质相关的过程变量。过程变量包括压力、温度、流量、液位、浊度、密度、浓度、化学成分和其它特性。过程流体温度变送器提供与检测到的过程物质温度相关的输出。到控制室的温度控制回路或其它输出可以被发送到另一个过程装置，以便可以监测和控制该过程。为了监测过程流体温度，变送包括温度传感器，如热电偶或电阻式温度装置(RTD)。

在温度测量应用中，重要的是确认温度测量何时是不正确的。这可能由引线/传感器破裂、过多的线路电阻或短路情况引起。在温度传感器和过程温度变送器之间通常存在可能出现故障或变成老化的大量连接点。一些商用过程温度变送器在提供读数之前验证温度传感器连接完整性。

已经用在温度变送器中的一种这样的诊断技术基于多个测量值的收集。这些测量值由过程温度变送器顺序地收集以独立地测试每个导体。对于断路传感器和过多的线路电阻测试，过程温度变送器可以将电流脉冲独立地施加至温度传感器引线中的每一根，并测量所产生的电压。如果测量到的电压超过阈值，则可以确认出现故障。如果引线或温度传感器元件断路，则电流脉冲将测量到的电压驱动到高至足以超过阈值。当引线合适地连接和传感器元件未损坏时，提供用于电流流动的路径，并且检测到的电压将保持低于阈值，指示正确的连接。对于四线式RTD，这需要三个断路传感器测量值以评估RTD的完整性(一根线总是连接至电流返回路径共用的电路)。

绕线式RTD温度传感器容易由于暴露至振动而变为断路。这种振动可以包括大振幅瞬态活动、持久的低振幅活动或二者。为了测试断路传感器状态，获得温度检测元件的电阻测量值。如果欧姆测量值低于由软件设定的阈值，则确定传感器被断路了。这个过程目前需要三个测量点来确认这种状态，并且可能花费200毫秒量级的时间。因此，存在对改进温度传感器诊断的不断需求。

发明内容

本发明提供用于过程温度变送器的诊断。在多个方面中，本发明提供用于快速地和精确地确定温度传感器的状态的方法和设备，包括确认变送器正确地连接至温度传感器。本发明的实施例主要为断路和/或短路传感器状态或其它退化行为提供同时测试多个且优选全部温度传感器线路的方法和设备，从而降低或潜在地最小化传感器评估时间。下述诊断可以在每次温度传感器测量之前或者根据需要以选定的间隔或其它时间处进行。

一种过程温度变送器，其能够与具有多根引线的至少一个温度传感器一起运行。该温度变送器包括测量电路，该测量电路能够可操作地连接至所述至少一个温度传感器以提供所述至少一个温度传感器的电参数的指示。控制器连接至测量电路以获得所述指示并提供过程温度输出。电流源将测试电流同时施加至所述多根引线。诊断电路测量每根引线上的电压响应以提供温度传感器的诊断指示。
本发明中过程控制系统10包括过程流体温度变送器12，过程流体温度变送器12通过二线式过程控制回路16电连接至控制室14(被建模为电压源和电阻)。变送器12安装和连接到诸如管道18之类的过程流体容器上。变送器12监测过程流体过程管道18的温度并通过回路16将温度信息发送到控制室14。变送器12能够通过接线端17连接至回路16。在这种结构中，同样的两条线用于同时载送信息以及提供电力到变送器12。例如，变送器12可以控制二线式回路16上的表示检测到的温度的模拟电流电平。在更高级的结构中，可以在二线式过程控制回路上发送和/或接收数字信息。一种这样的协议是通信协议。然而，本发明不限于这种特定的二线式实施方案，并且可以采用任何类型的过程控制回路。另一种示例性过程控制回路是其中无线地传送信息的无线过程控制回路。无线通信技术的一个示例与依照IEC62591的无线通信协议一致。也可以使用标准以太网、光纤连接或其它通信信道。

变送器12包括电源模块20、回路通信装置22、RTD输入端24、测量电路26、电流源28和控制器30。变送器12能够连接至RTD32，使得变送器12可以获得来自RTD32的电压测量值，并且将该测量值与计算出的过程流体温度相关联。变送器12随后在二线式过程控制回路16上提供计算出的过程流体温度。

电源模块20设置在变送器12内，并能够连接至二线式过程控制回路16。模块20恰当地调节从回路16接收的用于变送器12的各个部件的电力。采用电源模块20，变送器12能够根据从过程控制回路16接收的电力单独地运行。模块20可以包括例如已知的电子元件，如DC-DC电力调整装置。在回路16上(在一些实施例中采用4mA和20mA之间的模拟信号传输)，模块20运行以限制4安培或更少安培电流，用于提供至变送器12内的其它部件。此外，模块20可以被调整为防止从回路16接收的电噪声到达所述其它部件。

回路通信装置22能够连接到二线式过程控制回路16，并被配置为在回路16上进行通信。通信装置22可以为本领域通常已知类型的。例如，通信装置22可以被恰当地选择以提供模拟通信、数字通信或二者的组合。如上所述，模拟和数字通信的一种这样的组合已知为高速可编址远程传感器协议。协议的一个版本在4-20mA模拟信号上叠加数字信号。采用这种协议，可以在一种模式(如模拟模式)中提供感兴趣的主变量，同时以另一种模式提供诊断信号。然而，可以以纯模拟通信以及纯数字通信(如由FOUNDATIONTMFieldbus提供)实践本发明，并且也可以采用无线协议实施本发明。

变送器12还包括RTD输入或接线板24。输入或接线板24提供可拆除的电连至RTD32。典型地，该连接将提供四线连接，从而可以获得至RTD的Kelvin连接。采用Kelvin连接，两条电线用来发送电流通过RTD，第二对电线用来检测RTD上的电压。如本领域已知的那样，这减少了电阻测量中的误差。