(57) Реферат / Формула:
Передающий датчик параметра технологического процесса содержит воспринимающую систему и электронную схему. Воспринимающая система воспринимает параметр технологического процесса в определенном диапазоне. Электронная схема соединена с воспринимающей системой и формирует приведенный к определенной шкале аналоговый передаваемый сигнал с целью передачи параметра технологического процесса по аналоговому контуру. Электронная схема непропорционально отображает указанный диапазон на указанную шкалу.
ПЕРЕДАЮЩИЙ ДАТЧИК С ВАРЬИРУЕМОЙ МНОГОДИАПАЗОННОСТЬЮ
ВЫХОДНОГО СИГНАЛА
5 Область техники
Настоящее изобретение относится к выходному сигналу датчиков, предназначенных для передачи параметров технологического процесса (передающих датчиков). Более конкретно, настоящее изобретение относится к датчикам, использующим для передачи информации аналоговые сигналы.
Предшествующий уровень техники
В промышленности для контроля параметров технологического процесса, например, давления, температуры, расхода и уровня рабочих текучих сред, используемых в технологических процессах, используются технологические
15 измерители. Например, обычным способом контроля разнообразных параметров технологических процессов на технологических линиях является установка в различных местах производственных объектов передающих датчиков технологических параметров. В состав передающего датчика технологического параметра входят чувствительные элементы, формирующие электрический сигнал
20 в ответ на физические изменения в технологическом процессе. Например, передающий датчик давления содержит первичный преобразователь давления, формирующий электрический сигнал, зависящий от давления рабочей текучей среды, например, в водопроводе, емкости для реагентов и т.п. Кроме того, передающие датчики технологического параметра обычно содержат электронную
25 схему для приема и обработки сигнала чувствительного элемента, дающую возможность дистанционно получать данные от передающего датчика и контролировать технологический процесс. Электронная схема передающего датчика, предназначенного для дистанционного контроля технологического параметра, передает электрический выходной сигнал по контуру управления или по
30 сети в пункт централизованного контроля, например, в диспетчерский зал. Такая конфигурация, если включить в систему управления технологическим процессом и в контур управления автоматизированные задвижки, клапаны, насосы и другие подобные компоненты, дает возможность управлять технологическим процессом из диспетчерского зала.
35 Развитие техники передающих датчиков ведет к быстрому росту объемов
информации, которую может выдавать передающий датчик. С целью, например,
измерения нескольких параметров технологического процесса или расширения диапазона измерения одного параметра технологического процесса передающий датчик может содержать несколько чувствительных элементов. Например, в передающих датчиках может быть несколько чувствительных элементов, 5 воспринимающих давление, как описано в патенте США № 5,495,769 (Broden с соавт.), патенте США № 6,047,244 (Rud, Jr.) и в патенте США № 7,467,555 (Schulte с соавт.); права на все перечисленные патенты принадлежат компании Rosemount Inc., Eden Prairie, MN. Аналогично, развитие техники передачи информации сделало возможным передачу большего объема информации и данных между передающим
10 датчиком и диспетчерским залом. Такие цифровые сетевые протоколы, как, например, HART или FOUNDATION(tm) Fieldbus, позволяют передавать данные множества чувствительных элементов из множества передающих датчиков по общей цифровой магистрали.
Многие современные системы управления выполнены с возможностью
15 использовать аналоговые контуры управления. Многим пользователям нравятся преимущества цифровой связи, но они не могут найти оправдание затратам на обновление оборудования и обучение персонала. В типовом аналоговом контуре управления между передающим датчиком и диспетчерским залом измеряемый параметр технологического процесса передается в виде сигнала, представленного
20 током в интервале от 4 мА до 20 мА. В передающих датчиках с чувствительным элементом, работающим в широком диапазоне, или с чувствительными элементами, охватывающими два диапазона, как, например, в ранее упомянутом патенте Rud, Jr., весь диапазон измеряемой величины пропорционально отображается на указанный аналоговый сигнал. Пропорциональное отображение
25 полного диапазона сигнала, снижая разрешение выходного сигнала передающего датчика, сокращает объем информации, которую можно получить в конкретных областях диапазона, представляющих особый интерес. Поэтому существует потребность в улучшении совместимости усовершенствованных передающих датчиков с аналоговыми контурами управления. В частности, существует
30 потребность в получении большего объема информации от передающих датчиков, работающих в аналоговых контурах управления.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к аналоговым выходным сигналам, 35 которые формируются передающими датчиками технологического параметра и отражают измеряемые параметры технологического процесса. Передающий датчик
технологического параметра содержит воспринимающую систему и электронную схему. Воспринимающая система воспринимает параметр технологического процесса в определенном диапазоне. Электронная схема передающего датчика соединена с воспринимающей системой и формирует передаваемый аналоговый 5 сигнал, приведенный к определенной шкале. Указанный диапазон непропорционально отображают на указанную шкалу посредством электронной схемы передающего датчика, передающей указанный параметр технологического процесса через аналоговый контур.
10 Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана система управления технологическим процессом, содержащая передающий датчик параметра технологического процесса, соединенный с источником рабочей текучей среды и с диспетчерским залом.
На фиг. 2 схематично показан вид сбоку передающего датчика параметра 15 технологического процесса, показанного на фиг. 1, демонстрирующий электронную схему, функционирующую с использованием протокола связи, использующего варьируемую многодиапазонность.
На фиг. ЗА показана схема, на которой штатный диапазон и расширенный диапазон параметра технологического процесса непропорционально отображаются 20 на шкалу передаваемого аналогового сигнала.
На фиг. ЗВ показана схема, на которой штатный диапазон и нештатный диапазон параметра технологического процесса непропорционально отображаются на шкалу передаваемого аналогового сигнала.
На фиг. ЗС показана схема, на которой штатный диапазон, расширенный 25 диапазон и нештатный диапазон параметра технологического процесса непропорционально отображаются на шкалу передаваемого аналогового сигнала.
На фиг. 4 показана функциональная схема обработки сигнала передающего датчика с варьируемой многодиапазонностью.
На фиг. 5 показан график, иллюстрирующий точки перегиба между 30 диапазонами параметра технологического процесса при использовании отображения с тремя линейными участками для передающего датчика давления, содержащего несколько чувствительных элементов.
На фиг. 6 показан график, иллюстрирующий точки перегиба между диапазонами параметра технологического процесса при использовании 35 отображения с тремя линейными участками для передающего датчика температуры, содержащего один чувствительный элемент.
На фиг. 7А показана точка перегиба для передающего датчика давления, содержащего один чувствительный элемент, при наличии двух линейных участков.
На фиг. 7В показаны точки перегиба для передающего датчика давления, содержащего один чувствительный элемент, при наличии трех линейных участков и 5 диапазона реверса.
На фиг. 7С показаны точки перегиба для передающего датчика давления, содержащего один чувствительный элемент, при наличии трех линейных участков и диапазона вакуума.
10 Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг. 1 показана система 10 управления технологическим процессом настоящего изобретения, содержащая передающий датчик 12 параметра технологического процесса, использующий протокол связи с варьируемой многодиапазонностью. Система 10 управления технологическим процессом
15 содержит передающий датчик 12 параметра технологического процесса, дисплей 14 отображения данных, трубопровод 16 и диспетчерский зал 18. В диспетчерском зале 18, соединенном с передающим датчиком 12 через контур 20 управления, имеется рабочая станция 22. Рабочая станция 22 содержит различные компоненты для взаимодействия с передающим датчиком 12, например, источник питания и
20 интерфейсы связи. Передающий датчик 12 параметра технологического процесса соединен с источником рабочей текучей среды, например, с трубопроводом 16, с целью формирования сигналов, соответствующих параметрам технологического процесса, в котором участвует рабочая текучая среда F, например, перепаду АР давления и температуре Т, с использованием различных чувствительных
25 элементов, воспринимающих указанные параметры технологического процесса. Передающий датчик 12 параметра технологического процесса может содержать несколько чувствительных элементов, воспринимающих давление, что обеспечивает измерение давления в разных диапазонах. Аналогично, передающий датчик 12 параметра технологического процесса может содержать чувствительный
30 элемент, воспринимающий температуру, который обеспечивает измерение температуры в широком диапазоне. Передающий датчик 12 откалиброван под выходной диапазон каждого чувствительного элемента. Использующий способы варьируемой многодиапазонности настоящего изобретения передающий датчик 12 выполнен с возможностью передавать по аналоговому контуру управления данные
35 о параметре технологического процесса с разным разрешением.
В одном из вариантов осуществления передающий датчик 12 параметра технологического процесса соединен с трубопроводом 16, через который протекает рабочая текучая среда F, с использованием технологического фланца 24, разветвителя 26 и измерительного отвода 30. Передающий датчик 12 содержит 5 воспринимающий модуль 34 и электронный модуль 36. Фланцем 24 датчик 12 соединен с разветвителем 26, который дает возможность изолировать датчик 12 от рабочей текучей среды F при калибровке, испытаниях, техническом обслуживании и т.п. Первичный преобразователь 40, в данном варианте осуществления содержащий пластину с отверстием, создает в потоке рабочей текучей среды F
10 перепад АР давления. Диаметр отверстия в указанной пластине с целью ограничения потока сделан меньше диаметра трубопровода 16. Относительно более высокое и относительно более низкое давления, возникающие с обеих сторон пластины 40 с отверстием, через измерительный отвод 30, разветвитель 26 и фланец 24 передаются в воспринимающий модуль 34. Воспринимающий модуль 34
15 для измерения перепада АР давления содержит чувствительный элемент, воспринимающий перепад давления, а также пару чувствительных элементов, воспринимающих абсолютное давление. Кроме того, для измерения температуры Т модуль 34 содержит чувствительный элемент, воспринимающий температуру. Воспринимающий модуль 34, используя выходные сигналы указанных
20 чувствительных элементов, формирует электрические сигналы, и передает указанные сигналы в электронный модуль 36.
Информация с передающего датчика 12 может быть получена на месте с помощью дисплея 14. Дисплей 14 отображает информацию, относящуюся к перепаду АР давления и к температуре Т, с различным разрешением. Информация
25 с передающего датчика 12 также может быть получена дистанционно в диспетчерском зале 18. Передающий датчик 12 с целью передачи данных в диспетчерский зал 18 с разным разрешением выполнен с возможностью обмена информацией как в цифровой, так и в аналоговой системах управления. Передающий датчик 12 содержит встроенную электронную схему, дающую
30 электронному модулю 36 возможность обмениваться информацией в цифровом виде с диспетчерским залом 18 по беспроводной или проводной сети. В различных вариантах осуществления изобретения передающий датчик 12 параметра технологического процесса выполнен с возможностью осуществлять связь с использованием сетевых протоколов HART(r), WirelessHART(r) или FOUNDATION(tm)
35 Fieldbus. Указанные цифровые протоколы связи дают возможность передавать
данные о множестве параметров технологического процесса из передающего датчика 12 в диспетчерский зал 18 с полным разрешением.
Рабочая станция 22 также обеспечивает для диспетчерского зала 18 возможность принимать данные из передающего датчика 12 параметра 5 технологического процесса и передавать данные в датчик 12 с использованием аналогового контура 20 управления. В одном варианте осуществления датчик 12 представляет собой двухпроводной датчик, рассчитанный на использование в контуре 4-20 мА. Рабочая станция 22 содержит компоненты для управления датчиком 12 и для обработки относящегося к параметрам АР и Т сигнала из контура
10 управления, например цифровой процессор, видеодисплей и клавиатуру. Использующий варьируемую многодиапазонность электронный модуль 36 содержит электронную схему, с целью передачи данных с непостоянным разрешением выполненную с возможностью непропорционально отображать диапазон измеряемого датчиком параметра технологического процесса на шкалу
15 передаваемого аналогового сигнала.
На фиг. 2 схематично показан один из вариантов осуществления передающего датчика 12 давления, воспринимающего модуля 34 и электронного модуля 36. Воспринимающий модуль 34 содержит корпус 52 и основание 54, в которых размещены плата 56 датчиков, чувствительный элемент 58,
20 воспринимающий перепад давления, изолирующие трубки 60А и 60В и изолирующие диафрагмы 62А и 62В. Электронный модуль 36 содержит корпус 64, крышку 66, крышку 68 дисплея, выходной интерфейс 70 и электронный блок 72. Воспринимающий модуль 34 также содержит чувствительные элементы 74А и 74В, воспринимающие абсолютное давление, и чувствительный элемент 75,
25 воспринимающий температуру. Давления Pi и Р2 создаются с каждой из сторон первичного преобразователя 40 в трубопроводе 16. Вычитанием Р-t из Р2 определяют АР (фиг. 1).
Основание 54 воспринимающего модуля 34 соединено с фланцем 24 (фиг. 1) посредством, например, резьбовых крепежных элементов. Плата 56 датчиков и
30 чувствительный элемент 58 установлены в корпусе 52 воспринимающего модуля 34. Корпус 52 воспринимающего модуля 34 соединяется с корпусом 64 электронного модуля 36 посредством, например, резьбового соединения. Аналогично, крышки 66 и 68 соединены с корпусом 64 посредством резьбовых соединений, образующих с целью предотвращения выхода пламени за пределы корпуса 64 огнезащитное
35 уплотнение известного уровня техники. Таким образом, крышки 66 и 68 соединены с
корпусом 64 с возможностью снятия. Выходной интерфейс 70 и электронный блок 72 закреплены на корпусе 64 в электронном модуле 36 передающего датчика.
В показанном варианте осуществления в чувствительном элементе 58, воспринимающем перепад давления, использован емкостный преобразователь 5 перепада давления, содержащий чувствительную диафрагму, расположенную между двумя электродными пластинами. В одном из вариантов осуществления чувствительный элемент 58 использует преобразователь с металлической чувствительной диафрагмой, описанный в патенте США № 6,295,875 (Frick с соавт.), права на который принадлежат компании Rosemount Inc., Eden Prairie, MN.
10 Чувствительный элемент 58 соединен с основанием 54 через изолирующие трубки 60А и 60В, в которых находится заполняющая гидравлическая текучая среда. Изолирующие диафрагмы 62А и 62В отделяют заполняющую текучую среду, находящуюся в изолирующих трубках 60А и 60В, от рабочей текучей среды F, создающей давления Р-t и Р2. Физические изменения давлений Р-t и Р2 рабочей
15 текучей среды F передаются через изолирующие диафрагмы 62А и 62В в основании 54 и гидравлическую заполняющую текучую среду, находящуюся в изолирующих трубках 60А и 60В, и воспринимаются чувствительным элементом 58 как перепад АР давления.
В описанном варианте осуществления чувствительные элементы 74А и 74В,
20 воспринимающие абсолютное давление, содержат емкостные преобразователи абсолютного давления. В одном из вариантов осуществления чувствительные элементы 74А и 74В содержат емкостные преобразователи давления, как описано в патенте США № 6,484,585 (Sittler с соавт.) и ряде родственных заявок (права на указанные патент и заявки принадлежат компании Rosemount Inc., Eden Prairie, MN).
25 В таких преобразователях используются хрупкие чувствительные материалы с высокой прочностью на сжатие, например, сапфир. Чувствительные элементы 74А и 74В воспринимают давление Р-t и Р2 текучей среды, заполняющей изолирующие трубки 60А и 60В, соответственно. Для формирования сигнала, соответствующего перепаду АР давления, могут сравниваться между собой давления,
30 воспринимаемые каждым из чувствительных элементов 74А и 74В; указанный сигнал может быть использован вместо сигнала перепада АР давления, воспринимаемого датчиком 58, или для сравнения с указанным сигналом.
Чувствительные элементы 58, 74А и 74В вместе образуют воспринимающую систему, содержащую преобразователь перепада давления с одним
35 чувствительным элементом и преобразователь абсолютного давления с несколькими чувствительными элементами. Однако в других вариантах
осуществления изобретения указанная система чувствительных элементов может содержать только датчик с одним чувствительным элементом, что рассматривается ниже. Чувствительный элемент 58, воспринимающий перепад давления, и чувствительные элементы 74А и 74В, воспринимающие абсолютное давление, 5 находятся в электронной связи с платой 56 датчиков. Плата 56 датчиков находится в электронной связи с электронным блоком 72 через кабель 76 датчиков. Электронный блок 72 передающего датчика находится в электронной связи с выходным интерфейсом 70 через кабель 78 электронного блока. Посредством выходного интерфейса 70 передающий датчик 12 соединяется с проводами контура
10 20 управления. Как более подробно описано со ссылкой на фиг. 4, электронный блок 72 передающего датчика преобразует выходной сигнал каждого из чувствительных элементов 58 и 74А и 74В с целью управления выходным интерфейсом 70 таким образом, чтобы формировался аналоговый выходной сигнал, совместимый с аналоговым контуром 20 управления. В других вариантах
15 осуществления настоящего изобретения такой же результат достигается при ином распределении функций между электронным блоком 72, платой 56 датчиков и выходным интерфейсом 70.
Чувствительный элемент 58 с высокой точностью измеряет небольшие перепады давления. Датчики 74А и 74В с высокой точностью измеряют абсолютные
20 давления. Чувствительный элемент 58 непосредственно измеряет перепад между давлениями Pi и Р2. Чувствительные элементы 74А и 74В непосредственно измеряют, соответственно, давления Pi и Р2. Разность сигналов чувствительных элементов 74А и 74В используется для измерения больших перепадов давления. Таким образом, чувствительные элементы 58, 74А и 74В могут использоваться для
25 измерения давления и перепадов давления в широком спектре ситуаций.
В одном из вариантов осуществления чувствительный элемент 58, воспринимающий перепад давления, имеет рабочий диапазон от нуля до 9 фунтов/кв. дюйм (~62.1 кПа [килопаскалей]), а чувствительные элементы 74А и 74В, воспринимающие давление, имеют рабочие диапазоны от нуля до
30 5000 фунтов/кв. дюйм (-34.5 МПа [мегапаскалей]). Таким образом, например, чувствительный элемент 58 пригоден для измерения перепадов давления (P-i - Р2) в диапазоне от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (~62.1 кПа) независимо от давления в трубопроводе. Например, перепад давления равен 9 фунтов/кв. дюйм (~62.1 кПа) и когда Pi равно 9 фунтов/кв. дюйм (~62.1 кПа), а Р2 равно нулю, и когда Р-t равно
35 1009 фунтов/кв. дюйм (6,96 МПа), а Р2 равно 1000 фунтов/кв. дюйм (-6,89 МПа). Чувствительные элементы 74А и 74В, воспринимающие абсолютное давление,
пригодны для измерения давлений, не превосходящих 5000 фунтов/кв. дюйм (~34,5 МПа). Чувствительные элементы 74А и 74В измеряют давления Pi и Р2, по которым можно вычислить перепад давления (Pi - Р2).
В трубопроводе 16 при функционировании системы 10 возможны очень 5 высокие перепады АР давления. В пределах штатного диапазона течение в трубопроводе 16 создает лишь небольшие перепады давления, например, от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа). Однако в процессе эксплуатации трубопровод 16 иногда выходит из штатного диапазона и попадает в расширенный диапазон, в котором течение в трубопроводе 16 создает более значительные перепады
10 давления, например, от 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа) до 36 фунтов/кв. дюйм (~248,2 кПа). Иногда вследствие непредвиденных обстоятельств, не связанных с течением, давление может выйти за пределы расширенного диапазона и попасть в нештатный диапазон, в котором в трубопроводе 16 имеют место еще более высокие перепады давления, например, от 36 фунтов/кв. дюйм (~248,2 кПа) до
15 1000 фунтов/кв. дюйм (-6,89 МПа). Таким образом, для наблюдения за технологическим процессом в штатном режиме работы оператору необходимо отслеживать лишь перепад давления, изменяющийся в представляющей интерес небольшой области, а не во всем диапазоне возможных перепадов давления. Для наблюдения за технологическим процессом вне штатного режима работы
20 становится необходимым контроль перепада давления не только в указанной небольшой области штатного диапазона, но и в расширенном и нештатном диапазонах.
Например, в расширенном диапазоне поток большой интенсивности создает необычно высокие перепады давления, которые, как правило, превышают перепады
25 давления, имеющие место в штатном диапазоне, не более, чем примерно в четыре раза. В рассматриваемом варианте осуществления расширенный диапазон перепадов давления простирается от приблизительно 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа) до приблизительно 36 фунтов/кв. дюйм (~248,2 кПа). Перепад давления попадает в расширенный диапазон нечасто, например, при пуске производственного объекта;
30 такие перепады находятся за пределами области, которая представляет наибольший интерес при обычном протекании технологического процесса. Аномальный ход технологического процесса, например, засорение измерительного отвода или случайное закрытие вентиля разветвителя 26 (фиг. 1), может вызвать попадающий в нештатный диапазон очень большой, обычно не встречающийся
35 перепад давления, и таким образом вывести данный технологический параметр за пределы области, обычно представляющей интерес. В рассматриваемом варианте
осуществления нештатный диапазон простирается от приблизительно 36 фунтов/кв. дюйм (~248,2 кПа) до приблизительно 1000 фунтов/кв. дюйм (-6,89 МПа).
Чувствительный элемент 58, воспринимающий перепад давления, 5 обеспечивает точное измерение в небольшом диапазоне перепадов давления. Поэтому чувствительный элемент 58, как правило, настраивают на восприятие перепадов давления, находящихся в штатном диапазоне, то есть в представляющей наибольший интерес области изменения параметра технологического процесса. Однако чувствительный элемент 58 не может быть использован, когда
10 воспринимаемый перепад давления выходит за пределы указанного диапазона. В этом конкретном примере, если разность между давлениями Р-t и Р2 превосходит 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа), выход чувствительного элемента 58 насыщается. Таким образом, оператор технологического процесса, контролирующий выходной сигнал передающего датчика 12, не сможет обнаружить переход технологического
15 процесса в расширенный диапазон только по выходному сигналу чувствительного элемента 58. В то же время чувствительные элементы 74А и 74В, воспринимающие абсолютное давление, имеют высокую стабильность и обеспечивают передающему датчику 12 возможность воспринимать значения технологического параметра, лежащие за пределами штатного диапазона. Чувствительные элементы 74А и 74В
20 выполнены с возможностью воспринимать давления Pi и Р2 во всем диапазоне значений, содержащем штатный диапазон, расширенный диапазон и нештатный диапазон. Чувствительные элементы 74А и 74В обеспечивают передающему датчику 12 возможность воспринимать значения технологического параметра, лежащие за пределами штатного диапазона, путем использования измеренных
25 давлений Pi и Р2 для вычисления перепада АР давления. Таким образом повышается величина перепада давления, при достижении которой наступает насыщение передающего датчика 12, либо это насыщение устраняется.
Электронный блок 72 передающего датчика использует способы варьируемой многодиапазонности для отображения шкалы аналогового сигнала от
30 4 мА до 20 мА на штатный диапазон, расширенный диапазон и нештатный диапазон давлений с целью передачи данных через контур 20 управления, что описывается со ссылкой на фиг. ЗА - ЗС. Конкретные положения точек, в которых происходит смена шкалы между штатным диапазоном, расширенным диапазоном и нештатным диапазоном давления, зависят от разрешения, требуемого в каждом из диапазонов.
35 На фиг. ЗА показана схема, на которой штатный диапазон давлений и
расширенный диапазон давлений непропорционально отображаются на шкалу
передаваемого аналогового сигнала. В данном варианте осуществления изобретения передающий датчик 12 выполнен с возможностью обеспечивать высокое разрешение в штатном диапазоне и более низкое разрешение в расширенном диапазоне. Такой вариант является предпочтительным, если 5 требуется получать подробную информацию в штатном диапазоне и иметь по меньшей мере представление о происходящем в расширенном диапазоне, а нештатный диапазон интереса не представляет.
В соответствии с данным вариантом осуществления, перепады АР давления из штатного диапазона от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа) отображаются на
10 первые двенадцать миллиамперов (4-16 мА) выходного сигнала. При этом разрешение для штатного диапазона составляет приблизительно 0,75 фунтов/кв. дюйм на миллиампер (~5,2 кПа/мА). Перепады АР давления из расширенного диапазона от 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа) до 36 фунтов/кв. дюйм (-248,2 кПа) отображаются на последние четыре миллиампера (16-20 мА). При этом
15 разрешение для расширенного диапазона составляет приблизительно 6,75 фунтов/кв. дюйм на миллиампер (~46,5 кПа/мА). Электронный блок 72 управляет формированием сигнала в интервале от 4 мА до 16 мА, соответствующем штатному диапазону от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (~62.1 кПа), и сигнала в интервале от 16 мА до 20 мА, соответствующем расширенному диапазону
20 от 9 фунтов/кв. дюйм (-62,1 кПа) до 36 фунтов/кв. дюйм (-248,2 кПа). Линейно отображенный сигнал формируется как для штатного диапазона, так и для расширенного диапазона.
На фиг. ЗВ показана схема, на которой штатный диапазон давлений и нештатный диапазон давлений, в состав которого входит также и расширенный
25 диапазон давлений, непропорционально отображаются на шкалу передаваемого аналогового сигнала. В данном варианте осуществления изобретения передающий датчик 12 выполнен с возможностью обеспечивать высокое разрешение в штатном диапазоне и более низкое разрешение в нештатном диапазоне. Такой вариант является предпочтительным, если требуется получать подробную информацию в
30 штатном диапазоне и иметь по меньшей мере представление о происходящем в нештатном диапазоне, в состав которого входит и расширенный диапазон.
Перепады АР давления из штатного диапазона от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (-62.1 кПа) отображаются на первые четырнадцать миллиамперов (4-18 мА) выходного сигнала. При этом разрешение для штатного диапазона составляет
35 приблизительно 0,64 фунта/кв. дюйм на миллиампер (-4,4 кПа/мА). Расширенный и нештатный диапазон перепадов АР давления от 9 фунтов/кв. дюйм (-62,1 кПа) до
1000 фунтов/кв. дюйм (~6,89 МПа) отображаются на последние два миллиампера (18-20 мА). При этом разрешение для данного диапазона составляет приблизительно 495,5 фунтов/кв. дюйм на миллиампер (~3,4 МПа/мА). Электронный блок 72 управляет формированием сигнала в интервале от 4 мА до 18 мА, 5 соответствующем штатному диапазону от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа), и в интервале от 18 мА до 20 мА, соответствующем объединенным расширенному и нештатному диапазонам от 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа) до 1000 фунтов/кв. дюйм (-6,89 МПа). Линейно отображенный сигнал формируется как для штатного диапазона, так и для расширенного и нештатного диапазона.
10 На фиг. ЗС показана схема, на которой штатный диапазон, расширенный
диапазон и нештатный диапазон давлений непропорционально отображаются на шкалу передаваемого аналогового сигнала. В данном варианте осуществления изобретения передающий датчик 12 выполнен с возможностью обеспечивать высокое разрешение в штатном диапазоне, более низкое разрешение в
15 расширенном диапазоне и еще более низкое разрешение в нештатном диапазоне. Такой вариант является предпочтительным, если требуется получать подробную информацию в штатном диапазоне, информацию с некоторой степенью подробности в расширенном диапазоне, и по меньшей мере представление о происходящем в нештатном диапазоне.
20 Перепады АР давления из штатного диапазона от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм
(-62.1 кПа) отображаются на первые двенадцать миллиамперов (4-16 мА) выходного сигнала. При этом разрешение для штатного диапазона составляет приблизительно 0,75 фунтов/кв. дюйм на миллиампер (~5,2 кПа/мА). Перепады АР давления из расширенного диапазона от 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа) до
25 36 фунтов/кв. дюйм (~248,2 кПа) отображаются на следующие два миллиампера (16-18 мА). При этом разрешение для расширенного диапазона составляет приблизительно 13,5 фунтов/кв. дюйм на миллиампер (~93,1 кПа/мА). Перепады АР давления из нештатного диапазона от 36 фунтов/кв. дюйм (-248,2 кПа) до 1000 фунтов/кв. дюйм (~6,89 МПа) отображаются на последние два миллиампера
30 (18-20 мА). Таким образом, разрешение для нештатного диапазона составляет приблизительно 482 фунтов/кв. дюйм на миллиампер (~3,32 МПа/мА). Электронный блок 72 управляет формированием сигнала в интервале от 4 мА до 16 мА, соответствующем штатному диапазону от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (~62.1 кПа), сигнала в интервале от 16 мА до 18 мА, соответствующем расширенному диапазону
35 от 9 фунтов/кв. дюйм (-62,1 кПа) до 36 фунтов/кв. дюйм (-248,2 кПа), и сигнала в интервале от 18 мА до 20 мА, соответствующем нештатному диапазону от
36 фунтов/кв. дюйм (-248,2 кПа) до 1000 фунтов/кв. дюйм (-6,89 МПа). Линейно отображенный сигнал формируется для штатного диапазона, расширенного диапазона и нештатного диапазона.
В зависимости от конкретных задач в системе управления технологическим 5 процессом могут использоваться различные аналоговые сигналы с различными разрешениями. Аналоговый сигнал может быть разделен на штатный, расширенный и нештатный диапазоны, в каждом из которых может быть задано индивидуальное разрешение сигнала. Как показано выше, в штатном диапазоне может быть использовано более высокое разрешение, в результате чего небольшие изменения
10 параметра технологического процесса порождают, по сравнению с расширенным диапазоном и нештатным диапазоном, большие изменения в выходном сигнале. Соответственно, даже небольшие изменения в технологическом процессе легко распознаются по изменениям выходного сигнала. Кроме того, внутри каждого диапазона может быть несколько разрешений. Точка перегиба между разрешениями
15 может находиться у верхней границы диапазона чувствительного элемента либо в пределах диапазона чувствительного элемента. Например, верхняя граница нештатного диапазона может быть установлена в любой точке ниже верхней границы диапазона чувствительного элемента, воспринимающего давление, имеющего самый высокий предел измерения, в то же время чувствительный
20 элемент с самым низким пределом измерения может быть использован для штатного диапазона. Как вариант, выходной сигнал одного чувствительного элемента может быть разбит на области различного разрешения для сигналов штатного, расширенного и нештатного диапазонов. Точки перегиба могут задаваться при конкретных значениях измеряемого давления либо при конкретных значениях
25 тока, выступающего в качестве выходного сигнала. Выбор размещения точек перегиба и выбора чувствительного элемента, сигнал которого используется для формирования каждого диапазона в зависимости от технических возможностей использованных чувствительных элементов, неограничен. Электронный блок 72 передающего датчика управляет выходным интерфейсом 70 (фиг. 2) с целью
30 формирования передаваемого по контуру 20 управления в рабочую станцию 22 аналогового выходного сигнала, имеющего различное разрешение для каждого диапазона перепада АР давления. Электронный блок 72 (фиг. 2) содержит программу, выполненную с возможностью осуществления способов варьируемой многодиапазонности, в результате чего в диспетчерский зал 18 передается
35 объединенный выходной сигнал, имеющий два линейных участка, три линейных участка либо иную характеристику. Далее со ссылкой на фиг. 4 и 5 более подробно
рассматривается формирование аналоговых сигналов, предназначенных для передачи в диспетчерский зал 18, в варианте осуществления, показанном на фиг. ЗС.
На фиг. 4 показана функциональная схема формирования передающим 5 датчиком 12 передаваемого сигнала с использованием варьируемой многодиапазонности. Передающий датчик 12 через текучую среду соединен с трубопроводом 16 и электрически соединен с рабочей станцией 22. Передающий датчик 12 содержит дисплей 14, чувствительный элемент 58, воспринимающий перепад давления, чувствительные элементы 74А и 74В, воспринимающие
10 абсолютное давление, плату 56 датчиков, выходной интерфейс 70 и электронный блок 72, содержащий процессор 79 сигнала и контроллер 80. Чувствительный элемент 58, воспринимающий перепад давления, и чувствительные элементы 74А и 74В, воспринимающие абсолютное давление, соединены с источником давления в трубопроводе 16, например, через систему, содержащую заполняющую
15 гидравлическую текучую среду, и с платой 56 датчиков через соответствующие электрические соединения. Плата 56 датчиков подключена к электронной схеме 72 кабелем 76 (фиг. 2). Процессор 79 сигнала и контроллер 80 соединены последовательно с выходным интерфейсом 70 через кабель 78 (фиг. 2). Контроллер 80 также соединен с местным дисплеем 14. Выходной интерфейс 70 соединен с
20 рабочей станцией 22 диспетчерского зала 18 через контур 20 управления. Рабочая станция 22 содержит входной интерфейс 81 и анализатор 82. Анализатор 82 формирует выходные сигналы для системы управления, например, сигнал для модуля 84 управления технологическим процессом и сигнал для модуля 86 извещения о нештатной ситуации.
25 Выходной интерфейс 70 и входной интерфейс 81 замыкают контур
аналогового сигнала (тока lL в контуре) через контур 20 управления. Рабочая станция 22 обеспечивает передающий датчик 12 питанием. Источник 88 питания передающего датчика 12 обеспечивает стабилизированным питанием электронную схему передающего датчика 12. Контроллер 80 на основании соотношения между
30 давлением и током поддерживает в контуре необходимое значение тока. Электронный блок 72 использует способы варьируемой многодиапазонности настоящего изобретения. Таким образом, в контуре между передающим датчиком и входным интерфейсом 81 рабочей станции 22 протекает ток lL, значение которого задается контроллером 80 в диапазоне от 4 мА до 20 мА соответственно значению
35 перепада давления, воспринимаемому чувствительным элементом 58 или чувствительными элементами 74А и 74В.
В соответствии с данным вариантом осуществления, чувствительные элементы 58, 74А и 74В воспринимают давление в трубопроводе 16, изменяя свою емкость при изменении давлений Pi и Р2. Чувствительный элемент 58 изменяет свою емкость при изменении перепада между Р] и Р2 в интервале от 0 до 5 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа). Чувствительные элементы 74А и 74В изменяют свою емкость при изменении давлений Pi и Р2 соответственно между 0 и 5000 фунтов/кв. дюйм (~34,5 МПа). Формируется первый аналоговый сигнал, соответствующий перепаду давления от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа), воспринимаемому чувствительным элементом 58. Также формируется второй
10 аналоговый сигнал, соответствующий вычисленному перепаду давления, равному Pi минус Р2. Кроме того, на плате 56 датчиков также размещен чувствительный элемент 75, воспринимающий температуру, и формируется сигнал температуры, соответствующий температуре передающего датчика 12. Данная температура может использоваться для корректировки значений перепада давления,
15 вычисленных процессором 79 сигнала.
Процессор 79 сигнала, входящий в электронную схему 72 передающего датчика, принимает из платы 56 датчиков аналоговые выходные сигналы чувствительных элементов 58, 74А и 74В. Процессор 79 сигнала формирует представленные в цифровой форме сигналы чувствительных элементов,
20 являющиеся функцией измеренных емкостей. Процессор 79 сигнала также может выполнять и другие функции, например, аналого-цифровое преобразование, согласование и фильтрацию сигнала. Процессор 79 сигнала содержит преобразователи емкости в цифровой код или аналого-цифровые преобразователи для чувствительных элементов 58, 74А и 74В. В одном из вариантов осуществления
25 используются три преобразователя, по одному на каждый чувствительный элемент. В еще одном варианте осуществления добавлен мультиплексор и для всех чувствительных элементов используется один преобразователь. В еще одном варианте осуществления используются два преобразователя: один для чувствительного элемента 58, другой совместно используется для чувствительных
30 элементов 74А и 74В. В любом варианте осуществления процессор 79 сигнала формирует представленные в цифровой форме сигналы чувствительных элементов, пригодные для дальнейшей обработки.
Представленные в цифровой форме сигналы чувствительных элементов передаются в контроллер 80 электронного блока 72. Контроллер 80 содержит
35 микропроцессор и другие компоненты, например, запоминающее устройство. Используя сигнал, принимаемый из чувствительного элемента 75, контроллер 80
также вводит в каждый из представленных в цифровой форме сигналов поправку на изменение температуры в соответствии с известным уровнем техники. Представленные в цифровой форме сигналы чувствительных элементов из процессора 79 сигнала преобразуются контроллером 80 в представленные в 5 цифровой форме значения измеренных давлений, для чего используются, например, таблицы преобразования или формулы, хранимые в запоминающем устройстве и содержащие информацию, относящуюся к диапазонам изменения технологического параметра, рабочим диапазонам чувствительных элементов, характеристикам чувствительных элементов и т.п. Контроллер 80 передает в
10 дисплей 14 сигналы управления дисплеем с целью отображения измеренных значений давления непосредственно на дисплее 14 с любым требуемым разрешением. Соответственно, контроллер 80 выполнен с возможностью определять факт попадания значения воспринимаемого давления в штатный, расширенный или нештатный диапазон.
15 Контроллер 80 определяет, какой из представленных в цифровой форме
сигналов чувствительного элемента использовать для формирования измеренного значения давления, и соответствующее указанному значению давления значение тока 1|_ в контуре, передаваемого по контуру 20 управления выходным интерфейсом 70. Контроллер 80 выполнен с возможностью, управляя процессором 79 сигнала,
20 получать любой из представленных в цифровой форме сигналов чувствительного элемента или все указанные сигналы. В одном из вариантов осуществления в контроллере 80 запрограммировано конкретное значение порогового давления, при достижении которого вместо выходного сигнала чувствительного элемента 58 используются выходные сигналы чувствительных элементов 74А и 74В. Например, в
25 контроллере 80 запрограммирована информация, указывающая, что чувствительный элемент 58 может воспринимать только перепады АР давления, не превосходящие 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа). Контроллер 80 также выполнен с возможностью сравнивать перепад АР давления, определенный на основании сигнала чувствительного элемента 58, с перепадом АР давления, вычисленным на
30 основании сигналов чувствительных элементов 74А и 74В. Если вычисленный перепад давления находится в пределах штатного диапазона технологического процесса [ниже 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа)], то для формирования измеренного значения, передаваемого в форме тока lL, используется выходной сигнал перепада АР давления с чувствительного элемента 58. Если вычисленный перепад давления
35 находится за пределами штатного диапазона технологического процесса, то есть чувствительный элемент 58 не может функционировать должным образом, то
передается выходной сигнал, сформированный на основании перепада АР давления, вычисленного по сигналам чувствительных элементов 74А и 74В.
При переключении между выходными сигналами чувствительных элементов при достижении порогового уровня контроллер 80 может использовать различные 5 способы перехода и комбинирования. В одном из вариантов осуществления при достижении порогового уровня выполняется простая смена чувствительного элемента, сигнал которого используется, и передается 100% сигнала чувствительного элемента. В других вариантах осуществления изобретения при достижении значения, отстоящего от порогового уровня на заранее заданные
10 интервалы, выходные сигналы комбинируются. Например, пороговый уровень обычно совпадает с верхней границей диапазона чувствительного элемента 58 (~9 фунтов/кв. дюйм или ~62,1 кПа). В одном из вариантов комбинирования при давлении 8,8 фунтов/кв. дюйм (~60,7 кПа) используются 100% сигнала чувствительного элемента 58 и 0% сигналов чувствительных элементов 74А и 74В.
15 Далее используемые доли сигналов изменяются линейно, и при достижении давления 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа) используются 0% сигнала чувствительного элемента 58 и 100% сигналов чувствительных элементов 74А и 74В. В других вариантах могут использоваться более сложные способы комбинирования, например, описанные в ранее упомянутом патенте США № 6,047,244 (Rud, Jr).
20 Контроллер 80 содержит программу, предназначенную для выполнения
вычислений, связанных с осуществлением способов варьируемой многодиапазонности настоящего изобретения, с целью формирования аналогового управляющего сигнала для передачи по контуру 20 управления. Более конкретно, контроллер 80 определяет разрешение, с которым измеренные значения давления
25 отображаются на интервал от 4 мА до 20 мА изменения тока lL в контуре. Выполнив для получения значения измеренного давления определение измеренного давления, выбор чувствительного элемента, выходной сигнал которого будет использоваться, и принятие решения о том, использовать ли выходной сигнал чувствительного элемента непосредственно или с комбинированием, контроллер 80
30 определяет, в каком диапазоне, штатном, расширенном или нештатном, находится технологический процесс. Контроллер 80 имеет информацию (примеры которой показаны на фиг. ЗА-ЗС) об отображении диапазона изменения параметра технологического процесса на интервал изменения аналогового управляющего сигнала. Контроллер 80 определяет, к какой части шкалы от 4 мА до 20 мА должно
35 быть отнесено измеренное давление. Например, контроллер 80 может установить, что для давлений, находящихся в пределах штатного диапазона, потребуется ток lL
в контуре в интервале от 4 мА до 16 мА, как показано на фиг. ЗС. Для давлений, находящихся в пределах расширенного диапазона, потребуется ток lL в контуре в интервале от 16 мА до 18 мА, а для давлений, находящихся в пределах нештатного диапазона, потребуется ток lL в контуре в интервале от 18 мА до 20 мА, как показано 5 на фиг. ЗС.
Затем контроллер 80 отдает команду формирования соответствующего аналогового сигнала для тока lL в контуре. Выходной интерфейс 70 передает во входной интерфейс 81 рабочей станции 22 один выходной сигнал (ток lL в контуре) в интервале от 4 мА до 20 мА с точками перегиба при каждом изменении шкалы,
10 определяемом измеренным давлением. В одном из вариантов осуществления контроллер 80 для преобразования выбранного или сформированного цифрового сигнала давления в аналоговый сигнал, представленный током, использует цифро-аналоговый преобразователь.
Входной интерфейс 81 в рабочей станции 22 принимает сигнал в интервале
15 от 4 мА до 20 мА из контура 20 управления. Входной интерфейс 81 преобразует аналоговый сигнал в интервале от 4 мА до 20 мА, сформированный электронным блоком 72, в сигнал, соответствующий шкале инженерных единиц. В примере на фиг. ЗС ток 16 мА преобразуется в 75% шкалы инженерных единиц, 18 мА преобразуется в 87,5% шкалы инженерных единиц, а 20 мА преобразуется в 100%
20 шкалы инженерных единиц. Входной интерфейс 81 выполняет функцию, обратную функции выходного интерфейса 70 и формирует цифровой сигнал, который может быть преобразован в давление анализатором 82.
Анализатор 82 принимает значение в единицах инженерной шкалы и преобразует указанное значение в значение давления. Анализатор 82 имеет
25 информацию, относящуюся к способам варьируемой многодиапазонности, используемым электронным блоком передатчика 72, что дает возможность декодировать и отображать в формате, пригодном для практического использования, данные, передаваемые по контуру 20 управления из передающего датчика 12. Например, анализатор 82 содержит таблицы преобразования или
30 формулы, дающие возможность определить, какому значению перепада АР давления соответствует ток lL в контуре, принятый и преобразованный в инженерные единицы входным интерфейсом 81. Функции входного интерфейса 81 и анализатора 82 могут быть выполнены цифровой системой управления, например, показанной здесь рабочей станцией 22, или могут быть выполнены интерфейсом
35 программируемого логического контроллера (programmable logic controller, PLC).
Если значение давления находится в пределах штатного рабочего диапазона, то в модуле 84 управления технологическим процессом формируется сигнал управления технологическим процессом для управления системой 10. Например, в системе 10 управления технологическим процессом могут приводиться 5 в действие автоматизированные задвижки, клапаны, насосы и другие аналогичные компоненты с целью управления параметром технологического процесса или рабочей текучей средой. Если значение давления находится за пределами штатного диапазона в расширенном диапазоне, то в модуле 86 извещения о нештатной ситуации формируется извещение, предупреждающее операторов о необходимости
10 проведения диагностики системы 10. Например, рабочая станция 22 выполнена с возможностью формировать воспринимаемый на слух или визуально сигнал, если измеренное давление находится в расширенном диапазоне, что дает возможность при необходимости принять меры к устранению проблемы.
На фиг. 5 показан график, другим способом изображающий точки перегиба
15 между диапазонами технологического параметра в данном варианте осуществления при использовании отображения с тремя линейными участками для передающего датчика давления с несколькими чувствительными элементами. Выходной сигнал чувствительных элементов 58, 74А и 74В, воспринимающих давление, разбит на три диапазона технологического параметра: штатный, расширенный и нештатный.
20 Штатным является диапазон от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа). Расширенным является диапазон от 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа) до 36 фунтов/кв. дюйм (-248,2 кПа). Нештатным является диапазон от 36 фунтов/кв. дюйм (~ 248,2 кПа) до 1000 фунтов/кв. дюйм (~6,89 МПа). В каждом из диапазонов передающий датчик 12 задает индивидуальное разрешение выходного сигнала. Таким образом, ток lL в
25 контуре из передающего датчика 12 декодируется анализатором 82 как выходной сигнал с тремя линейными участками, показанный на фиг. 5. Фиг. 5 дает представление об информации, хранимой анализатором 82, которая дает возможность преобразовать протекающий ток lL в контуре (представленный в инженерных единицах) в давление.
30 Штатный диапазон от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа) отображается на
первые 75% шкалы тока lL в контуре. Чтобы можно было наблюдать небольшие изменения в технологическом процессе, в штатном диапазоне обеспечивается наивысшее разрешение. В результате операторы системы 10 управления имеют возможность более подробно видеть происходящее в пределах штатного диапазона
35 и более точно управлять технологическим процессом. Расширенный диапазон от 9 фунтов/кв. дюйм (-62,1 кПа) до 36 фунтов/кв. дюйм (-248,2 кПа) соответствует
следующим 12,5% шкалы тока lL в контуре. В расширенном диапазоне обеспечивается среднее разрешение, и оператору предоставляется развернутая характеристика выхода технологического процесса за пределы штатного диапазона. Указанное среднее разрешение достаточно для того, чтобы оператор смог 5 диагностировать проблему и вернуть технологический процесс в штатный диапазон. Высокое разрешение здесь не нужно, поскольку в расширенном диапазоне оператору не требуется управлять технологическим процессом. Нештатный диапазон давлений от 36 фунтов/кв. дюйм (~248,2 кПа) до 1000 фунтов/кв. дюйм (-6,89 МПа) соответствует последним 12,5% шкалы тока lL в контуре. В нештатном
10 диапазоне обеспечивается низкое разрешение, дающее возможность охватить весь рабочий диапазон технологического процесса, и, таким образом, оператор никогда не остается без информации о происходящем в технологическом процессе. В нештатном диапазоне точные данные не столь полезны, как простое извещение о том, что технологический процесс вышел на уровни, где требуется принятие мер.
15 Таким образом, передающий датчик 12 передает в рабочую станцию 22
аналоговый выходной сигнал с тремя линейными участками. Как указано выше, точки перегиба между участками, соответствующими штатному диапазону, расширенному диапазону и нештатному диапазону, запрограммированы в электронном блоке 72. Указанные точки перегиба могут быть заданы на основании
20 пороговых значений давления, как описано выше, или на основании пороговых значений тока. В одном из вариантов осуществления электронный блок передатчика 72 может быть выполнен с возможностью менять крутизну линейного участка при заранее определенном значении тока. Таким образом, в варианте осуществления, соответствующем фиг. ЗС, электронный блок 72 меняет крутизну для выходного
25 сигнала, когда выходным интерфейсом 70 сформирован сигнал 16 мА, учитывая, что данное значение тока соответствует измеренному давлению более 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа). Одновременно с этим электронный блок 72 также может переключаться на использование выходного сигнала другого чувствительного элемента, как, например, при вышеописанном переходе между штатным
30 диапазоном и расширенным диапазоном. Тем не менее, точки перегиба могут задаваться и в пределах диапазона выходного сигнала одного чувствительного элемента, например, при переходе между расширенным диапазоном и нештатным диапазоном, как описано в вышеприведенных вариантах осуществления.
Варьируемая многодиапазонность может применяться и к другим
35 воспринимающим системам, измеряющим несколько параметров. Например, варьируемая многодиапазонность может быть применена в передающем датчике
абсолютного давления, в котором для измерений в диапазоне О 30 фунтов/кв. дюйм (~206,8 кПа) используется тензометрический чувствительный элемент, а для измерений в расширенном диапазоне 0-5000 фунтов/кв. дюйм (-34,5 МПа) используется емкостный чувствительный элемент. В других вариантах 5 осуществления изобретения варьируемая многодиапазонность может использоваться как в передающих датчиках, воспринимающих только один технологический параметр, например, абсолютное давление, манометрическое давление, температуру, расход, уровень, так и в передающих датчиках, воспринимающих несколько технологических параметров, как описано со ссылкой 10 на фиг. 6 и 7.
На фиг. 6 показан график с точками перегиба между диапазонами изменения технологического параметра при использовании отображения с тремя линейными участками для датчика температуры с одним чувствительным элементом. В описываемом варианте осуществления чувствительный элемент, воспринимающий
15 температуру, имеет полный рабочий диапазон от приблизительно -100° С до приблизительно +300° С. В то же время у технологического процесса, контролируемого с использованием данного чувствительного элемента, штатный диапазон находится в интервале от приблизительно 0° С до приблизительно 50° С. Однако иногда температура в технологическом процессе может становиться более
20 низкой или более высокой, например, при выходе технологического процесса в расширенный режим или при возникновении в системе нештатной ситуации. С учетом этого с каждой стороны штатного диапазона предусмотрены расширенные диапазоны разной протяженности, а формируемый выходной сигнал имеет три линейных участка. Данные о температуре в каждом диапазоне принимаются из
25 одного и того же чувствительного элемента, воспринимающего температуру, но отображаются на шкалу передаваемого аналогового сигнала по-разному. В результате для штатного диапазона, где желательно иметь точную информацию, обеспечивается высокое разрешение. За пределами штатного диапазона обеспечивается более низкое разрешение, и в целом оператор имеет возможность
30 контролировать технологический процесс при всех режимах. Количество и положение точек перегиба, при которых разрешение меняется, может выбираться оператором и вводиться в электронную схему передатчика. Соответственно, электронную схему в диспетчерском зале программируют на декодирование выбранного отображения технологического параметра на аналоговый сигнал
35 управления.
На фиг. 7А, 7В и 7С показаны схемы, поясняющие точки перегиба между диапазонами технологического параметра при использовании отображения с тремя линейными участками для передающего датчика давления с одним чувствительным элементом. В примере на фиг. 7А устройство представляет собой передающий 5 датчик перепада давления с верхней границей диапазона 36 фунтов/кв. дюйм (-248,2 кПа). Штатным является диапазон от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (-62,1 кПа), но устройство может измерять расход при давлениях вплоть до верхней границы диапазона чувствительного элемента, 36 фунтов/кв. дюйм (~248,2 кПа). В данном случае 14 мА аналогового диапазона, от 4 мА до 18 мА, используются для штатного
10 диапазона от 0 до 9 фунтов/кв. дюйм (~62,1 кПа), а 2 мА аналогового диапазона, от 18 мА до 20 мА, используются для расширенного диапазона от 9 фунтов/кв. дюйм (-62,1 кПа) до 36 фунтов/кв. дюйм (-248,2 кПа).
В примере на фиг. 7В устройство представляет собой передающий датчик перепада давления с верхней границей диапазона 36 фунтов/кв. дюйм (~248,2 кПа).
15 В данном примере 1 мА аналогового диапазона, от 4 мА до 5 мА, используется для измерения реверсного расхода при давлениях от -36 фунтов/кв. дюйм (~ -248,2 кПа) до 0 фунтов/кв. дюйм. Следующие 14 мА аналогового диапазона, от 5 мА до 19 мА, используются для штатного расхода при давлении от 0 до 7,2 фунтов/кв. дюйм (~50 кПа). Последний 1 мА аналогового диапазона, от 19 мА до
20 20 мА, используется для расширенного диапазона от 7,2 (~50 кПа) до 36 фунтов/кв. дюйм (-248,2 кПа).
В примере на фиг. 7 С устройство представляет собой передающий датчик манометрического давления с верхней границей диапазона 800 фунтов/кв. дюйм (-5,5 МПа). В данном примере 0,5 мА аналогового диапазона, от 4 мА до 4,5 мА,
25 используется для измерения давления в вакуумной области, от -14,7 фунтов/кв. дюйм (~ -101,4кПа) до 0 фунтов/кв. дюйм. Следующие 15 мА аналогового диапазона, от 4,5 мА до 19,5 мА, используются для штатного диапазона давления от 0 до 100 фунтов/кв. дюйм (~689,5 кПа). Последние 0,5 мА аналогового диапазона, от 19,5 мА до 20 мА, используются для расширенного диапазона
30 давления от 100 фунтов/кв. дюйм (-689,5 кПа) до 800 фунтов/кв. дюйм (-5,5 МПа).
Настоящим изобретением предлагается простое решение для увеличения объема информации, получаемой от передающих датчиков параметра технологического процесса, использующих аналоговые контуры управления. Передающие датчики параметра технологического процесса могут содержать
35 аппаратуру и программы, выполненные с возможностью осуществления способов варьируемой многодиапазонности с целью предоставления данных с более
высоким разрешением. Возможность получения данных в расширенных диапазонах обеспечивается за счет лишь небольшой потери разрешения в штатных диапазонах. Настоящее изобретение допускает значительную гибкость в определении количества используемых линейных участков и точек перегиба. 5 Варьируемая многодиапазонность может легко использоваться в существующих системах управления, поскольку они уже рассчитаны на работу с аналоговыми контурами управления, например, с системами 4-20 мА. Варьируемая многодиапазонность более проста для понимания, чем другие возможные решения. Например, отсутствует необходимость использовать сложные операции с числами,
10 поскольку все выходные сигналы по-прежнему представлены линейной зависимостью. Кроме того, полный диапазон датчика давления по-прежнему представлен одним непрерывным множеством данных. Настоящее изобретение может быть осуществлено как дополнение к существующим передающим датчикам или как их усовершенствование.
15 Хотя настоящее изобретение описано здесь со ссылкой на примерные
варианты осуществления, специалистам в данной области техники понятно, что без выхода за пределы объема настоящего изобретения в нем могут быть сделаны разнообразные изменения и замены элементов их эквивалентами. Кроме того, без выхода за пределы существа настоящего изобретения может быть сделано много
20 модификаций, посредством которых достигается возможность применения принципов настоящего изобретения к конкретной ситуации или материалу. Соответственно, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено раскрытыми конкретными вариантами осуществления, а содержит все варианты осуществления, входящие в объем настоящего изобретения в соответствии с
25 прилагаемой формулой изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Передающий датчик параметра технологического процесса, содержащий
5 воспринимающую систему для восприятия параметра технологического
процесса в определенном диапазоне; и
электронную схему, соединенную с воспринимающей системой и выполненную с возможностью выдачи передаваемого аналогового сигнала, соответствующего указанному параметру технологического процесса в 10 определенной шкале,
причем с целью передачи параметра технологического процесса по аналоговому контуру управления электронная схема непропорционально отображает указанный диапазон на указанную шкалу.
2. Передающий датчик по п. 1, отличающийся тем, что электронная схема
15 содержит контроллер, который отображает указанный диапазон на указанную шкалу
посредством отображения, содержащего несколько линейных участков с различной крутизной.
3. Передающий датчик по п. 1, отличающийся тем, что непропорционально отображаемый диапазон содержит точку перегиба между первым линейным
20 отображением и вторым линейным отображением.
4. Передающий датчик по п. 3, отличающийся тем, что первое линейное отображение и второе линейное отображение имеют различную крутизну.
5. Передающий датчик по п. 3, отличающийся тем, что передаваемый аналоговый сигнал при первом линейном отображении и при втором линейном
25 отображении имеет различные разрешения.
6. Передающий датчик по п. 3, отличающийся тем, что первое линейное отображение занимает иную долю шкалы от 4 мА до 20 мА в сравнении со вторым линейным отображением.
7. Передающий датчик по п. 3, отличающийся тем, что воспринимающая
30 система содержит первый чувствительный элемент; и второй чувствительный
элемент.
8. Передающий датчик по п. 7, отличающийся тем, что первый
чувствительный элемент содержит преобразователь перепада давления; а второй
чувствительный элемент содержит пару преобразователей абсолютного давления.
35 9. Передающий датчик по п. 7, отличающийся тем, что выходной сигнал,
соответствующий параметру технологического процесса, воспринимаемому первым
чувствительным элементом, отображается посредством первого линейного
отображения, а выходной сигнал, соответствующий параметру технологического
процесса, воспринимаемому вторым чувствительным элементом, отображается
посредством второго линейного отображения.
5 10. Передающий датчик по п. 3, отличающийся тем, что первая точка
перегиба расположена в указанном диапазоне в месте перехода параметра технологического процесса в расширенный диапазон.
11. Передающий датчик по п. 10, отличающийся тем, что указанный диапазон
дополнительно содержит вторую точку перегиба; и третье линейное отображение.
10 12. Передающий датчик по п. 11, отличающийся тем, что вторая точка
перегиба расположена в указанном диапазоне в месте перехода параметра технологического процесса в нештатный диапазон.
13. Способ передачи данных датчика в виде аналогового выходного сигнала,
приведенного к определенной шкале, включающий:
15 восприятие параметра технологического процесса воспринимающей
системой, диапазон восприятия которой охватывает штатный диапазон технологического процесса и расширенный диапазон технологического процесса;
негладкое отображение штатного диапазона технологического процесса и расширенного диапазона технологического процесса на шкалу передаваемого 20 аналогового сигнала;
передачу данных датчика, относящихся к штатному диапазону
технологического процесса, по аналоговому контуру связи с первым разрешением; и
передачу данных датчика, относящихся к расширенному диапазону
технологического процесса, по аналоговому контуру связи со вторым разрешением.
25 14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что шаг негладкого отображения
штатного диапазона технологического процесса и расширенного диапазона технологического процесса включает:
установление первой линейной взаимосвязи между штатным диапазоном технологического процесса и первым участком шкалы передаваемого аналогового 30 сигнала; и
установление второй линейной взаимосвязи между расширенным диапазоном и вторым участком шкалы передаваемого аналогового сигнала.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что шаг восприятия параметра
технологического процесса воспринимающей системой включает:
35 восприятие параметра технологического процесса в штатном диапазоне
технологического процесса первым чувствительным элементом; и
восприятие параметра технологического процесса в расширенном диапазоне технологического процесса вторым чувствительным элементом.
16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что шкала передаваемого аналогового сигнала содержит интервал тока от 4 мА до 20 мА, а первый участок
5 отображается на более протяженную часть интервала тока от 4 мА до 20 мА по сравнению со вторым участком.
17. Способ по п. 13, отличающийся тем, что воспринимающая система имеет диапазон восприятия, охватывающий нештатный диапазон.
18. Передающий датчик параметра технологического процесса, выполненный
10 с возможностью восприятия параметра технологического процесса в рабочем
диапазоне технологического процесса, содержащем штатный диапазон технологического процесса и расширенный диапазон технологического процесса, содержащий
воспринимающую систему, воспринимающую параметр технологического 15 процесса в определенном диапазоне восприятия и формирующую сигнал чувствительного элемента, в рабочем диапазоне технологического процесса являющийся функцией указанного параметра технологического процесса;
электронную схему, соединенную с воспринимающей системой и выполненную с возможностью выдачи приведенного к определенной шкале 20 аналогового передаваемого сигнала, основанного на сигнале чувствительного элемента, содержащую контроллер, нелинейно отображающий сигнал чувствительного элемента на указанную шкалу с целью передачи данных о параметре технологического процесса.
19. Передающий датчик по п. 18 отличающийся тем, что контроллер
25 устанавливает первую линейную взаимосвязь между штатным рабочим диапазоном
и первым участком аналогового передаваемого сигнала, приведенного к определенной шкале, и вторую линейную взаимосвязь между расширенным рабочим диапазоном и вторым участком аналогового передаваемого сигнала, приведенного к определенной шкале, причем первый участок занимает большую 30 часть шкалы передаваемого аналогового сигнала по сравнению со вторым участком.
20. Передающий датчик по п. 18, отличающийся тем, что дополнительно
содержит электронное устройство, располагаемое в диспетчерском зале на
удалении от указанного датчика, предназначенное для преобразования аналогового
35 передаваемого сигнала, приведенного к определенной шкале, в значение параметра технологического процесса.
H ' EC
2 ч м
о н я
-е-
OS 2 с
2 -
Ч o^
M CN
CN SO
О т ns
3 +
о о,
В о сЗ Он
я ч за
Й н
а о
<
2 оо
о -
н S
я "
. ^ 2
¦в4 Ct OS
00 SO
1Q S ^ -I 2 *
,3 я
в я
Рч & С
Я сЗ
a s
3 ч
ей Рн
2 оо
<
О 2 н 'S
и 2
> -.
о о>
> я С
зя 13 к
<и
о оЗ Он 2 о
<
S5 I
0 "
о 2
Р Ж
.я 2
¦ Р 5S
-в4 и
OS Й
Os CN
9- R
оЗ Рн
<
"л OS 1
3 я
эЯ 3 я
3 с
оз ^ Он ^
cj s
- о "
ч: as
и -
so я Я
Я оз <=> - ?
'Я И
с--
¦SIS
