專利名稱：具有可縮放的可調(diào)范圍的變送器輸出的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)過(guò)程變送器的輸出。更具體地，本發(fā)明涉及利用模擬信號(hào)進(jìn)行通信的變送器。
背景技術(shù)：
過(guò)程儀表用于監(jiān)視過(guò)程變量，例如在工業(yè)過(guò)程中使用的過(guò)程流體的壓力、溫度、流量及水位。例如，在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施中，一般在多個(gè)位置處采用過(guò)程變送器來(lái)監(jiān)視沿各條生產(chǎn)線的多個(gè)過(guò)程變量。過(guò)程變送器包括傳感器，用于響應(yīng)于過(guò)程中的物理變化而產(chǎn)生電信號(hào)。 例如，壓力變送器包括壓力換能器，用于根據(jù)(例如供水管道、化學(xué)槽等中的)過(guò)程流體的壓力產(chǎn)生電信號(hào)。壓力變送器一般還包括變送器電子器件，用于接收并處理傳感器信號(hào)，以便能夠遠(yuǎn)程監(jiān)視變送器和過(guò)程。被遠(yuǎn)程監(jiān)視的變送器包括用于通過(guò)控制回路或網(wǎng)絡(luò)將電輸出傳送至諸如控制室之類的中央監(jiān)視位置的電子器件。在這樣的配置下，可以通過(guò)在過(guò)程控制系統(tǒng)和控制回路中包括自動(dòng)開(kāi)關(guān)、閥門(mén)、泵及其他類似元件而從控制室調(diào)節(jié)該過(guò)程。變送器技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)迅速增加了變送器能夠產(chǎn)生的信息量。具體地，變送器可以配備有多個(gè)傳感器，用于測(cè)量多個(gè)過(guò)程變量輸入或單個(gè)過(guò)程變量的更寬的范圍。例如， 變送器可以配備有多個(gè)如Broden等人的美國(guó)專利No. 5，495，769、Rud, Jr.等人的美國(guó)專利No. 6，047，244、以及Schulte等人的美國(guó)專利No. 7，467，555中所描述的壓力傳感器，以上所有專利都被轉(zhuǎn)讓給了明尼蘇達(dá)州Eden Prairie市的Rosemount公司。類似地，通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了允許在變送器與控制室之間傳送更多信息和數(shù)據(jù)。例如，諸如HART或 F0UNDATI0NTM現(xiàn)場(chǎng)總線之類的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)協(xié)議允許通過(guò)公共數(shù)字通信總線傳送來(lái)自多個(gè)傳感器和多個(gè)變送器的數(shù)據(jù)。許多現(xiàn)有的控制系統(tǒng)被配置為使用模擬控制回路進(jìn)行操作。許多用戶喜歡數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)，但不能調(diào)整升級(jí)設(shè)備和培訓(xùn)員工的成本。典型的模擬控制回路在變送器與控制室之間采取4mA到20mA信號(hào)形式傳送表示測(cè)量到的過(guò)程變量的輸出。對(duì)于具有寬測(cè)距傳感器或雙范圍傳感器的變送器，例如在先前所提及的Rud，Jr.的專利中所描述的變送器， 傳感器的整個(gè)測(cè)量范圍沿著模擬信號(hào)均衡地分布。這減小了沿整個(gè)信號(hào)上的變送器輸出的分辨率，使得傳感器范圍內(nèi)的特定的令人感興趣區(qū)域中的可用信息變少。因此，需要增大先進(jìn)變送器與模擬控制回路的兼容性。具體地，需要從操作于模擬控制回路上的變送器獲得更多fe息
發(fā)明內(nèi)容
CN 102376154 A
說(shuō)明書(shū)
2/10 頁(yè) 本發(fā)明涉及模擬輸出信號(hào)，所述模擬輸出信號(hào)表示工業(yè)過(guò)程變送器所產(chǎn)生的測(cè)量到的過(guò)程變量。一種工業(yè)過(guò)程變送器包括感測(cè)系統(tǒng)和變送器電子器件。感測(cè)系統(tǒng)感測(cè)某一范圍上的過(guò)程變量。變送器電子器件與感測(cè)系統(tǒng)相連，并產(chǎn)生刻度化的模擬通信信號(hào)。通過(guò)模擬控制回路傳送該過(guò)程變量的變送器電子器件不按刻度(scale)均勻分布所述范圍。


圖1示出了過(guò)程控制系統(tǒng)，該過(guò)程控制系統(tǒng)具有與過(guò)程流體源和控制室相連的過(guò)程變送器。圖2是圖1的過(guò)程變送器的示意側(cè)視圖，示出了通過(guò)利用可縮放的(scalable)可調(diào)范圍的通信協(xié)議進(jìn)行操作的變送器電子器件。圖3A示出了過(guò)程條件的正常范圍和擴(kuò)展范圍被不均勻地分布在模擬通信信號(hào)刻度上的圖。圖;3B示出了過(guò)程條件的正常范圍和異常范圍被不均勻地分布在模擬通信信號(hào)刻度上的圖。圖3C示出了過(guò)程條件的正常范圍、擴(kuò)展范圍和異常范圍被不均勻地分布在模擬通信信號(hào)刻度上的圖。圖4是示出了對(duì)具有可縮放的可調(diào)范圍的變送器信號(hào)的處理的框圖。圖5示出了對(duì)在針對(duì)多傳感器壓力變送器的三段線性(tri-linearly)分布的過(guò)程條件范圍之間的拐點(diǎn)進(jìn)行示意的曲線圖。圖6示出了對(duì)在針對(duì)單傳感器壓力變送器的三段線性分布的過(guò)程條件范圍之間的拐點(diǎn)進(jìn)行示意的曲線圖。圖7A示出了對(duì)針對(duì)單個(gè)傳感器壓力變送器的雙段線性拐點(diǎn)進(jìn)行示意的圖。圖7B示出了對(duì)針對(duì)包括反向范圍的單個(gè)傳感器壓力變送器的三段線性拐點(diǎn)進(jìn)行示意的圖。圖7C示出了對(duì)針對(duì)包括真空范圍的單個(gè)傳感器壓力變送器的三段線性拐點(diǎn)進(jìn)行示意的圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了本發(fā)明的過(guò)程控制系統(tǒng)10，過(guò)程控制系統(tǒng)10具有過(guò)程變送器12，過(guò)程變送器12使用具有可縮放的可調(diào)范圍的通信協(xié)議。過(guò)程控制系統(tǒng)10包括過(guò)程變送器12、 儀表顯示器14、管道16和控制室18?？刂剖?8利用控制回路20連接到變送器20，并且包括工作臺(tái)22。工作臺(tái)22包括用于與變送器12接口的多個(gè)組件，例如電源和通信接口。 過(guò)程變送器12與諸如管道16之類的過(guò)程源相連，以利用各種過(guò)程變量傳感器來(lái)產(chǎn)生與過(guò)程流體F的過(guò)程變量(例如差壓Δ P和溫度T)相關(guān)的信號(hào)。過(guò)程變送器12可以包括多個(gè)壓力傳感器，壓力傳感器提供不同范圍上的壓力讀取。類似地，過(guò)程變送器12可以包括溫度傳感器，溫度傳感器提供寬范圍上的溫度讀取。針對(duì)每個(gè)傳感器的輸出范圍，校準(zhǔn)變送器 12。利用本發(fā)明的可縮放的可調(diào)范圍技術(shù)，變送器12能夠針對(duì)過(guò)程變量，通過(guò)模擬控制回路傳送具有變化的分辨率等級(jí)的數(shù)據(jù)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，過(guò)程變送器12利用過(guò)程凸緣對(duì)、歧管(manifold) 26和脈沖管道
530耦合至管道16，過(guò)程流體F流經(jīng)管道16。過(guò)程變送器12包括傳感器模塊34和傳感器電子器件模塊36。過(guò)程凸緣M將變送器12連接至歧管沈，這使得變送器12與過(guò)程流體F 隔離，以進(jìn)行校準(zhǔn)、測(cè)試和維護(hù)等。差壓△ P是由基本元件40在過(guò)程流體F的流內(nèi)產(chǎn)生的， 在所示出的實(shí)施例中，基本元件40包括孔板?？装灏ㄆ渲睆叫∮诠艿?6的直徑的孔，用以產(chǎn)生限流。將孔板40的任一側(cè)上的相對(duì)高的壓力和相對(duì)低的壓力通過(guò)脈沖管道30、歧管沈和凸緣M傳達(dá)給傳感器模塊34。傳感器模塊34包括差壓傳感器以及一對(duì)絕對(duì)壓力傳感器，用于感測(cè)差壓ΔΡ。模塊34還包括用于感測(cè)溫度T的溫度傳感器。傳感器模塊34 基于來(lái)自傳感器的輸出產(chǎn)生電信號(hào)，并將信號(hào)發(fā)送給變送器電子器件模塊36。可以通過(guò)使用顯示器14，本地地從變送器12獲得信息。顯示器14以不同分辨率顯示與差壓ΔΡ和溫度T相關(guān)的信息。也可以在控制室18處遠(yuǎn)程地從變送器12獲得信息。變送器12能夠通過(guò)數(shù)字和模擬控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，以便以各種分辨率等級(jí)將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制室18。變送器12配備有集成電子器件，使得電子器件模塊36能夠通過(guò)無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)與控制室18進(jìn)行數(shù)字通信。在各個(gè)實(shí)施例中，過(guò)程變送器12能夠通過(guò) HART 、WirelessHART 或FOUNDATION 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信。這種數(shù)字通信協(xié)議允許以全分辨率將多個(gè)過(guò)程變量的數(shù)據(jù)從變送器12發(fā)送至控制室18。工作臺(tái)22還使得控制室18能夠利用模擬控制回路20從過(guò)程變送器12接收數(shù)據(jù)， 以及向過(guò)程變送器12發(fā)送數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)程變送器12是操作于4mA至20mA回路的兩線變送器。工作臺(tái)22包括諸如數(shù)字處理器、視頻顯示器和鍵盤(pán)之類的組件，用于操作變送器12，并操控與ΔΡ和T有關(guān)的控制回路信號(hào)。利用可縮放的可調(diào)范圍，變送器電子器件模塊36包括被編程為將過(guò)程傳感器數(shù)據(jù)的范圍不均勻地分布在模擬通信信號(hào)的刻度上以實(shí)現(xiàn)可變數(shù)據(jù)分辨率的電路。圖2示意性地示出了過(guò)程變送器12、傳感器模塊34和變送器電子器件模塊36的一個(gè)實(shí)施例。傳感器模塊；34包括殼體52和基部M，在所述殼體52和基部M中布置了傳感器板56、差壓傳感器58、隔離管60A和60B、以及隔離膜片62A和62B。變送器電子器件模塊36包括殼體64、罩66、顯示罩68、輸出接口 70和變送器電路72。傳感器模塊34還包括絕對(duì)壓力傳感器74A和74B以及溫度傳感器75。在管道16中的主元件40的兩側(cè)產(chǎn)生壓力 PjPP2。P2 減 P1 確定了 ΔΡ(圖 1)。傳感器模塊34的基部M例如通過(guò)螺紋緊固件連接到凸緣24 (圖1)。傳感器板56 和傳感器58安裝在傳感器模塊34的殼體52內(nèi)。傳感器模塊34的殼體52例如通過(guò)螺紋連接連接到電子器件模塊36的殼體64。類似地，罩66和68通過(guò)螺紋連接連接到殼體64， 所述螺紋連接形成如本領(lǐng)域所公知的火焰淬火(flame-quenching)密封件，以防止來(lái)自殼體64內(nèi)的火焰的泄漏。因此，罩66和68可從殼體64移除。輸出接口 70和變送器電路72 安裝到變送器電子器件模塊36內(nèi)的殼體64。在所示的實(shí)施例中，傳感器58是具有布置在一對(duì)電極板之間的感測(cè)膜片的基于電容的差壓?jiǎn)卧Ｔ谝粋€(gè)實(shí)施例中，傳感器58包括如Frick等人的美國(guó)專利No. 6，295, 875 中所描述的金屬膜片式傳感器，該專利被轉(zhuǎn)讓給明尼蘇達(dá)州Eden Prairie市的Rosemoimt 公司。傳感器58通過(guò)隔離管60A和60B連接到基部M，在隔離管60A和60B中布置有液壓填充流體。隔離膜片62A和62B使隔離管60A和60B內(nèi)的填充流體不會(huì)受到過(guò)程流體F的壓力P1和P2。由傳感器58通過(guò)基部M內(nèi)的隔離膜片62A和62B和隔離管60A和60B內(nèi)的液壓填充流體來(lái)感測(cè)過(guò)程流體F的壓力P1和P2的物理變化，作為差壓Δ P。在所描述的實(shí)施例中，絕對(duì)壓力傳感器74Α和74Β包括基于電容的絕對(duì)壓力傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器74Α和74Β包括如Sittler等人的美國(guó)專利No. 6，484，585和一系列相關(guān)申請(qǐng)中所描述的電容式壓力傳感器，所有這些都轉(zhuǎn)讓給明尼蘇達(dá)州Eden Prairie 市的Rosemoimt公司。這種傳感器包括使用具有高壓縮強(qiáng)度的諸如藍(lán)寶石之類的脆性感測(cè)材料(brittle sensing material)的技術(shù)。傳感器74A和74B分別感測(cè)隔離管60A和60B 中的填充流體的壓力P1和P2。由壓力傳感器74A和74B中的每一個(gè)感測(cè)到的壓力可以相互進(jìn)行比較以產(chǎn)生表示差壓ΔΡ的信號(hào)，所述信號(hào)可以用于代替由傳感器58感測(cè)到的差壓 ΔΡ，或用于與由傳感器58感測(cè)到的差壓ΔΡ進(jìn)行比較。傳感器58、74A和74B —起形成傳感器系統(tǒng)，所述傳感器系統(tǒng)包括具有單個(gè)傳感器裝置的壓差傳感器設(shè)備和具有多個(gè)傳感器裝置的絕對(duì)傳感器設(shè)備。然而，在其它實(shí)施例中， 該傳感器系統(tǒng)可以如下列所討論的只包括單個(gè)傳感器裝置。差壓傳感器58以及絕對(duì)壓力傳感器74A和74B與傳感器板56進(jìn)行電子通信。傳感器板56通過(guò)傳感器電纜76與變送器電路72進(jìn)行電子通信。變送器電路72通過(guò)電纜78與輸出接口 70進(jìn)行電子通信。輸出接口 70將變送器12連接到控制回路20的配線。如參照?qǐng)D4更加詳細(xì)地描述的，變送器電路72操控來(lái)自傳感器58、74A和74B中的每一個(gè)的輸出信號(hào)，以命令輸出接口 70產(chǎn)生與模擬控制回路20兼容的模擬輸出信號(hào)。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，變送器電路72、傳感器板 56和輸出接口 70的功能的性能被不同地分配，以實(shí)現(xiàn)相同的結(jié)果。傳感器58準(zhǔn)確地測(cè)量小的差壓。傳感器74A和74B準(zhǔn)確地測(cè)量絕對(duì)壓力。傳感器58直接測(cè)量壓力P1與P2之間的差。傳感器74A和74B分別直接測(cè)量壓力Pi*P2。傳感器74A和74B之間的差用于確定大的差壓。傳感器58、74A和74B因此可以用在多種情況下感測(cè)壓力和差壓。在一個(gè)實(shí)施例中，差壓傳感器58具有0到從9磅每平方英寸(psi)( 62. IkPa [千帕斯卡])的傳感器范圍，壓力傳感器74A和74B具有從0到5000psi ( 34.5MPa[兆帕斯卡])的傳感器范圍。因此，例如傳感器58用于0與9psi ( 62. IkPa)之間的差壓(P1-P2),而不管線路的壓力。例如，如果P1Sgpsi ( 62. IkPa)，P2為0，或者如果 P1 為 1009psi ( 6. 96MPa), P2 為 IOOOpsi ( 6. 89MPa)，這兩種情況都導(dǎo)致了 9psi ( 62. IkPa)的差壓。絕對(duì)壓力傳感器74A和74B用于小于5，OOOpsi ( 34. 5MPa)的所有壓力。傳感器74A和74B測(cè)量壓力P1和P2，根據(jù)P1和P2可以計(jì)算差壓(P1-P2)。在操作期間，系統(tǒng)10可以在管道16內(nèi)產(chǎn)生極高差壓(ΔΡ)。在正常范圍內(nèi)，管道 16內(nèi)的流條件僅產(chǎn)生小的差壓，例如0到9psi ( 62. IkPa)。然而，管道16的過(guò)程有時(shí)超出正常范圍，并且進(jìn)入擴(kuò)展范圍，在擴(kuò)展范圍中，管道16內(nèi)的流條件產(chǎn)生較大的差壓，例如 9psi ( 62. IkPa)到36psi ( 248. 2kPa)。由于未預(yù)見(jiàn)到的非流相關(guān)的環(huán)境，過(guò)程壓力有時(shí)超出擴(kuò)展范圍的壓力，并且進(jìn)入異常范圍，在異常范圍中，在管道16內(nèi)出現(xiàn)甚至更大的差壓，例如36psi ( 248. 2kPa)至1，OOOpsi ( 6. 89MPa)。因此，為了監(jiān)視正常操作過(guò)程期間的過(guò)程，與可能出現(xiàn)的可能的差壓的整個(gè)范圍相比，操作人員僅需要監(jiān)視感興趣的小區(qū)域。為了監(jiān)視正常操作過(guò)程以外的過(guò)程，需要查看正常范圍的感興趣的小區(qū)域中的差壓以外的差壓，并且進(jìn)入擴(kuò)展范圍和異常范圍。在擴(kuò)展范圍中，例如高流速產(chǎn)生顯著大的差壓，通常不超過(guò)在正常范圍中可能出現(xiàn)的差壓的大約四倍。對(duì)于所描述的實(shí)施例，擴(kuò)展范圍產(chǎn)生從大約9psi ( 62. IkPa)擴(kuò)展到大約36psi ( M8. 2kPa)的差壓。擴(kuò)展范圍的差壓不常出現(xiàn)，例如在設(shè)備啟動(dòng)期間出現(xiàn)， 因此它們?cè)谶^(guò)程的日常操作所需要的典型的感興趣區(qū)域之外。在異常范圍中，過(guò)程中的反常條件(例如歧管26(圖1)的脈沖管線阻塞或歧管沈的閥門(mén)因疏忽而關(guān)閉)可能產(chǎn)生非常大的通常不會(huì)出現(xiàn)的差壓，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超出了典型的感興趣區(qū)域。對(duì)于所描述的實(shí)施例， 異常范圍從大約36psi ( 248. 2kPa)擴(kuò)展到大約1，OOOpsi ( 6. 89MPa)。差壓傳感器58可以提供對(duì)小差壓范圍的準(zhǔn)確測(cè)量。因此，傳感器58典型地配置用于感測(cè)正常區(qū)域(過(guò)程中的感興趣的區(qū)域)中的差壓。然而，傳感器58不適用于所感測(cè)的差壓超過(guò)壓力傳感器的范圍的情況。在這特定示例中，當(dāng)壓力P1與P2之差超過(guò)9psi ( 62. IkPa)時(shí)，壓力傳感器58的輸出變得飽和。因此，正在監(jiān)視變送器12的輸出的過(guò)程操作人員將無(wú)法僅通過(guò)差壓傳感器58的輸出來(lái)檢測(cè)擴(kuò)展范圍的過(guò)程條件。絕對(duì)壓力傳感器74A 和74B非常穩(wěn)定，并且給變送器12提供了感測(cè)正常范圍以外的條件的能力。傳感器74A和 74B配置用于感測(cè)正常范圍、擴(kuò)展范圍和異常范圍上的壓力P1和P2。傳感器74A和74B給變送器12提供了通過(guò)利用所感測(cè)的壓力P1和P2來(lái)感測(cè)過(guò)程以外的條件，以計(jì)算差壓Δ P。 這樣，擴(kuò)展或消除了變送器12的高差壓飽和點(diǎn)。如參照?qǐng)D3Α至圖3C所描述的，變送器電路72執(zhí)行可縮放的可調(diào)范圍技術(shù)，以將 4mA至20mA模擬信號(hào)的刻度分布在正常范圍、擴(kuò)展范圍及異常范圍中所產(chǎn)生的壓力上，從而通過(guò)控制回路20進(jìn)行通信。刻度在正常范圍、擴(kuò)展范圍及異常范圍之間移動(dòng)的特定點(diǎn)根據(jù)每一范圍所需的分辨率而變化。圖3A示出了將正常范圍和異常范圍不均勻地分布在模擬通信信號(hào)的刻度上的圖。在本實(shí)施例中，變送器12配置用于給正常范圍分配高等級(jí)的分辨率，而給擴(kuò)展范圍分配低等級(jí)的分辨率。這適用于以下情形想要獲得關(guān)于正常范圍的詳細(xì)信息以及至少對(duì)于擴(kuò)展范圍中正在進(jìn)行的內(nèi)容的指示，但是對(duì)于異常范圍不感興趣。根據(jù)本實(shí)施例，將0 9psi ( 62. IkPa)的正常范圍的差壓ΔP分布在輸出信號(hào)的前十二毫安G 16mA)上。因此，正常范圍的分辨率大約為0. 75psi/mA( 5. 2kPa/ mA)。將9psi ( 62. IkPa)至36psi ( M8. 2kPa)的擴(kuò)展范圍的差壓Δ P分布在后四個(gè)毫安(16 20mA)上。因此，擴(kuò)展范圍的分辨率大約為6. 75psi/mA( 46. 5kPa/mA)。變送器電路72協(xié)調(diào)反映0 9psi ( 62. IkPa)的正常范圍的4mA至16mA信號(hào)與反映9psi ( 62. IkPa)至36psi ( M8. 2kPa)的擴(kuò)展范圍的16mA至20mA信號(hào)的產(chǎn)生。針對(duì)正常范圍和擴(kuò)展范圍中的每一個(gè)，產(chǎn)生線性分布的信號(hào)。圖;3B示出了將正常范圍壓力和異常范圍壓力(包括擴(kuò)展范圍壓力)不均勻地分布在模擬通信信號(hào)刻度上的圖。在本實(shí)施例中，變送器12配置用于給正常范圍分配高等級(jí)的分辨率，而給異常范圍分配低等級(jí)的分辨率。這適用于以下情形想要獲得關(guān)于正常范圍的詳細(xì)信息以及至少對(duì)于異常范圍(包括擴(kuò)展范圍)中正在進(jìn)行的內(nèi)容的指示。將0 9psi ( 62. IkPa)的正常范圍的差壓Δ P分布在輸出信號(hào)的前十四毫安 (4 18mA)上。因此，正常范圍的分辨率大約為0. 64psi/mA( 4. 4kPa/mA)。將9psi ( 62. IkPa)至1，OOOpsi ( 6. 89MPa)的擴(kuò)展和異常范圍的差壓Δ P分布在后兩個(gè)毫安(18 20mA)上。因此，這個(gè)范圍的分辨率大約為495. 5psi/mA( 3. 4MPa/mA)。變送器電路72 協(xié)調(diào)反映0 9psi ( 62. IkPa)的正常范圍的4mA至18mA信號(hào)與反映9psi ( 62. IkPa)至1，OOOpsi ( 6. 89MPa)的組合的擴(kuò)展范圍和異常范圍的18mA至20mA信號(hào)的產(chǎn)生。針對(duì)正常范圍和擴(kuò)展及異常范圍二者，均產(chǎn)生線性分布的信號(hào)。圖3C示出了將正常范圍、擴(kuò)展范圍和異常范圍不均勻地分布在模擬通信信號(hào)的刻度上的圖。在本實(shí)施例中，變送器12配置用于給正常范圍分配高等級(jí)的分辨率，給擴(kuò)展范圍分配低等級(jí)的分辨率，以及給異常范圍分配更低等級(jí)的分辨率。這適用于以下情形想要獲得關(guān)于正常范圍的詳細(xì)信息、與擴(kuò)展范圍有關(guān)的一定程度的細(xì)節(jié)、以及至少對(duì)于異常范圍中正在進(jìn)行的內(nèi)容的指示。將0 9psi ( 62. IkPa)的正常范圍的差壓Δ P分布在輸出信號(hào)的前十二毫安 (4 16mA)上。因此，正常范圍的分辨率大約為0. 75psi/mA( 5. 2kPa/mA)。將9psi ( 62. IkPa)至36psi ( M8. 2kPa)的擴(kuò)展范圍的差壓ΔΡ分布在接下來(lái)的兩毫安(16 18mA)上。因此，擴(kuò)展范圍的分辨率大約為13. 5psi/mA( 93. lkPa/mA)。將36psi ( 248. 2kPa)至1，OOOpsi ( 6. 89MPa)的異常范圍的差壓Δ P分布在最后兩個(gè)毫安(18 20mA)上。因此，異常范圍的分辨率大約為482psi/mA( 3. 32MPa/mA)。變送器電路72協(xié)調(diào)反映0 9psi ( 62. IkPa)的正常范圍的4mA至16mA信號(hào)、反映9psi ( 62. IkPa)至 36psi ( M8. 2kPa)的擴(kuò)展范圍的16mA至18mA信號(hào)、以及反映36psi ( 248. 2kPa)至 1，OOOpsi ( 6. 89MPa)的異常范圍的18mA至20mA信號(hào)的產(chǎn)生。針對(duì)正常范圍、擴(kuò)展范圍和異常范圍中的每一個(gè)，產(chǎn)生線性分布的信號(hào)?？梢愿鶕?jù)對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)的特定需求，獲得具有不同分辨率的不同模擬信號(hào)?？梢葬槍?duì)正常范圍、擴(kuò)展范圍和異常范圍中的每一個(gè)將模擬信號(hào)劃分為不同分辨率。如上所述，可以在正常范圍中使用較大分辨率等級(jí)，以使得與擴(kuò)展范圍和異常范圍相比，過(guò)程變量的較小變化在輸出信號(hào)中產(chǎn)生較大變化。因此，可以從輸出信號(hào)的變化很容易察覺(jué)到過(guò)程中的小變化。此外，每個(gè)范圍可以具有多個(gè)分辨率。分辨率之間的拐點(diǎn)可能出現(xiàn)在傳感器的范圍上限處，或者出現(xiàn)在傳感器的范圍內(nèi)。例如，異常范圍的上限可以設(shè)置在具有最高范圍極限的壓力傳感器的上限內(nèi)的任意點(diǎn)處，而具有最小范圍極限的傳感器可以用于正常范圍。備選地，可以針對(duì)正常、擴(kuò)展和異常范圍信號(hào)將單個(gè)傳感器輸出分為不同的分辨率?？梢詫⒐拯c(diǎn)編程為出現(xiàn)在所感測(cè)的特定壓力處或者在用于輸出信號(hào)的指定電流處。存在大量選擇方式來(lái)選擇拐點(diǎn)在哪里開(kāi)始和結(jié)束以及取決于所使用的傳感器的性能選擇使用哪個(gè)傳感器信號(hào)來(lái)產(chǎn)生每個(gè)范圍。變送器電路72操控輸出接口 70(圖幻來(lái)產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)， 該模擬輸出信號(hào)針對(duì)每一個(gè)差壓Δ P范圍具有不同的分辨率，并且通過(guò)控制回路20將該模擬輸出信號(hào)發(fā)送至工作臺(tái)22。電路72(圖幻包括利用可縮放的可調(diào)范圍例程進(jìn)行編程的軟件，可縮放的可調(diào)范圍例程將輸出信號(hào)當(dāng)作具有雙段線性、三段線性或其他關(guān)系的單個(gè)輸出信號(hào)呈現(xiàn)給控制室18。參照?qǐng)D4和5，進(jìn)一步詳細(xì)討論根據(jù)圖3C的實(shí)施例的用于分發(fā)給控制臺(tái)18的模擬信號(hào)的生成。圖4是示出了變送器12如何生成具有可縮放的可調(diào)范圍的變送器信號(hào)的框圖。變送器12通過(guò)流體與管道16相連，并且電連接至工作臺(tái)22。變送器12包括顯示器14、差壓傳感器58、絕對(duì)壓力傳感器74Α和74Β、傳感器板56、輸出接口 70和變送器電路72，變送器電路72包括信號(hào)處理器79和控制器80。差壓傳感器58和絕對(duì)壓力傳感器74Α和74Β例如通過(guò)水力填充流體系統(tǒng)鏈接至管道16內(nèi)的壓力源，以及通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娺B接鏈接至傳感器板56。傳感器板56利用電纜76連接至變送器電子器件72 (圖幻。信號(hào)處理器79和控
9制器80通過(guò)電纜78與輸出接口 70串聯(lián)(圖幻。控制器80還耦合至本地顯示器14。輸出接口 70通過(guò)控制回路20連接至控制室18的工作臺(tái)22。工作臺(tái)22包括輸入接口 81和表征器82。表征器82提供控制系統(tǒng)輸出，例如過(guò)程控制84和過(guò)程警報(bào)86。輸出接口 70和輸入接口 81在控制回路20上完成模擬回路信號(hào)，即回路電流込。 工作臺(tái)22給變送器12提供電力。變送器12的電源88給變送器12的電子器件提供調(diào)節(jié)的電力?？刂破?0基于壓力與模擬電流的關(guān)系保持適當(dāng)?shù)幕芈冯娏鳌ｋ娐?2執(zhí)行本發(fā)明的可縮放的可調(diào)范圍技術(shù)。因此，在變送器12與工作臺(tái)22的輸入接口 81之間發(fā)送4mA至 20mA的回路電流II，回路電流Il的幅度由控制器80基于傳感器58或傳感器74A和74B所感測(cè)的差壓來(lái)調(diào)整。根據(jù)本實(shí)施例，傳感器58、74A和74B通過(guò)隨著壓力P1和P2的變化改變其電容，以此感測(cè)管道16內(nèi)的壓力。在？1與己之間的差在0到9psi ( 62. IkPa)之間變化時(shí)，傳感器58改變其電容。當(dāng)P1和P2分別在0到5，OOOpsi ( 34. 5MPa)之間變化時(shí)，傳感器 74A和74B中的每一個(gè)均改變其電容。產(chǎn)生第一模擬信號(hào)，表示從傳感器58感測(cè)的從0到 9psi ( 62. IkPa)的差壓。產(chǎn)生第二模擬信號(hào)，表示所計(jì)算的差壓PfP2。溫度傳感器75 也位于傳感器板56上，并產(chǎn)生表示變送器12的溫度的溫度信號(hào)。所感測(cè)的溫度可以用于提供對(duì)信號(hào)處理器79所得到的差壓值的校正。變送器電子器件72的信號(hào)處理器79從傳感器板56獲得傳感器58、74A和74B所輸出的模擬傳感器信號(hào)。信號(hào)處理器79產(chǎn)生數(shù)字化的傳感器信號(hào)，所述數(shù)字化的傳感器信號(hào)是所感測(cè)的電容的函數(shù)。信號(hào)處理器79還可以執(zhí)行各項(xiàng)功能，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)節(jié)和濾波。信號(hào)處理器79配備有針對(duì)傳感器58、74A和74B的電容至數(shù)字轉(zhuǎn)換器或模數(shù)傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，使用三個(gè)轉(zhuǎn)換器，每一個(gè)轉(zhuǎn)換器各針對(duì)一個(gè)傳感器。在另一實(shí)施例中， 通過(guò)添加復(fù)用器，將單個(gè)轉(zhuǎn)換器用于所有傳感器。在又一實(shí)施例中，使用兩個(gè)傳感器，一個(gè)用于傳感器58，一個(gè)由傳感器74A和74B共享。在任一實(shí)施例中，信號(hào)處理器79產(chǎn)生數(shù)字化的傳感器信號(hào)，該數(shù)字化的傳感器信號(hào)可以被進(jìn)一步處理。將數(shù)字化的傳感器信號(hào)發(fā)送至變送器電路72的控制器80?？刂破?0包括微處理器，并且包括諸如存儲(chǔ)器之類的多個(gè)組件。如本領(lǐng)域中已知的，控制器80還利用來(lái)自傳感器75的輸入針對(duì)溫度變化對(duì)每一個(gè)數(shù)字化的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。控制器80利用例如存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的利用與過(guò)程范圍、傳感器范圍、傳感器特性等編程的查找表或公式，將信號(hào)處理器79的數(shù)字化的傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字的測(cè)量的壓力值?？刂破?0給顯示器14提供顯示控制信號(hào)，以便以任意期望的分辨率將所測(cè)量的壓力值的指示直接顯示在顯示器14上。 因此，控制器80能夠確定所感測(cè)的壓力是在正常范圍、擴(kuò)展范圍或是異常范圍內(nèi)?？刂破?0確定使用哪一個(gè)數(shù)字化的傳感器信號(hào)來(lái)產(chǎn)生測(cè)量的壓力值以及表示所測(cè)量的壓力值的回路電流l·，回路電流l·由輸出接口 70通過(guò)控制回路20來(lái)傳送?？刂破?80可以控制信號(hào)處理器79獲得任意或所有數(shù)字化的傳感器信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，利用指定的壓力截止等級(jí)對(duì)控制器80進(jìn)行編程，在所指定的壓力截止等級(jí)處使用來(lái)自傳感器74A 和74B的輸出來(lái)代替來(lái)自傳感器58的輸出。例如，利用指示傳感器58僅能感測(cè)9psi ( 62. IkPa)或更小的差壓ΔΡ的信息對(duì)控制器80進(jìn)行編程。還可以將控制器80編程為將由傳感器58確定的差壓ΔP與根據(jù)來(lái)自傳感器74A和74Β的信號(hào)計(jì)算的差壓ΔΡ進(jìn)行比較。如果所計(jì)算的差壓在正常過(guò)程操作范圍[低于9psi ( 62. IkPa)]內(nèi)，則將從傳感器58輸出的差壓ΔΡ用于產(chǎn)生被傳送為I,的測(cè)量值。如果所計(jì)算的差壓ΔΡ在正常過(guò)程操作范圍以外而使得傳感器58無(wú)法正常操作，則發(fā)送基于所計(jì)算的來(lái)自傳感器74A和74B的差壓Δ P的輸出。當(dāng)以截止等級(jí)在傳感器輸出之間切換時(shí)，控制器80可以執(zhí)行各種轉(zhuǎn)變或混合技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，僅在截止等級(jí)處切換傳感器輸出，以便100%地轉(zhuǎn)變傳感器信號(hào)。在其它實(shí)施例中，在截止等級(jí)之前，將輸出以預(yù)定間隔進(jìn)行混合。例如，截止等級(jí)典型地與傳感器58的傳感器范圍的上極限( 9psi或 62. IkPa)重合。在混合的一個(gè)實(shí)施例中，在 8. 8psi ( 60. 7kPa)處，使用100 %的來(lái)自傳感器58的信號(hào)和0 %的來(lái)自傳感器74A和74B 的信號(hào)。這線性地轉(zhuǎn)變，直至在9psi ( 62. IkPa)處使用0 %的來(lái)自傳感器58的信號(hào)和 100%的來(lái)自傳感器74A和74B的信號(hào)。在另外的實(shí)施例中，可以使用更先進(jìn)的混合技術(shù)， 例如如先前所提及的Rud，Jr的美國(guó)專利No. 6，047，244中所描述的?？刂破?0包括被編程為執(zhí)行本發(fā)明的可縮放的可調(diào)范圍計(jì)算以產(chǎn)生用于在控制回路20上傳送的模擬控制信號(hào)的軟件。更具體地，控制器80確定某一分辨率，以該分辨率將所測(cè)量的壓力值分布在4mA至20mA的回路電流込上。在確定了所測(cè)量的壓力、要使用哪一個(gè)傳感器輸出以及是否使用直接的或混合的傳感器輸出來(lái)獲得所測(cè)量的壓力之后，控制器80確定該過(guò)程是在正常范圍、擴(kuò)展范圍或是異常范圍中。給控制器80提供對(duì)用于模擬控制信號(hào)的過(guò)程范圍的分布，其示例在圖3A至圖3C中示出?？刂破?0確定應(yīng)將4mA至 20mA刻度中的多少分配給所感測(cè)的壓力。例如，如圖3C所示，控制器80確定在正常范圍內(nèi)感測(cè)的壓力將需要4mA至20mA之間的回路電流込。如圖3C所示，對(duì)于在擴(kuò)展范圍內(nèi)感測(cè)的壓力，需要16mA至18mA之間的回路電流、以及對(duì)于在異常范圍內(nèi)感測(cè)的壓力，需要 18mA至20mA之間的回路電流込。然后，控制器80提供命令以產(chǎn)生針對(duì)回路電流L的對(duì)應(yīng)模擬信號(hào)。輸出接口 70將 4mA至20mA的范圍上的一個(gè)輸出信號(hào)(回路電流Ij發(fā)送給工作臺(tái)22的輸入接口 81，4mA 至20mA的范圍在測(cè)量的壓力所確定的每一個(gè)刻度(scale)變化處具有拐點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器80使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)將所選擇的或所生成的數(shù)字壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電流。工作臺(tái)22中的輸入接口 81接收來(lái)自控制回路20的4mA至20mA的信號(hào)。輸入接口 81將電路72所生成的4mA至20mA的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為表示工程單位刻度的信號(hào)。在圖 3C的示例中，將16mA轉(zhuǎn)換為75 %的工程單位刻度，將18mA轉(zhuǎn)換為87. 5 %的工程單位刻度， 以及將20mA轉(zhuǎn)換為100%的工程單位刻度。輸入接口 81提供輸出接口 70的相反函數(shù)，并產(chǎn)生可以被表征器82轉(zhuǎn)換為壓力的數(shù)字信號(hào)。表征器82接收工程單位刻度數(shù)，并將該數(shù)轉(zhuǎn)換為壓力值。給表征器82提供與變送器電路72所使用的可縮放的可調(diào)范圍技術(shù)相關(guān)的信息，以便能夠?qū)ψ兯推?2在控制回路20上傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并以有效格式對(duì)其進(jìn)行顯示。例如，表征器82包括查找表或公式，查找表或公式對(duì)應(yīng)于接收的回路電流l·應(yīng)該解釋為哪個(gè)差壓值ΔΡ(根據(jù)由輸入接口 81將之轉(zhuǎn)換為工程單位)。輸入接口 81和表征器82的函數(shù)可以由諸如所示出的工作臺(tái) 22之類的數(shù)字控制系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行，或者可以由可編程邏輯控制器(PLC)接口來(lái)執(zhí)行。如果壓力值在正常操作范圍內(nèi)，則生成過(guò)程控制信號(hào)，用以在過(guò)程控制84處控制系統(tǒng)10。例如，可以啟動(dòng)過(guò)程控制系統(tǒng)10中的自動(dòng)開(kāi)關(guān)、閥門(mén)、泵及其他類型組件，以控制過(guò)程變量或過(guò)程流體。如果壓力值在正常操作范圍以外，并且進(jìn)入擴(kuò)展范圍內(nèi)，則在過(guò)程警報(bào)86處提供指示，以警告操作人員應(yīng)對(duì)系統(tǒng)10進(jìn)行診斷。例如，如果所測(cè)量的壓力在擴(kuò)展范圍內(nèi)，則可以在工作臺(tái)22處提供可聽(tīng)或可視警報(bào)，以便在需要的情況下采取校正措施。根據(jù)本實(shí)施例，圖5示出了對(duì)針對(duì)多傳感器壓力變送器的線性分布的過(guò)程條件范圍之間的拐點(diǎn)的另一描述進(jìn)行示意的圖。將來(lái)自傳感器58、74A和74B的輸出分成三個(gè)過(guò)程條件范圍正常、擴(kuò)展和異常。正常范圍是0到9psi ( 62. IkPa)。擴(kuò)展范圍是9psi ( 62. IkPa)到 36psi ( 248. 2kPa)。異常范圍是 36psi ( 248. 2kPa)到 1，OOOpsi ( 6.89MPa)。針對(duì)每一個(gè)范圍，變送器12調(diào)整輸出信號(hào)的分辨率。因此，由表征器82將來(lái)自變送器12的回路電流L解碼為如圖5所示的三段線性輸出信號(hào)。圖5提供了對(duì)表征器82 所存儲(chǔ)的信息的指示，表征器82允許將要輸入的回路電流IJ刻度化為工程單位)轉(zhuǎn)換為壓力。將從0到9psi ( 62. IkPa)的正常范圍應(yīng)用于回路電流Il刻度的前75%。給正常范圍提供最高分辨率，以便能夠觀察過(guò)程中的小變化。因此，控制系統(tǒng)10的操作人員可以更好地觀察到正常范圍內(nèi)發(fā)生了什么，從而能夠更準(zhǔn)確地控制過(guò)程。將從9psi ( 62. IkPa)到36psi ( 248. 2kPa)的擴(kuò)展范圍應(yīng)用于回路電流込刻度的接下來(lái)的12. 5%. 給擴(kuò)展范圍提供中等分辨率，以便給操作人員提供關(guān)于過(guò)程已經(jīng)進(jìn)入了過(guò)程外水平的顯著指示。中等等級(jí)提供了足夠的分辨率，以使得操作人員能夠診斷問(wèn)題，以使過(guò)程回到正常范圍。當(dāng)操作人員沒(méi)有在嘗試控制擴(kuò)展范圍中的過(guò)程時(shí)，不需要高等級(jí)的分辨率。從 36psi ( 248. 2kPa)到1，OOOpsi ( 6. 89MPa)的異常范圍對(duì)應(yīng)于回路電流Il刻度的最后 12. 5%。給異常范圍提供低分辨率，該低分辨率提供了針對(duì)整個(gè)過(guò)程操作范圍的窗口，以使得操作人員具有關(guān)于過(guò)程正在進(jìn)行的內(nèi)容的指示。在異常范圍中，精確數(shù)據(jù)不那么有用，僅僅需要知道過(guò)程已經(jīng)進(jìn)行到需要采取行動(dòng)的等級(jí)。因此，變送器12給工作臺(tái)22提供了具有三個(gè)斜率的三段線性模擬輸出信號(hào)。如上所述，將正常范圍、擴(kuò)展范圍和異常范圍之間的拐點(diǎn)編程到電路72內(nèi)。拐點(diǎn)可以基于如上所述的截止壓力水平或截止電流水平。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將變送器電路72編程為以預(yù)定電流水平來(lái)觸發(fā)斜率發(fā)生變化。因此，在圖3C的實(shí)施例中，當(dāng)輸出接口 70產(chǎn)生16mA 信號(hào)時(shí)，已知電流水平對(duì)應(yīng)于9psi ( 62. IkPa)以上的感測(cè)壓力，電路72觸發(fā)輸出信號(hào)的斜率的改變。此時(shí)，電路72也可以對(duì)所使用的傳感器輸出進(jìn)行切換，例如如上所述的在正常范圍與擴(kuò)展范圍之間轉(zhuǎn)變時(shí)。然而，可以將拐點(diǎn)選在單個(gè)傳感器的輸出內(nèi)的點(diǎn)處，例如如上所述的在擴(kuò)展范圍與異常范圍之間轉(zhuǎn)變時(shí)，可以如此?？煽s放的可調(diào)范圍可以應(yīng)用于其他多變量傳感器系統(tǒng)。例如，可縮放的可調(diào)范圍可以用在絕對(duì)壓力變送器中，該絕對(duì)壓力變送器具有應(yīng)變式壓力傳感器，用于在0 30psi ( 206.8kPa)范圍內(nèi)進(jìn)行感測(cè)；以及電容式傳感器，用于在0 5，OOOpsi ( 34. 5MPa)范圍內(nèi)進(jìn)行感測(cè)，以提供擴(kuò)展范圍輸出。在其他實(shí)施例中，可縮放的可調(diào)范圍也可以用在如參照?qǐng)D6和7所描述的僅感測(cè)單個(gè)過(guò)程參數(shù)(例如，絕對(duì)壓力、表壓、溫度、流量、 水位等多個(gè)變量)的傳感器。圖6示出了用于對(duì)在針對(duì)單個(gè)傳感器溫度變送器的線性分布的過(guò)程條件范圍之間的拐點(diǎn)進(jìn)行示意的圖。在所描述的實(shí)施例中，溫度傳感器具有大約-100°C到大約+300°C 的全傳感器范圍。然而，傳感器所監(jiān)視的過(guò)程的操作具有大約0°C到大約50°C的正常范圍。 然而，過(guò)程溫度可能偶然擴(kuò)展到更低或更高的溫度內(nèi)，例如如果出現(xiàn)擴(kuò)展過(guò)程條件或者出現(xiàn)異常系統(tǒng)事件。因此，在正常范圍的任一端提供各種大小的擴(kuò)展范圍，以提供三段線性輸出信號(hào)。由單個(gè)溫度傳感器提供針對(duì)每一個(gè)范圍的溫度數(shù)據(jù)，但是該數(shù)據(jù)沿模擬通信信號(hào)刻度不均勻地分布。這樣，給需要準(zhǔn)確信息的正常范圍提供高等級(jí)的分辨率。在正常范圍條件以外提供低等級(jí)的分辨率，以使得操作人員可以監(jiān)視所有條件下的過(guò)程?？梢酝ㄟ^(guò)操作人員選擇分辨率改變時(shí)的拐點(diǎn)的數(shù)目和位置，并將其編程到變送器電路內(nèi)。類似地，將控制室電子器件編程為解釋所選的過(guò)程變量至模擬控制信號(hào)的分布。圖7A、圖7B和圖7C示出了用于對(duì)在針對(duì)單一傳感器壓力變送器的線性分布的過(guò)程條件范圍之間的拐點(diǎn)進(jìn)行示意的圖。在圖7A的示例中，該設(shè)備是差壓變送器，該差壓變送器具有36psi ( M8. 2kPa)的范圍上限。正常范圍是0 9psi ( 62. IkPa)，但該設(shè)備能夠測(cè)量直至該傳感器的范圍上限(36psi ( M8. 2kPa))的流量。在這種情況下，將模擬范圍中的從4mA至18mA的14mA用于0至9psi ( 62. IkPa)的正常范圍，以及將模擬范圍中的從18mA至20mA的2mA用于9psi ( 62. IkPa)至36psi ( 248. 2kPa)的擴(kuò)展范圍。在圖7B的示例中，該設(shè)備是差壓變送器，該差壓變送器具有36psi ( M8. 2kPa) 的范圍上限。在這個(gè)示例中，將模擬范圍中的從4mA至5mA的ImA用于測(cè)量從36psi ( 248. 2kPa)至0的逆流。將模擬范圍中的接下來(lái)的14mA，從5mA至19mA，用于從0至 7. 2psi ( 50kPa)的正常范圍。將模擬范圍中的最后的1mA，從19mA至20mA，用于從 7. 2psi ( 50kPa)至 36psi ( 248. 2kPa)的擴(kuò)展范圍。在圖7C的示例中，該設(shè)備是表壓變送器，該表壓變送器具有SOOpsi ( 5. 5MPa) 的范圍上限。在這個(gè)示例中，將模擬范圍中的從4mA至4. 5mA的0. 5mA用于測(cè)量從-14. 7psi ( -101. 4kPa)至Opsi的表壓。將模擬范圍中的接下來(lái)的15mA，從4. 5mA至 19. 5mA，用于0至IOOpsi ( 689. 5kPa)的正常壓力范圍。將模擬范圍中的最后0. 5mA，從 19. 5mA 至 20mA，用于 IOOpsi ( 689. 5kPa)至 800psi ( 5. 5MPa)的擴(kuò)展壓力范圍。本發(fā)明提供了一種利用模擬控制回路從過(guò)程變送器獲得增加的數(shù)據(jù)量的簡(jiǎn)單方案。過(guò)程變送器可以配備有硬件，并且以執(zhí)行用于以更大分辨率獲得傳感器數(shù)據(jù)的可縮放的可調(diào)范圍算法的軟件對(duì)該過(guò)程變送器進(jìn)行編程。為了能夠獲得進(jìn)入擴(kuò)展范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)， 正常范圍上只有少量的分辨率犧牲。本發(fā)明在確定要使用的線性關(guān)系和拐點(diǎn)的數(shù)目方面具有極大的靈活性?，F(xiàn)有的控制系統(tǒng)能夠容易地使用可縮放的可調(diào)范圍，這是因?yàn)橐呀?jīng)建造了利用諸如4mA至20mA系統(tǒng)之類的模擬控制回路來(lái)進(jìn)行操作的控制系統(tǒng)。可縮放的可調(diào)范圍比其他潛在方案更易于理解。例如，由于仍然以線性關(guān)系呈現(xiàn)了所有輸出，所以避免了復(fù)雜數(shù)目的操控。此外，整個(gè)壓力傳感器范圍仍呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的單調(diào)連續(xù)。本發(fā)明可以作為現(xiàn)有變送器的附加或升級(jí)而提供。盡管已經(jīng)參照示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解， 在不背離本發(fā)明的范圍的前提下，可以進(jìn)行各種修改，并且可以用等價(jià)物代替其組件。此外，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍的前提下，可以進(jìn)行許多修改，以使特定情形或材料適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明并不局限于所公開(kāi)的特定實(shí)施例，并且本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
1權(quán)利要求
1.一種工業(yè)過(guò)程變送器，包括感測(cè)系統(tǒng)，用于在一范圍內(nèi)上感測(cè)過(guò)程變量；變送器電子器件，連接至所述感測(cè)系統(tǒng)，并被配置用于產(chǎn)生模擬通信信號(hào)，所述模擬通信信號(hào)表示一刻度上的過(guò)程變量；其中，所述變送器電子器件將所述范圍不均勻地分布在所述刻度上，以通過(guò)模擬控制回路傳送所述過(guò)程變量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中，所述變送器電子器件包括控制器，所述控制器以不同斜率將所述范圍多段線性地分布在所述刻度上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中，不均勻地分布的范圍包括第一線性分布與第二線性分布之間的拐點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中，所述第一線性分布的斜率與所述第二線性分布的斜率不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中，所述模擬通信信號(hào)在第一線性分布處的分辨率與在所述第二線性分布處的分辨率不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中，所述第一線性分布與所述第二線性分布被分布在4mA至20mA刻度上的不同的部分上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中，所述感測(cè)系統(tǒng)包括 第一傳感器裝置；以及第二傳感器裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中， 所述第一傳感器裝置包括差壓?jiǎn)卧?；以及所述第二傳感器裝置包括一對(duì)絕對(duì)壓力傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中，將基于所述第一傳感器裝置所感測(cè)的過(guò)程變量的輸出分布在所述第一線性分布上，以及將基于所述第二傳感器裝置所感測(cè)的過(guò)程變量的輸出分布在所述第二線性分布上。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中，所述第一拐點(diǎn)位于所述范圍中的擴(kuò)展過(guò)程條件點(diǎn)處。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中，所述范圍還包括 第二拐點(diǎn)；以及第三線性分布。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中，所述第二拐點(diǎn)位于所述范圍中的異常過(guò)程條件點(diǎn)處。
13.一種用于將傳感器數(shù)據(jù)作為刻度化的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行傳送的方法，所述方法包括利用具有一傳感器范圍的傳感器系統(tǒng)感測(cè)過(guò)程變量，所述傳感器范圍包含正常過(guò)程范圍和擴(kuò)展過(guò)程范圍；在模擬通信信號(hào)刻度上不均勻地分布所述正常過(guò)程范圍和所述擴(kuò)展過(guò)程范圍分布； 以第一分辨率，通過(guò)模擬通信回路，傳送與所述正常過(guò)程范圍相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)；以及以第二分辨率，通過(guò)模擬通信回路，傳送與所述擴(kuò)展過(guò)程范圍相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，不均勻地分布所述正常過(guò)程范圍和所述擴(kuò)展過(guò)程范圍的步驟包括建立所述正常過(guò)程范圍與模擬通信信號(hào)刻度的第一段之間的第一線性關(guān)系；以及建立所述擴(kuò)展過(guò)程范圍與模擬通信信號(hào)刻度的第二段之間的第二線性關(guān)系。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，利用傳感器系統(tǒng)感測(cè)過(guò)程變量的步驟包括利用第一傳感器裝置感測(cè)在所述正常過(guò)程范圍中的過(guò)程變量；以及利用第二傳感器裝置感測(cè)在所述擴(kuò)展過(guò)程范圍中的過(guò)程變量。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述模擬通信信號(hào)刻度包括4mA至20mA電流， 以及所述第一段被分布在4mA至20mA電流中比所述第二段分布大的部分上。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述傳感器系統(tǒng)具有包含異常范圍的傳感器范圍。
18.一種工業(yè)過(guò)程變送器，配置用于在過(guò)程操作范圍上感測(cè)過(guò)程變量，所述過(guò)程操作范圍包括正常過(guò)程范圍和擴(kuò)展過(guò)程范圍，所述變送器包括感測(cè)系統(tǒng)，用于在傳感器范圍上感測(cè)過(guò)程變量，并產(chǎn)生傳感器信號(hào)，所述傳感器信號(hào)是所述過(guò)程操作范圍上的過(guò)程變量的函數(shù)；變送器電子器件，連接至所述感測(cè)系統(tǒng)，并配置用于基于所述傳感器信號(hào)來(lái)產(chǎn)生刻度化的模擬通信信號(hào)，所述變送器電子器件包括控制器，所述控制器將所述傳感器信號(hào)非線性地分布在所述刻度上，用以傳送過(guò)程變量數(shù)據(jù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的工業(yè)過(guò)程變送器，其中，所述控制器建立所述正常過(guò)程范圍與刻度化的模擬通信信號(hào)的第一段之間的第一線性關(guān)系，以及建立所述擴(kuò)展過(guò)程范圍與所述刻度化的模擬通信信號(hào)的第二段之間的第二線性關(guān)系，所述第一段包含的所述模擬通信信號(hào)中的部分大于所述第二段所包含的模擬通信信號(hào)中的部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的工業(yè)過(guò)程變送器，還包括位于遠(yuǎn)離所述變送器的控制室處的電路，所述電路用于將所述刻度化的模擬通信信號(hào)轉(zhuǎn)換為過(guò)程變量值。
全文摘要
一種工業(yè)過(guò)程變送器包括感測(cè)系統(tǒng)和變送器電子器件。感測(cè)系統(tǒng)在某一范圍上感測(cè)過(guò)程變量。變送器電子器件與感測(cè)系統(tǒng)相連，并產(chǎn)生縮放的模擬通信信號(hào)，以通過(guò)模擬回路傳送過(guò)程變量。變送器電子器件將該范圍不均勻地分布在刻度上。
文檔編號(hào)G05B19/05GK102376154SQ20111019497
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者羅伯特·C·海德克 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司