使用紅外探測器的過程溫度測量的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種工業(yè)過程控制和監(jiān)測系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種工業(yè)過程 中的溫度測量。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)過程用在多種過程流體的制造和運動中W及用在包括發(fā)電的其他活動中。在 此種裝置中，過程變量變送器用于測量過程流體的過程變量，諸如流量、水平、壓強、溫度 等。為了測量工業(yè)過程中的溫度，典型地，溫度傳感器被熱禪接到工業(yè)過程中的過程流體或 者部件。溫度傳感器的電氣特性基于傳感器的溫度而改變。電氣特性的該種改變能夠與溫 度相關(guān)。然而，存在一些工業(yè)過程，在該些工業(yè)過程中，溫度太高W至于溫度傳感器的壽命 大大縮短。此外，溫度傳感器能夠暴露于過程材料，該最終可能導(dǎo)致溫度傳感器退化或完全 失效。在該種情況下，需要更換溫度傳感器，該可能導(dǎo)致工業(yè)過程相當(dāng)長的停工時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] -種用于測量工業(yè)過程中的溫度的過程變量變送器，包括紅外探測器，所述紅外 探測器布置成接收來自工業(yè)過程中的部件的紅外福射。存儲器包含將接收自所述過程部件 的紅外福射與所述過程部件的內(nèi)部溫度相關(guān)聯(lián)的溫度特征表征信息。測量電路配置為基于 自所述過程部件的表面接收的紅外福射和所述溫度特征表征信息而確定所述部件的內(nèi)部 溫度。
【附圖說明】
[0004] 圖1是示出包括過程變量變送器的工業(yè)過程簡圖，其中該過程變量變送器具有用 于測量工業(yè)過程的溫度的紅外探測器。
[0005] 圖2是示出隨時間變化的溫度和紅外福射幅度的曲線圖。
[0006] 圖3是示出圖1的過程變量變送器的部件的簡化框圖。
[0007] 圖4是示出根據(jù)一個示例實施方式的能夠由在圖3中示出的過程變量變送器執(zhí)行 的步驟的簡化框圖。
【具體實施方式】
[000引如在【背景技術(shù)】中討論的那樣，工業(yè)過程中的過高溫度能夠破壞或極大地縮短溫度 傳感器的壽命和降低其精度。例如，在重質(zhì)原料氣化過程中，出于啟動和運行時間的目的， 熱電偶通常地用作溫度傳感器。然而，該些傳感器可能經(jīng)受200(TC高的溫度，該將導(dǎo)致傳感 器損壞且甚至在短時間內(nèi)完全失效。除了過高的溫度之外，過程中的諸如煤和焦炭等的重 質(zhì)材料也能夠引起溫度傳感器損壞。已知多種能夠用于保護熱電偶溫度傳感器免受過程回 路境的損壞的技術(shù)。一種該樣的技術(shù)在2000年5月9日公開的標(biāo)題為"帶有藍寶石熱電偶 套管的溫度探針"的US專利No. 6, 059, 453,在此專利中，通過藍寶石殼使得溫度傳感器免 受過程回路境的損害。然而，即使具有此種保護，溫度傳感器的壽命也會由于過程中接觸藍 寶石殼的重質(zhì)材料而少于四個月。在一方面，本發(fā)明通過使用遙控測量工業(yè)過程中的溫度 的技術(shù)來解決該些問題。例如，紅外探測器能夠用于監(jiān)控從諸如氣化反應(yīng)容器的過程容器 的外壁或表面發(fā)射出的紅外福射并且用于確定內(nèi)部溫度，如下詳細所述的那樣。
[0009] 圖1是示出工業(yè)過程10的簡圖且示出了本發(fā)明的一個示例實施方式，該工業(yè)過程 10包括用于測量工業(yè)過程的溫度的過程變量變送器12。變送器12通過兩電纜過程控制回 路18而與諸如過程控制室16的另一位置通信。例如，回路18能夠包括也能夠用于向變送 器12供電的電流回路。根據(jù)適當(dāng)?shù)膮f(xié)議能夠在回路18中傳送數(shù)據(jù)，例如，在4mA至20mA 之間變化的模擬電流，數(shù)字信息被調(diào)制到4-20mA電流上的HART?通信協(xié)議，基礎(chǔ)場地總線 或現(xiàn)場總線通信協(xié)議等。過程控制回路18也可通過使用無線通信技術(shù)實現(xiàn)。無線通信技 術(shù)的一個示例是根據(jù)IEC62591的無線IIART'fi通信協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)的W太網(wǎng)、光纖連接或其他的 通信渠道也能夠用于實現(xiàn)回路18。
[0010] 如圖1所示，變送器12包括構(gòu)造為例如從反應(yīng)容器32的表面接收紅外福射104 的紅外探測器100。反應(yīng)容器32可包括例如用在煤的氣化中的過程容器、核反應(yīng)器、導(dǎo)管或 容器，或在使用期間經(jīng)受高溫的用在工業(yè)過程中的其他容器。變送器12連接到可選的溫度 傳感器20,該溫度傳感器布置成直接測量例如在反應(yīng)容器32中運行的過程流體等的工業(yè) 過程的溫度?？蛇x的溫度傳感器20如下詳細描述的那樣能夠用于執(zhí)行反應(yīng)容器32的溫度 曲線的初始特征表征。溫度傳感器20能夠包括例如熱電偶，RTD或其他的溫度傳感器。
[0011] 如圖1所示，變送器12包括紅外探測器100,該紅外探測器100構(gòu)造為遠程地檢測 從例如反應(yīng)容器32的外壁等的過程表面發(fā)射的紅外福射104。感測到的紅外福射能夠與反 應(yīng)容器32的內(nèi)部溫度相關(guān)聯(lián)。在過程10的啟動期間，能夠執(zhí)行特征表征，其中由溫度傳感 器20感測到的溫度與感測到自反應(yīng)容器32的外表面發(fā)射的福射104相關(guān)聯(lián)。例如，圖2 是示出啟動過程期間隨時間變化的反應(yīng)容器32中的內(nèi)部溫度50、反應(yīng)容器32的外表面溫 度52W及發(fā)射自反應(yīng)容器32的外表面的紅外福射幅度54。注意到紅外福射幅度54可包 括由于反應(yīng)容器32的環(huán)境溫度和初始啟動溫度帶來的初始偏差或偏移量56。如圖2所示， 紅外福射幅度54與反應(yīng)容器32的內(nèi)部溫度相關(guān)?；诖岁P(guān)系，在反應(yīng)容器32的內(nèi)部溫度 和感測到的福射之間可W找出關(guān)系。也可在此關(guān)系中使用可選的環(huán)境溫度傳感器40 (如圖 3所示）W補償感測到的紅外福射104中的環(huán)境溫度的影響。該種關(guān)系可考慮到變化率的 不同、阻尼特性、穩(wěn)定狀態(tài)偏差W及回路境溫度等，該些因素能夠改變感測到的福射104與 內(nèi)部溫度相關(guān)聯(lián)的方式。通過在過程的初始啟動期間使用傳感器20直接測量過程溫度可 W通過經(jīng)驗的方式大規(guī)模地獲得該種關(guān)系的具體特征。一旦已經(jīng)獲悉該些特征，可W進行 紅外測量，并且通過變送器12可W自動地應(yīng)用補償。該特征表征過程可W自動地執(zhí)行并且 不需要操作者的太多的干預(yù)。一般地，如圖2所示，反應(yīng)容器32的溫度與紅外福射的幅度 相關(guān)。然而，變送器12也可基于紅外福射的波長而操作。在一些配置中，也希望能夠調(diào)整 傳感器100W使之對特定的紅外光譜敏感。
[0012] 如果采用可選的溫度傳感器20,使用該傳感器20可獲得直接的溫度測量?？衫^續(xù) 該直接的溫度測量直到傳感器20最終失效或者在使用傳感器20而獲得的溫度測量結(jié)果和 由紅外探測器100獲得的溫度測量結(jié)果之間出現(xiàn)了很大的偏差。此外，在溫度傳感器20操 作期間，該附加信息能夠用于執(zhí)行對系統(tǒng)的診斷。此種診斷包括觀察來自兩個傳感器的測 量結(jié)果之間的差異，記錄出現(xiàn)在來自兩個傳感器中的一個的測量結(jié)果中的變化和圖形，或 者比較來自兩個傳感器的測量結(jié)果的其他技術(shù)。
[001引圖3是過程變量變送器12的簡化框圖，且示出了紅外探測器100、可選的過程溫度 傳感器20和環(huán)境溫度傳感器40。變送器12包括微型處理器24,其根據(jù)存儲在存儲器26 中的指令W通過時鐘28所確定的速率操作。通信電路（1/0)30用于與過程控制回路18通 信。在一些實施例中，電路30也通過將從過程控制回路18接收的電力提供給變送器12。 如圖3所示，來自紅外探測器100的輸出被提供到處理電路102,該處理電路102可執(zhí)行例 如放大探測到的紅外信號、數(shù)字化信號、補償、濾波等。數(shù)字化的輸出被提供至微型處理器 24。此外，微型處理器24使用可選的過程溫度傳感器20測量容器32的內(nèi)部溫度?？蛇x的 環(huán)境溫度傳感器40也被示出了且可用于測量過程環(huán)境中的環(huán)境溫度W用于補償通過使用 紅外信號104的溫度測量結(jié)果。
[0014] 圖4是根據(jù)一個實施例的示例步驟150的簡單框圖。基于存儲在圖3示出的存儲 器26中的指令例如使用微型處理器24可執(zhí)行在圖4中示出的多個步驟150。在圖4中，該 過程在起始框152開始，其例如在過程啟動資格過程期間能夠被初始化。在框154中，獲得 用于接收到的紅外福射104的值、使用溫度傳感器20測量的過程溫度W及使用環(huán)境溫度傳 感器40測量的環(huán)境溫度。在框156中，利用測量到的過程溫度值將測量的紅外和回路境溫 度關(guān)聯(lián)。例如使用確定多項式等式的系數(shù)的曲線擬合技術(shù)可執(zhí)行該關(guān)聯(lián)。該些系數(shù)可W被 存儲在存儲器26中?？蒞使用較高等級的多項式等式W提供更加精確的結(jié)果。在框158 中，通過傳感器20測量的過程溫度可W例如在過程控制回路18上作為輸出被提供。在框 160中，估計過程溫度傳感器20的狀態(tài)。例如，如果測量到開路狀態(tài)、傳感器的阻抗增加或 者觀察到不穩(wěn)定或不規(guī)律行為，那么可W探測到失效。如果傳感器20已經(jīng)失效，那么控制 過程可W返回到框154,并且繼續(xù)進行特性描述和測量過程。框154-160操作為特性描述 (或?qū)W習(xí)