Патент на изобретение №2293951

(54) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРЕДАЮЩИЙ ДАТЧИК С БЕСПРОВОДНЫМ КАНАЛОМ СВЯЗИ

(57) Реферат:

Технологический передающий датчик с беспроводным каналом связи предназначен для измерения технологического параметра промышленного процесса. Датчик содержит чувствительный элемент, связанный с первой электронной схемой, которая связана со второй электронной схемой бесконтактным электромагнитным каналом и отделена от нее перегородкой в корпусе, образующей герметично уплотненную полость. Двухпроводный технологический контур управления обеспечивает питание схем. Бесконтактный электромагнитный канал может представлять собой радиочастотный канал, емкостную или индуктивную связь. Вторая электронная схема может быть расположена в корпусе либо вне его и может получать питание через бесконтактный электромагнитный канал от первой электронной схемы. Такое техническое решение позволяет уменьшить количество соединений в корпусе передающего датчика, обеспечивает большую гибкость при его монтаже. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к передающим датчикам, используемым для измерения технологических параметров промышленных процессов.

Предшествующий уровень техники

Технологические контуры управления используются в различных отраслях промышленности для управления или контроля за операциями промышленного процесса. Обычно технологический передающий датчик является частью технологического контура управления и расположен таким образом, чтобы измерять и передавать технологические параметры, такие как давление, расход или температура, к приборам на пульте управления. Некоторые технологические контуры управления включают устройство управления, например устройство управления клапаном, которое управляется в ответ на технологический параметр, измеряемый передающим датчиком.

Технологические передающие датчики часто используются в жестких агрессивных средах или в средах, содержащих потенциально взрывоопасные газы или их смеси. Таким образом, передающий датчик, как правило, содержит корпус, надежно герметизирующий внутренние элементы датчика, чтобы уменьшить вероятность повреждения внутренних элементов агрессивной средой и уменьшить вероятность возгорания взрывоопасных газов, что может быть вызвано внутренней схемой датчика. Однако корпус должен иметь отверстия для связи схемы передающего датчика с внешней схемой. Для поддержания герметичности этих отверстий каждое отверстие корпуса должно быть герметизировано с использованием специальной изоляции и специальных методик. Для герметизации каждого отверстия в корпусе передающего датчика требуются дополнительные технологические операции, что увеличивает стоимость передающего датчика.

Краткое изложение сущности изобретения

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания технологического передающего датчика с беспроводным каналом связи, в котором исключены указанные недостатки.

Поставленная задача решена путем создания технологического передающего датчика для измерения технологического параметра промышленного процесса, который содержит чувствительный элемент для измерения технологического параметра, первую электронную схему передающего датчика, связанную с чувствительным элементом, и вторую электронную схему передающего датчика, связанную с первой электронной схемой передающего датчика, причем корпус передающего датчика имеет первую полость, содержащую первую электронную схему передающего датчика, перегородка в корпусе проходит между первой и второй электронными схемами передающего датчика, а бесконтактный электромагнитный канал связывает первую электронную схему передающего датчика со второй электронной схемой передающего датчика и передает данные между ними.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает блок-схему технологической системы, включающей технологический передающий датчик, согласно изобретению;

фиг.2 – общий вид одного из вариантов реализации технологического передающего датчика согласно изобретению;

фиг.3 – блок-схему технологической системы согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложен промышленный технологический передающий датчик, корпус которого содержит меньшее количество отверстий или сквозных соединений по сравнению с известными датчиками.

На фиг.1 представлена блок-схема системы 10 контроля за ходом технологического процесса. Система 10 содержит передающий датчик 12, который связан с приборами на пульте 14 управления посредством технологического контура 16 управления. Технологический контур 16 управления показан в виде двухпроводного технологического контура управления, но может быть выполнен в соответствии с любым форматом и обычно используется для передачи данных и подачи напряжения на передающий датчик 12. Схема на пульте 14 управления содержит источник 18 напряжения и сопротивление 20. Технологические контуры управления включают в себя 4-20 мА двухпроводные линии (линии в соответствии со стандартами HART® и Fieldbus).

Передающий датчик 12 содержит корпус 38, который имеет первую полость 40 и вторую полость 42. Перегородка 44 разделяет полости 40 и 42. Полость 42 герметично уплотнена для предотвращения попадания в нее агрессивных технологических жидкостей и дальнейшего предотвращения возгорания огнеопасных технологических жидкостей из-за электрического разряда в схеме внутри полости 42. Электронная схема 50 передающего датчика расположена в полости 42 и связана с двухпроводным технологическим контуром 16 управления посредством соединений 52. Соединения 52 размещены в перегородке 44 и могут содержать одно или более отверстий и предназначены для включения электрических элементов, например элементов для уменьшения электрического разряда, фильтров и так далее. Электронная схема 50 передающего датчика связана с чувствительным элементом 54 для измерения технологического параметра. Чувствительные элементы включают в себя чувствительные элементы для измерения температуры, давления и расхода. Чувствительный элемент 54 может быть расположен в полости 42 или вне полости 42.

Полость 40 содержит электронную схему 60 передающего датчика, которая также связана с двухпроводным технологическим контуром 16 управления. Передающий датчик 12 связан с контуром 16 посредством соединительных цепей 90. В некоторых случаях через контур 16 может подаваться вся мощность, потребляемая схемами 50 и 60. В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения бесконтактный электромагнитный канал 70 проходит через перегородку 44 и обеспечивает канал связи между схемами 50 и 60. Канал 70 может быть однонаправленным или двунаправленным. Канал 70 связи образован преобразователем 64, соединенным с электронной схемой 50 передающего датчика, и преобразователем 62, соединенным с электронной схемой 60 передающего датчика. Преобразователи 62 и 64 могут являться, например, антеннами, пластинами конденсатора или элементами катушки индуктивности.

Бесконтактный электромагнитный канал 70 может быть электромагнитным каналом любого типа, не требующим непосредственной связи. Например, это может быть радиочастотный канал, индуктивная или емкостная связь. Если канал 70 является радиочастотным каналом, то преобразователи 62 и 64 могут состоять из антенн, сконфигурированных на отправку и/или получение радиочастотных сигналов. Частота радиочастотных сигналов может быть выбрана произвольным образом с учетом формы и конфигурации антенн, образующих преобразователи 62 и 64. Если канал 70 является индуктивной связью, то преобразователи 62 и 64 могут состоять из индукторов, размещенных достаточно близко, чтобы осуществить передачу сигнала между ними. Аналогично, если канал 70 является емкостной связью, то преобразователи 62 и 64 могут являться пластинами конденсатора.

Канал 70 может передавать данные с любой необходимой скоростью. Более высокие скорости передачи данных, как правило, приводят к более высокому потреблению электроэнергии. Конкретный формат данных и протоколы, используемые в канале 70, могут быть выбраны в соответствии со стандартизованными или патентованными форматами. Канал 70 передачи данных может однонаправлено передавать данные в одном из двух направлений между схемами 50 и 60 или быть двунаправленным каналом. В реализациях с существенно низким энергопотреблением у схем 50 и 60, канал 70 также может подводить электропитание к схемам 50 или 60, так что эта схема не требует отдельного соединения с контуром 16.

Во время работы электронная схема 50 передающего датчика связана с чувствительным элементом 54 и используется для измерения технологического параметра, например давления, температуры, расхода, уровня. В одном варианте реализации передающий датчик полостью снабжается энергией через технологический контур 16 управления. Данные, относящиеся к измеряемому технологическому параметру, передаются по контуру 16 в цифровом или аналоговом формате на пульт 14 управления или к другому оборудованию контура 16.

Канал 70 обеспечивает безопасную линию связи с электронной схемой 60, не требуя дополнительных соединений в перегородке 44. Более того, для функционирования канала 70 не требуется дополнительного источника питания. Из-за уменьшения количества соединений в перегородке и уменьшения требований к дополнительным источникам питания также уменьшается стоимость изготовления. Данная конфигурация обеспечивает гибкость при монтаже.

Электронная схема 60 передающего датчика может состоять из схем любых типов, причем желательно иметь схему, отделенную от схемы 50. Датчик содержит дисплей такой, что информация может быть отображена локально на передающем датчике 12. Например, могут отображаться показания чувствительного элемента 54 или установочные параметры или конфигурационная информация, относящаяся к электронной схеме 50 передающего датчика. Другой пример схемы 60 включает в себя переключатели для локально управляемых элементов регулирования производственным процессом, например клапанами или другими компонентами. В другом примере схема 60 может содержать в себе схему ввода, например кнопки для ручного ввода данных, или электронную связь с конфигурационной и контрольной схемами. В этом случае данные, введенные через схему 60, используются для программирования, калибровки и/или опроса электронной схемы 50 передающего датчика.

На фиг.2 представлен общий вид технологического передающего датчика 12. В качестве электронной схемы 60 передающего датчика представлен дисплей. Дисплей может отображать показания чувствительного датчика, калибровочную информацию, диагностическую информацию и тому подобное. На фиг.2 схематично показано расположение чувствительного датчика 54, схемы 50, перегородки 44.

На фиг.3 представлена блок-схема технологической системы 100 в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения. Технологическая система 100 содержит несколько передающих датчиков 12A, 12B и 12C, связанных с технологическим контуром 16 управления. Хотя на фиг.3 показан один технологический контур 16 управления, может быть использовано несколько технологических контуров 16 управления. Полевой измеритель 102 связан с технологическим контуром 16 управления. Измеритель 102 может быть соединен с тем же контуром 16, что и передающие датчики 12, или с другим контуром 16 управления. Бесконтактные электромагнитные каналы 106 обеспечивают канал связи между передающими датчиками 12A, 12B и 12C и измерителем 102. Канал может быть однонаправленным или двунаправленным. Каналы могут работать на разных частотах, активироваться в разные моменты времени или использовать методики кодирования таким образом, чтобы можно было различить данные к или от разных передающих датчиков.

В реализации на фиг.3 один измеритель 102 используется для контроля нескольких передающих датчиков 12A, 12B и 12C. Более того, в некоторых случаях передающий датчик 12 расположен таким образом, что его трудно увидеть. В таком случае измеритель 102 может быть расположен в более доступном месте, чтобы выходные данные передающего датчика 12 могли быть просмотрены.

Измеритель 102 и передающие датчики 12A, 12B и 12C могут быть полностью запитаны от технологического контура 16 управления. В одном варианте реализации элемент 102 содержит переключатель или другое устройство для управления процессом или для ввода данных передающим датчикам 12A, 12B и 12C. Передающие датчики 12A, 12B и 12C могут также включать внутренний бесконтактный канал 70 связи (фиг.1) для связи с электронной схемой 60 передающего датчика, расположенной внутри отдельного передающего датчика 12A, 12B и 12C.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты реализации, специалисту в данной области должно быть понятно что, могут быть сделаны изменения в форме и деталях настоящего изобретения без выхода за пределы объема и сущности настоящего изобретения. В различных аспектах настоящего изобретения достигается уменьшение количества соединений в корпусе передающего датчика. Настоящее изобретение не требует дополнительных батарей или источников питания и позволяет уменьшить стоимость. Более того, изобретение обеспечивает большую гибкость при монтаже технологического передающего датчика. Изобретение может быть использовано с другими типами передающих датчиков, чувствительных элементов, измеряющих технологический параметр, или технологических контуров управления. Данные могут передаваться по каналу связи в произвольном формате. Данные, передаваемые по каналу, могут быть произвольного типа, включая технологический параметр, данные программирования, калибровочные и конфигурационные данные.

Формула изобретения

1. Технологический передающий датчик, предназначенный для измерения технологического параметра процесса, содержащий

чувствительный элемент для измерения технологического параметра и обеспечения выходных данных измеряемого технологического параметра,

первую электронную схему передающего датчика, связанную с чувствительным элементом, измеряющим технологический параметр,

вторую электронную схему передающего датчика, предназначенную для взаимодействия с первой электронной схемой передающего датчика,

двухпроводный технологический контур управления, предназначенный для питания схем,

корпус, имеющий первую полость, содержащую первую электронную схему передающего датчика, причем корпус включает перегородку между первой и второй электронными схемами передающего датчика,

бесконтактный электромагнитный канал между первой электронной схемой передающего датчика и второй электронной схемой передающего датчика, предназначенный для передачи данных между схемами.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что бесконтактный электромагнитный канал содержит радиочастотный (RF) канал.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что бесконтактный электромагнитный канал содержит емкостную связь.

4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что бесконтактный электромагнитный канал содержит индуктивную связь.

5. Датчик по п.1, отличающийся тем, что вторая электронная схема передающего датчика размещена внутри корпуса.

6. Датчик по п.1, отличающийся тем, что вторая электронная схема передающего датчика размещена вне корпуса.

7. Датчик по п.1, отличающийся тем, что данные состоят из технологического параметра, данных программирования, калибровочных и конфигурационных данных.

8. Датчик по п.1, отличающийся тем, что вторая электронная схема передающего датчика полностью запитана от первой электронной схемы передающего датчика через бесконтактный электромагнитный канал.

9. Способ получения выходных данных передающего датчика, заключающийся в том, что

подключают первую электронную схему передающего датчика к чувствительному элементу для измерения технологического параметра,

размещают первую электронную схему передающего датчика в герметично уплотненной полости,

размещают вторую электронную схему передающего датчика вне полости, причем вторая электронная схема передающего датчика отделена от первой электронной схемы перегородкой,

обеспечивают соединительную цепь для связи передающего датчика с двухпроводным технологическим контуром управления, причем передающий датчик получает электропитание от технологического контура управления,

осуществляют связь первой электронной схемы передающего датчика со второй электронной схемой передающего датчика посредством бесконтактного электромагнитного канала.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что используют бесконтактный электромагнитный канал, содержащий радиочастотный (RF) канал.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что используют бесконтактный электромагнитный канал, содержащий емкостную связь.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что используют бесконтактный электромагнитный канал, содержащий индуктивную связь.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что вторую электронную схему передающего датчика размещают внутри корпуса.

14. Способ по п.9, отличающийся тем, что вторую электронную схему передающего датчика размещают вне корпуса.

15. Способ по п.9, отличающийся тем, что данные состоят из технологического параметра, данных программирования, калибровочных и конфигурационных данных.

16. Способ по п.9, отличающийся тем, что вторую электронную схему передающего датчика полностью запитывают от первой электронной схемы передающего датчика через бесконтактный электромагнитный канал.

17. Система управления технологическим процессом, содержащая

технологический передающий датчик для измерения технологического параметра промышленного процесса, содержащий

чувствительный элемент для измерения технологического параметра и обеспечения выходных данных измеряемого технологического параметра,

первую электронную схему передающего датчика, связанную с чувствительным элементом, измеряющим технологический параметр,

двухпроводный технологический контур управления, предназначенный для питания схем,

корпус, имеющий первую полость, содержащую первую электронную схему передающего датчика, причем корпус включает перегородку между первой и второй электронными схемами передающего датчика,

вторую электронную схему передающего датчика, расположенную на некотором расстоянии от технологического передающего датчика и взаимодействующую с первой электронной схемой передающего датчика,

бесконтактный электромагнитный канал между первой электронной схемой передающего датчика и второй электронной схемой передающего датчика для передачи данных между ними.

18. Система по п.17, отличающаяся тем, что вторая электронная схема передающего датчика обеспечивает взаимодействие с множеством первых электронных схем множества передающих датчиков посредством множества бесконтактных электромагнитных каналов.

19. Система по п.17, отличающаяся тем, что вторая электронная схема передающего датчика содержит дисплей для отображения данных, полученных от множества датчиков.

РИСУНКИ