[发明专利]具有声压传感器的压力变送器

说明书

技术领域

本发明涉及工业过程中自动检测过程变量的变送器，尤其涉及一种与那些设计用来测量过程压力的压力变送器。

背景技术

在过程监控和控制系统中，变送器被用于测量工业过程中的各种过程变量。在工业过程中，一种类型的变送器测量一种过程流体的压力值。该压力值可以直接被使用，或者被用来确定其他过程变量，如流速。测量流速的技术，是建立在过程流体的压差之上的。在压差与流速之间，存在有一种已知的关系。但是，这个关系不是仅依赖于压差的。可以通过测量其他过程的变量以更精确地确定流速，这些过程变量包括随温度变化的绝对压力或管路压力。

一种测量管路压力的技术是使用一种单独的管路压力传感器。另一种测量管路压力的技术就是在序号为11/140,681的共同申请中所描述的技术，它和本申请一样被转让。

除了上述的测量管路压力的可供选择的方法外，还有其他情况也需要的对管路压力的测量。这些情况包括，在初级传感器的诊断中使用的次级管路压力的测量，直接管路压力测量传感器的次级管路压力的测量，或用于确定其他过程变量的次级管路压力的测量。

发明内容

本发明提供了一种用于测量工业过程的过程变量的变送器，它包括一个测量流体压力并提供与过程压力相关输出的压力传感器；一个声波探测器被用来接收从流体传来的声信号；与压力传感器和声波探测器组合的测量电路，输出与流体压力相关的数据。

在另一种配置中，提供有包括管路压力传感器的变送器；这个管路压力传感器，基于声信号测量管路压力或者在已知压力条件下通过使用声信号，确定过程流体的温度。

附图说明

图1是声信号深度与速度关系的曲线图；

图2是本发明的与受压结构相连接的测量电路的简化图；

图3是表示压力变送器环境的示意图；

图4是表示图3中压力变送器部件的简化方框图；

图5是图3中的压力变送器的剖面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如在背景部分中所讨论的，压力传感器通过压力变送器被用于各种工业过程和监控应用。为了测量压力采用了一些不同的技术。例如，根据在可偏转膜和电极之间测得的电容变化，可以测量作用于可偏转膜的压力。还有其他测量技术的使用，例如，应力测量或者随受压力变化的其他部件特性的测量。

本发明中提供一种压力传感器。通过该传感器，基于在压力条件下穿过流体的声信号的变化，测量受压的压力。声输入或声音源是与流体相连接的，它发送声信号。声波探测器或者接收器接收声信号。基于收到的信号，测量电路可以被用来输出与流体压力有关的数据或者信号。

本发明对通过流体的声信号速度和流体温度压力之间的已知关系进行了利用。例如，已知海水中的声速依赖于海水的温度、盐度和压力。图1就是在这样的一种介质中声信号深度对速度的曲线图。在图1中，声信号速度起初随着深度的增加而下降。这是因为水温随深度下降。但是，在很大的一段深度中水温恒定，声速就随着深度(压力)的增加而增加。在水中，声速的变化范围在1400米/秒和1570米/秒(4593英尺/秒和5151英尺/秒)之间。它大约为1.5公里/秒(稍低于1英里/秒)，或者说它比空气中声速快4倍。

此外，在频散介质(如水)中，声速是频率的函数。这意味着，由于每一个频率部件以它自己的相速度传播声音，而扰动能量则以群速传播，因此传播中的声扰动将不断地变化。另一方面，由于空气是非频散介质，所以空气中的声速与频率无关。因此，在空气中，声音能量传输的速度与声音传播的速度相同。

图2是根据本发明的一实施例而作出的压力传感器10的简化图。压力传感器10包括一个受压结构12，而这个受压结构则包含有在过程流体的压力下的一种流体。它可能是过程流体本身或者是承受与过程流体相同压力的隔离流体。声音输入或者声音源14与受压结构12相连接，被用来通过受压结构中的流体发送声音信号16。声波探测器或接收器18接收声音信号，并且提供相应的输出。声音输入14和声波探测器18，与测量线路20相连接。测量线路20，基于流体压力和声波信号16变化之间的已知关系，确定受压结构中流体的压力。可选用的温度传感器22也在图中示出，它为测量线路20提供温度信号。基于流体温度和受压结构12，测量线路使用这个温度信号来补偿与压力相关的输出24。