CN203758647U - 与过程器皿壁一起使用的温度测量组件 - Google Patents

Abstract

一种与过程器皿壁一起使用的温度传感器组件，包括：基座结构、第一温度传感器、第二温度传感器和处理器。基座结构与过程器皿壁的外表面形成接触区域。第一温度传感器延伸穿过基座结构，以测量过程器皿壁的外表面的温度。第二温度传感器处于与第一表面隔开的第二表面，以测量基座结构的第二表面的温度。处理器与第一温度传感器和第二温度传感器相连，并被适配为将内部过程器皿壁温度值确定为过程器皿壁的外表面的测量温度、基座结构的第二表面的测量温度、基座结构参数和过程器皿壁参数的函数。

Description

与过程器皿壁一起使用的温度测量组件

背景技术

本实用新型大体上涉及用于工业过程的温度测量组件。具体而言，本实用新型涉及用于非侵入式过程温度测量的温度测量组件。

非侵入式工业过程温度测量组件可以用于测量器皿中过程流体的温度，而不需要穿透过程器皿壁。非侵入式温度测量组件测量器皿壁外部温度。这种组件可以包括温度传感器和适用于将温度传感器的温度感应探针尖置于器皿壁的外表面上的结构。当过程流体温度改变时，器皿壁温度同样将改变。器皿壁温度还将响应于周围条件(例如阳光、风或雨)而改变。探针尖周围的隔热层为外表面提供一些对周围条件改变的屏蔽。然而，在隔热不理想的情况下，非侵入式过程温度测量的精度会受影响。

实用新型内容

本实用新型的实施例是一种与过程器皿壁一起使用的温度传感器组件，所述组件包括：基座结构、第一温度传感器、第二温度传感器和处理器。所述基座结构包括：第一表面和与所述第一表面隔开的第二表面，所述第一表面被适配为与过程器皿壁的外表面的一部分形成接触区域。所述第一温度传感器延伸穿过基座结构到达接触区域，以测量所述过程器皿壁的外表面的温度。所述第二温度传感器处于所述基座结构的第二表面，以测量所述基座结构的第二表面的温度。所述处理器与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器相连，并被适配为将内部过程器皿壁温度值确定为所述过程器皿壁的外表面的测量温度、所述基座结构的第二表面的测量温度、基座结构参数和过程器皿壁参数的函数。

本实用新型的另一实施例是一种与过程器皿壁一起使用的温度测量组件，所述组件包括温度传感器组件和与所述温度传感器组件相连 的电子设备外壳。所述温度传感器组件包括：基座结构、第一温度传感器和第二温度传感器。所述基座结构包括：第一表面和与所述第一表面隔开的第二表面，所述第一表面被适配为与过程器皿壁的外表面的一部分形成接触区域。所述第一温度传感器延伸穿过基座结构到达接触区域，以测量所述过程器皿壁的外表面的温度。所述第二温度传感器处于所述基座结构的第二表面，以测量所述基座结构的第二表面的温度。所述电子设备外壳包括处理器和通信接口。所述处理器与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器相连，并被适配为将内部过程器皿壁温度值确定为所述过程器皿壁的外表面的测量温度、所述基座结构的第二表面的测量温度、基座结构参数和过程器皿壁参数的函数。所述通信接口被适配为向控制或监控系统发送内部过程器皿壁温度值。

本实用新型的另一实施例是一种非侵入式确定内部过程器皿壁温度值的方法。所述方法包括用基座结构覆盖过程器皿壁的外表面的一部分。所述方法包括：测量过程器皿壁的外表面的温度，并测量所述基座结构的表面的温度，所述基座结构的表面背朝所述过程器皿壁。所述方法还包括：基于所述过程器皿壁的外表面的测量温度、所述基座结构的表面的测量温度、基座结构参数和过程器皿壁参数，确定内部过程器皿壁温度值。

附图说明

图1是实现本实用新型的温度测量组件的侧视图，其中，基座结构是管夹。

图2是图1的实施例的一部分的截面图。

图3是针对图1的实施例的电子器件的示意图。

图4是实现本实用新型的温度测量组件的另一实施例的一部分的截面图，其中，基座结构是平板。

具体实施方式

图1是实现本实用新型的温度测量组件的侧视图。图1示出了包括 温度传感器组件12、电子器件外壳14和传感器管16的温度测量组件10。温度测量组件10附接到过程器皿壁18，用于测量与过程器皿壁18内包含的过程流体P相关联的温度。在图1所示的实施例中，过程器皿壁18形成具有内径R的管。过程器皿壁18包括外表面20和内表面22，并且过程器皿壁厚度为T_W。温度传感器组件12包括基座结构24。基座结构24可以是弯曲板，例如管夹，如所示。温度传感器组件12通过基座结构24附接到过程器皿壁18的外表面20。传感器管16在基座结构24将电子器件外壳14连接到温度组件12。

图2是图1的实施例的一部分的截面图。如图2所示，基座结构24包括第一表面26和与第一表面26间隔基座结构厚度T_B的第二表面28。第一表面26被适配为与过程器皿壁18的外表面20的一部分物理接触，形成接触区域30。温度传感器组件12还包括：第一温度传感器32和第二温度传感器34。第一温度传感器32包括温度感测器件36和传感器电线38。第二温度传感器34包括温度感测器件40和传感器电线42。温度感测器件36和温度感测器件40可以是例如热电偶、热敏电阻、红外传感器、或具有薄膜或绕线元件的电阻温度检测器(RTD)。传感器管16是空的，并为第一温度传感器32和第二温度传感器34提供封装。传感器电线38通过传感器管16延伸，以将温度感测器件36连接到电子器件外壳14中的电子器件，如参考图3所述。类似地，传感器电线42通过传感器管16延伸，以将温度感测器件40连接到电子器件外壳14中的电子器件。

第一温度传感器32延伸通过基座结构24到达接触区域30，使得第一温度传感器32物理上与过程器皿壁18的外表面20接触。按这样布置，第一温度传感器32通过在传感器电线38之间生成模拟电信号来测量外表面20的温度Θ_W，该模拟电信号响应于温度感测器件36测量的外表面20的温度Θ_W的改变而变化。第二温度传感器34与基座结构24的第二表面28物理接触，以测量第二表面28的温度Θ_B。第二温度传感器34通过在传感器电线42之间生成模拟电信号来测量第二表面28的温度Θ_B，该模拟电信号响应于由温度感测器件40测量的第二表面28的温度Θ_B的改变而变化。

图3是针对图1和图2的实施例的电子器件的示意图。图2示出了包括处理器50、第一A/D转换器52、第二A/D转换器54和存储器56的电子器件外壳14。处理器50优选地是数字微处理器。第一A/D转换器52和第二A/D转换器54是模数转换器。存储器56是与处理器50电连接的数字数据存储设备。处理器50通过第一A/D转换器52与第一温度传感器32相连。第一A/D转换器52与传感器电线38电连接，以将来自感测器件36的模拟电信号转换为针对处理器50的数字信号。第二A/D转换器54将处理器50连接到第二温度传感器34。第二A/D转换器54与传感器电线42电连接，以将来自感测器件40的模拟电信号转换为针对处理器50的数字信号。

存储器56包含基座结构参数和过程器皿壁参数。基座结构参数是基座结构24的物理特性，并可以包括例如基座结构24的导热值K_B和基座结构厚度T_B。基座结构参数可以在制造温度测量组件10时存储在存储器56中。备选地，基座结构参数可以在温度测量组件10被配置使用时存储在存储器56中，如下文所述。

过程器皿壁参数是过程器皿壁18的物理特性，并包括例如过程器皿壁18的导热值K_W和过程器皿壁厚度T_W。过程器皿壁参数可以在制造温度测量组件10时存储在存储器56中。然而，因为不太可能在制造时就已知将附接到温度测量组件10的过程器皿，过程器皿壁参数可以在温度测量组件10被配置使用时存储在存储器56中，如下文所述。备选地或另外地，当温度测量组件10被配置使用时，许多过程器皿壁参数集合可以存储在存储器56中，并选择存储器56内的期望集合来使用。

根据傅里叶热传导定律，流经基座结构24的热通量应当与流经过程器皿壁18的热通量相同。在此情况下，可以从外表面20的测量温度Θ_W和第二表面28的测量温度Θ_B中确定过程器皿壁18的内表面22的温度Θ_P。

共同考虑图1、2和3，温度测量组件10附接到过程器皿壁18用于以非侵入式方式确定过程器皿壁18的内表面22的温度Θ_P。安装温度传感器组件12使得基座结构24的第一表面26覆盖外表面20的一部分，形成接触区域30。温度传感器32测量外表面20的温度Θ_W，而温度传感器34 测量基座结构24的第二表面28的温度Θ_B，第二表面28与过程器皿壁18相对于外表面20呈相反方向。处理器50从第一A/D转换器52接收外表面20的测量温度Θ_W作为数字信号，并从第二A/D转换器54接收第二表面28的测量温度Θ_B作为数字信号。处理器50从存储器36获得基座结构参数和过程器皿壁参数。使用诸如傅里叶热传导定律的热传导模型，处理器50被适配为：基于外表面20的测量温度Θ_W、第二表面28的测量温度Θ_B、基座结构参数和过程器皿壁参数，确定温度Θ_P。温度Θ_P是过程器皿壁18的内表面22的温度值。温度Θ_P还是过程器皿壁18内过程流体P的温度的估计。在混乱的流的情况下，由于由过程器皿壁18限定的管上相对一致的温度曲线，温度Θ_P可以是过程流体P的非常准确的估计。

在图3所示的实施例中，电子器件外壳14还可以包括通信接口58。通信接口58提供温度测量组件10和控制或监控系统62之间的通信。按照这样装配，温度测量组件10可以还被称为温度测量发射机，并可以向控制或监控系统62发送过程器皿壁18的内表面22的温度Θ_P。温度测量组件10和控制或监控系统62之间的通信可以通过任意合适的无线连接或硬连线连接。例如，通信可以由4至20mA范围的双线回路上的模拟电流来表示。备选地，通信可以使用HART数字协议在双线回路上或使用诸如基金会现场总线的数字协议在通信总线上以数字形式传输。通信接口58可以可选地包括使用诸如WirelessHART(IEC62591)的无线协议通过无线传输进行通信的无线通信电路64。此外，与控制或监控系统62的通信可以是直接的或通过任意数量的中间设备的网络(例如无线网状网络)的。通信接口58可以帮助管理和控制去往温度测量组件10和来自温度测量组件10的通信。例如，控制或监控系统62可以提供温度测量组件10的配置，包括通过通信接口58的方式，输入或选择基座结构参数、过程器皿壁参数，或为特定应用选择热传导模型。

图3中所示的实施例还可以包括本地操作者接口(LOI)66。可以将LOI66提供给内表面22的显示温度Θ_P以及外表面20的测量温度Θ_W、第二表面28的测量温度Θ_B、基座结构参数和过程器皿壁参数。还可以 提供LOI66以允许温度测量组件10的配置，包括输入或选择基座结构参数、过程器皿壁参数，或为特定应用选择热传导模型。

在图1、2和3所示的实施例中，可以使用针对具有内径R的管的热传导模型：

${\mathrm{\Θ}}_P={\mathrm{\Θ}}_W+\left[\frac{K_B\ln \left(\frac{R+T_W}{R}\right)}{K_W\ln \left(\frac{R+T_B+T_W}{R+T_W}\right)}\right]({\mathrm{\Θ}}_W-{\mathrm{\Θ}}_B).\left[1\right]$

基座结构参数包括基座结构24的导热值K_B和基座结构厚度T_B。过程器皿壁参数包括过程器皿壁18的导热值K_W和过程器皿壁厚度T_W。因此，处理器50可以使用等式[1]的热传导模型来基于外表面20的测量温度Θ_W、第二表面28的测量温度Θ_B、基座结构参数和过程器皿壁参数，确定过程器皿壁18的内表面22的温度Θ_P。

图4是实现本实用新型的温度测量组件的另一实施例的一部分的截面图，其中，基座结构是平板。本实施例可以用于平直侧面的过程器皿，例如具有平直侧面的火炉或过程容器。本实施例还可以用于具有内径R的管或圆形过程容器，该内径R足够大使得在基座结构覆盖的距离上，过程器皿壁接近平直表面。

图4的实施例与以上参考图1、2和3所描述的实施例完全相同，除了温度传感器组件12的基座结构24被基座结构124替换以容纳过程器皿壁118。过程器皿壁118是包括外表面120和内表面122的平直壁，并且过程器皿壁厚度为T_W′。温度传感器组件12通过基座结构124附接到过程器皿壁118的外表面120。传感器管16在基座结构124将电子器件外壳14(图1)连接到温度组件12。

基座结构124包括第一表面126和与第一表面126间隔基座结构厚度T_B′的第二表面128。第一表面126被适配为与过程器皿壁118的外表面120的一部分物理接触，形成接触区域130。第一温度传感器32通过基座结构124延伸到达接触区域130，使得第一温度传感器32物理上与过程器皿壁118的外表面120接触。按这样布置，第一温度传感器32测量外表面120的温度Θ_W′。第二温度传感器34与基座结构124的第二表 面128物理接触，以测量第二表面128的温度Θ_B。

如利用以上参考图1、2和3所描述的实施例，处理器50从存储器36获得基座结构参数和过程器皿壁参数。使用诸如傅里叶热传导定律的热传导模型，处理器50被适配为：基于外表面120的测量温度Θ_W′、第二表面128的测量温度Θ_B′、基座结构参数和过程器皿壁参数，确定过程器皿壁118的内表面122的温度Θ_P′。

在图4所示的实施例中，可以使用针对平直表面的热传导模型：

${{\mathrm{\Θ}}_P}^{\′}={{\mathrm{\Θ}}_W}^{\′}+\left[\frac{{K_B}^{\′}{T_W}^{\′}}{{K_W}^{\′}{T_B}^{\′}}\right]({{\mathrm{\Θ}}_W}^{\′}-{{\mathrm{\Θ}}_B}^{\′}).\left[2\right]$

基座结构参数包括基座结构124的导热值K_B′和基座结构厚度T_B′。过程器皿壁参数包括过程器皿壁118的导热值K_W′和过程器皿壁厚度T_W′。因此，处理器50可以使用等式[2]的热传导模型来基于外表面120的测量温度Θ_W′、第二表面128的测量温度Θ_B′、基座结构参数和过程器皿壁参数，确定过程器皿壁118的内表面122的温度Θ_P′。

本实用新型实施例通过使用两个温度传感器和处理器来克服非侵入式测量器皿壁内过程流体的温度的问题，该两个温度传感器由附接到器皿壁的基座结构的厚度分离，处理器产生内器皿壁的温度值作为来自两个温度传感器的参数、基座结构的参数和过程器皿壁的参数的函数。以此方式，至少可以部分补偿普通模式效果(包括诸如阳光、风或雨的周围情况)，改进所产生的温度值的精度。

尽管已经参考示例性实施例描述了本实用新型，本领域技术人员将理解，在不脱离本实用新型范围的前提下，可以对其要素作出各种改变或将其要素替换为等同物。另外，在不脱离其基本范围的前提下，可以作出很多修改，以使特定情况或材料适合本实用新型的教导。因此，本实用新型不旨在受限于所公开的特定实施例，而是将意在包括落入所附权利要求范围中的所有实施例。

Claims (15)

1.一种与过程器皿壁一起使用的温度传感器组件，所述组件包括：

基座结构，包括：

第一表面，被适配为：与所述过程器皿壁的外表面的一部分形成接触区域，以及

第二表面，与所述第一表面分隔；

第一温度传感器，延伸穿过所述基座结构到达所述接触区域，以测量所述过程器皿壁的外表面的温度；

第二温度传感器，放置于所述基座结构的第二表面，以测量所述基座结构的第二表面的温度；以及

处理器，与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器相连，并被适配为：将内部过程器皿壁温度值确定为所述过程器皿壁的外表面的测量温度、所述基座结构的第二表面的测量温度、基座结构参数和过程器皿壁参数的函数。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述基座结构参数包括：所述基座结构的导热值和所述基座结构在所述第一表面和所述第二表面之间的厚度。

3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述过程器皿壁参数包括：所述过程器皿壁的厚度和所述过程器皿壁的导热值。

4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述基座结构是平板。

5.根据权利要求3所述的组件，其中，所述基座结构是弯曲板，并且所述过程器皿壁参数还包括所述过程器皿壁的半径。

6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述基座结构是管夹，并且所述过程器皿壁是管。

7.一种与过程器皿壁一起使用的温度测量组件，所述组件包括：

温度传感器组件，包括：

基座结构，包括：

第一表面，被适配为：与过程器皿壁的外表面的一部分形成接触区域，以及

第二表面，与所述第一表面分隔；

第一温度传感器，延伸穿过所述基座结构到达所述接触区域，以测量所述过程器皿壁的外表面的温度；以及

第二温度传感器，处于所述基座结构的第二侧面，以测量所述基座结构的第二表面的温度；以及

电子设备外壳，与所述温度传感器组件相连，所述外壳包括：

处理器，与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器相连，并被适配为：将内部过程器皿壁温度值确定为所述过程器皿壁的外表面的测量温度、所述基座结构的第二表面的测量温度、基座结构的参数和过程器皿壁参数的函数；以及

通信接口，用于向控制或监控系统发送内部过程器皿壁温度值。

8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述基座结构参数包括：所述基座结构的导热值和所述基座结构在所述第一表面和所述第二表面之间的厚度。

9.根据权利要求8所述的组件，其中，所述过程器皿壁参数包括：所述过程器皿壁的厚度和所述过程器皿壁的导热值。

10.根据权利要求9所述的组件，其中，所述基座结构是平板。

11.根据权利要求9所述的组件，其中，所述基座结构是弯曲板，并且所述过程器皿壁参数还包括所述过程器皿壁的半径。

12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述基座结构是管夹，并且所述过程器皿壁是管。

13.根据权利要求7所述的组件，其中，所述通信接口包括用于向控制或监控系统无线传输所述内部过程器皿壁温度值的电路。

14.根据权利要求7所述的组件，其中，所述外壳还包括本地操作者接口，能够通过所述本地操作者接口向所述组件提供所述过程器皿壁参数。

15.根据权利要求14所述的组件，其中，所述基座结构参数能够通过所述本地操作者接口提供给所述组件。