用于确定溶液浓度的工业过程控制发送器制造技术

本公开涉及用于确定溶液浓度的工业过程控制发送器。在工业过程中自动测量流体溶液电容，以确定溶液浓度。工业过程控制发送器直接从溶液电容确定溶液浓度，并基于溶液电导率确认浓度确定。工业过程控制发送器包括实现在线圈和/或金属板中的端子、至少一个处理器，以及至少一个计算机可读存储器设备。

Industrial Process Control Transmitter for Determining Solution Concentration

The present disclosure relates to an industrial process control transmitter for determining solution concentration. In the industrial process, the capacitance of fluid solution is automatically measured to determine the concentration of solution. The industrial process control transmitter determines the solution concentration directly from the solution capacitance, and confirms the concentration based on the solution conductivity. The industrial process control transmitter includes terminals in coils and/or metal plates, at least one processor, and at least one computer readable memory device.

【技术实现步骤摘要】
用于确定溶液浓度的工业过程控制发送器
本公开的各方面总体而言涉及工业过程设备。更具体地，各方面涉及基于溶液的电容来确定工业过程中溶液浓度的系统和方法。
技术介绍
工业过程常常涉及流体处理，以改变或精炼原材料以产生最终产品。过程流体通常包括由两种或更多种物质组成的溶液。期望在该过程中的各个点测量溶液中物质的浓度。已知的工业过程设备通过测量溶液的电导率来确定溶液浓度。不利的是，当作为浓度的函数的溶液电导率不是单值时，依赖电导率测量是有问题的。换言之，单个测得的溶液电导率值可能与多个溶液浓度值对应。因此，测得的溶液电导率值对于它们所对应的浓度值可以是模糊的。
技术实现思路
本公开的各方面测量溶液的电容，以确定溶液浓度。作为浓度的函数的溶液电容是单值的，这使得本公开的各方面能够确认并消除基于电导率的溶液浓度确定中的模糊性。一对一关系还使得本公开的各方面能够仅根据溶液电容确定溶液浓度。在一方面，工业过程控制发送器包括驱动线圈、响应线圈、浓度处理器，以及存储一个或多个处理器可执行指令的计算机可读存储器设备。驱动线圈被配置为将电场施加到流体过程溶液。响应线圈被配置为感测对溶液中施加的电场的感应性响应。处理器经由信号换能器耦合到驱动和响应线圈。当由处理器执行时，存储在存储器设备中的指令使处理器实现确定流体过程溶液的浓度的方法。指令使处理器在驱动线圈中生成驱动信号以生成电场，并通过监测感应性响应对所施加的电场的时间依赖性来测量流体过程溶液的电容。指令还使处理器响应于测得的电容而确定流体过程溶液的浓度。在另一方面，工业过程控制发送器实现一种确定流体溶液浓度的方法。发送器在AC电路中生成驱动信号，并将生成的驱动信号施加到第一端子。施加驱动信号在流体溶液中诱发感应性响应。发送器在第二端子处感测流体溶液中的感应性响应。第一端子、第二端子和流体溶液包括AC电路的电容器。发送器通过监测感应性响应对所施加的驱动信号的时间依赖性来测量电容器的电容。发送器基于测得的电容确定流体溶液的介电常数。发送器还基于确定的介电常数确定流体溶液的浓度。在又一方面，一种系统包括驱动线圈、响应线圈、浓度处理器和存储器设备。驱动线圈被配置为在工业过程中围绕溶液并向其施加电场。响应线圈被配置为围绕溶液并感测对溶液中施加的电场的感应性响应。处理器耦合到驱动和响应线圈。当由处理器执行时，存储在存储器设备中的指令使处理器实现使用溶液电容来确认通过测量溶液电导率确定的溶液浓度的方法。执行指令使处理器在驱动线圈中生成驱动信号以生成电场，并从响应线圈接收响应信号。响应信号由溶液中的感应性响应生成。执行指令还使处理器从驱动和响应信号测量溶液的电导率，并确定与测得的电导率对应的两个或更多个浓度值。此外，执行指令使处理器通过监测驱动信号与响应信号之间的相位差来测量溶液的电容。基于测得的电容，执行指令使处理器确定溶液的介电常数。而且，执行指令使处理器输出两个或更多个浓度值中最接近地匹配造成所确定的介电常数的溶液浓度的一个浓度值。其它目的和特征部分地将是明显的，部分地将在下文中指出。附图说明图1A和1B是图示包括根据一个实施例的发送器的示例性系统的框图。图2是图示图1A和1B的发送器的框图。图3-5是图示根据一个实施例的从溶液电容确定溶液浓度的示例性方法的框图。在所有附图中，对应的标记指示对应的部分。具体实施方式图1A是系统100的示例性实施例的框图。系统100包括发送器102、过程控制器104、第一端子106和第二端子108。在图1A所示的示例性实施例中，第一端子106和第二端子108是金属线圈，其在该过程中围绕流体溶液110。根据本公开的一方面，这个实施例用于例如化学、石油和天然气、食品和饮料以及水处理工业的过程中。在一个实施例中，流体溶液110包含在管道112中(例如，流过其中、停滞于其内，等)。根据本专利技术的一方面，第一端子106、第二端子108和它们之间的流体溶液110包括电容器114，如本文进一步描述的那样。发送器102经由能够促进其间的数据交换的通信基础设施通信耦合到过程控制器104。在图1A的实施例中，发送器102和过程控制器104通过支持HART数字信号和/或4-20mA模拟信号的通信基础设施通信耦合。根据本公开各方面的通信基础设施包括促进数据交换的任何电信网络，例如，根据IEEE802.3(例如，以太网)和/或IEEE802.11(例如，Wi-Fi)协议操作的那些。在另一个实施例中，通信基础设施是允许通过串行或并行通信信道(例如，铜线、光纤、计算机总线、无线通信信道等)物理地传送数据的任何介质。发送器102电耦合和/或通信耦合到第一端子106和第二端子108。在一个实施例中，发送器102经由一个或多个信号换能器耦合到第一端子106和第二端子108中的每一个。例如，耦合发送器102和第一端子106的信号换能器可以包括将来自发送器102的数字信号变换成驱动信号的电子电路系统，并且耦合发送器102和第二端子106的信号换能器可以包括将响应信号变换成可由计算设备(例如，发送器102、外部计算机等)处理的数字信号的电子电路系统。发送器102被配置为测量流体溶液110的电容和电导率，以确定溶液的浓度。在一个实施例中，发送器102通过第一端子106生成交流(AC)电压(例如，驱动信号)，并从第二端子108接收对应的AC电压(例如，响应信号)。根据本公开的一方面，如本文进一步描述的，发送器102被配置为仅从测得的电容或者从测得的电容和测得的电导率来确定流体溶液110的浓度。示例性发送器包括可从SchneiderElectric获得的Model876EC智能发送器。第一端子106被配置为向流体溶液110施加与由发送器102生成的驱动信号对应的电场。电场在流体溶液110中引起感应性响应。第二端子108被配置为感测感应性响应并生成对应的响应信号。在一个实施例中，第一端子106和第二端子108包括双线环。在图1A所示的示例性实施例中，其中第一端子106和第二端子108是线圈，线圈相距几厘米，并且将线圈定位成靠在一起提供较好的电容测量。根据本公开的一方面，第一端子106和第二端子108可以被称为传感器。包括与第一端子106和第二端子108对应的端子的示例性传感器包括FT10非侵入式非金属流通传感器、871EC插入/浸没传感器，以及可从SchneiderElectric获得的871FT卫生和工业流通传感器。在流体溶液110流过管道112的实施例中，发送器102被配置为测量溶液的电容，而不管第二端子108是在第一端子106的上游还是下游。在一个实施例中，第一端子106、第二端子108和它们之间的流体溶液110包括在由发送器102、第一端子106、流体溶液110和第二端子108形成的AC电路中的电容器114(例如，在理论意义上)。虽然电容器114与常规电容器之间的类比并不完美(因为离子流体溶液110在没有机械屏障的情况下自由移动)，但是存在广泛的相似性。例如，在电容器114中，流体溶液110(即，介电材料)响应于所施加的电场。流体溶液110中对所施加的电场的响应的时间依赖性质以与介电常数值一致的方式变化。因而，根据本公开的一方面，监测响应电压(例如，响应信号)对驱动电压(例如，驱动信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业过程控制发送器，包括：驱动线圈，被配置为向流体过程溶液施加电场；响应线圈，被配置为感测流体过程溶液中对所施加的电场的感应性响应；浓度处理器，经由信号换能器耦合到驱动线圈和响应线圈；以及计算机可读存储器设备，耦合到处理器并在其上存储一个或多个处理器可执行指令，所述处理器可执行指令在由处理器执行时使处理器：在驱动线圈中生成驱动信号以生成电场，通过监测感应性响应对所施加的电场的时间依赖性来测量流体过程溶液的电容，以及从测得的电容确定流体过程溶液的浓度。

【技术特征摘要】
2017.08.02 US 15/667,1851.一种工业过程控制发送器，包括：驱动线圈，被配置为向流体过程溶液施加电场；响应线圈，被配置为感测流体过程溶液中对所施加的电场的感应性响应；浓度处理器，经由信号换能器耦合到驱动线圈和响应线圈；以及计算机可读存储器设备，耦合到处理器并在其上存储一个或多个处理器可执行指令，所述处理器可执行指令在由处理器执行时使处理器：在驱动线圈中生成驱动信号以生成电场，通过监测感应性响应对所施加的电场的时间依赖性来测量流体过程溶液的电容，以及从测得的电容确定流体过程溶液的浓度。2.如权利要求1所述的工业过程控制发送器，其中流体过程溶液包含在工业过程的管道内，并且其中响应线圈和驱动线圈被配置为以下之一：围绕管道和管道内的流体过程溶液，包括管道的至少一部分并围绕其中的流体过程溶液，以及浸没在管道内的流体过程溶液中。3.如权利要求1所述的工业过程控制发送器，其中驱动线圈包括电容器的第一端子，响应线圈包括电容器的第二端子，并且其间的流体过程溶液包括电容器的介电材料。4.如权利要求3所述的工业过程控制发送器，其中通过监测感应性响应的时间依赖性来测量流体过程溶液的电容包括：测量电容器的阻抗；测量驱动信号的电压和电流之间的相位角；基于测得的阻抗、测得的相位角和电容器的固定电阻，确定电容器的电抗；以及基于所确定的电抗和驱动信号的频率，确定流体过程溶液的电容。5.如权利要求3所述的工业过程控制发送器，其中所施加的电场包括脉动电压串，并且其中通过监测感应性响应的时间依赖性来测量流体过程溶液的电容包括：当电容器两端的电压等于或大于预定阈值时，结束脉动电压串，以及通过将脉动电压串的持续时间与电容器的RC时间常数进行比较，确定流体过程溶液的电容。6.如权利要求5所述的工业过程控制发送器，其中通过监测感应性...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·格拉斯，
申请(专利权)人：施耐德电子系统美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US