过程控制温度变送器的校准制造技术

一种变送器（１０）在过程控制回路（１２）中测量温度。一个校准器（６０）包括一个已知的校准元件（６４）连接到变送器（１０）。变送器（１０）中的软件将校准元件（６４）测出的数值与校准元件（６４）的实际数值比较，并相应地校准变送器（１０）。校准器（６０）包括一个用于耦合到变送器（１０）的接线端子板（１４）的温度校准传感器（７０）。温度校准传感器（７０）提供输入到变送器（１０）的实际温度。变送器（１０）测量接线端子板（１４）的实际温度且将实际温度与接线端子板内置温度传感器（３４）测出的温度相比较，并相应地校准内置温度传感器（３４）。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利文献披露的一部分包含有受版权保护的材料。版权所有人不反对任何人传真复制本专利文献或专利披露，例如像在专利商标事务所的专利文件或记录中所出现的那样。但除此以外，不管怎样均保留全部版权。本专利技术涉及过程控制回路中使用的变送器。更具体地说，本专利技术涉及校准过程控制回路中使用的温度变送器。过程控制变送器用于测量过程控制系统中的过程参数。基于变送器的微处理器包括一个传感器或传感器输入端，一个用于将传感器的输出转换为数字格式的模数转换器，一个用于补偿数字化输出的微处理器，以及一个用于传送已补偿输出的输出电路。这个传送一般都在过程控制回路例如4-20mA的电流回路上进行。一个示例参数就是通过测量RTD(电阻性热敏器件，也叫PRT-铂电阻温度计)传感器的电阻，或者热电偶传感器的电压输出而检出的温度。用于检测参数的一种技术是靠将RTD的电阻与制造变送器时已经校准的变送器内部基准电阻水平相比较。例如，通过将RTD与已知基准电阻(RREF)串联并用两电阻的公共电流测量RTD的电阻。传感器的电阻(RINPUT)表示如下 式中RREFNOM＝基准电阻的标称电阻(欧姆)RCAL1＝制造期间决定的基准补偿值(欧姆)。这个数值表示已校准的基准电阻(RREF)和基准电阻的标称值之间的差值；RCAL2＝用户校准补偿值，VRINPUT＝输入端上的电压降；以及VRREF＝RREF两端的电压降。方程1用作自动调零和自动补偿程序的一部分，是因为分子中VRINPUT的测量误差趋向和分母中VRREF的误差完全一样，因而互相抵销。A/D转换器将方程1的电压数字化，微处理器接收数字化了的数值并根据方程1计算和补偿RINPUT，由微处理器使用查找表或适用的方程转换成相应的传感器温度数值。变送器的输出电路接收传感器的温度数值并以电流电平或者数字数值的形式向回路提供一个输出。可惜的是，RREF有时要偏离RREFNOM和RCAL1的校准值，导致温度测量的不精确性。校准RREF的一个典型现有技术方法是将一个外接预定电阻连接到变送器的传感器输入端，并使变送器进入一个校准方式。变送器将预定电阻的期望值与测出的RINPUT数值相比较并通过调整RCAL2-用户微调的方法使用差值校准电子线路。一般预定电阻为有源电路或十进电阻箱。模拟电阻的有源线路通常都不精确并且一般地说，与固有安全环节不能相容，十进电阻箱相对于精密变送器而言不可重复且不准确，并在野外要求变送器脱离过程回路时难以操纵控制，因而被放进实验室中。它们还因大气温度的变化而产生阻值漂移。热电偶也被变送器用来测量温度。名称为“具有冷结补偿的热偶变送器”并转让给本申请的同一受让人的美国专利No.4,936,490就叙述了这样一种测量。热偶结在结的两端产生一个与温度相关的电压。但是，在变送器的接线端子板处不同金属之间的连结会引进另一个的热偶电压。为了测量热电偶温度，必须测出接线端子板连接处的这个“冷结”的温度并补偿这个电压。一般，在基于变送器的微处理器中，温度传感器热耦合到接线端子板并通过A/D转换器连接到变送器的微处理器。微处理器根据PRT测得的冷结温度补偿热电偶电压。如果变送器测出的冷结温度不精确，热电偶温度测量的误差就上升。现有技术对校准热电偶多输入变送器的努力集中在用已知电压源校准变送器。但是，电源相对于精密变送器而言一般都不稳定。例如，一个精密热偶变送器具有实际值为0.04％的典型精度。而且，很少对校准冷结温度测量值给予注意。现有技术缺少一个用于适当校准温度测量的机内校准装置。而且，现有技术缺少一种在高精密变送器的精度内稳定到足以符合NIST(国家标准技术学会)可跟踪标准的有效可跟踪装置。由于采用RTD，电压校准不精确并且不能稳定到像NIST可跟踪装置那样有用(例如不能稳定到足以保持校准状态很长时间)。本专利技术是一个沿过程控制回路传送测出的温度的温度变送器。为了校准变送器，一个已知的NIST可跟踪电阻RNIST耦合到变送器的输入端供变送器作为RINPUT测量。RNIST的NIST已校准数值(RNISTCAL)供应给变送器的微处理器，随即相应地计算出一个校准数值RCAL3，用于后面的RINPUT和温度测量。在另一个不同的校准方式中，变送器耦合到一个供变送器测量的已知NIST可跟踪电压基准VNIST。VNIST的NIST已校准数值(VNISTCAL)供给变送器的输入电路并且变送器相应地计算出一个电压基准值VCAL3。在最后一种校准方式中，具有可跟踪校准功能的温度探头耦合到变送器的接线端子板，并且变送器测量出冷结温度，随后相应地校准内置冷结温度传感器。一种适用于耦合到变送器的校准器包括NIST可跟踪电阻RNIST、NIST可跟踪电压VNIST以NIST中跟踪温度探头(PNIST)。在一个实施例中，校准器沿二线过程控制回路与变送器通信。附图说明图1A是一个连接成用RTD传感器测量温度的温度变送器的方框图。图1B类似图1A，是连接成用热偶传感器测量温度的温度变送器的方框图。图2是校准器的一个实施例的方框图。图3是校准器的另一个实施例的方框图。图4是一个简图，示出一个耦合到变送器的校准器。图5是温度变送器中的微处理器工作的一个流程图。图1A是一个连接成用RTD传感器测量温度的温度变送器10的方框图。变送器10耦合到过程控制回路12，控制回路12向变送器10供电并沿着它传送和接收信息。变送器10包括接线端子板14，它具有用于耦合到例如RTD热敏传感器16或热电偶温度传感器18(示于图1B)的端子1至4。图1A示出了至RTD16的电连接。传感器16(以及传感器18)可以内接或外接到变送器10。变送器10包括受微处理器22控制的多路转换器20，微处理器则通过输入/输出(I/O)电路23耦合到控制回路12。多路转换器20将模拟信号(包括来自端子1至4的信号)的适当组合连接到差分放大器26的正负输入端，差分放大器又连接到高精度A/D转换器28。在一个实施例中，转换器28具有一个17比特的精度和一个14样本/秒的转换速率。在1987年6月25出版的“电子设计杂志”的109页，Thomas J.Mego的文章“使用电荷平衡ADC很容易分辨22比特”中叙述了一种实例转换技术。存储器30存储用于微处理器22(它以时钟32决定的速度工作)的指令和信息。多路转换器20有选择地将其输入端连接到差分放大器26的正负输入端。一个电阻38耦合到多路转换器20并与RTD16串联。在工作时，变送器10测量传感器16的温度并沿控制回路传送温度的表示信息。变送器10使用下面方程式计算RTD16的温度 式中RREFNOM＝基准电阻的标称电阻值(欧姆)并/或存放在存储器30中；RCAL1＝制造期间决定的对RREFNOM的校准补偿值(欧姆)，并/或存放在存储器30中。这个数值表示基准电阻的实际值RREF与基准电阻在制造时的标称值之间的差值；RCAL2＝存放在存储器30中的用户对RREFNOM的标准补偿值；RCAL3＝根据本专利技术的一个方面对RREFNOM的现场校准补偿值，存放在存储器30中。VRINPUT＝输入端上的电压降；以及VRREF＝RREF两端的电压降。电流源50通过传感器16(经由端子1和4)和基准电阻器38提供电流IS。微处理器22测量端子本文档来自技高网...

【技术保护点】
过程控制回路中的一种温度变送器，包括：一个传感器输入端；用于从温度传感器接收温度校准输入电阻供冷结复合校准。一个基准温度传感器，用于测量传感器输入端的冷结电阻；Ａ／Ｄ转换电路，用于将传感器输入和被测电阻转换为数字数值；耦合到 过程控制回路的Ｉ／Ｏ电路，沿回路送出和接收信息；以及耦合到Ａ／Ｄ转换器的微处理器电路，用于根据校准输入电阻校准基准温度传感器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：布莱德利N施瓦茨，威廉R克尔克帕特里克，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]