СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ТОКА УТЕЧКИ В РЕЗИСТИВНОМ ДАТЧИКЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное раскрытие относится главным образом к определению температур и, в частности, к способам и устройству для обнаружения тока утечки в резистивном датчике температуры.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В системе управления технологическим процессом при расчете потока газа в трубопроводе с помощью способа с применением индикаторной диафрагмы в вычислениях важно применять точные результаты измерения температур. Контуры РДТ (резистивного датчика температуры) применяют для точного определения температуры.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Типовой способ реализации изобретения включает обеспечение контура резистивного датчика температуры первым резистивным контуром и вторым резистивным контуром, измерение начального напряжения на первом резистивном контуре в ответ на подачу тока на первый резистивный контур, измерение последующего напряжения на втором резистивном контуре в ответ на подачу последующего тока на второй резистивный контур, сопоставление начального и последующего напряжений для определения разностной величины и определение того, что в контуре резистивного датчика температуры существует утечка тока, когда разностная величина не находится в пределах первого диапазона.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0004] Фиг. 1 иллюстрирует принципиальную электрическую схему контура известного 4-проводного резистивного датчика температуры.

[0005] Фиг. 2 иллюстрирует принципиальную электрическую схему контура типового резистивного датчика температуры, выполненного в соответствии с принципами данного раскрытия изобретения.

[0006] Фиг. 3 иллюстрирует блок-схему типового способа обнаружения тока утечки в контуре резистивного датчика температуры.

[0007] Фиг. 4 иллюстрирует блок-схему еще одного типового способа обнаружения тока утечки в контуре резистивного датчика температуры.

[0008] Фиг. 5 иллюстрирует структурную схему типовой процессорной системы, которую можно применить для реализации типового датчика, проиллюстрированного на Фиг. 1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Хотя ниже раскрываются типовые системы, которые, среди прочих компонентов, содержат программное обеспечение и (или) аппаратно-программное обеспечение, выполненное на аппаратном обеспечении, следует отметить, что такие системы носят всего лишь иллюстративный характер и не должны рассматриваться как ограничивающие. Например, предполагают, что любой или все из данных компонентов аппаратного обеспечения, программного обеспечения и аппаратно-программного обеспечения можно реализовать исключительно в аппаратном обеспечении или в любой комбинации аппаратного и программного обеспечения. Соответственно, в то время как ниже описывают типовые системы, средние специалисты в данной области техники без труда поймут, что приведенные примеры не представляют собой единственный способ реализации таких систем.

[0010] Точность контуров РДТ может быть поставлена под вопрос ввиду утечки электрического тока в контур, посредством которого измеряют сопротивление, или из него. В таких случаях измерения являются неточными и, таким образом, рассчитанная температура тоже неточна. Изменение температуры на один градус по Цельсию может привести к погрешности 0,5% в рассчитанном потоке газа. Некоторые применения требуют точности измерений температуры, равной или меньше чем один градус по Цельсию. Например, такие требования точности применимы в первую очередь на станциях хранения и перекачки газа.

[0011] Если провод РДТ закорочен и (или) есть вода в канале для электропроводов, известные способы могут только показывать изменение сопротивления, но не могут показывать неполадки, пока утечка не превысит все допустимые пределы (например, при наличии большой погрешности). Тем не менее, типовые способы реализации изобретения и устройство, описанные в данном документе, обеспечивают обнаружение утечек вплоть до одного микроампера (мкА), что представляет собой погрешность около 0,04%. Таким образом, типовые способы реализации изобретения и устройство, описанные ниже, уменьшают или предотвращают ошибочные расчеты потока газа, прежде чем погрешности становятся значительными. Типовые способы реализации изобретения и устройство, описанные в данном документе, можно также применять для обнаружения воды в электрической цепи или соединениях. Данные типовые способы реализации изобретения и устройство могут также обеспечить измерение странствующего тока утечки и, таким образом, использование его для коррекции неточного измерения потока газа в режиме реального времени (например, без физической коррекции).

[0012] Фиг. 1 иллюстрирует принципиальную электрическую схему контура 100 известного 4-проводного резистивного датчика температуры (РДТ). Контур РТД 100 содержит резистор 102, обладающий зависящим от температуры сопротивлением. Резистор 102 помещают для измерения в среду 104 и предполагают, что резистор 102 имеет практически такую же температуру, что и среда. Источник тока 106 генерирует ток через резистор 102 (например, посредством резисторов 108, 110). Затем можно измерить напряжение на резисторе 102 (например, посредством резисторов 112, 114), чтобы определить сопротивление резистора 102 и, таким образом, температуру резистора 102 и среды 104.

[0013] Фиг. 2 иллюстрирует принципиальную электрическую схему контура 200 типового резистивного датчика температуры для обнаружения тока утечки. В отличие от известного контура РДТ 100, проиллюстрированного на Фиг. 1, типовой контур РДТ 200, проиллюстрированный на Фиг. 2, можно применять для обнаружения утечек тока в контур или из контура (например, в среде управления технологическим процессом).

[0014] Типовой контур РДТ 200, проиллюстрированный на Фиг. 2, содержит резистор 202, который располагают для измерения в среде 204. Типовой контур РДТ 200 дополнительно содержит первый сенсорный резистор 206, второй сенсорный резистор 208 и сравнивающее устройство 210. Для контроля обеих сторон типового резистора 202 типовые сенсорные резисторы 206, 208 находятся в контуре с резистором 202 на противоположных концах по отношению к резистору 202. Типовое сравнивающее устройство 210 измеряет напряжение на первом сенсорном резисторе 206 в ответ на прохождение известного тока (например, из источников тока 212, 214) через резистор 206. Сравнивающее устройство 210 также измеряет напряжение на втором сенсорном резисторе 208 в ответ на прохождение одного и того же известного тока через второй сенсорный резистор 208.

[0015] Для осуществления измерений типовые переключатели 216 и 218 (и испытательные переключатели тока 220 и 222) замыкают, чтобы направить испытательный ток через типовой первый сенсорный резистор 206. Типовое сравнивающее устройство 210 измеряет ток на выходе через усилитель 224. Затем типовые переключатели 216 и 218 размыкают, а переключатели 226 и 228 замыкают, чтобы направить испытательный ток через типовой второй сенсорный резистор 208. Сравнивающее устройство измеряет ток на выходе через усилитель 224. Затем сравнивающее устройство 210 может сопоставить результаты измерений.

[0016] После проведения измерений типовое сравнивающее устройство 210 сопоставляет результаты измерений, чтобы определить, находится ли разность между результатами измерений в пределах ожидаемого диапазона (например, являются ли результаты измерений практически равными друг другу). Например, первый и второй сенсорные резисторы 206, 208 могут представлять собой высокоточные резисторы, которые имеют одну и ту же заданную (например, номинальную) величину сопротивления. В этом случае, если токи, проходящие через первый и второй сенсорные резисторы 206, 208, равны или практически равны друг другу, разность результатов измерений, произведенных сравнивающим устройством 210, не должна превышать пороговую величину, которая соответствует потенциальной составной погрешности в величинах сопротивления и (или) подаваемом(ых) токе(ах).

[0017] Еще в некоторых вариантах реализации изобретения первый и второй сенсорные резисторы 206, 208 могут представлять собой высокоточные резисторы, которые имеют разные заданные (например, номинальные) величины сопротивления. В таких вариантах реализации изобретения сравнивающее устройство 210 определяет, находится ли разность результатов измерений в пределах диапазона ожидаемой разности величин. Диапазон может основываться, например, на потенциальной составной погрешности в величинах сопротивления и (или) подаваемом(ых) токе(ах).

[0018] Если сравнивающее устройство 210 определяет, что разность между результатами измерений не находится в пределах ожидаемого диапазона (или превышает пороговую величину), то типовое сравнивающее устройство 210 подает сигнал тревоги (например, указатель срабатывания), сигнализируя о наличии потенциального электрического короткого замыкания или состоянии утечки в контуре РДТ 200. В некоторых вариантах реализации изобретения сравнивающее устройство 210 управляет переключателями 216-222, 226 и 228, усилителем 224 и (или) источниками тока 212, 214.

[0019] Типовое сравнивающее устройство 210, типовые переключатели 216-222, 226 и 228, а также типовой усилитель 224, проиллюстрированные на Фиг. 2, можно реализовать посредством аппаратного обеспечения, программного обеспечения, аппаратно-программного обеспечения и (или) любой комбинации аппаратного обеспечения, программного обеспечения и (или) аппаратно-программного обеспечения. Таким образом, например, типовое сравнивающее устройство 210, типовые переключатели 216-222, 226 и 228 и (или) типовой усилитель 224, проиллюстрированные на Фиг. 2, можно реализовать с помощью одного или более контуров, программируемого(ых) процессора(ов), заказной специализированной интегральной схемы (схем) (ASIC), программируемого логического устройства (устройств) (PLD) и (или) программируемого в процессе эксплуатации логического устройства (устройств) (FPLD) и т.д. К тому же, типовое сравнивающее устройство 210, типовые переключатели 216-222, 226 и 228 и (или) типовой усилитель 224 могут содержать один или более элементов, процессов и (или) устройств в дополнение к (или вместо) тем, которые проиллюстрированы на Фиг. 2, и (или) могут содержать более одного из любых или все из проиллюстрированных элементов, процессов и устройств.

[0020] На Фиг. 3 и 4 проиллюстрированы блок-схемы, представляющие типовой способ реализации любого из следующих компонентов: сравнивающего устройства 210, типовых переключателей 216-222, 226 и 228 и (или) типового усилителя 224. В этом примере указанный способ может быть реализован с применением машиночитаемых инструкций, содержащих программу для выполнения процессором, таким как процессор 512, входящий в состав проиллюстрированного типового компьютера 500, о котором говорится ниже в связи с Фиг. 5. Указанная программа может быть реализована на программном обеспечении, которое хранится на материальном машиночитаемом носителе, таком как машиночитаемый носитель данных (например, CD-ROM, гибкий диск, жесткий диск, цифровой универсальный диск (DVD), диск Blu-Ray или память, связанная с процессором 512), а всю программу и (или) ее части можно, как вариант, выполнять с помощью устройства, отличного от процессора 512 и (или) реализуемого посредством аппаратно-программного обеспечения или специализированного аппаратного обеспечения. К тому же, хотя указанная типовая программа описана со ссылкой на блок-схему, которая проиллюстрирована на Фиг. 3-4, можно, как вариант, применять многие другие способы реализации типового сравнивающего устройства 210, типовых переключателей 216-222, 226 и 228 и (или) типового усилителя 224. Например, порядок выполнения блоков можно изменять, и (или) некоторые блоки, описанные в данном документе, можно изменять, исключать или комбинировать.

[0021] Как указывалось выше, типовой способ реализации изобретения, проиллюстрированный на Фиг. 3-4, можно реализовать с помощью кодированных инструкций (например, читаемых компьютером команд), хранящихся на материальном машиночитаемом носителе, таком как жесткий диск, флэш-память, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), компакт-диск (CD), цифровой универсальный диск (DVD), кэш, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и (или) любые другие носители информации, в которых информация хранится в течение любого периода времени (например, в течение длительных периодов времени, постоянно, короткие моменты, для временного использования буферной памяти и (или) для кэширования информации). Употребляемый в данном описании термин "материальный машиночитаемый носитель" явным образом указывает на любой тип машиночитаемого носителя и никоим образом не указывает на передачу сигналов. Дополнительно или альтернативно, типовой способ реализации изобретения, проиллюстрированный на Фиг. 3-4, можно реализовать с помощью кодированных инструкций (например, читаемых компьютером команд), хранящихся на энергонезависимом машиночитаемом носителе, таком как жесткий диск, флэш-память, постоянное запоминающее устройство, компакт-диск, цифровой универсальный диск, кэш, оперативное запоминающее устройство и (или) любые другие носители информации, в которых информация хранится в течение любого периода времени (например, в течение длительных периодов времени, постоянно, короткие моменты, для временного использования буферной памяти и (или) для кэширования информации). Употребляемый в данном описании термин "энергонезависимый машиночитаемый носитель" явным образом указывает на любой тип машиночитаемого носителя и никоим образом не указывает на передачу сигналов.

[0022] Фиг. 3 иллюстрирует блок-схему типового способа 300 обнаружения тока утечки в контуре РДТ. Типовой способ 300 можно реализовать с помощью сравнивающего устройства 210, проиллюстрированного на Фиг. 2, для обнаружения утечки в контуре РДТ 200, проиллюстрированном на Фиг. 2, и (или) его может реализовать пользователь (например, техник, установщик) контура РДТ 200. Типовой способ 300 реализации изобретения можно применить, если, например, в контуре РДТ установлены практически аналогичные резисторы для выполнения начального и последующего сопротивлений.

[0023] Типовой способ 300 реализации изобретения начинается с подсоединения первого резистивного контура (например, сенсорного резистора 206 на Фиг. 2) к схеме с контуром РТД 200 (например, к контуру с резистором 202) (блок 302). Второй резистивный контур (например, сенсорный резистор 208 на Фиг. 2) также подсоединяют к схеме с контуром РДТ 200 (например, к контуру с резистором 202) (блок 304). В типовом способе 300 реализации изобретения первый и второй резистивный контуры могут быть подсоединены на противоположных сторонах контура РДТ 200.

[0024] Ток подают на первый резистивный контур (например, сенсорный резистор 206) (блок 306). Типовое сравнивающее устройство 210 измеряет падение напряжения на первом резистивном контуре (блок 308). Ток подают на второй резистивный контур (например, сенсорный резистор 208) (блок 310). Типовое сравнивающее устройство 210 измеряет падение напряжения на втором резистивном контуре (блок 312).

[0025] Типовое сравнивающее устройство 210 определяет, является ли разность между начальным и последующим падениями напряжения меньше пороговой величины (блок 314). Если данная разность меньше пороговой величины (блок 314), типовое сравнивающее устройство 210 определяет, что контур РДТ 200 не имеет утечки тока (блок 314). И наоборот, если разность между падениями напряжения не меньше пороговой величины (блок 314), типовое сравнивающее устройство 210 определяет, что контур РДТ 200 обнаруживает возможную утечку тока или другую проблему, и включает флажковый индикатор или подает сигнал предупреждения для технического обслуживания (блок 318).

[0026] После определения того, что контур РДТ 200 не имеет утечки (блок 316) или же имеет утечку (блок 318), типовой способ 300 реализации изобретения, проиллюстрированный на Фиг. 3, подходит к завершению. В некоторых вариантах реализации изобретения сравнивающее устройство 210 приступает к измерению температуры посредством резистора 202 после определения в блоке 316 того, что контур РДТ 200 не имеет утечки тока.

[0027] Фиг. 4 иллюстрирует блок-схему еще одного типового способа 400 обнаружения тока утечки в контуре РДТ. Типовой способ 400 можно реализовать с помощью сравнивающего устройства 210, проиллюстрированного на Фиг. 2, для обнаружения утечки в контуре РДТ 200, проиллюстрированном на Фиг. 2, и (или) его может реализовать пользователь (например, техник, установщик) контура РДТ 200. Типовой способ 400 реализации изобретения можно применить, если, например, в контуре РДТ установлены разные резистивные контуры для выполнения начального и последующего сопротивлений.

[0028] Типовой способ 400 реализации изобретения начинается с подсоединения первого резистивного контура (например, сенсорного резистора 206 на Фиг. 2) к схеме с контуром РДТ 200 (например, к контуру с резистором 202) (блок 402). Второй резистивный контур (например, сенсорный резистор 208 на Фиг. 2) также подсоединяют к схеме с контуром РДТ 200 (например, к контуру с резистором 202) (блок 404). В типовом способе 400 реализации изобретения первый и второй резистивные контуры могут быть подсоединены на противоположных сторонах контура РДТ 200.

[0029] Ток подают на первый резистивный контур (например, сенсорный резистор 206) (блок 406). Типовое сравнивающее устройство 210 измеряет падение напряжения на первом резистивном контуре (блок 408). Ток подают на второй резистивный контур (например, сенсорный резистор 208) (блок 410). Типовое сравнивающее устройство 210 измеряет падение напряжения на втором резистивном контуре (блок 412).

[0030] Типовое сравнивающее устройство 210 определяет, находится ли разность между начальным и последующим падениями напряжения в пределах диапазона (блок 414). Если данная разность находится в пределах диапазона (блок 414), типовое сравнивающее устройство 210 определяет, что контур РДТ 200 не имеет утечки тока (блок 414). И наоборот, если разность между падениями напряжения не находится в пределах диапазона (блок 414), то типовое сравнивающее устройство 210 определяет, что контур РДТ 200 обнаруживает возможную утечку тока или другую проблему, и включает флажковый индикатор или подает сигнал предупреждения для технического обслуживания (этап 418).

[0031] После определения того, что контур РДТ 200 не имеет утечки (блок 416) или же имеет утечку (блок 418), типовой способ 400 реализации изобретения, проиллюстрированный на Фиг. 4, подходит к своему завершению. В некоторых вариантах реализации изобретения сравнивающее устройство 210 приступает к измерению температуры посредством резистора 202 после определения в блоке 416 того, что контур РДТ 200 не имеет утечки тока.

[0032] Фиг. 5 иллюстрирует структурную схему типовой процессорной системы 510, которую можно применить для реализации типового сравнивающего устройства 210, типовых переключателей 216-222, 226 и 228 и (или) типовых источников тока 212, 214, проиллюстрированных на Фиг. 2. Как проиллюстрировано на Фиг. 5, процессорная система 510 содержит процессор 512, который подключен к соединительной шине 514. Процессор 512 содержит набор регистров или место для регистров 516, который на Фиг. 5 проиллюстрирован как находящийся полностью в микросхеме, но который мог бы быть альтернативно расположен полностью или частично вне микросхемы и непосредственно соединен с процессором 512 посредством выделенных электрических соединений и (или) посредством соединительной шины 514. Процессор 512 может представлять собой любой подходящий процессор, блок обработки данных или микропроцессор. Хотя это и не проиллюстрировано на Фиг. 5, система 510 может представлять собой мультипроцессорную систему и, таким образом, может содержать один или более дополнительных процессоров, которые идентичны или аналогичны процессору 512 и которые подключены через каналы передачи данных к соединительной шине 514.

[0033] Процессор 512, проиллюстрированный на Фиг. 5, соединен с микропроцессорным набором 518, который содержит контроллер памяти 520 и контроллер ввода/вывода 522. Как хорошо известно, микропроцессорный набор, как правило, обладает функциями управления вводом/выводом и памятью, а также множеством регистров общего назначения и (или) регистров специального назначения, таймерами и т.д., к которым имеют доступ или которые используют один или более процессоров, соединенных с микропроцессорным набором 518. Контроллер памяти 520 выполняет функции, которые позволяют процессору 512 (или процессорам, если есть несколько процессоров) иметь доступ к системной памяти 524 и запоминающему устройству большой емкости 525.

[0034] Системная память 524 может включать любой нужный тип энергозависимой и (или) энергонезависимой памяти, такой как, например, статическое оперативное запоминающее устройство (СОЗУ), динамическое оперативное запоминающее устройство (ДОЗУ), флэш-память, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и т.д. Запоминающее устройство большой емкости 525 может включать любой нужный тип запоминающего устройства большой емкости, включая жесткие диски, оптические приводы, запоминающие накопители на ленте и т.д.

[0035] Контроллер ввода/вывода 522 выполняет функции, которые позволяют процессору 512 связываться с периферийными устройствами ввода/вывода 526 и 528 и сетевым интерфейсом 530 через шину ввода/вывода 532. Устройства ввода/вывода 526 и 528 могут представлять собой любой желаемый тип устройства ввода/вывода, такой как, например, клавиатура, видеодисплей или монитор, мышь и т.д. Типовые переключатели 218-222, 226 и (или) 228 и (или) типовые источники тока 212, 214, проиллюстрированные на Фиг. 2, могут быть реализованы и (или) управляемы с помощью устройств ввода/вывода 526 и 528. Сетевой интерфейс 530 может представлять собой, например, устройство Ethernet, устройство с асинхронным режимом передачи (ATM), устройство 802.11, DSL-модем, кабельный модем, сотовый модем и т.д., что обеспечивает процессорную систему 510 связью с другой процессорной системой.

[0036] В то время как контроллер памяти 520 и контроллер ввода/вывода 522 проиллюстрированы на Фиг. 5 в виде отдельных функциональных блоков в микропроцессорном наборе 518, функции, выполняемые этими блоками, можно интегрировать в одну полупроводниковую схему или можно реализовать с помощью двух или более отдельных интегральных схем.

[0037] Хотя в данном описании раскрыты некоторые типовые способы реализации изобретения, устройство и изделия, объем данного патента этим не ограничивается. Напротив, данный патент охватывает все способы реализации изобретения, устройства и производственные изделия, которые в достаточной мере подпадают под объем формулы изобретения данного патента.