專利名稱：用于科里奧里效應質量流量計的多個電阻式傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用來把一個以上電阻傳感器用在科里奧里質量流量計上的裝置。更詳細地說，本發(fā)明涉及用來把一個以上的溫度傳感器用在科里奧里質量流量計上、同時把流量計元件和流量計變送器之間所需要的導線數(shù)目減至最少的電路。
利用科里奧里效應質量流量計來測量流過管道的物質的質量流和物質的其它信息是眾所周知的，如1985年1月1日授予J.E.Smith等人的美國專利第4,491,025和屬于J.E.Smith的1982年2月11日發(fā)表的參考文獻31,450中所公開的。這些流量計具有一個或多個彎曲的或者直的外形的流管。科里奧里質量流量計中每一種流管外形具有一組自然振動模式，后者可以是彎曲的、扭轉的、徑向的或成對的形式。激勵每一個流管，使它以這些自然模式中的一個或多個模式諧振(oscillate at resonance)。裝滿物質的系統(tǒng)的自然振動模式部分地由流管和該流管中的物質的組合質量限定。物質從連接在流量計的入口側的管道流入流量計。然后，物質流過一根流管或幾根流管，并且退出流量計流向連接在出口側的管道。
激勵器施加力以便使流管振動。當不存在經過流管的流動時，沿著流管的所有點將以相同的相位振動。當物質開始流動時，科里奧里加速度使沿著流管的每一個點相對于沿著流管的其它點具有不同的相位。流管入口側的相位滯后于激勵器，而流管出口側的相位超前于激勵器。在流管上設置拾取傳感器，以便產生表示流管運動的正弦信號。拾取傳感器可以是位置、速度或加速度傳感器。兩個拾取傳感器信號之間的相位差正比于流過一根流管或多根流管的物質的質量流率。
通過流管的流體流僅僅在振動的流管的入口端和出口端產生大約幾度的輕微的相位差。當以時間差表示測量結果時，由流體流導致的相位差是大約幾十微秒一直到幾個納秒。工業(yè)用的流率測量應當具有小于0.1％的誤差。因此，科里奧里質量流量計必須獨特地設計成精確地測量這些輕微的相位差。
科里奧里質量流量計的振動結構的振動特性隨著溫度而變化。振動流管通常是由具有隨溫度變化的彈性模量的金屬材料制成的。為了保持高的測量精度，通常測量所述振動結構的溫度，并且對溫度變化引起的彈性模量的變化進行補償。
科里奧里質量流量計系統(tǒng)包括兩個部件流量計元件和變送器。流量計元件是實際傳感器，它包括流體流過其中的振動管，而變送器是接收和處理來自流量計元件的信號的信號處理裝置。通過多心電纜進行流量計元件和變送器之間的連接。屏蔽電纜包括屏蔽導線對，用來向激勵器提供激勵信號；第二和第三屏蔽導線對，用來傳輸來自拾取傳感器的信號；以及三芯屏蔽導線，用來傳輸來自位于振動流管上的溫度傳感器的信號。通常使用三線式溫度傳感器，因為這考慮到對流量計元件和流量計變送器之間的電阻的補償。這種9線式電纜不是過程控制行業(yè)中的標準電纜。因此，每次利用遠離流量計元件安裝的變送器，總要在流量計元件和變送器之間布置特殊的非標準電纜(9線式科里奧里流量計)。對用戶來說，這導致科里奧里流量計的附加的費用。
隨著科里奧里流量計技術的發(fā)展，性能要求和對振動流管(多根振動流管)幾何形狀的改變已經產生對流量計元件上多個點進行溫度測量的要求?？赡苄枰獙φ駝咏Y構、例如流管(多根流管)進行溫度測量并且對非振動結構進行溫度測量。另一方面，可能需要對振動結構的濕的部分進行溫度測量并且對振動結構的非濕的部分進行溫度測量。在任何一種情況下，當一個以上的溫度傳感器用于現(xiàn)有的科里奧里流量計設計中時，除了用于科里奧里流量計的通常的9線電纜中的那些現(xiàn)有的導線之外，還需要另外的導線。由于以下若干原因，具有多于傳統(tǒng)的9根導線的電纜是一個難題。一個原因就是現(xiàn)有的9線電纜是昂貴的。使用具有更多導線的電纜給科里奧里流量計的用戶增加了額外的費用。無論用于給定的流量計中的溫度傳感器的數(shù)目是多少，把導線的數(shù)目減至最少都是有利的。對于科里奧里流量計的制造者來說，電纜中附加的導線還意味著在流量計元件和變送器兩者中的附加的連接器。這給所述產品增加了額外的成本，并且，如果沒有用于附加連接器的足夠的物理空間的話，還會造成難題。尤其對于內部安全使用，這確實是難題。把附加導線加到所述電纜上成為難題的另一個原因是兼容性問題。如果不同型號的流量計需要不同的電纜，則科里奧里質量流量計的制造者可能要承擔額外的費用。此外，現(xiàn)有一個使用9線電纜的大的安裝底座，如果可以使用相同的電纜，則在該安裝底座范圍內可以很容易使用新的流量計設計代替舊的流量計。
存在對這樣的科里奧里流量計設計的需求它提供多個溫度傳感器，同時把流量計元件和變送器之間的導線數(shù)目減至最少。還存在對這樣的科里奧里流量計設計的需求它使用兩個溫度傳感器，后者利用通常用于科里奧里流量計的現(xiàn)有的9線電纜。
通過本發(fā)明的包括多個串聯(lián)的溫度傳感器的方法和裝置來解決上述和其它問題。每一個溫度傳感器提供單獨的溫度讀數(shù)，并且進行電纜電阻的測量，以供電纜電阻補償之用。所述溫度傳感器中的一個周期性地斷開與其它溫度傳感器的串聯(lián)，并且進行對電纜電阻的測量。當本發(fā)明使用兩個溫度傳感器時，使用現(xiàn)有的單個溫度傳感器設計所使用的9線電纜來測量兩個溫度值。當本發(fā)明使用兩個以上的溫度傳感器時，與現(xiàn)有的科里奧里流量計設計相比，只需要最少數(shù)目的導線。
現(xiàn)有的科里奧里流量計設計對于電阻式傳感器的每一個端子需要一根導線，并且需要至少一根附加導線，以便能夠測量和補償電纜電阻。根據(jù)本發(fā)明，多個溫度傳感器串聯(lián)連接，并且僅僅串聯(lián)連接的節(jié)點需要導線。不使用附加的導線來測量電纜電阻。所述溫度傳感器中的一個周期性地斷開所述串聯(lián)連接，使得沒有電流流過那個溫度傳感器。因此，有可能單獨地測量一根導線兩端的電壓，從而提供對電纜電阻的測量。
多個溫度傳感器串聯(lián)布置。流量計元件(各溫度傳感器所在的地方)和變送器之間所需要的導線數(shù)目(用于溫度測量)等于1加溫度傳感器的數(shù)目。位于變送器中的開關裝置可以用來把所述各溫度傳感器的串聯(lián)連接的一端與變送器的電源斷開。這確保沒有電流流過處在所述串聯(lián)連接的斷開的端部處的溫度傳感器。這樣，在變送器處測量的所述斷開的溫度傳感器兩端的電壓與在該變送器處測量的基準電阻兩端的電壓相比較，提供所述變送器和所述斷開的溫度傳感器之間導線電阻的測量。然后，把從所述各溫度傳感器接收到的電阻測量結果減去這電纜電阻。變送器和流量計元件之間的導線電阻隨著溫度而改變。在溫度不是快速變化的環(huán)境下，可以偶爾進行電纜電阻測量，例如每隔10分鐘測量一次。在溫度快速變化的環(huán)境下，可以比較經常地進行電纜電阻測量，例如每隔30秒鐘測量一次。雖然僅僅測量了單根導線的電阻，但是，所有導線具有相同的長度和相同的規(guī)格，并且被捆在同一根電纜中。一根導線的電阻要不是完全相同也類似于其它電纜導線的電阻。
本發(fā)明利用最少導線數(shù)目為多點溫度測量提供電纜長度補償。在兩個溫度傳感器的情況下，僅僅需要三根導線來進行兩點單獨的溫度測量和補償電纜長度。因此，現(xiàn)有的用于科里奧里質量流量計的昂貴的9線電纜可以適應兩點溫度測量。


圖1是使用雙溫度傳感器的直管科里奧里質量流量系統(tǒng)的剖面圖。
圖2是實現(xiàn)用于科里奧里質量流量系統(tǒng)的單溫度傳感器電路的一個例子的示意圖。
圖3是實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的雙溫度傳感器電路的一個例子的示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的雙溫度傳感器的更詳細的示意圖。
圖5是描述與微處理器控制的確定根據(jù)本發(fā)明的多溫度傳感器的溫度的處理步驟的流程圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的使用三個溫度傳感器的溫度傳感器電路的示意圖。
通常的科里奧里流量計系統(tǒng)-圖1圖1示出科里奧里流量計系統(tǒng)5，它包括科里奧里測量計元件10和變送器20。變送器20經由多心電纜100連接到測量計組件10。變送器20通過路徑26向應用裝置(未示出)提供密度、質量流率、體積流率和溫度數(shù)據(jù)。雖然描述了科里奧里流量計結構，但是，對于本專業(yè)的技術人員來說，顯然，可以在科里奧里質量流量計不提供附加的測量能力的情況下連同振動管密度計一起實施本發(fā)明。
測量計元件10包括一對法蘭101和101’，總管102和102’。流體通過各法蘭之一101或101’進入測量計元件10，經過流管103，然后通過另一個法蘭101或101’離開測量計元件10。流管103被平衡管104包圍。流管103連接到平衡管104，而平衡管104連接到外殼端部105和105’。外殼端部105和105’形成外殼106的端部。圖1舉例說明直的流管103。但是，本專業(yè)的技術人員知道，本發(fā)明可以應用于具有任何幾何形狀的流管的流量計系統(tǒng)。此外，顯然，具有讓流體流過的多根流管的流動元件也在本發(fā)明的范圍之內。
激勵器107在平衡管104的中點連接到平衡管104。拾取傳感器108和108’連接到平衡管104和流管103。在本發(fā)明的一個實施例中，拾取傳感器108和108’包括安裝在平衡管104上的線圈；以及磁體，它安裝在流管103上，并且是這樣構成的，以便當把周期性信號加到線圈上時在所產生的磁場的范圍內運動。本專業(yè)的技術人員明白，任何類型的拾取傳感器、例如加速度計或電位差計都可以使用，而所描述的速度傳感器僅僅是示范性的。
平衡器115在直徑方向上與激勵器107相對地連接到平衡管104。平衡器115的質量由預期將由系統(tǒng)5測量的處理流體的密度確定。流管溫度傳感器109安裝在流管103上，而平衡管溫度傳感器110安裝在平衡管104上。
電纜100包括導線111，它把激勵信號從變送器20輸送到激勵器107；導線112-113，它們分別把來自左和右拾取傳感器的拾取信號輸送到變送器20；以及導線114，它把溫度傳感器信息輸送到變送器20。導線111-113各自實際上是雙導線，而導線114實際上是三根分開的導線，這意味著電纜100包括9根導線。
變送器20的用來產生質量流率、體積流率和密度信息的操作對于流量測量領域的技術人員來說是眾所周知的，并且不構成本發(fā)明的一部分。包括流管溫度傳感器109、平衡管溫度傳感器110、導線114的電路系統(tǒng)以及變送器20中的有關電路系統(tǒng)構成其余描述部分的基礎。
本專業(yè)的技術人員明白，科里奧里流量計系統(tǒng)在結構上與振動管密度計非常相似。振動管密度計也利用讓流體流過其中的振動管，或者，在采樣型密度計的情況下，流體保存在振動管中。振動管密度計也利用激勵系統(tǒng)來激勵流管振動。通常，振動管密度計僅僅使用單一的反饋信號，即，來自單一拾取傳感器的信號，因為密度測量僅僅需要測量頻率，而不必測量相位。本發(fā)明在這里的描述同樣適用于振動管密度計。
單一溫度傳感器-圖2圖2是已知的溫度測量電路的示意圖。圖2舉例說明利用單一溫度傳感器109測量流量計元件10的溫度的電路。參考圖1，圖2是顯示僅僅利用流管溫度傳感器109時必要的布線的示意圖。作為電纜100的一部分的導線114包括3根導線201-203。導線114的屏蔽層通過通路210接地。溫度傳感器109的三根導線211-213連接到流量計元件10上的三個端子204-206。導線201-203的一端連接到端子204-206，而它們各自的另一端連接到變送器20上的端子207至209。導線201-203中的每一根的導線電阻模擬為導線201-203中每一根上的電阻Rc。導線201-203具有基本上相同的長度和規(guī)格，因此把它們各自的電阻表示成相同的。雖然導線201-203中的每一根的電阻Rc是相同的，但是，電阻Rc不是固定的。電阻Rc的值由電纜100的長度和電纜100的溫度確定。對于給定的裝置，電纜100的長度是固定的，雖然在工廠校準流量計系統(tǒng)5時才知道電纜100的長度(這種情況即使有也是很少見的)。然而，在給定的裝置中，溫度是隨時間變化的。因此，在利用溫度傳感器109進行溫度測量時，電阻Rc是變化的，因而必須加以補償。
在本實施例中，電壓基準通過供電電阻Rsup施加電壓，圖中示出5伏的電壓基準，雖然可以使用任何電壓基準。電阻Rsup、基準電阻Rref和補償電阻Roff是這樣選擇的，使得正常工作的溫度傳感器109兩端的電壓(V3-V2)不超過二極管D1的導通電壓。對于二極管D2，上述條件也成立。溫度傳感器109是一種典型的三線電阻式溫度檢測器。測量溫度傳感器109感受到的溫度的方法是確定溫度傳感器109的電阻，并且把那個電阻值插入標準方程中，如以下所討論的。
下面的方程說明在現(xiàn)有的科里奧里流量計系統(tǒng)中測量溫度傳感器109的電阻得到的測量結果。(V3-V2)-(V2-V1)V1-V0*RREF(Ω)=RTDΩ]]>(方程1)方程1表示溫度傳感器109兩端的電壓(V3-V2)和電阻Rc兩端的電壓(V2-V1)之間的差別。典型的電阻式溫度裝置是“100歐姆(Ω)電阻”。通過把所述RTD的電阻(溫度傳感器109)和100Ω基準電阻(Rref)比較來測量100ΩRTD。一旦知道所述RTD的電阻，就可以利用RTD的特定形式的特征方程來計算溫度。RTD的制造者提供每一個RTD的合適的特征方程。方程2是特征的RTD方程的范例。把通過解方程1而確定的值代入方程2中，以便確定溫度傳感器109所感受到的溫度。
(方程2)
(方程3)RTD的每一種類型具有諸如方程2的唯一的特征方程。以上的例子是關于Heraeus 1PT 100FKG 430.4-18-T-3。
以上是關于已知的科里奧里流量計系統(tǒng)如何測量流管的溫度。請注意，導線203專用于一種全時間任務，即，提供用來測量電纜的電阻(Rc)的裝置。
雙溫度傳感器-圖多電阻傳感器圖3舉例說明根據(jù)本發(fā)明的用來測量科里奧里質量流量計上兩個位置的溫度的電路。除了有兩個溫度傳感器109-110以及用來把溫度傳感器110與5伏電壓基準斷開的場效應晶體管(FET)F0之外，圖3的電路類似于圖2的電路。還應當注意，電壓V3是從連接到溫度傳感器110的FET F0側測量的。溫度傳感器109-110分別具有電阻R109-R110，它們隨著每一個傳感器感受到的溫度而變化。
控制線307連接到微處理器(圖3中未示出)，并且確定什么時候FET F0斷開，什么時候FET F0接通。當FET F0接通時，電流從5伏電壓基準，通過FET F0和導線308(它具有電阻Rc)，通過溫度傳感器110和109，然后通過導線310(它具有電阻Rc)返回變送器20。所述電流連續(xù)地通過Rref和Roff到地。對于本實施例來說，Rref是100Ω電阻。當FET F0導通時，進行以下的計算
(方程4)方程3用于計算溫度傳感器110(R110)的電阻加上導線308的電阻(Rc)。方程4用于計算溫度傳感器109(R109)的電阻加上導線310的電阻(Rc)。方程3和4的結果不能直接代入方程2來確定溫度，因為方程3和4的結果各自包含等于電纜電阻Rc的電阻的量。如下所述，周期性地通過斷開FET F0來進行導線電阻Rc的測量，然后進行測量和計算。在FET F0斷開的情況下，電流流過二極管D1、流過導線309(具有電阻Rc)和溫度傳感器109、然后流過導線310(具有電阻Rc)、基準電阻Rref和補償電阻Roff返回到地。當FET F0斷開時，進行以下的計算
(方程5)
(方程6)由于當FET F0斷開時不存在流過溫度傳感器110的電流，所以，電壓(V2-V3)表示僅僅由電流流過具有電阻Rc的導線309造成的電壓降。當這電壓除以基準電阻Rref兩端的電壓并且把結果乘以基準電阻Rref的值(100Ω)，就得到電阻Rc的值。如上指出的，導線308-310都具有基本上相同的長度和規(guī)格，并且都感受到相同的溫度，因此，作出以下假定所測量的所述導線中的一根導線的電阻等于剩余導線中每一根導線的電阻。在本發(fā)明的一個實施例中，分別從方程3和4的結果中減去方程5的結果，以便確定溫度傳感器110和溫度傳感器109的電阻。然后，把這些值作為所述RTD’、一次一個地代入方程2中，以便確定所述溫度傳感器中每一個所感受到的溫度。
在本發(fā)明的另一個實施例中，進行另一種計算，以便確定Rc的第二估計值，然后取Rc的所述兩個值的平均值，以便確定像以上所述那樣使用的Rc值。從方程6的結果中減去方程4的結果，留下導線109的電阻的估計值(Rc)。因此，在這個實施例中，按照以下方程計算Rc
(方程7)與簡單地利用方程5的結果相比，這種確定電阻Rc的方法更加精確，因為方程7利用對導線109電阻的兩次不同的測量結果的平均值。然后，從方程3和4中減去從方程7得到的Rc的這種平均值，以便分別得到溫度傳感器110和109的電阻值。
雙溫度傳感器和變送器20-圖4給各圖之間共同的元件加上共同的標號。圖4舉例說明圖3的與變送器20的必要的支持和控制電路組合的電路?？刂艶ET F0的操作的控制線307連接到微處理器409的控制輸出端412。如上所述，微處理器409是這樣構成的，以便周期性地將FET F0斷開。在本發(fā)明的一個實施例中，每隔10分鐘把FET F0斷開大約0.8秒，以便對Rc進行必要的測量。FET F0代表開關裝置。本專業(yè)的技術人員明白，任何合適的開關裝置，例如晶體管，都可以用來代替FET F0，但不限于晶體管。緩沖電阻414-418確保變送器20的電路系統(tǒng)本身不影響溫度傳感器110-109的電阻測量。在一個實施例中，電阻414-418具有10KΩ的值，而電阻Rsup、Rref和Roff分別具有1.74KΩ、100Ω和3.01KΩd的值。基準電阻Rref是非常精確的，例如，在每℃0.1％和百萬分之10的范圍內。
在多路復用器401的輸入端I0-I3分別讀出4個電壓V0-V3。多路復用器401在輸入端I0-I3之間轉換，以便在輸出端403一次產生電壓V0-V3中的一個。輸出端403上的電壓電平通過線路404傳輸?shù)诫妷?頻率轉換器(“V/F”)406。V/F 406把在輸入端405輸入的電壓轉換成在輸出端407輸出的相應的頻率。輸出端407的頻率通過線路408傳輸?shù)轿⑻幚砥?09，并且在微處理器409的頻率輸入端410讀出。多路復用器401的操作受控于通路420上來自微處理器409的控制輸出端411的信號，以便順序地在輸出端403提供電壓V0-V3中的每一個電壓。微處理器409在輸入端410接收表示每一個電壓的頻率，并且把關于每一個頻率的值存儲在存儲器419中。然后，中央處理器(“CPU”)421利用存儲在存儲器419中的值計算所有方程3-7，以便通過通路413產生關于溫度傳感器109感受到的溫度和溫度傳感器110感受到的溫度的輸出信號。微處理器409是市場上可以買到的任何微處理器中的一種，例如，Motorola制造的MC68HC705C9A-CFN。本專業(yè)的技術人員熟悉這種微處理器執(zhí)行上述任務和計算的操作。
圖5是說明由微處理器409執(zhí)行的產生溫度傳感器109-110的溫度值的處理步驟的流程圖。在單元500開始處理過程，然后進到步驟501。在步驟501期間，把電壓基準加到多個溫度傳感器的串聯(lián)連接線上。參考圖4，如果5伏電壓基準尚未接通的話，則接通5伏電壓基準，于是，在步驟501期間FET F0導通。然后，處理過程進到步驟502。
在步驟502期間，測量各溫度傳感器的串聯(lián)連接的每一個節(jié)點上的電壓。例如，輸送合適的信號控制多路復用器401的輸入端402，以便順序地把電壓Vc0-Vc3切換到V/F 406。如上關于圖4的描述，微處理器409對與電壓Vc0-Vc3中的每一個對應的頻率進行計數(shù)，并且把適當?shù)闹荡嫒氪鎯ζ?19。接著，處理過程進到步驟503。
在步驟503期間，確定每一個溫度傳感器兩端的電阻。當然，在迄今進行的測量中，每一個溫度傳感器兩端的電阻還包含在其上測定必要的電壓的導線的電阻。在步驟503期間進行的計算對應于上述方程3和4。接著，處理過程轉到步驟504。
在步驟504期間，開關斷開，從而把溫度傳感器的串聯(lián)連接的一端與電壓基準斷開。參考圖4的電路，響應通路307上來自微處理器409的控制輸出端412的控制信號，F(xiàn)0被斷開。然后，處理過程轉到步驟505。
在步驟505期間，測量溫度傳感器的串聯(lián)連接的每一個節(jié)點的電壓。例如，輸送合適的信號控制多路復用器401的輸入端402，以便順序地把電壓V00-V03轉換到V/F 406。如上關于圖4的描述，微處理器409對與電壓V00-V03中的每一個對應的頻率進行計數(shù)，并且把適當?shù)闹荡嫒氪鎯ζ?19。接著，處理過程進到步驟506。
在步驟506期間，測量所述各導線中一根導線的電阻，以便供隨后對導線電阻進行補償時用。在圖4的例子中，或者僅僅利用方程5的計算或者利用方程5-7的計算來確定導線電阻，以便確定Rc的平均值。然后，處理過程轉到步驟507。
在步驟507期間，從在步驟503期間計算的溫度傳感器值中減去在步驟506期間計算的Rc的值。這個步驟產生每一個串聯(lián)連接的溫度傳感器的補償后的電阻值。然后，處理過程轉到步驟508。
在步驟508期間，例如，利用諸如方程2的特性方程，把補償后的傳感器電阻值中的每一個轉換成溫度。方程2的形式決定于實際的溫度傳感器型號，并且是由溫度傳感器制造者提供的。然后，處理過程轉到單元509。
N-溫度傳感器-圖6圖6描繪利用第三溫度傳感器RN的電路，所述第三溫度傳感器RN通過具有電阻Rc的導線601連接到變送器20。例如，RN可以是安裝在圖1中外殼106上的溫度傳感器。在FET F0導通的情況下，測量電壓Vc0-Vc3和VcN。然后進行以下的計算，以便確定溫度傳感器和導線兩端的電阻
(方程8)
(方程9)
(方程10)請注意，在方程10的情況下，直接測量溫度傳感器109的電阻，而沒有任何導線電阻成分。但是，為了確定溫度傳感器110和溫度傳感器RN的電阻，還必須進行進一步的處理。利用通路307上的控制信號斷開FET F0。測量電壓V00-V03和V0N，并且進行如下的計算，以便確定導線電阻Rc
(方程11)方程11提供導線309的電阻Rc的直接測量。如上所述，利用以下的進一步計算可以獲得導線電阻的平均值Ravg
(方程12)
(方程13)
方程12包括溫度傳感器的電阻R109。這樣，獲得導線309的電阻的平均值Ravg。如上指出的，假定導線308-310和601中的每一個具有相同的電阻，因為它們具有基本上相同的長度和規(guī)格，并且感受到基本上相同的溫度。然后，從方程8和方程10減去Ravg，以便分別獲得R110和RN的補償后的值。如所指出的，R109是直接測量的。
圖6以及方程8-13的相關計算說明，通過設置N個串聯(lián)的傳感器并且提供用來把所述傳感器中的一個與電源斷開以便提供導線電阻的測量，本發(fā)明可以用于任何數(shù)目的溫度傳感器。
雖然已經通過電阻式溫度傳感器描述了本發(fā)明，但是，本專業(yè)的技術人員明白，任何類型的電阻式傳感器都可以用于代替溫度傳感器。例如，人們可以利用以可變電阻的形式表示應變的應變傳感器代替這里描述的溫度傳感器中的一個或多個。通過改變其電阻，可以利用表示狀態(tài)的任何傳感器來應用本發(fā)明。本發(fā)明的本質同等地適用于任何這樣的配置。
應當清楚地知道，要求獲得專利權保護的本發(fā)明不限于最佳實施例的描述，而包括在本發(fā)明概念的精神和范圍內的其它修改和替換。
權利要求
1.一種用來把變送器(20)和多個電阻式傳感器(109，110)之間的導線(308，309，310)的數(shù)目減至最少的電路，它包括傳感器系列，它具有第一端和第二端，所述傳感器系列包括串聯(lián)連接的所述多個電阻式傳感器；所述變送器中的開關裝置，其第一端通過第一導線(308)連接到所述傳感器系列的所述第一端，而所述開關裝置的第二端連接到電壓源(5伏)；第二導線(310)，它通過在所述變送器處的基準電阻(Rref)把所述串聯(lián)組件的所述第二端連接到地；電纜電阻測量裝置(401，406，409)，它連接到所述傳感器系列的所述第一端，用來測量所述各導線中的一根的導線電阻；裝置(401，406，409)，用來測量所述多個電阻式傳感器中每一個兩端的狀態(tài)指示電阻；以及裝置(409)，用來響應所述電纜電阻測量裝置和所述狀態(tài)指示測量裝置而確定所述多個電阻式傳感器中的每一個感受到的電纜電阻補償后狀態(tài)。
2.權利要求1的電路，其特征在于所述電纜電阻測量裝置包括定時裝置，用來周期性地斷開所述開關裝置，以便把所述電壓源與所述傳感器系列的所述第一端斷開；節(jié)點導線，其第一端連接到所述多個電阻式傳感器中的兩個之間的節(jié)點，而其第二端連接所述變送器；當所述傳感器系列與所述電壓源斷開時用來測量所述傳感器系列的所述第一端和所述節(jié)點導線的所述第二端之間的電纜電壓的裝置；用來測量所述基準電阻兩端的基準電壓的裝置；以及用來把所述電纜電壓和所述基準電壓比較以便確定所述導線電阻的裝置。
3.權利要求2的電路，其特征在于所述比較裝置包括用來將所述電纜電壓除以所述基準電壓以便產生電壓比值的裝置；以及用來把所述電壓比值乘以基準值的裝置，其中，所述基準值是所述基準電阻的以歐姆為單位的值。
4.權利要求3的電路，其特征在于所述基準值是100歐姆。
5.權利要求1的電路，其特征在于所述傳感器系列包括節(jié)點導線，其第一端連接到所述多個電阻式傳感器中的兩個之間的節(jié)點，而其第二端連接所述變送器。
6.權利要求5的電路，其特征在于所述狀態(tài)指示測量裝置包括用來測量所述開關裝置的所述第一端和所述節(jié)點導線的所述第二端之間的第一傳感器電壓的裝置；用來測量所述基準電阻兩端的基準電壓的裝置；以及用來把所述第一傳感器電壓與所述基準電壓比較，以便確定所述第一傳感器電阻的裝置，其中，所述第一傳感器電阻包括所述多個電阻式傳感器中第一電阻式傳感器的電阻和所述第一導線的電阻。
7.權利要求6的電路，其特征在于所述比較裝置包括用來將所述第一傳感器電壓除以所述基準電壓以便產生第一傳感器電壓比值的裝置；以及用來把所述第一傳感器電壓比值乘以基準值的裝置，其中，所述基準值是所述基準電阻的以歐姆為單位的值。
8.權利要求7的電路，其特征在于所述基準值是100歐姆。
9.權利要求6的電路，其特征在于所述狀態(tài)指示測量裝置包括用來測量所述節(jié)點導線的所述第二端和所述第二導線的所述第二端之間的第二傳感器電壓的裝置；用來測量所述基準電阻兩端的基準電壓的裝置；以及用來把所述第二傳感器電壓與所述基準電壓比較，以便確定所述第二傳感器電阻的裝置，其中，所述第二傳感器電阻包括所述多個電阻式傳感器中第二電阻式傳感器的電阻和所述第二導線的電阻。
10.權利要求9的電路，其特征在于所述比較裝置包括用來將所述第二傳感器電壓除以所述基準電壓以便產生第二傳感器電壓比值的裝置；以及用來把所述第二傳感器電壓比值乘以基準值的裝置，其中，所述基準值是所述基準電阻的以歐姆為單位的值。
11.權利要求10的電路，其特征在于所述基準值是100歐姆。
12.權利要求7的電路，其特征在于所述確定裝置包括第一減法裝置，用來從所述第一傳感器電阻中減去所述導線電阻，以便確定第一傳感器補償后的電阻；第二減法裝置，用來從所述第二傳感器電阻中減去所述導線電阻，以便確定第二傳感器補償后的電阻；以及用來把所述第一傳感器補償后的電阻和所述第二傳感器補償后的電阻分別轉換成第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的裝置。
13.權利要求2的電路，其特征在于所述比較裝置包括用來當所述傳感器系列與所述電壓源斷開時測量所述節(jié)點導線的所述第二端和所述第二導線的所述第二端之間的第一電壓的裝置；用來當所述傳感器系列與所述電壓源斷開時測量所述基準電阻兩端的第一基準電壓的裝置；用來把所述第一電壓與所述第一基準電壓比較，以便確定所述第一傳感器電阻的裝置，其中，所述第一傳感器電阻包括所述多個電阻式傳感器中的一個的電阻和所述節(jié)點導線的電阻以及所述第二導線的電阻；用來當所述傳感器系列與所述電壓源連接時測量所述節(jié)點導線的所述第二端和所述第二導線的所述第二端之間的第二電壓的裝置；用來當所述傳感器系列與所述電壓源連接時測量所述基準電阻兩端的第二基準電壓的裝置；用來把所述第二電壓與所述第二基準電壓比較，以便確定所述第二傳感器電阻的裝置，其中，所述第二傳感器電阻包括所述多個電阻式傳感器中所述一個的電阻和所述第二導線的電阻；響應所述第一傳感器電阻和所述第二傳感器電阻以及所述導線電阻而計算平均導線電阻的裝置。
14.權利要求13的電路，其特征在于所述計算裝置包括用來從所述第一傳感器電阻中減去所述第二傳感器電阻以便產生估計的導線電阻的裝置；用來把所述導線電阻與所述估計的導線電阻相加再除以2以便獲得所述平均導線電阻的裝置。
15.權利要求1的電路，其特征在于所述電阻式傳感器之一是電阻式溫度傳感器，并且所述狀態(tài)是溫度。
16.一種用來把變送器(20)和流量計元件(10)上串聯(lián)連接的多個電阻式傳感器(109，110)之間的導線(308，309，310)的數(shù)目減至最少的方法，所述方法包括以下步驟把電壓加到所述多個電阻式傳感器上；測量串聯(lián)連接的所述多個電阻式傳感器的每一個節(jié)點處的電壓；響應所述測量所述節(jié)點電壓的步驟，確定所述多個電阻式傳感器中每一個兩端的電壓；把每一個所述電阻式傳感器電壓與基準電阻(Rref)兩端的基準電壓相比較，以便獲得所述多個電阻式傳感器中每一個的傳感器電阻；把所述多個電阻式傳感器中的一個與所述施加的電壓斷開；測量所述導線之一兩端的導線電壓；把所述導線電壓與所述基準電阻兩端的第二基準電壓相比較，以便獲得所述一根導線的導線電阻；從獲得的所述多個電阻式傳感器的每一個所述傳感器電阻中減去所述導線電阻，以便獲得所述多個電阻式傳感器中每一個的補償后的電阻；以及把所述補償后的電阻中的每一個轉換成多個狀態(tài)讀數(shù)，其中，所述狀態(tài)讀數(shù)中的每一個與所述多個電阻式傳感器中的一個相聯(lián)系。
全文摘要
一種電路,它利用多個電阻式傳感器(109,110)、尤其是電阻式溫度傳感器,同時把測量多個傳感器所需要的導線(308,309,310)的數(shù)目減至最少。多個傳感器串聯(lián)連接并且測量體感器的串聯(lián)連接中每一個節(jié)點處的電壓。然后,開關裝置(FO)斷開;以便把傳感器中的一個與電壓源(5伏)斷開,從而可以對溫度傳感器和遠距離的變送器(20)之間的導線電阻進行測量。然后,利用測量到的導線電阻補償測量到的傳感器電阻,以便獲得用于所述多個電阻式傳感器中每一個的導線長度補償電阻。
文檔編號G08C15/08GK1265190SQ98807611
公開日2000年8月30日 申請日期1998年6月2日 優(yōu)先權日1997年7月28日
發(fā)明者P·J·哈伊斯, M·J·佐羅克 申請人:微動公司