專利名稱：用于檢測隔膜破裂或變薄的診斷系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工業(yè)過程儀器中使用的隔膜，更具體地，本發(fā)明涉及 一種用于檢測隔膜破裂或變薄的診斷系統(tǒng)。
背景技術：
許多工業(yè)儀器包括與工業(yè)生產過程相結合的隔膜元件，該隔膜元 件用于測量過程參數。例如， 一些壓力傳送器包括與工業(yè)生產過程相 結合的隔離隔膜?？梢愿鶕憫獕毫Χa生的隔膜偏轉，直接從隔膜
進行壓力測量；或可以由通過充滿流體的毛細管與隔離隔膜相連的遠 程壓力感測器間接地進行壓力測量。隔膜的破裂或變薄將會改變測量 讀數，和/或允許過程流體(process fluid)從工業(yè)生產過程中漏出。另 外，來自充滿流體的毛細管的填充流體可能會通過隔離隔膜中的破裂 而漏出，從而污染了生產過程。
傳統(tǒng)上， 一種用于檢測遠程壓力感測器的隔離隔膜破裂的技術使 用延伸入流體填充的引線。與引線相連的測量設備適于檢測兩條電線 之間的電阻的變化。如果導電的過程流體流過隔離隔膜的破裂處，那 么引線之間的電阻發(fā)生變化，從而指示破裂。另一種技術是監(jiān)測傳送 器測量中的突然變化，這可以指示破裂。然而，這些技術僅在破裂已 經發(fā)生之后、以及潛在地，在填充流體已經泄露到生產過程中之后才 識別出隔膜的破裂。
技術領域中存在對變薄的或破裂的隔膜進行實時檢測的持續(xù)需 求。本發(fā)明的實施例提供了針對這些問題的解決方案，并提供了超越 傳統(tǒng)診斷系統(tǒng)的優(yōu)點。

發(fā)明內容
用于工業(yè)現(xiàn)場設備中的隔膜診斷系統(tǒng)具有隔膜和診斷部件。隔膜 把現(xiàn)場設備與過程流體相連，并具有多個層。將多個層中的第一層暴 露給工業(yè)生產過程的過程流體。診斷部件與隔膜相連，以監(jiān)測隔膜的 電參數，并基于所監(jiān)測的電參數的變化而有所響應地推斷隔膜的操作 狀態(tài)。


圖l是根據本發(fā)明實施例的具有隔離隔膜的過程傳送器的簡化示 意圖。
圖2是圖1中的隔離隔膜的放大簡化截面圖。
圖3是圖2中的隔離隔膜的放大截面圖，該隔離隔膜適用于根據本 發(fā)明實施例用于隔膜變薄或破裂的電子檢測。
圖4是根據本發(fā)明實施例用于推斷隔離隔膜操作狀態(tài)的過程的簡 化流程圖。
圖5是根據本發(fā)明實施例的電子診斷系統(tǒng)的簡化框圖。 圖6是根據本發(fā)明實施例在由過程流體造成腐蝕或變薄之后的電 子診斷系統(tǒng)的簡化框圖。
圖7是根據本發(fā)明實施例的電子診斷系統(tǒng)的可選實施例的簡化框圖。
圖8是根據本發(fā)明實施例的電子診斷系統(tǒng)的可選實施例的簡化框圖。
圖9A是根據本發(fā)明實施例的電子隔膜診斷系統(tǒng)的簡化截面圖，該 系統(tǒng)適于檢測渦流流量計的薄壁部分的變薄或破裂。
圖9B是圖9A中的渦流流量計的薄壁部分的擴展截面圖。
具體實施例方式
圖l是根據本發(fā)明實施例的具有破裂檢測部件的工業(yè)過程傳送器 的簡化示意圖。系統(tǒng)100包括通過通信鏈路106與控制中心104在通信上 相連的傳送器102，通信鏈路106可以是有線鏈路或無線鏈路。通信鏈 路106把位于傳送器102外殼內的電子設備與控制中心104中的監(jiān)測和
控制系統(tǒng)相連。
另外，傳送器102的基底部分108通過焊接定位樁(weld spud) 112 與工業(yè)生產過程容器壁110相連，其中焊接定位樁112被焊接至容器壁 110的焊接結合點114處。傳送器102可與焊接定位樁112以螺紋相連， 從而隔離隔膜116經由容器壁110中的開口118而直接暴露給容器內的 過程流體。
圖2是圖1傳送器102的基底部分108的放大截面圖。通過焊接定位 樁112把基底部分108安裝于容器壁110，其中焊接定位樁112附加到容 器壁110的焊接結合點114處。隔離隔膜116的一側通過容器壁110中的 開口118直接暴露給過程流體，而另一側暴露給流體填充腔122內的流 體填充材料120。典型地，過程流體對隔離隔膜11-6壓力的變化通過腔 122內的流體填充120而解譯給遠程壓力感測器(未示出)，所述遠程壓 力感測器通過流體填充毛細管(capillary) 124與隔離隔膜116相連。
隔離隔膜116是多層電容性結構(圖3詳細示出)。通常，多層隔 離隔膜116足夠的薄和柔軟，以響應過程流體壓力而發(fā)生偏轉。多層隔 膜116與位于傳送器外殼內的電子設備相連，并適于根據本發(fā)明實施例 而提供電破裂指示。
圖3是根據本發(fā)明實施例的隔離隔膜結構300—部分的放大視圖。 應當理解的是，圖3中的隔離隔膜結構300未按比例繪制，而是進行了 夸大以便進行說明。
隔離隔膜結構300包括具有液體填充腔304的傳送器302和隔離隔 膜結構306。隔離隔膜結構306是多層結構，包括第一導電層308和第二 導電層310，它們由電介質材料312來分離，其中電介質材料優(yōu)選為固 體電介質材料。
優(yōu)選地，第一導電層308具有直接暴露給過程流體的表面314 (濕 表面)。典型地，第一導電層308與過程導管(管道或容器)電連接， 而過程導管又與電氣地316相連。第二導電層310具有一個或多個引線 318，用于測量電容的變化或隔膜結構306的復阻抗的變化。
通常，電容是電荷與電壓電勢的比率。在并聯(lián)平板電容器(本發(fā) 明所預想的一種電容器)中，根據如下方程來確定電容其中，so是介電常數(電介質常數)，A表示平板的面積，而d表示兩個 平板之間的距離。例如在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，如果電介質由固體 材料形成，則距離(d)和電介質常數(sQ)實質上保持恒定。然而， 如果平板的面積(A)發(fā)生變化(例如由于腐蝕或磨損)，則電容發(fā)生 變化。因此，如果流過管道的非導電材料對第一導電平板308產生腐蝕， 那么第一導電平板308的面積(A)發(fā)生變化，從而導致隔離隔膜306 的電容出現(xiàn)可測量的變化。隔離隔膜306電容的變化可以提供隔離隔膜 306需要維修或更換的指示。
如果管道內的過程流體是非導電的或具有非濃縮氣態(tài)形式(或者 如果過程管道是空的，例如當系統(tǒng)關閉時)，則通過監(jiān)測第二導電層310 相對于第一導電層308 (或相對于電氣地)的電容，可以推斷出第一導 電層308的破裂或變薄的檢測(如上所述)。通常，本發(fā)明的系統(tǒng)300 具有診斷部件(圖5中所示)，該診斷部件適于在電容性隔膜306的一個 或多個層上安排電壓或信號，并適于對變化進行測量。例如，在一個 實施例中，電壓被施加到電容性隔膜306的兩端，并對時間常數進行估 計以確定電容。如果電壓是周期性的，例如階躍電壓信號，則可以根 據輸出信號的時間常數的變化而檢測電容的變化。在這個實施例中， 系統(tǒng)300適于基于隔膜306所測量的電容來檢測第一導電層308由于磨
損或腐蝕而引起的變薄。
然而，在多種情況下，過程流體是導電的，以及可能不能通過直 接測量電容而檢測第一導電層308的腐蝕。具體地，工業(yè)生產過程的過 程流體可以填充第一導電層308中的任何孔或破裂，從而保持了明顯一 致的表面積，使得隔離隔膜306的電容不會可察覺地變化。然而，可以 從跨接在第二導電層310上的復阻抗的所測量的變化中推斷出腐蝕。例 如，用于估計電容狀態(tài)的等式可能與以下等式類似
Im
其中，Z表示電壓大小與電流大小的比率乘以指數，所述指數包括實
部和虛部。給定第一導電平板308面積的變化，即使過程流體是導電的， 跨接于并聯(lián)平板電容器(隔離隔膜結構306)的阻抗也可以隨著時間而 改變。檢測電路(例如，圖5中的信號分析系統(tǒng)514)可以和第一導電 平板308以及第二導電平板310相連，以測量電容性隔膜306的電參數， 例如復阻抗、電抗或其它電參數。通過利用隨時間而變化的信號(或 包含頻率范圍的信號)對第二導電平板進行掃描，可以使用電參數中 一個或多個的變化來推斷第一導電層的狀態(tài)。
在一個實施例中，電介質材料312包括多孔材料，從而如果過程 流體腐蝕穿過第一導電層308，則過程流體經過電介質材料312，使第 二導電層310與地發(fā)生短路。利用多孔電介質，可以通過隔膜306的一 個或多個電參數的突然變化來檢測第一導電層308的故障。在另一個實 施例中，可以選擇電介質材料312進行腐蝕以允許過程流體流入，從而 與第二導電層310接觸，并使第二導電層310與地發(fā)生短路。如果選擇 電介質材料312是多孔或可腐蝕的，則第二導電層310可以被構造為實 質上擴展至電介質層312的全部區(qū)域(如模型中所示)。另外，非導電 密封320 (模型中所示)可以安排在第二導電層310與傳送器302之間， 用于防止過程流體泄露到第二導電層310，以及將第二導電層310與傳 送器302的壁進行電隔離。
在一些實例中，過程流體可以是揮發(fā)性的，以及為了固有的安全 原因，電容性隔膜306可以適于防止火花或放電進入泄露的過程流體。 例如，限壓器件可以和電容器相連，以限制電容器的電壓電勢，從而 防止揮發(fā)性過程流體被火花或電勢能的放電而點燃。
圖4是用于從所測量的電參數中推斷隔膜的變薄或破裂的過程的
簡化流程圖。利用隨時間而變化的信號對電容性隔膜進行掃描(塊 400)。當施加隨時間而變化的信號時，測量電容性隔膜的一個或多個 電參數(塊402)。把所測量的電參數與所存儲的基準值進行比較(塊 404)。如果測量值與基準值相比改變了大于預定界限(塊406)，則可 以基于這個改變而推斷出隔膜的破裂或變薄(塊40S)。如果測量值與 基準值相比的改變不大于預定界限(塊406)，則重復執(zhí)行步驟400和后 續(xù)步驟。
通常，所測量的電參數可以是電容，或可以是任意數目的復電參 數(例如阻抗、電抗、導納等)。如果根據對于所存儲的基準值的改變 而推斷出變薄或破裂，則可以產生用于指示推斷出的電容性隔膜操作 狀態(tài)的警報信號，并把該信號發(fā)送至控制中心。應當理解的是，操作 狀態(tài)的范圍可以是從無操作或非操作狀態(tài)至完全操作狀態(tài)。此外，應 當理解的是，所述改變的大小或程度可以指示對電容性隔膜的腐蝕、 磨損或損害的程度?？蛇x地，取決于哪些電參數與基準測量不同，所 述改變的程度可以指示腐蝕、磨損或損害的類型(例如蝕損斑、裂縫、 均勻磨損、腐蝕等)。有裂縫的或完全破裂的隔膜可以被檢測為開路或 無限阻抗，而對于基準值的改變可以指示隔離隔膜的惡化狀態(tài)。
在一個實施例中，由控制中心觸發(fā)掃描信號。在可選實施例中， 由診斷電路觸發(fā)并周期地執(zhí)行掃描信號分析。雖然圖4的方法中使用了
隨時間而變化的信號，但在一些實例中，也可以利用所施加的DC電壓。
最后，可以利用專家系統(tǒng)(例如模糊邏輯系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)、神經 網絡等)來分析隔離隔膜的電參數，以推斷隔膜的操作狀態(tài)。
圖5是根據本發(fā)明實施例的診斷系統(tǒng)500的簡化框圖。診斷系統(tǒng) 500包括與診斷部件504 (可以在電路中實現(xiàn))在通信上相連的隔離隔 膜結構502，它典型地被放入外殼。隔膜結構包括由電介質材料510所 分離的第一導電層506和第二導電層508。第一導電層506暴露給工業(yè)生 產過程的導管或管道內的過程流體。在一個實施例中，第一導電層506 被電氣接地至導電管道壁。第二導電層508與過程流體隔離，并與第一 導電層506電隔離。
診斷部件504包括信號發(fā)生器512、復信號分析系統(tǒng)514、微處理 器516、收發(fā)機518、警報發(fā)生器519和可選的專家系統(tǒng)540，例如人工 智能系統(tǒng)、模糊邏輯系統(tǒng)、神經網絡等。信號發(fā)生器512是適于傳輸電 信號(例如隨時間而變化的或周期性的信號)的電路。信號發(fā)生器512 在第二導電層508上傳輸電信號，可以通過復信號分析系統(tǒng)514來測量 并分析該電信號，以檢測系統(tǒng)中一個或多個復電參數的變化。專家系 統(tǒng)540可以用于分析一個或多個電參數，并根據一個或多個電參數相對 于所存儲的基準測量的變化來推斷隔離隔膜的操作狀態(tài)。應當理解的
是，信號分析系統(tǒng)514可以包括信號處理器、適于處理所測量信號的電
路、電容性檢測器、或適于根據所測量的電容而推導出診斷測量的任 意其他元件。
在一個實施例中，被監(jiān)測的過程流體是非導電的，而且分析系統(tǒng)
514包括適于測量隔離隔膜502相對于電氣地的電容的感測器。在過程 流體導電的環(huán)境中，信號發(fā)生器512優(yōu)選地適于利用具有頻率范圍的電 信號來掃描第二導電層508。復信號分析系統(tǒng)514適于檢測掃描頻率范 圍內隔離隔膜502的復阻抗。
可以利用微處理器516進一步處理所測量的復阻抗，和/或把所測 量的復阻抗與所存儲的值進行比較以檢測警報條件。從與基準測量的 不同大于預定量的所檢測的變化中，可以推斷出警報條件。微處理器 516優(yōu)選地適于將所測量的阻抗變化與預定界限進行比較，并且如果所 測量的變化超過該界限，則產生由收發(fā)機518通過通信鏈路522傳輸到 控制中心520的警報?？蛇x地，可以利用分離的警報發(fā)生器519 (或警 報產生電路)來產生由收發(fā)機518傳輸的警報信號。在一個實施例中， 如果過程流體是非導電的，則復信號分析系統(tǒng)514能夠簡單地測量隔離 電容器502的電容，以及超過預定界限的電容改變會使處理器516產生 警報。
應當理解的是，可以與傳送器電子設備504的其他組件共享診斷 系統(tǒng)500的元件。例如，收發(fā)機518也可以由感測元件或復信號分析系 統(tǒng)514直接使用，以例如向控制中心傳輸原始數據。類似地，控制中心 520可以通過收發(fā)機518發(fā)送控制信號，該信號使感測元件(例如分析 系統(tǒng)514)進行新的測量?？梢酝暾鼗虿糠值卦谖⑻幚砥?16中實現(xiàn) 各種組件，例如信號發(fā)生器512、復信號分析系統(tǒng)514和警報發(fā)生器519。
圖6是根據本發(fā)明實施例的診斷系統(tǒng)600的簡化框圖。系統(tǒng)600包 括與診斷電子設備604相連的隔離電容性隔膜602。隔膜602包括由電介 質610分離的第一導電層606和第二導電層608。信號發(fā)生器612和復信 號分析系統(tǒng)614與第二導電層608電連接。
在這個實施例中，箱內的過程流體已經對第一導電層606產生腐 蝕，在第一導電層606中留下了坑或開口616，把電介質610部分地暴露
給過程流體。電介質610優(yōu)選由固體材料形成，從而第一導電層606的 裂口不會把電介質流體釋放到過程流體中。另外，固體電介質610用作 保護層，以免毛細管填充流體泄露到(例如在遠程密封系統(tǒng)中的)過 程流體中。此外，固體電介質610用作保護層，以免過程流體泄露到電 子設備外殼中(例如，如果電子設備與該過程流體直接相鄰)。
信號發(fā)生器612與第二導電層608相連，以及適于把特定頻率范圍 內的信號傳輸到第二導電層608上。復信號分析系統(tǒng)614與第二導電層 608相連，以及適于根據第一導電層606的變化而檢測掃描信號的變化。
在一個實施例中，如果過程流體是非導電的，那么可以以第一和 第二導電層606、 608之間電容(或電勢)的變化來檢測到第一導電層 606的腐蝕。然而，更為普遍的是，如果過程流體是導電的，那么信號 發(fā)生器612可以利用測試頻率范圍(或任意隨時間而變化的信號)，對 第二導電層608進行掃描，以及可以使用復信號分析系統(tǒng)614，基于復 阻抗的變化來檢測腐蝕。在任一情況下，如果所測量的變化超過預定 界限，則可以產生警報，并把警報傳輸到控制中心。
圖7示出了根據本發(fā)明實施例的診斷系統(tǒng)700的簡化框圖。診斷系 統(tǒng)700包括與傳送器704相連的多層隔離隔膜結構702。隔離隔膜結構 702由三個導電材料層706、 708A和708B形成，這三個層由電介質材料 層710A和710B彼此分離。信號發(fā)生器712分別與第二和第三導電層 708A和708B相連，而第一導電層706與過程導管相連，因而接地。復 信號分析系統(tǒng)714分別與第二和第三導電層708A和708B相連，以分別 監(jiān)測第一和第二導電層706和708A的每個之間的復阻抗或電容的變 化，并分別監(jiān)測第二和第三導電層708A和708B的每個之間的復阻抗或 電容的變化。電容或復阻抗之間的微分變化可以指示第一導電層706 的破裂。
在一個實施例中，過程流體是非導電的或處于氣態(tài)，并根據直接 測量到的隔膜702的電容的變化來檢測第一導電層706的腐蝕?？蛇x地， 如果過程流體是導電的，則從隔膜結構702的復阻抗的變化中推斷出第 一導電層706的腐蝕。具體地，信號發(fā)生器712適于在隔離的導電層 708A和708B上掃描頻率范圍內的信號，以及復信號分析系統(tǒng)714適于
檢測隔膜702的復阻抗的變化?？梢詮膹妥杩沟淖兓型茢喑龅谝粚щ?br> 層706的變薄、磨損或腐蝕。
一般地，本發(fā)明提供了超越現(xiàn)有技術的多個優(yōu)點。首先，通過利 用適于提供變薄或破裂的電容指示(或電指示)的多層隔膜來替代薄 的箔隔離隔膜，傳送器可以適于對其自身進行診斷，并在隔膜破裂并 污染生產過程之前，提供指示需要維修隔離隔膜的警報。其次，電介 質材料可以是固體非導電材料，例如陶瓷，該材料保持了工業(yè)生產過 程的過程填充流體(例如在隔離隔膜中使用的)與過程流體之間的隔 離，甚至在隔離元件的研磨表面發(fā)生破裂之后也能夠保持該隔離。再 次，隔離元件診斷的不同實施方式可以提供關于隔離元件狀態(tài)的額外 細節(jié)。具體地，雙平板診斷系統(tǒng)可以提供對破裂或變薄的原始指示， 而三個或更多個平板的診斷系統(tǒng)可以部分地根據微分電容而提供對隔 離元件的損壞程度更為復雜且有益的指示。另外，本發(fā)明適用于具有 易受過程流體的腐蝕或損害的薄區(qū)域的任意工業(yè)儀器。因此，本發(fā)明 提供了一種隔離元件，適于在對隔離元件的潛在損害變得過大之前產 生指示該損害的電信號。
圖8是根據本發(fā)明實施例的備選隔離隔膜結構800的簡化框圖。隔 離隔膜結構800包括第一導電層802和第二導電層804，第二導電層804 被分為兩個電氣分離的平板804A和804B，并通過電介質806與第一導 電層802分離。在這個實施例中，可以以從平板804A和804B測量的微 分電容來檢測第一導電層面積的變化，例如受到腐蝕而發(fā)生的變化。 在可選實施例中，如上文所討論，可以使用復阻抗測量。在這個實例 中，根據產生的信號，分別測量跨接于平板804A和804B上的復阻抗。 在一個實施例中，根據相同信號而從兩個平板804A和804B測量得到的 相位差可以指示腐蝕。
在這個實施例中，可以測量來自這兩個半平板804A和804B、或在 這兩個半平板804A和804B之間的電容?？梢酝ㄟ^第一導電層802的腐 蝕而引起的面積變化來改變所測量的電容。然而，如果過程流體是導 電的，則對電容的直接測量可能不能揭示出關于第一導電層802條件的 任何信息。在這個實例中，如果過程流體是導電的，則可以利用頻率
范圍對第一平板的半平板804A進行掃描。針對特定頻率范圍上測量信 號的相位或幅度變化，可以對第二半平板804B進行監(jiān)測。所測量的輸 出的變化可以指示第一導電層802的面積變化。取決于所測量的輸出的
特定變化，可以推斷出與過程相關的腐蝕、變薄或磨損。
圖9A是把本發(fā)明的電容性隔離隔膜并入管道壁的薄壁部分的渦 流流量計系統(tǒng)的簡化截面圖。管道卯2被脫落棒(shedding bar) 904分 為兩個流動路徑。脫落棒904從管道壁的薄壁部分912延伸，并與柱906 相連，使得能夠從柱906的運動或振動中檢測到由管道卯2內的流體旋 渦所引起的脫落棒904的脫落或振蕩運動。感測器908 (模型中所示) 典型地與柱906相連，以根據柱906的運動而測量管道902內的流體速 度。通常，把感測器908和其他過程電子設備置于管道902外并置于傳 送器外殼910中。
一般地，脫落棒904經由薄壁部分912與柱906相連。優(yōu)選地，薄 壁部分912足夠薄，以便把脫落棒的運動通過管道壁傳輸到柱卯6，其 中感測器908適于根據柱906的運動來測量管道902內流體的流體流動 速率。所出現(xiàn)的一個問題(尤其在高壓環(huán)境中)是，保持薄壁部分912 的足夠厚度以防止壁在高壓時發(fā)生破裂，同時仍要允許足夠的運動靈 活性?？梢蕴峁┮€914用于連接至診斷電路。
本發(fā)明的多層隔離隔膜可以用于這些應用中，以提供與過程流體 的隔離和破裂診斷。
圖9B是具有薄壁部分912的流量計元件900的擴展截面圖，其中薄 壁部分912由上文關于圖3和5-7的隔離電容性隔膜結構中的任意一個 而形成。在這個實施例中，隔膜結構912是電容性結構926。電容性結 構926由第一導電層920形成，其中第一導電層920與管道壁相連并暴露 給同脫落棒904直接相鄰的過程流體。第二導電層924通過電介質材料 922與第一導電層920分離。第二導電層924與管道外的過程流體分離， 并與柱906相鄰?？梢詮牡诙щ妼又刑峁┮€914，以檢測電容性結 構926的復阻抗和/或電容的變化。
在這個實施例中，電介質922優(yōu)選地為固體非導電材料。電容性 結構926的層提供了附加的耐久性，同時提供了用于檢測第一導電層
920的腐蝕或磨損的裝置。具體地，通過監(jiān)測電容性結構926的復阻抗 和/或電容，可以在破裂或裂口發(fā)生之前檢測到薄壁部分912的腐蝕或 磨損，從而防止了未計劃的關閉和/或將傳送器外殼中的敏感電子設備 暴露給來自管道的過程流體。
一般地，本發(fā)明利用了對電容與并聯(lián)平板設置的平板表面面積成 比例的觀察。如果最靠近過程的箔層開始變薄或破裂，那么隔膜的有 效面積改變了破裂的大小或變薄的程度。隔膜有效面積的這種改變引 起了所測量的并聯(lián)平板電容的變化。
這假定被測量的過程流體是非導電的。在該實例中，如果連續(xù)地 監(jiān)測隔膜的電容，那么腐蝕、磨損、侵蝕或蝕損斑將會導致可測量的 電容變化。這個可測量的變化提供了對隔離隔膜和薄壁部分的潛在問 題的早期指示。與電容性隔離元件相連的電路可以立即警告控制中心， 已經發(fā)生破裂、或是隔離隔膜或薄壁部分可能需要維修。
在許多工業(yè)生產過程中，與隔離隔膜接觸的過程流體自身是導電 的。在該實例中，在暴露過程的箔受到腐蝕時，對箔層之間電容的直 接測量可能不能反映出可測量的電容變化。具體地，導電的過程流體 可能流入受腐蝕的箔區(qū)域，從而利用導電流體完成或替代了受侵蝕的 箔區(qū)域。在該實例中，所測量的電容可以保持不變。然而，適于測量 復電參數(例如復阻抗、電抗等)的電路可以用于測量掃描頻率。復 電參數中一個或多個的變化可以反映出在各種操作條件下，對隔離
隔膜的過程暴露的箔出現(xiàn)孔、變薄或其他改變?？梢允褂脝蝹€產生電 路來掃描箔層中的一個，并可以使用感測電路來測量掃描頻率，掃描 頻率可以在箔層的一個或多個受到過程流體的損害時發(fā)生改變。
通常，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法監(jiān)測電容性隔離隔膜的電參數。如果 隔離隔膜在操作期間變薄、受到腐蝕或以其他方式受到損壞，則會改 變一個或多個電參數。信號分析系統(tǒng)可以將所測量的參數與所存儲的 基準參數進行比較?？蛇x地，信號分析系統(tǒng)包括專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng) 適于根據時間上的電信號的變化來推斷隔膜的操作狀態(tài)。電參數可以 包括電容。可選地，電信號可以包括復電參數，例如復阻抗、電抗、 導納等。最后，過程流體可以是液態(tài)或氣態(tài)。
盡管已經參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，本領域的技術人 員可以理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以在形式和 細節(jié)上做出改變。
權利要求
1.一種用于工業(yè)現(xiàn)場設備中的隔膜診斷系統(tǒng)，包括隔膜，配置用于把現(xiàn)場設備與過程流體相連，所述隔膜包括多個層，將所述多個層中的第一層暴露給工業(yè)生產過程的過程流體；以及與隔膜相連的診斷電路，用于監(jiān)測隔膜的電參數，并基于所監(jiān)測的電參數的變化而有所響應地推斷隔膜的操作狀態(tài)。
2. 根據權利要求1所述的隔膜診斷系統(tǒng)，還包括 警報產生部件，適于在所述變化超過預定界限時產生警報信號，所述警報信號指示推斷出的隔膜操作狀態(tài)。
3. 根據權利要求1所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述電參數包括隔 膜的電容。
4. 根據權利要求1所述的隔膜診斷系統(tǒng)，還包括 信號發(fā)生器，適于利用隨時間而變化的信號對隔離隔膜進行掃描，其中所述電參數包括隔膜的復電參數。
5. 根據權利要求4所述的隔膜診斷系統(tǒng)，還包括復信號分析系統(tǒng)，適于基于隨時間而變化的信號來監(jiān)測隔膜，以 檢測電參數相對于所存儲的基準信號的變化。
6. 根據權利要求1所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述多個層包括 至少一個導電層。
7. 根據權利要求l所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述多個層包括 至少一個電介質層。
8. 根據權利要求l所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述多個層包括: 至少兩個導電層；以及至少一個電介質層，用于把所述至少兩個導電層分離。
9. 根據權利要求8所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述電參數包括所 述至少兩個導電層的電容性電勢。
10. 根據權利要求1所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述變化的程度指示第一導電層表面面積的變化程度。
11. 根據權利要求l所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述診斷電路適 于監(jiān)測多個導電層相對于第一層的一個或多個電參數。
12. —種用于推斷隔離隔膜的操作狀態(tài)的方法，所述方法包括 提供包括多個層的隔離隔膜，將所述多個層中的第一層直接暴露給過程流體；把電信號施加到所述隔離隔膜；以及根據所測量的所述隔離隔膜的電參數相對于所施加電信號的變 化，有所響應地推斷所述隔離隔膜的操作狀態(tài)。
13. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述電信號具有隨時間而變化的分量。
14. 根據權利要求12所述的方法，還包括如果所測量的變化超過預定的界限，則產生指示隔膜隔膜的操作 狀態(tài)的警報信號。
15. 根據權利要求12所述的方法，還包括如果測量出的變化超過預定界限，則產生指示所述隔膜隔膜惡化 狀態(tài)的警報信號。
16. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述施加步驟包括 產生包括頻率范圍的電信號；以及 在所述隔離隔膜上傳輸所述范圍的頻率。
17. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述推斷步驟包括監(jiān)測所述隔離隔膜的電參數；以及 計算所監(jiān)測的電參數相對于所存儲的基準測量的變化。
18. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述電參數包括所述隔離隔膜的時間常數。
19. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述電參數包括所述隔離隔膜的復電參數。
20. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述多個層包括至少一個導電層。
21. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述多個層包括至少一個 電介質層。
22. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述多個層包括至少兩個導電層；以及至少一個電介質層，用于把所述至少兩個導電層分離。
23. —種用于工業(yè)現(xiàn)場設備中的隔膜診斷系統(tǒng)，包括電容性元件，配置用于把現(xiàn)場設備與過程流體相連，所述電容性 元件包括多個層，將所述多個層中的第一層暴露給工業(yè)生產過程的過程流體；以及與電容性元件相連的診斷電路，用于監(jiān)測電容性元件的電參數， 并基于所監(jiān)測的電參數的變化而有所響應地推斷電容性元件的操作狀 態(tài)。
24. 根據權利要求23所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述工業(yè)現(xiàn)場設 備包括具有脫落棒的渦流流量計，其中所述脫落棒延伸進入管道部分， 以及所述電容性元件包括管道部分的薄壁部分，由于管道內的流體流 動而引起的脫落棒的運動通過所述薄壁部分而被解譯。
25. 根據權利要求23所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述工業(yè)現(xiàn)場設 備包括與管道部分相連的壓力感測器，以及所述電容性元件包括柔軟 的隔離隔膜，適于把來自管道部分內的流體流動的壓力通過填充有流 體的毛細管解譯給遠程感測器。
26. 根據權利要求23所述的隔膜診斷系統(tǒng)，還包括 警報產生部件，適于產生指示所推斷操作狀態(tài)的警報信號，以傳輸至控制中心。
27. 根據權利要求23所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述變化的大小 指示所述電容性元件的損壞程度。
28. 根據權利要求23所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所測量的變化包括電容性元件的復阻抗。
29. 根據權利要求23所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述診斷電路還包括信號發(fā)生器，適于利用具有隨時間而變化的分量的電信號，對電容性元件進行掃描；以及復信號分析系統(tǒng)，適于監(jiān)測所述電容性元件，并基于所述電容性 元件的一個或多個電參數相對于所存儲的基準測量的變化，來推斷電 容性元件的操作狀態(tài)。
30. 根據權利要求23所述的隔膜診斷系統(tǒng)，其中，所述診斷電路 適于監(jiān)測所述多個導電層相對于第一層的一個或多個電參數。
31. 根據權利要求23所述的隔膜診斷，其中，所述多個層包括 至少一個導電層。
32. 根據權利要求23所述的隔膜診斷，其中，所述多個層包括 至少一個電解質層。
33. 根據權利要求23所述的隔膜診斷，其中，所述多個層包括 至少兩個導電層；以及至少一個電介質層，用于把所述至少兩個導電層分離。
34. 根據權利要求33所述的隔膜診斷，其中，至少一個電介質層包 括多孔材料。
35. 根據權利要求34所述的隔膜，其中，如果過程流體泄露穿過第 一層，則基于電參數的突然變化來推斷操作狀態(tài)。
全文摘要
一種用于工業(yè)現(xiàn)場設備中的隔膜診斷系統(tǒng)(500)具有隔膜(502)和診斷部件。隔膜(502)配置用于把現(xiàn)場設備與過程流體相連，并具有多個層。將多個層中的第一層(506)暴露給工業(yè)生產過程的過程流體。診斷部件與隔膜(502)相連，以監(jiān)測隔膜(502)的電參數，并基于所監(jiān)測的電參數的變化而有所響應地推斷隔膜(502)的操作狀態(tài)。
文檔編號G01N27/24GK101099083SQ200580046260
公開日2008年1月2日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權日2005年1月7日
發(fā)明者克里斯托弗·阿什利·韋爾斯, 威廉姆·托馬斯·安德森 申請人:羅斯蒙德公司