CN102638754B - 用于压力容器的声学换能器装置 - Google Patents

Abstract

一种用于压力容器的声学换能器装置包括：声学传感器单元以及声学波导。所述声学波导包括可旋转声学耦合器、管、以及底脚。所述底脚具有可固定在流体导管上的固定面。电路装置耦合到声学传感器单元，并提供诊断输出。

Description

用于压力容器的声学换能器装置

技术领域

本申请涉及对压力容器的监视。更具体地，本申请涉及流控制中的换能故障，比如泄漏阀门(leakyvalve)、卡住阀门(stuckvalve)、液相或气相、或与压力容器中的流控制相关联的多相。

背景技术

汽阱(steamtrap)在很多工业中通常用于从蒸汽管线中移除冷凝物。在一般的工厂中，可以部署上千这种设备。汽阱一般是被设计为相对廉价的相对低级技术设备。汽阱通常是完全机械化的。添加用于供电或连线的任何电子配线将被视为成本高昂、不切实际或劳动力密集的。

汽阱一般被设计为允许冷凝物从蒸汽管道中逸出，以维持效率并避免管道“震动”(knocking)。典型的汽阱可以具有一个或多个室和与冷凝物物理接触的可移动单元。当冷凝物的水平高过某个阈值，汽阱中的可移动单元致动或以其他方式使一个或多个阀门进行动作，以允许至少一些冷凝物逸出。随着冷凝物逸出，汽阱内的冷凝物水平减少到使得阀门被关闭的程度。

发生故障的汽阱可能泄漏蒸汽，其浪费了能源或可能导致不能正确移除冷凝物。在很多实例中，工厂控制系统未检测到故障，且因此工厂员工在较长的时间段中是不知道发生故障的。

与压力容器相关联的其他类型的流控制设备，比如控制阀门、通气口(orifice)、喷嘴(nozzle)以及限流器(restriction)常遭受故障。

发明内容

一种换能器装置包括声学传感器单元和声学波导。所述声学波导包括管，所述管具有通过可旋转声学耦合器与所述声学传感器单元声学耦合的第一管端。所述声学波导还包括第二管端。所述第二管端具有能固定在流体管道上的固定面。电路装置耦合到所述声学传感器单元，并基于接收到的声学信号提供标识蒸汽泄漏的诊断输出。本发明还包括一种方法。

附图说明

图1示出了换能器装置的第一实施例。

图2示出了固定在汽阱附近的换能器装置的第二实施例。

图3示出了换能器装置的第三实施例。

图4示出了换能器装置的第四实施例。

图5A示出了在换能器装置上的温度感测位置。

图5B示出了图5A的温度感测位置的温度的图。

图6示出了换能器装置的主天线波瓣(lobe)的旋转。

图7A和7B示出了针对主天线波瓣的旋转的作为温度函数的扭矩。

图8示出了换能器装置中的电路装置。

图9示出了诊断流程图。

图10示出了可旋转声学耦合器的备选实施例。

图11A示出了在不使用误差校正例程的情况下的温度误差的图。

图11B示出了使用静态误差校正例程的温度误差的图。

图11C示出了使用动态误差校正例程的温度误差的图。

图12示出了固定在控制流体流的可致动控制阀门上的换能器装置。

图13示出了固定在包括流限制在内的流控制设备上的换能器装置。

具体实施方式

在下述实施例中，换能器装置检测流控制中的故障，比如压力容器(比如阀门、汽阱、限流器、泄压阀等等)中的气体泄漏。换能器装置使用声学感测。在一些实施例中，也使用温度感测。在一个示例中，当存在低噪声水平或未检测到声学噪声，且压力容器温度接近蒸汽的饱和温度时，汽阱是正常操作的。当声学噪声升高到阈值水平之上，且温度接近蒸汽的饱和温度时，换能器装置感测并指示压力容器中的阀门正在泄漏。在声学噪声高且温度低时，则换能器装置感测并指示压力容器中的阀门处于启动条件，同时空气正在泄漏。当不存在声学噪声且温度低时，换能器装置感测并指示压力容器中的阀门被塞住、堵住或未操作。然而，本发明不局限于该示例性诊断技术。

换能器装置包括声学传感器单元和声学波导。声学波导允许诊断电路在热方面与高温容器分离。声学波导包括可旋转声学耦合器(比如弹簧或轴)，该可旋转声学耦合器耦合到声学传感器，且声学波导包括耦合到可旋转声学耦合器和底脚(foot)的管，该底脚具有固定在流体管道上的固定面，该流体管道连接到压力容器。在一个实施例中，温度传感器感测底脚中的内部热电偶套管(thermowell)腔中的温度，并具有通过管延伸的输出电缆。热电偶套管腔是热电偶套管中受保护的腔。热电偶套管是保护管，其被设计为在腔中封装温度感测设备，并保护温度感测设备免受环境的有害影响。根据一个实施例，换能器装置中的电子装置从传感器接收温度和声学噪声数据，并提供耦合到远程监视器的无线输出。

图1示出了换能器装置50的分解图。换能器装置50包括声学传感器单元1。根据一个实施例，声学传感器单元1包括压电式力传感器。根据另一实施例，声学传感器单元1包括电容式力传感器。根据又一实施例，声学传感器单元1包括磁力传感器。

换能器装置50包括声学波导4。声学波导4包括可旋转地耦合到声学传感器单元1的弹簧4A。声学波导4包括管4B，管4B具有耦合到弹簧4A的第一管端7。

声学波导4包括底脚4C，其提供耦合到管4B的第二管端9的耦合区域。底脚4C包括可与流体导管(图1中未示出)固定接触的固定面11。

声学波导4将来自底脚4C的固定面11的声学震动耦合到声学传感器单元1。本领域技术人员应当理解，可以由单一管来形成管4B和底脚4C，且在该情况下，在管4B和底脚4C之间没有接合点。根据一个实施例，在30kHz到50kHz的范围中感测声学震动。

根据一个实施例，管4B具有将声学传感器单元1与底脚4C隔开一定距离的长度，以提供热绝缘。一般夹在过程容器的管线上的底脚4C处的高温沿着管4B的长度衰减，使得声学传感器单元1具有接近周围环境空气的温度的较低温度。如图所示，管4B是中空的，这减少了沿着管4B的长度的热传导。

根据一个实施例，用绝缘帽13将弹簧4A定位在声学传感器单元1附近，绝缘帽13提供了弹簧4A与声学传感器单元1之间的可旋转接合点。绝缘帽13将来自弹簧4A的声学震动耦合到声学传感器单元1。绝缘帽13将弹簧4A定位在对声学传感器单元1施加力的位置上。

根据一个实施例，绝缘帽13由电子绝缘材料形成，且其尺寸在传感器单元1与导电弹簧4A之间提供了充足的电气间隙(electricalclearance)和爬电距离(creepagedistance)，以确保电子绝缘。根据另一实施例，弹簧4A处于管道电势，且传感器单元1处于电子电路电势，且绝缘帽13提供电流隔离(galvanicisolation)，以确保满足针对换能器装置50中的电路的固有安全要求。

根据一个实施例，换能器装置50包括固定在管4B上的电子外壳固定凸缘23，其包括与第一管端7相邻的带螺纹的凸缘部分21。在该实施例中，电子外壳固定凸缘23用于将电子外壳2固定在第一管端7附近。根据另一实施例，换能器装置50包括传感器支撑适配器22。传感器支撑适配器22包括印刷配线板26，该印刷配线板26滑入适配器22的槽内以进行固定。在该实施例中，将声学传感器单元1固定在印刷配线板上以获得机械支撑和电连接。将传感器支撑适配器22与螺纹21A拧上，螺纹21A与螺纹21啮合。随着螺纹啮合的推进，弹簧4A在声学传感器单元1上施加增加的力，并压缩弹簧4A，从而消除了声学波导4中的空转(freeplay)或空动(lostmotion)。

声学传感器单元1的电导线(lead)30提供电的声学能量输出，耦合到电子装置。电导线30上的声学能量输出对于汽阱和其他过程流体容器的诊断测试是有用的。

根据一个实施例，管4B包括金属管，该金属管具有小于11毫米的外径。根据另一实施例，管4B包括厚度小于2.0毫米的管壁。

换能器装置50包括电子外壳2和外壳盖子5。O形环6在电子外壳2和盖子5之间提供密封。

电子外壳2包括具有圆锥顶点12的截头圆锥体的内表面8、10，该圆锥顶点12对于两个截头圆锥体的内表面8、10是公共的。电子外壳固定凸缘23的截头圆锥体外表面14组装在截头圆锥体内表面10的附近。换能器装置50包括具有截头圆锥体外表面18的截头圆锥体垫圈(washer)16，将该截头圆锥体外表面18组装在截头圆锥体内表面8的附近。将弹簧垫圈(也被称作Belleville垫圈)20定位在截头圆锥体垫圈16的上面。将传感器支撑适配器22的螺纹21A拧到电子外壳固定凸缘23的螺纹21上，压缩弹簧垫圈20。具有公共顶点12的截头圆锥体表面8、10、14、18的布置提供了外壳2与凸缘23之间的连接，即使在外壳2和管4B由具有不同温度膨胀系数的材料形成的情况下，也维持了稳定的间隔。

电子装置24通过盖子5提供了无线通信。电池27向电子装置24供电。电子装置24包括具有声学信号水平的已存储的阈值。已存储的阈值存储在非易失性存储器中，且可通过无线通信来调整。将声学信号水平的实时水平与相应的存储阈值进行比较，以实时执行诊断判定。电子装置50还包括已存储的号码或名称，其被无线发送以标识数据或诊断判定的源。

根据一个实施例，外壳2支撑电连接器32，以连接到外部温度传感器(图1中未示出)。在该实施例中，电子装置24基于声学信号水平以及外部温度来做出判定。根据另一实施例，该电子装置包括可通过盖子5中的窗口看到的数字显示器3。

图2示出了被固定到蒸汽/冷凝物管线150上的换能器装置100，该蒸汽/冷凝物管线150将冷凝物/蒸汽混合物151传输至汽阱152。一个或多个夹(clamp)154将换能器装置100的底脚102固定到蒸汽/冷凝物管线150上。夹154可以是软管夹、锁定钳、C形夹或其他已知类型的夹子。如图2所示，底脚102具有凹入的圆形表面，将其与蒸汽/冷凝物管线150的凸起圆形外表面接触夹合。

将在底脚102和汽阱152之间的管道长度156保持很短，使得底脚102处的温度表示冷凝物/蒸汽混合物151的温度。将冷凝物160与蒸汽分离，且将冷凝物160从汽阱152中放出(discharge)。将温度传感器103封装于热电偶套管腔中的底脚102内。管道长度156足够短，使得通过汽阱152中的阀门158的流体流所产生的声学噪声容易地以低衰减从阀门158沿着蒸汽/冷凝物管线150耦合到底脚102。换能器装置100的底脚102与汽阱152进行热和声学通信，以对汽阱152的性能进行转换，且用于汽阱152的诊断测试，比如检测泄漏、塞住以及启动条件。

汽阱152耦合到蒸汽/冷凝物管线150上。根据一个实施例，蒸汽/冷凝物管线150从蒸汽源(图2未示出)向蒸汽使用设备(图2中未示出)传送蒸汽。蒸汽/冷凝物管线150中的冷凝物漏入汽阱152。已存储的冷凝物164在汽阱152中累积，直到已累积了充足量的已存储的冷凝物164，以升高漂浮物166并打开阀门158。在阀门158打开时，冷凝物164流入排水管线168(如箭头160所示)，直到漂浮物166下沉并关闭阀门158，同时一些已存储的冷凝物164依然存在在汽阱152中。漂浮物166、阀门158、以及已存储的冷凝物164的布置圈闭(trap)了汽阱152中的蒸汽，同时允许排掉过多的冷凝物。当正确工作时，汽阱152执行将蒸汽/冷凝物管线150中的不需要的过量冷凝物排掉的有用功能，同时避免蒸汽通过汽阱152而损耗(以及相关联的能量损耗)。当汽阱152发生故障时，可能存在大量的能量损耗、蒸汽/冷凝物管线150被冷凝物塞住、或其他问题。

换能器装置100的底脚102通过焊接点106附在管104上。管104具有管长108。通过焊接点112将管104焊接到电子外壳固定凸缘110上。根据一个实施例，管104具有如图所示的圆形圆柱体横截面。根据另一方面，管104具有一般是矩形的横截面。电子外壳固定凸缘110支撑电子外壳114。电子外壳114封装了声学传感器单元116。声学传感器单元116通过弹簧120声学耦合到管道104的端118上。电子装置122通过导线124耦合到声学传感器单元116和温度传感器103上。电子装置122使用无线通信信号126与例如远程监视台128通信。外壳盖子130对于无线通信信号126是透明的。根据一个实施例，外壳盖子130包括热塑树脂。电池132向电子装置122供电。

底脚102、管104以及弹簧120作为声学波导，将声学震动或声学信号从蒸汽/冷凝物管线150的固定面(在底脚102处)耦合到声学传感器单元116。根据一个实施例，声学传感器单元116检测到的声学震动在30kHz到50kHz的范围内。由于通过阀门158的气流，而使得声学震动源自汽阱152，特别是源自阀门158处。在泄漏的阀门的情况下，通过阀门158的气流可以是蒸汽，且在启动条件的情况下，可以是空气或蒸汽。电子装置122处理来自传感器103、116的声学和温度数据，以计算与汽阱152的功能相关的诊断信息。根据一个实施例，在安装时将底脚102、夹154以及蒸汽/冷凝物管线150包在热绝缘中，以减少汽阱152与温度传感器103之间的温差。下面通过图3所示的示例来更详细地描述换能器装置100的操作。

图3示出了换能器装置200。换能器装置200包括声学传感器单元202。根据一个实施例，声学传感器单元202包括压电式力传感器。根据另一实施例，声学传感器单元202包括电容式力传感器。根据又一实施例，声学传感器单元202包括磁力传感器。

换能器装置202包括声学波导204。声学波导204包括可旋转地耦合到声学传感器单元202上的弹簧204A。声学波导204包括管204B，管204B具有耦合到弹簧204A的第一管端206。

声学波导204包括底脚204C，其提供了耦合到管204B的第二管端210上的耦合区域。底脚204C包括可与流体管道212固定接触的固定面208。底脚204C包括与固定面208相邻的内部热电偶套管腔214。将温度传感器216置于热电偶套管腔214中，并感测内部热电偶套管腔214中的温度。可以用大量导热灌封化合物215来填充热电偶套管腔214中的空间。根据一个实施例，灌封化合物215包括由Pittsburgh，Pennsylvania15238USA的SauereisenCementsCompany出售的针对高温的无机陶瓷胶合剂的薄层。导热化合物215在温度传感器216与流体管道212之间提供了良好热耦合。温度传感器216连接到输出电缆218，输出电缆218贯穿管204B和第一管端206。根据一个实施例，温度传感器216包括热敏电阻。根据另一实施例，温度传感器216包括热电偶结(thermocouplejunction)。

声学波导204将来自底脚204C的固定面208的声学震动耦合到声学传感器单元202。本领域技术人员将理解，管204B和底脚204C可以由单一管形成，且在该情况下，在管204B与底脚204C之间没有接合点。根据一个实施例，在30kHz到50kHz的范围中感测声学震动。

根据一个实施例，管204B具有将声学传感器单元202与底脚204C隔开一定距离的长度，以提供热绝缘。一般被夹到汽阱排水管线上的底脚204C处的高温沿着管204B的长度衰减，使得声学传感器单元202具有接近周围环境空气的温度的较低温度。如图所示，管204B是中空的，这减少了沿着管204B的长度的热传导。

根据一个实施例，用绝缘帽220将弹簧204A定位在声学传感器单元202附近，绝缘帽220在弹簧204A与声学传感器单元202之间提供了可旋转接合点。绝缘帽220将来自弹簧204A的声学震动耦合到声学传感器单元202。绝缘帽220将弹簧204A定位在对声学传感器单元202施加力的位置上。根据一个实施例，绝缘帽220由电绝缘材料形成，且其尺寸在传感器单元202与导电弹簧204A之间提供了充足的电气间隙和爬电距离，以确保电子绝缘。根据另一实施例，弹簧204A处于管道电势，且传感器单元202处于电子电路电势，且绝缘帽220提供电流隔离，以确保满足针对换能器装置200中的电路的固有安全要求。

根据一个实施例，换能器装置200包括固定在管204B上的电子外壳固定凸缘223，其包括与第一管端206相邻的带螺纹的凸缘部分224。在该实施例中，电子外壳固定凸缘223用于将电子外壳(图3中未示出)固定在第一管端206附近。

根据另一实施例，换能器装置200包括传感器支撑适配器222。传感器支撑适配器222包括印刷配线板226，该印刷配线板226滑入适配器222的槽228内以进行固定。在该实施例中，将声学传感器单元202固定在印刷配线板上以获得机械支撑和电连接。将传感器支撑适配器222与螺纹221拧上，螺纹221与具有螺纹的凸缘部分224啮合。

声学传感器单元202的电导线230和温度传感器216的输出电缆218提供了声学能量和温度输出，并耦合到电子装置(图3未示出)。温度和声学能量输出对于汽阱和其他过程流体容器的诊断测试是有用的。传感器支撑适配器222包括带有螺纹的支撑端225，支撑端225具有与带有螺纹的凸缘部分224啮合的螺纹221。随着螺纹啮合的推进，弹簧204A在声学传感器单元202上施加增加的力，并压缩弹簧204A，从而消除了声学波导204中的空转或空动。

根据一个实施例，管204B包括金属管，该金属管具有小于11毫米的外径。根据另一实施例，管204B包括厚度小于2.0毫米的管壁。下面结合图4所示的示例来更详细地描述换能器装置200的组装和操作。

图4示出了换能器装置300的分解图。如图3所示，换能器装置300包括波导，该波导包括弹簧204A、管204B以及底脚204C。如图3所示，换能器装置300包括声学传感器单元202、传感器支撑适配器222、以及电子外壳固定凸缘223。针对对图3和图4共同的组件的组装和功能的描述，可以参考图3和对图3的描述。换能器装置300包括电子外壳302和外壳盖子304。O形环306在电子外壳302与盖子304之间提供密封。

电子外壳302包括具有圆锥顶点312的截头圆锥体内表面308、310，该圆锥顶点312对于两个截头圆锥体内表面308、310是公共的。电子外壳固定凸缘223的截头圆锥体外表面314组装在截头圆锥体内表面310的附近。换能器装置300包括具有截头圆锥体外表面318的截头圆锥体垫圈316，将该截头圆锥体外表面318组装在截头圆锥体内表面308的附近。将弹簧垫圈(也被称作Belleville垫圈)320定位在截头圆锥体垫圈316的上面。将传感器支撑适配器222拧到电子外壳固定凸缘223的螺纹322上，压缩弹簧垫圈320。具有公共顶点312的截头圆锥体表面308、310、314、318的布置在外壳302与凸缘223之间提供了连接，即使在外壳302和管204B由具有不同温度膨胀系数的材料形成的情况下，也维持了稳定的间隔。

电子装置324通过盖子304提供了无线通信。在其他方面中，换能器装置300类似于图2中的换能器装置100。电池326向电子装置324供电。电子装置324包括温度和声学信号水平的已存储的阈值。已存储的阈值存储在非易失性存储器中，且可通过无线通信来调整。将温度和声学信号水平的实时水平与相应的存储阈值进行比较，以执行诊断判定，通过无线通信来发送实时温度和水平数据、判定或二者同时。电子装置324还包括已存储的标识号码或名称，将其无线发送以标识数据或诊断判定的源。电子装置324包括可通过盖子304中的窗口看到的数字显示器303。

图5A示出了在换能器装置400上的温度感测位置。换能器装置400包括通过夹子404、406固定到冷凝物排水管道402上的底脚408。在正常操作期间，冷凝物排水管道402传送已加热的冷凝物。热从冷凝物排水管道402通过换能器装置400流到具有较低温度的周围环境中。因此，在换能器装置400中存在温度梯度。温度梯度的有利之处在于：其为电子装置(比如图2中的装置122)提供了较低的操作温度。温度梯度的问题在于：难以发现换能器装置400上满足以下条件的位置：在该位置上放置温度传感器以获得温度读数，通过该温度读数可以准确地推断冷凝物排水管道的温度。

为了在设计测试期间测量温度，在由底脚408的趾端(toeend)附近的趾部所指示的位置处的夹子404下压缩热电偶结。在底脚408的踵端(heelend)由踵部指示的位置处，在夹子406之下压缩热电偶结。

对来自趾夹404下的热电偶结的读数进行平均，以提供如图5B所示的记录的趾部温度读数。对来自踵夹406下的热电偶结的读数进行平均，以提供如图5B所示的记录的踵部温度读数。

将两个热电偶结附在处于由PIPE所指示位置处的冷凝物排水管道402上。对来自位于管道位置处的热电偶结的读数进行平均，以提供如图5B所指示的管道温度读数。作为换能器装置400的一部分的传感器提供了图5B中的传感器温度读数。

图5B示出了在设计测试期间的图5A的温度感测位置的温度的图。如图5B所示，在时间零处开始加热冷凝物排水管道。在从时间零开始的大约100分钟之后，记录温度稳定。在从时间零开始的大约115分钟之后，将底脚408和冷凝物排水管道402的相邻部分用热绝缘物包裹。在从时间零开始的大约200分钟之后，记录温度再次稳定。通过观察图5B可以看到，在位置趾部处记录的温度最接近管道温度。基于这些结果，将在换能器装置400中使用的温度传感器(比如图3中的温度传感器216)有利地置于底脚408的趾端附近，以提供对温度读数的增强的准确性。基于这些测试结果，可以在底脚408和相邻的冷凝物排水管道402上包裹热绝缘物，以减少在管道和传感器之间的温差，从而增强如图5B所示的温度测量准确性。

根据一个实施例，如下面结合图9更详细描述的对传感器的温度读数中剩余的温度误差进行电子校正。

图6示出了换能器装置504的主天线波瓣502的旋转。换能器装置504包括电子外壳506(类似于图4中的电子外壳302)以及电子装置508(类似于图4中的电子装置324)。通过固定螺丝510、512将电子装置508固定到电子外壳506上。如箭头514所示，电子外壳506(以及所附的电子装置508)是可旋转的。电子装置508上的定向天线516产生主天线波瓣502。该定向天线516还可以产生没那么凸出的天线波瓣。电子外壳506的旋转使得主天线波瓣502旋转，允许操作者将主天线波瓣502对准远程监视台522的天线520。

如上面图4所示，电子外壳302在截头圆锥体承载表面314、318上可旋转。弹簧垫圈320提供了对截头圆锥体承载表面314、318的压缩力。根据一个实施例，将电子数据显示器303固定在电子装置324上。可旋转截头圆锥体承载表面314、318可以旋转，以便将电子数据显示器303定向到方便现场服务人员读取的优选方向。显示器303的可旋转性克服了以下问题：其中，可以在固定位置上安装电子数据显示器，使得不将电子数据显示器定向为用于方便读取。

正常地，在水平定向上安装管204B(图3-4)，以避免热从汽阱对流向电子装置。可以通过旋转电子外壳302，将固定在电路板上的电子数据显示器303定向为用于正确读取。根据一个方面，在电子装置324上将电子数据显示器303相对于电子装置324上的天线进行定向，使得将天线优选地定向用于在将显示器303正确定向用于读取时进行发送和接收。一般地，将显示器303定向为用于由维护人员从左至右水平读取英文字母和数字。

图7A和7B示出了针对主天线波瓣502的旋转的旋转所需的作为温度函数的扭矩。扭矩受到弹簧垫圈320的压缩力的控制，以提供在8至22尺磅(footpound)范围中的扭矩。根据一个方面，弹簧垫圈320提供的可调的受控压缩力结合对作为旋转滑动表面的截头圆锥体承载表面308、310、314、316的使用提供了也是可调的期望受控扭矩。扭矩范围(顺时针和逆时针方向的扭矩范围)足够高，使得震动将不改变主天线波瓣502的方向。扭矩范围充分低(顺时针和逆时针方向的扭矩范围)使得可以容易地由手来旋转主天线波瓣502。扭矩范围在-40摄氏度到+80摄氏度的温度范围上是充分稳定的，因为使用了截头圆锥体承载表面308、310以及弹簧垫圈320。

图8示出了在换能器装置(比如图4中的换能器装置300或图1中的换能器装置50)中使用的电路装置700。电路装置700耦合到提供温度数据的温度传感器702，以及耦合到提供声学数据的声学传感器单元704。根据图1所示的一个实施例，温度传感器704是外部的。根据图3所示的另一个实施例，温度传感器704是换能器装置的一部分。电路装置700耦合到向电路装置700供电的电池706。

电路装置700包括用于与耦合到监视台712的天线710进行通信的天线708。根据一个方面，天线708包括定向天线。根据另一方面，天线708包括在印刷电路板上的印刷导体的图案。

电路装置包括处理器电路720。根据一个方面，处理器电路720如下面结合图9的逻辑流程图更详细描述的一样进行判定。处理器电路向通信电路722提供判定输出。通信电路722根据标准通信协议对判定和已存储的标识数据进行编码，并使用天线708来发送判定和标识数据。

在非易失性存储电路724中存储用于作出判定的阈值设置和电路装置700的标识号码。根据一个方面，非易失性存储电路724包括EEPROM存储器。作为调试(commissioning)或启动操作的一部分，监视台712向电路装置700发送阈值设置，以存储在非易失性存储电路724中。

图9示出了诊断流程图，该诊断流程图示出了可以由图8的处理器电路720所执行的判定的示例。处理开始于开始(START)802，并沿着线804继续进行到行动框801。在行动框801，执行可选的温度误差校正算法。在可选的温度误差校正算法完成之后，处理沿着线803继续进行到判定框806。

根据一个实施例，行动框801中的温度误差校正算法执行静态误差校正程序：

T_PC＝T_W+(K×(T_W-T_C))

其中：

T_PC表示已校正的管道温度；

T_W表示传感器温度；

T_C表示电路板温度；以及

K表示通过测试确定的静态校正系数。

根据另一实施例，行动框801中的温度误差校正算法执行动态误差校正程序：

$T_{\mathrm{PC}}=T_W+(K\×(T_W-T_C))+M\×\frac{d(T_W-T_C)}{\mathrm{dt}}$

其中：

T_PC表示已校正的管道温度；

T_W表示传感器温度；

T_C表示电路板温度；

K表示通过测试确定的静态校正系数；

M表示通过测试确定的动态校正系数；以及

d/dt表示数学微分。

在判定框806，将温度数据与存储的温度阈值进行比较。如果温度高于存储的温度阈值，则处理沿着线808继续进行到判定框810。如果温度低于存储的温度阈值，则处理沿着线812继续进行到判定框814。

在判定框814，如果声学噪声高于存储的声学噪声阈值，则处理沿着线816继续进行到行动框818。在行动框818，记录判定：所监视的设备处于启动条件或泄漏空气。如果声学噪声低于存储的声学噪声阈值，则处理沿着线820继续进行到行动框822。在行动框822，记录判定：所监视的设备被堵住或未操作。

在判定框810，如果声学噪声高于存储的声学噪声阈值，则处理沿着线830继续进行到行动框832。在行动框832，记录判定：所监视的设备正在泄漏蒸汽。如果声学噪声低于存储的声学噪声阈值，则处理沿着线834继续进行到行动框836。在行动框836，记录判定：所监视的设备正在正常操作。

在行动框840，将来自行动框818、822、832或836的最近的判定发送到通信电路，以用于与标识号码一起进行无线发送。在发送之后，处理沿着线842继续进行至行动框844。在行动框844，重置框832、836、818、822中的判定，且处理返回至开始802。

图10示出了可旋转声学耦合器900的备选实施例。可旋转声学耦合器900包括中心轴902和插槽904。中心轴902具有与声学传感器单元908声学耦合的第一轴端906。中心轴902具有耦合到插槽904的第二轴端910。第一轴端906与插槽904之间的中心轴的长度是充分长的，以许可中心轴902的挠曲(flexing)，以允许中心轴902与插槽904之间的小的未对准。插槽904具有锥形开口912，以允许小的未对准。

根据一个实施例，将插槽904通过固定器环916、918固定在管914中的恰当位置上。根据另一实施例，插槽904的锥形开口912逐渐变细，以干涉配合(interferencefit)中心轴902。插槽904接触中心轴902，以提供管914与中心轴902之间的声学耦合。根据一个方面，插槽904由弹性材料形成，以提供接触。根据另一方面，插槽904由ProfessionalPlasticsInc.，Fullerton，CA，USA92831出售的热稳定型6聚酰胺形成。中心轴902与插槽904之间的夹持接合点(grippingjoint)是可旋转的。

根据一个方面，插槽904包括一个或多个辐射状开口920，通过该开口920，可以将温度传感器的电导线922拧入。

图11A示出了在不使用误差校正例程的情况下的示例性温度误差的图。如图11A所示，在未使用绝缘的情况下，未补偿的静态温度误差是大约12摄氏度，且在使用绝缘的情况下，是大约7摄氏度。未补偿的动态温度误差的范围高至在不使用绝缘的情况下的大约14度和在使用绝缘情况下的7度。

图11B示出了在使用静态误差校正例程的情况下的示例性温度误差的图。如图11B所示，在未使用绝缘的情况下，静态补偿的静态温度误差是大约3摄氏度，且在使用绝缘的情况下，是大约-2摄氏度。静态补偿的动态温度误差的范围高至在不使用绝缘的情况下的大约12度和在使用绝缘情况下的-2度。

图11C示出了在使用动态误差校正例程的情况下的温度误差的图。如图11C所示，在未使用绝缘的情况下，动态补偿的静态温度误差是大约2摄氏度，且在使用绝缘的情况下，是大约-2.5摄氏度。动态补偿的动态温度误差的范围高至在不使用绝缘的情况下的大约-2度和在使用绝缘情况下的-2.5度。

图11A、B、C中的数据示出了静态和动态补偿可以显著减少温度测量误差。根据一个方面，可由在安装地点处的维护人员来调整温度补偿，以适应在安装中绝缘的使用或未使用。

图12示出了耦合到可致动控制阀门960的出口上的换能器装置950。控制阀门960包括阀门底座961和可相对于阀门底座961移动的阀门塞962。根据一个实施例，在名义上关闭控制阀门960，但是存在通过阀门底座961和阀门塞962之间的密封的泄漏时，该泄漏产生由换能器装置950感测并诊断的声学噪声。根据另一实施例，在控制阀门960正常操作液体流，但是用空气取而代之地填充阀门，且空气流过阀门960时，气流产生声学噪声，且该声学噪声由换能器装置950感测并诊断。

图13示出了固定到流控制装置980上的换能器装置970，流控制装置980包括限流器981。根据一个方面，过程冷却系统的高压侧向包括如图所示的毛细管在内的限流器981提供了流体冷却剂984。随着流体冷却剂984沿着限流器981流向过程冷却系统的低压侧986，流体冷却剂984的压力下降，且冷却剂汽化为气体，其逸出限流器981，进入低压侧986，从而提供冷却。在过程冷却系统泄漏冷却剂，且气体(而不是流体)流经限流器981的事件中，产生声学噪声。根据一个方面，换能器装置970感测相关联的声学噪声，并诊断冷却剂的损耗。根据另一方面，在限流器981堵塞的事件中，与流体流相关联的正常噪声消失，且换能器装置970诊断限流器981的堵塞。

可以将图1-13中所示的各个方面恰当地结合。根据一个实施例，声学传感器202包括压电单元，该压电单元包括压电晶体碟，该压电晶体碟固定在金属罐中，同时该压电晶体碟的力敏感面面向弹簧204A，如图所示。压电晶体碟作为震动膜(diaphragm)，且从弹簧204A、周围的空气或二者同时接收声音。弹簧204A的压缩维持了弹簧204A与压电晶体碟之间的接触。声学传感器202和弹簧204A提供了对声学信号的滤波。根据一个实施例，电子装置324中的电路被调谐为由弹簧204A和声学传感器202提供的滤波的谐振频率范围。尽管图2-4中示出了线圈弹簧，本领域技术人员应当理解，可以使用其他形状(比如图10所示的轴)来传导声学信号，并维持与声学传感器单元的接触。

应当理解，尽管已在前面的说明中阐述了本发明的各种实施例的多个方面，本公开内容仅是示意性的，且可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下对形式和细节作出改变。本发明不局限于本文所示的特定换能器装置，且可应用于其他换能器装置以及其他压力容器。

Claims (24)

1.一种用于诊断来自压力容器的声学噪声的换能器装置，包括：

声学传感器单元；

声学波导，所述声学波导包括：可旋转声学耦合器，耦合到所述声学传感器单元；管，所述管具有耦合到所述可旋转声学耦合器的第一管端以及能够声学耦合到流体管道的第二管端，其中所述第二管端耦合到与所述流体管道并行延伸的底脚部分，所述底脚部分沿着所述流体管道的外部延伸并与所述流体管道并行；

位于所述底脚部分的温度传感器，配置用于感测所述流体管道的温度；以及

电路装置，耦合到所述声学传感器单元和所述温度传感器，所述电路装置响应于通过所述可旋转声学耦合器传递到所述声学传感器单元的声学震动和来自所述温度传感器的温度传输而提供诊断输出。

2.根据权利要求1所述的换能器装置，其中，所述第二管端具有与所述流体管道相邻的内部热电偶套管腔，以及其中所述温度传感器位于所述内部热电偶套管腔中，并具有通过所述管和所述第一管端延伸到所述电路装置的输出电缆。

3.根据权利要求2所述的换能器装置，其中，所述电路装置包括静态温度补偿。

4.根据权利要求2所述的换能器装置，其中，所述电路装置包括动态温度补偿。

5.根据权利要求2所述的换能器装置，其中，所述温度传感器是从热敏电阻器和热电偶结的组中选择的。

6.根据权利要求1所述的换能器装置，还包括：

电子外壳，能够相对于所述声学波导旋转；以及

电子数据显示器，被布置在所述电子外壳上，并且所述电子数据显示器能够通过所述电子外壳的旋转来对准。

7.根据权利要求6所述的换能器装置，还包括在所述电子外壳和所述声学波导上的截头圆锥体表面，所述截头圆锥体表面能够彼此相对旋转。

8.根据权利要求7所述的换能器装置，还包括弹簧垫圈，所述弹簧垫圈压缩所述截头圆锥体表面，以控制所述截头圆锥体表面彼此相对旋转时的扭矩。

9.根据权利要求1所述的换能器装置，其中，所述声学传感器单元是从压电式力传感器、电容式力传感器以及磁力传感器的组中选择的。

10.根据权利要求1所述的换能器装置，其中，所述声学波导将来自所述底脚部分的固定面的声学震动耦合到所述声学传感器单元。

11.根据权利要求10所述的换能器装置，其中，所述声学震动在30kHz到50kHz的范围内。

12.根据权利要求10所述的换能器装置，还包括绝缘帽，所述绝缘帽将来自所述可旋转声学耦合器的声学震动耦合到所述声学传感器单元，所述绝缘帽提供所述可旋转声学耦合器与所述声学传感器单元之间的可旋转接合点。

13.根据权利要求1所述的换能器装置，还包括电子外壳固定凸缘，所述电子外壳固定凸缘固定在所述管上，并且包括邻近所述第一管端的具有螺纹的凸缘部分。

14.根据权利要求13所述的换能器装置，还包括声学传感器支撑适配器，所述声学传感器支撑适配器支撑所述声学传感器单元，并且包括与所述具有螺纹的凸缘部分啮合的具有螺纹的支撑端。

15.根据权利要求1所述的换能器装置，其中，所述管包括金属管，所述金属管的外径小于11毫米。

16.根据权利要求15所述的换能器装置，其中，所述管包括厚度小于2.0毫米的管壁。

17.一种感测流体管道处的声学能量的方法，包括：

提供声学传感器单元；

将可旋转声学耦合器的第一端耦合到所述声学传感器单元；

将管的第一端耦合到所述可旋转声学耦合器的第二端；

将底脚部分固定到所述流体管道，所述底脚部分耦合到管的第二管端；

使所述底脚部分与所述流体管道并行延伸，其中所述底脚部分沿着所述流体管道的外部延伸并与所述流体管道并行；

将来自所述底脚部分的固定面的声学震动通过所述底脚部分、所述管和所述可旋转声学耦合器传递到所述声学传感器单元；

利用位于底脚部分中的温度传感器来感测所述流体管道的温度，所述温度传感器配置用于热耦合到所述流体管道；

使用所述声学传感器单元来提供表示所述声学震动的第一电子输出，所述声学传感器单元基于所述第一电子输出和所感测的温度来诊断所述流体管道的条件。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

使所述底脚成形，以包括邻近所述固定面的内部热电偶套管腔；以及

感测所述内部热电偶套管腔中的温度，并提供表示温度的第二电子输出。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述管和所述可旋转声学耦合器形成声学波导，所述声学波导将来自所述固定面的声学震动耦合到所述声学传感器单元。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，利用所述声学传感器单元在30kHz到50kHz的范围中感测所述声学震动。

21.根据权利要求17所述的方法，其中，将所述可旋转声学耦合器通过绝缘帽耦合到所述声学传感器单元，所述绝缘帽形成所述可旋转声学耦合器与所述声学传感器单元之间的可旋转接合点。

22.根据权利要求17所述的方法，其中，将所述声学传感器单元固定到声学固定凸缘，并拧入所述固定凸缘。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，固定包括螺纹端的电子外壳支撑适配器，所述螺纹端与所述固定凸缘的螺纹啮合。

24.根据权利要求17所述的方法，其中，形成金属管。