CN109387549A - 用于确定溶液浓度的工业过程控制发送器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于确定溶液浓度的工业过程控制发送器。在工业过程中自动测量流体溶液电容，以确定溶液浓度。工业过程控制发送器直接从溶液电容确定溶液浓度，并基于溶液电导率确认浓度确定。工业过程控制发送器包括实现在线圈和/或金属板中的端子、至少一个处理器，以及至少一个计算机可读存储器设备。
Description
技术领域
本公开的各方面总体而言涉及工业过程设备。更具体地，各方面 涉及基于溶液的电容来确定工业过程中溶液浓度的***和方法。
背景技术
工业过程常常涉及流体处理，以改变或精炼原材料以产生最终产 品。过程流体通常包括由两种或更多种物质组成的溶液。期望在该过 程中的各个点测量溶液中物质的浓度。已知的工业过程设备通过测量 溶液的电导率来确定溶液浓度。不利的是，当作为浓度的函数的溶液 电导率不是单值时，依赖电导率测量是有问题的。换言之，单个测得 的溶液电导率值可能与多个溶液浓度值对应。因此，测得的溶液电导 率值对于它们所对应的浓度值可以是模糊的。
发明内容
本公开的各方面测量溶液的电容，以确定溶液浓度。作为浓度的 函数的溶液电容是单值的，这使得本公开的各方面能够确认并消除基 于电导率的溶液浓度确定中的模糊性。一对一关系还使得本公开的各 方面能够仅根据溶液电容确定溶液浓度。
在一方面，工业过程控制发送器包括驱动线圈、响应线圈、浓度 处理器，以及存储一个或多个处理器可执行指令的计算机可读存储器 设备。驱动线圈被配置为将电场施加到流体过程溶液。响应线圈被配 置为感测对溶液中施加的电场的感应性响应。处理器经由信号换能器 耦合到驱动和响应线圈。当由处理器执行时，存储在存储器设备中的 指令使处理器实现确定流体过程溶液的浓度的方法。指令使处理器在 驱动线圈中生成驱动信号以生成电场，并通过监测感应性响应对所施 加的电场的时间依赖性来测量流体过程溶液的电容。指令还使处理器 响应于测得的电容而确定流体过程溶液的浓度。
在另一方面，工业过程控制发送器实现一种确定流体溶液浓度的 方法。发送器在AC电路中生成驱动信号，并将生成的驱动信号施加 到第一端子。施加驱动信号在流体溶液中诱发感应性响应。发送器在 第二端子处感测流体溶液中的感应性响应。第一端子、第二端子和流 体溶液包括AC电路的电容器。发送器通过监测感应性响应对所施加 的驱动信号的时间依赖性来测量电容器的电容。发送器基于测得的电 容确定流体溶液的介电常数。发送器还基于确定的介电常数确定流体 溶液的浓度。
在又一方面，一种***包括驱动线圈、响应线圈、浓度处理器和 存储器设备。驱动线圈被配置为在工业过程中围绕溶液并向其施加电 场。响应线圈被配置为围绕溶液并感测对溶液中施加的电场的感应性 响应。处理器耦合到驱动和响应线圈。当由处理器执行时，存储在存 储器设备中的指令使处理器实现使用溶液电容来确认通过测量溶液电 导率确定的溶液浓度的方法。执行指令使处理器在驱动线圈中生成驱 动信号以生成电场，并从响应线圈接收响应信号。响应信号由溶液中 的感应性响应生成。执行指令还使处理器从驱动和响应信号测量溶液 的电导率，并确定与测得的电导率对应的两个或更多个浓度值。此外， 执行指令使处理器通过监测驱动信号与响应信号之间的相位差来测量 溶液的电容。基于测得的电容，执行指令使处理器确定溶液的介电常 数。而且，执行指令使处理器输出两个或更多个浓度值中最接近地匹 配造成所确定的介电常数的溶液浓度的一个浓度值。
其它目的和特征部分地将是明显的，部分地将在下文中指出。
附图说明
图1A和1B是图示包括根据一个实施例的发送器的示例性*** 的框图。
图2是图示图1A和1B的发送器的框图。
图3-5是图示根据一个实施例的从溶液电容确定溶液浓度的示例 性方法的框图。
在所有附图中，对应的标记指示对应的部分。
具体实施方式
图1A是***100的示例性实施例的框图。***100包括发送器 102、过程控制器104、第一端子106和第二端子108。在图1A所示 的示例性实施例中，第一端子106和第二端子108是金属线圈，其在 该过程中围绕流体溶液110。根据本公开的一方面，这个实施例用于 例如化学、石油和天然气、食品和饮料以及水处理工业的过程中。在 一个实施例中，流体溶液110包含在管道112中(例如，流过其中、 停滞于其内，等)。根据本发明的一方面，第一端子106、第二端子 108和它们之间的流体溶液110包括电容器114，如本文进一步描述的那样。
发送器102经由能够促进其间的数据交换的通信基础设施通信耦 合到过程控制器104。在图1A的实施例中，发送器102和过程控制 器104通过支持HART数字信号和/或4-20mA模拟信号的通信基础 设施通信耦合。根据本公开各方面的通信基础设施包括促进数据交换 的任何电信网络，例如，根据IEEE 802.3(例如，以太网)和/或 IEEE 802.11(例如，Wi-Fi)协议操作的那些。在另一个实施例中， 通信基础设施是允许通过串行或并行通信信道(例如，铜线、光纤、 计算机总线、无线通信信道等)物理地传送数据的任何介质。发送器102电耦合和/或通信耦合到第一端子106和第二端子108。在一个实 施例中，发送器102经由一个或多个信号换能器耦合到第一端子106 和第二端子108中的每一个。例如，耦合发送器102和第一端子106 的信号换能器可以包括将来自发送器102的数字信号变换成驱动信号 的电子电路***，并且耦合发送器102和第二端子106的信号换能器 可以包括将响应信号变换成可由计算设备(例如，发送器102、外部 计算机等)处理的数字信号的电子电路***。
发送器102被配置为测量流体溶液110的电容和电导率，以确定 溶液的浓度。在一个实施例中，发送器102通过第一端子106生成交 流(AC)电压(例如，驱动信号)，并从第二端子108接收对应的 AC电压(例如，响应信号)。根据本公开的一方面，如本文进一步 描述的，发送器102被配置为仅从测得的电容或者从测得的电容和测 得的电导率来确定流体溶液110的浓度。示例性发送器包括可从 Schneider Electric获得的Model 876EC智能发送器。
第一端子106被配置为向流体溶液110施加与由发送器102生成 的驱动信号对应的电场。电场在流体溶液110中引起感应性响应。第 二端子108被配置为感测感应性响应并生成对应的响应信号。在一个 实施例中，第一端子106和第二端子108包括双线环。在图1A所示 的示例性实施例中，其中第一端子106和第二端子108是线圈，线圈 相距几厘米，并且将线圈定位成靠在一起提供较好的电容测量。根据 本公开的一方面，第一端子106和第二端子108可以被称为传感器。 包括与第一端子106和第二端子108对应的端子的示例性传感器包括 FT10非侵入式非金属流通传感器、871EC***/浸没传感器，以及可 从SchneiderElectric获得的871FT卫生和工业流通传感器。在流体 溶液110流过管道112的实施例中，发送器102被配置为测量溶液的 电容，而不管第二端子108是在第一端子106的上游还是下游。
在一个实施例中，第一端子106、第二端子108和它们之间的流 体溶液110包括在由发送器102、第一端子106、流体溶液110和第 二端子108形成的AC电路中的电容器114(例如，在理论意义上)。 虽然电容器114与常规电容器之间的类比并不完美(因为离子流体溶液110在没有机械屏障的情况下自由移动)，但是存在广泛的相似性。 例如，在电容器114中，流体溶液110(即，介电材料)响应于所施 加的电场。流体溶液110中对所施加的电场的响应的时间依赖性质以 与介电常数值一致的方式变化。因而，根据本公开的一方面，监测响 应电压(例如，响应信号)对驱动电压(例如，驱动信号)的时间依 赖性提供了确定使用电导响应曲线的哪个部分的机制。在一个实施例 中，监测时间依赖性包括监测驱动信号与响应信号之间的相位角差。 除了确认电导率测量之外，根据本公开的一方面，监测响应信号的时 间依赖性使得能够确定附加信息(例如，流体溶液110的电容)。
虽然离子和其它溶液(例如，流体溶液110)的电导率相对于浓 度不是单值，但介电常数是。Levy等人的“Dielectric Constant of Ionic Solutions:A Field-TheoryApproach”,Physical Review Letters 108,227801(2012)和Jouyban等人的“A SimpleRelationship Between Dielectric Constant of Mixed Solvents with SolventComposition and Temperature”,International Journal of Pharmaceutics 269，第353-360页(2004)中给出了几种常见盐的介 电常数与浓度的关系，以上文献各自通过引用并入本文。除了其中可 获得的实验数据之外，本领域普通技术人员还将理解的是，可以通过 实验针对任何溶液开发溶液成分与介电常数(以及因此与电容)之间 的关系。根据式1，材料(例如，流体溶液110)的介电常数值影响 其电容，式1描述了简单的平行板电容器(例如，电容器114)。在 式1中，C是电容，ε是介电常数值，A是板面积，并且d是板之间 的距离。在一个实施例中，介电常数值取决于频率。
通过式2描述介电常数值ε。在式2中，E0是在不存在介电材料 (例如，流体溶液110)情况下的电场强度(例如，真空≈空气， 8.85e-12F/m)并且E是在存在介电材料情况下的电场强度，其中E ≤E0，因此ε≥1。
根据式3，在电极(例如，第一发送器106和第二发送器108) 之间引入介电材料(例如，流体溶液110)影响电容。由于在式3中 ε≥1，所述电容随着引入介电材料(例如，流体溶液110)而增加。
r＝εC0 (3)
对于电阻相同但电容不同的两个电容器，放电期间观察到的电压 将随时间变化，如由式4所描述的。电容越大，放电越久。在式4中， V是观察到的电压，V0是充电电压，t是时间，R是电阻，并且C是 电容。
V＝V0e-t/RC (4)
发送器102被配置为根据由式5描述的关系经由一种或多种方法 测量电容。
一种方法包括维持已知电流(i)并测量电容器(例如，电容器 114)两端的电压改变(dV/dt)(即，维持电流所需的电压改变)并 推导出电容。另一种方法包括将脉冲电压串施加到***。当施加电压 时，电容器(例如，电容器114)开始充电并且电容器两端的电压增加。将测得的电容器两端的电压与用于结束电压脉冲的阈值(例如， 存储在存储器设备中)进行比较。然后将电压脉冲的持续时间与电路 的RC时间常数进行比较，其中电阻(R)是已知的并且电容(C) 被确定。
又一种方法包括监测***的电抗。简单的电阻器对AC电压无关 紧要，而电容器的有效电阻根据式6受频率的影响。在式6中，XC是以欧姆为单位的电容器电抗，f是以赫兹为单位的信号频率，并且 C是以法拉为单位的电容。
实际***包括与流体溶液110的电容串联的某个固定电阻，电压 和电流之间的相位角可以被用于收集关于***的信息。相位角由式7 描述。在式7中，Z是单位为欧姆的观察到的阻抗(V/I)，R是单 位为欧姆的固定电阻，并且XC是单位为欧姆的电池电抗。
因为可以测量Z和所以可以确定XC并且可以随后确定溶液 电容。此外，因为R不是频率的函数，而XC是，所以在多个频率处 进行测量使得能够实现替代的方法(例如，确认方法)，因为使用多 个频率允许隔离每个项并确定流体溶液110的电抗并因此确定流体溶液110的电容。在一个实施例中，发送器102用作介电谱仪。
图1B是***100的另一个示例性实施例的框图。在这个示例性 实施例中，第一端子106和第二端子108是扁平金属板，其在过程中 围绕流体溶液110。根据本公开的一方面，这个实施例用于例如医学 和制药工业中的过程。虽然图1A和1B图示了流体溶液110通过管道112的流动方向，但是本领域普通技术人员将理解的是，根据本公 开的一个或多个方面，流体溶液110可以在相反方向上流动或者可以 根本不流动(即，停滞)。
图2图示了发送器102的示例性架构，其被配置为经由软件环境 提供本文描述的***和过程的各方面。在这个实施例中，发送器102 包括浓度处理器202、存储器设备204、输入/输出(I/O)接口206、 电源208、显示接口210和端子接口212。存储器204包括由处理器202执行的处理器可执行指令，其执行用于测量流体溶液110的电导 率和/或电容以及确定溶液110的浓度的过程，如本文进一步描述的。 以这种方式，发送器102包括专用计算设备，用于根据本公开的一方 面确定溶液电容和浓度并生成在显示设备214上指示电容和浓度的图 形显示。
处理器202、存储器204、I/O接口206、电源208、显示接口 210和端子接口212彼此通信地连接和/或电连接。I/O接口206通信 地连接到过程控制器104，如本文进一步描述的。处理器202适于执 行存储在存储器204中的处理器可执行指令，用于测量流体溶液110的电导率和/或电容，并实时地从测量结果确定流体溶液110的浓度。 图2的I/O接口206提供发送器102和过程控制器104之间的物理数 据连接。在一个实施例中，I/O接口206是网络接口卡(NIC)或调 制解调器。显示接口210提供发送器102和显示设备214之间的物理 数据连接。在一个实施例中，显示设备214是LCD指示器显示器， 其包括用于人机接口的键盘。在另一个实施例中，显示设备214是发 送器102上的触摸屏和/或智能电话、平板计算设备等的触摸屏。端 子接口212提供发送器102与第一端子106和第二端子108之间的电 连接。
图3图示了确定流体溶液110的浓度的示例性方法300。在方法 300中，发送器102在第一端子106(例如，驱动线圈、驱动板等) 中生成(302)驱动信号，以在流体溶液110中生成电场。电场在流 体溶液110中产生感应性响应。发送器102通过经由第二端子108 (例如，响应线圈)监测感应性响应的时间依赖性来测量(304)流 体溶液110的电容。在一个实施例中，发送器102利用本文进一步描 述的三种方法中的至少一种根据所施加的电场来测量电容。发送器 102还从测得的电容确定(306)流体溶液110的浓度。
图4图示了确定流体溶液110的浓度的另一个示例性方法400。 在方法400中，发送器102生成(402)驱动信号并将驱动信号施加 (404)到第一端子106。施加驱动信号诱发流体溶液110中的感应 性响应。发送器102在第二端子108处感测(406)流体溶液110中 的感应性响应。发送器102通过监测感应性响应对所施加的驱动信号 的时间依赖性来测量(408)流体溶液110的电容。在一个实施例中， 发送器102监测电抗，如本文进一步描述的。发送器102基于测得的 电容确定(410)流体溶液110的介电常数值。在一个实施例中，发 送器102执行软件指令，用于利用式1、2、3和/或4来基于测得的 电容确定流体溶液110的介电常数值。发送器102还基于所确定的介 电常数值来确定(412)流体溶液110的浓度。在一个实施例中，发 送器102利用存储在发送器的存储器设备(例如，存储器设备204) 中的电容响应曲线来从介电常数值确定浓度。
图5图示了使用溶液电容来确认通过测量溶液电导率确定的溶液 浓度的示例性方法500。在方法500中，发送器102在第一端子106 中生成(502)驱动信号，以在流体溶液110中生成电场。电场在流 体溶液110中产生感应性响应。发送器102接收(504)来自第二端子108的响应信号。发送器102基于驱动信号和响应信号测量(506) 流体溶液110的电导率。基于测得的电导率，发送器102确定(508) 与测得的电导率对应的两个或更多个浓度值。测得的电导率与两个或 更多个可能的浓度值对应，因为作为浓度的函数的溶液电导率不是单 值的。然后，发送器102通过监测驱动信号与响应信号之间的相位差 来测量(510)流体溶液110的电容。基于测得的电容，发送器102 确定(512)流体溶液110的介电常数值。在一个实施例中，发送器 102执行软件指令，以基于测得的电容利用式1、2、3和/或4来确定 流体溶液110的介电常数值。发送器102仅输出(514)流体溶液 110的两个或更多个可能浓度值中的单个浓度值。发送器102基于哪 个可能的浓度值最接近地匹配导致流体溶液110的确定的介电常数值 的流体溶液110的浓度来选择输出的浓度值。换言之，流体溶液110 的介电常数(以及因此电容)根据浓度以一对一的方式变化，使得所 确定的介电常数与一个(并且只有一个)可能的浓度值对应。在一个 实施例中，发送器102经由显示设备(例如，显示设备214)输出单 个浓度值。在另一个实施例中，发送器102将单个浓度值输出到过程 控制器104(例如，经由I/O接口206和通信基础设施)。
在一个实施例中，工业过程控制发送器102包括驱动线圈(例如， 第一端子106)、响应线圈(例如，第二端子108)、处理器202和 存储一个或多个处理器可执行指令的存储器设备204。驱动线圈被配 置为在工业过程中围绕流体溶液110并向其施加电场。驱动线圈包括 电容器114的第一端子(例如，第一端子106)。响应线圈被配置为 围绕流体溶液110并感测对溶液中施加的电场的感应性响应。响应线 圈包括电容器114的第二端子(例如，第二端子108)，并且线圈之 间的流体溶液110包括电容器114的电介质。处理器202耦合到驱动 和响应线圈(例如，经由端子接口212)。当由处理器202执行时， 存储在存储器设备204中的指令使处理器202实现确定流体溶液110 的浓度的方法。该指令使处理器202生成(例如，步骤302)驱动线 圈中的驱动信号，以生成电场并通过监测感应性响应对所施加的电场 的时间依赖性来测量(例如，步骤304)流体溶液110的电容。该指 令还使处理器202从测得的电容确定(例如，步骤306)流体过程溶 液的浓度。本领域普通技术人员将理解的是，驱动和响应线圈可以附 加地或可替代地浸入溶液中和/或形成在其中容纳有流体溶液110的 管道(例如，管道112)的至少一部分。
在另一个实施例中，发送器102实现确定流体溶液110的浓度的 方法。发送器102在AC电路中生成(例如，步骤402)驱动信号， 并且向第一端子106施加(例如，步骤404)所生成的驱动信号。施 加驱动信号在流体溶液110中诱发感应性响应。发送器102在第二端 子108处感测(例如，步骤406)流体溶液110中的感应性响应。第 一端子106、第二端子108和流体溶液110包括电容器114。发送器 102通过监测感应性响应对所施加的驱动信号的时间依赖性来测量 (例如，步骤408)电容器114的电容。发送器102基于测得的电容 确定(例如，步骤410)流体溶液110的介电常数。发送器102还基 于所确定的介电常数确定(例如，步骤412)流体溶液110的浓度。
在又一个实施例中，根据本公开的一方面的***包括驱动线圈 (例如，第一端子106)、响应线圈(例如，第二端子108)、处理 器202和存储器设备204。驱动线圈被配置为在工业过程中围绕流体 溶液110并将电场施加到流体溶液110。驱动线圈包括电容器114的第一端子(例如，第一端子106)。响应线圈被配置为围绕流体溶液 110并感测对溶液中施加的电场的感应性响应。响应线圈包括电容器 114的第二端子(例如，第二端子108)，并且线圈之间的流体溶液 110包括电容器114的电介质。处理器202耦合到驱动和响应线圈 (例如，经由端子接口212)。当由处理器202执行时，存储在存储 器设备204中的指令使处理器202实现使用溶液电容来确认通过测量 溶液电导率确定的溶液浓度的方法。执行指令使处理器202在驱动线 圈中生成(例如，步骤502)驱动信号以生成电场，并从响应线圈接 收(例如，步骤504)响应信号。响应信号由流体溶液110中的感应 性响应生成。执行指令还使处理器202从驱动信号和响应信号测量 (例如，步骤506)流体溶液110的电导率并确定(例如，步骤508) 与测得的电导率对应的两个或更多个浓度值。此外，执行指令使处理 器202通过监测驱动信号与响应信号之间的相位差来测量(例如，步 骤510)流体溶液110的电容。基于测得的电容，执行指令使处理器 202确定流体溶液110的介电常数。而且，执行指令使处理器202输 出两个或更多个值中与流体溶液110的造成确定的介电常数的浓度最 接近地匹配的一个浓度值。
除了上述实施例之外，本公开的实施例可以包括专用计算机，其 包括各种计算机硬件，如下面更详细描述的。
本公开范围内的实施例还包括用于携带或具有存储在其上的计算 机可执行指令或数据结构的计算机可读介质。这种计算机可读介质可 以是可由专用计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制性地， 计算机可读存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、 程序模块或其它数据之类的信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质是非瞬态的，并且 包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电 可擦除可编程ROM(EEPROM)、光盘ROM(CD-ROM)、数字通用盘(DVD)或其它光盘存储装置，固态驱动器(SSD)、磁带盒、 磁带、磁盘存储装置或其它磁存储设备，或者可以用于以计算机可执 行指令或数据结构的形式携带或存储期望程序代码手段并可由通用或 专用计算机访问的任何其它介质。当通过网络或其他通信连接(硬连 线、无线或者硬连线或无线的组合)向计算机传送或提供信息时，计 算机将该连接适当地视为计算机可读介质。因此，任何这种连接都适 当地被称为计算机可读介质。上述的组合也应当包括在计算机可读介 质的范围内。计算机可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机 或专用处理设备执行某个功能或功能组的指令和数据。
以下讨论旨在提供其中可以实现本公开各方面的合适计算环境的 简要、一般描述。虽然不是必需的，但是将在由网络环境中的计算机 执行的计算机可执行指令(诸如程序模块)的一般背景下描述本公开 的各方面。一般而言，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数 据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机可执行指令、 相关联的数据结构和程序模块表示用于执行本文公开的方法的步骤的 程序代码手段的示例。这种可执行指令或相关联数据结构的特定顺序 表示用于实现这些步骤中描述的功能的对应动作的示例。
本领域技术人员将认识到的是，本公开的各方面可以在具有许多 类型的计算机***配置的网络计算环境中实践，包括个人计算机、手 持设备、多处理器***、基于微处理器的或可编程的消费者电子产品、 网络PC、小型计算机、大型计算机等。本公开的各方面还可以在分 布式计算环境中实践，其中任务由通过通信网络链接(通过硬连线链 路、无线链路或者通过硬连线或无线链路的组合)的本地和远程处理 设备来执行。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程存 储器存储设备中。
用于实现本公开各方面的示例性***包括常规计算机形式的专用 计算设备，包括处理单元、***存储器和将包括***存储器在内的各 种***组件耦合到处理单元的***总线。***总线可以是若干类型的 总线结构中的任何一种，包括存储器总线或存储器控制器、***总线 和使用各种总线架构中的任何一种的本地总线。***存储器包括非易 失性和易失性存储器类型。包含有助于在计算机内的元件之间传送信 息(诸如在启动期间)的基本例程的基本输入/输出***(BIOS)可 以存储在ROM中。另外，计算机可以包括能够无线地从互联网接收 或向互联网发送IP地址的任何设备(例如，计算机、膝上型计算机、 平板电脑、PDA、蜂窝电话、移动电话、智能电视等)。
计算机还可以包括用于读取和写入磁性硬盘的磁性硬盘驱动器、 用于读取或写入可移动磁盘的磁盘驱动器，以及用于读取或写入可移 动光盘(诸如CD-ROM或其它光学介质)的光盘驱动器。磁性硬盘 驱动器、磁盘驱动器和光盘驱动器分别通过硬盘驱动器接口、磁盘驱 动器接口和光盘驱动器接口连接到***总线。驱动器及其相关联的计 算机可读介质为计算机提供计算机可执行指令、数据结构、程序模块 和其它数据的非易失性存储。虽然本文描述的示例性环境采用磁性硬 盘、可移动磁盘和可移动光盘，但是可以使用其它类型的用于存储数 据的计算机可读介质，包括磁带盒、闪存卡、数字视频盘、Bernoulli 盒式磁带、RAM、ROM、SSD等。
通信介质通常以调制数据信号(诸如载波或其它运输机制)来体 现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何 信息递送介质。
本公开的一个或多个方面可以体现在存储在***存储器或非易失 性存储器中的计算机可执行指令(即，软件)、例程或功能，作为应 用程序、程序模块和/或程序数据。可替代地，软件可以远程存储， 诸如存储在具有远程应用程序的远程计算机上。一般而言，程序模块 包括在由计算机或其它设备中的处理器执行时执行特定任务或实现特 定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机可 执行指令可以存储在一个或多个有形的、非瞬态计算机可读介质(例 如，硬盘、光盘、可移动存储介质、固态存储器、RAM等)上，并 由一个或多个处理器或其它设备执行。如本领域技术人员将认识到的， 程序模块的功能可以根据期望组合或分布在各种实施例中。此外，功 能可以整体或部分地体现在固件或硬件等同物中，诸如集成电路、专 用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)等。
计算机可以使用到一个或多个远程计算机的逻辑连接在联网环境 中操作。远程计算机可以各自是另一个个人计算机、平板电脑、PDA、 服务器、路由器、网络PC、对等设备或其它公共网络节点，并且通 常包括上面相对于计算机描述的许多或所有元件。逻辑连接包括局域 网(LAN)和广域网(WAN)，这里通过示例而非限制性的方式给 出。这种联网环境在办公室范围或企业范围的计算机网络、内联网和 互联网中是常见的。
当在LAN联网环境中使用时，计算机通过网络接口或适配器连 接到本地网络。当在WAN联网环境中使用时，计算机可以包括调制 解调器、无线链路或用于在诸如互联网的广域网上建立通信的其它手 段。可以是内部或外部的调制解调器经由串行端口接口连接到***总 线。在联网环境中，相对于计算机描述的程序模块或其部分可以存储 在远程存储器存储设备中。将认识到的是的是，所示的网络连接是示 例性的，并且可以使用在广域网上建立通信的其它手段。
优选地，计算机可执行指令存储在诸如硬盘驱动器的存储器中， 并由计算机执行。有利地，计算机处理器具有实时执行所有操作(例 如，执行计算机可执行指令)的能力。
除非另有说明，否则本文所示和所述的实施例中的操作的执行次 序不是必需的。即，除非另有说明，否则操作可以以任何次序执行， 并且实施例可以包括比本文公开的操作更多或更少的操作。例如，预 期在另一个操作之前、同时或之后执行特定操作在本公开各方面的范 围内。
可以用计算机可执行指令实现实施例。计算机可执行指令可以被 组织成一个或多个计算机可执行组件或模块。本公开的各方面可以用 任何数量和组织的这些组件或模块来实现。例如，本公开的各方面不 限于图中所示和本文描述的具体的计算机可执行指令或者具体的组件 或模块。其它实施例可以包括具有比本文所示和描述的更多或更少功 能的不同的计算机可执行指令或组件。
当介绍本公开或其实施例的各方面的元素时，冠词“一”、“一 个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个这种元素。术语 “包括”、“包含”和“具有”旨在意为包括性的并且意味着可以存 在除所列元素之外的其它元素。
已经详细描述了本公开的各方面，但明显地，在不脱离所附权利 要求限定的本公开各方面的范围的情况下，修改和变化是可能的。由 于在不脱离本公开各方面的范围的情况下可以对上述构造、产品和方 法进行各种改变，因此包含在以上说明书中并在附图中示出的所有内 容应当在说明性而不是限制意义上被解释。
Claims (12)
1.一种工业过程控制发送器，包括：
驱动线圈，被配置为向流体过程溶液施加电场；
响应线圈，被配置为感测流体过程溶液中对所施加的电场的感应性响应；
浓度处理器，经由信号换能器耦合到驱动线圈和响应线圈；以及
计算机可读存储器设备，耦合到处理器并在其上存储一个或多个处理器可执行指令，所述处理器可执行指令在由处理器执行时使处理器：
在驱动线圈中生成驱动信号以生成电场，
通过监测感应性响应对所施加的电场的时间依赖性来测量流体过程溶液的电容，以及
从测得的电容确定流体过程溶液的浓度。
2.如权利要求1所述的工业过程控制发送器，其中流体过程溶液包含在工业过程的管道内，并且其中响应线圈和驱动线圈被配置为以下之一：
围绕管道和管道内的流体过程溶液，
包括管道的至少一部分并围绕其中的流体过程溶液，以及
浸没在管道内的流体过程溶液中。
3.如权利要求1所述的工业过程控制发送器，其中驱动线圈包括电容器的第一端子，响应线圈包括电容器的第二端子，并且其间的流体过程溶液包括电容器的介电材料。
4.如权利要求3所述的工业过程控制发送器，其中通过监测感应性响应的时间依赖性来测量流体过程溶液的电容包括：
测量电容器的阻抗；
测量驱动信号的电压和电流之间的相位角；
基于测得的阻抗、测得的相位角和电容器的固定电阻，确定电容器的电抗；以及
基于所确定的电抗和驱动信号的频率，确定流体过程溶液的电容。
5.如权利要求3所述的工业过程控制发送器，其中所施加的电场包括脉动电压串，并且其中通过监测感应性响应的时间依赖性来测量流体过程溶液的电容包括：
当电容器两端的电压等于或大于预定阈值时，结束脉动电压串，以及
通过将脉动电压串的持续时间与电容器的RC时间常数进行比较，确定流体过程溶液的电容。
6.如权利要求5所述的工业过程控制发送器，其中通过监测感应性响应的时间依赖性来测量流体过程溶液的电容包括测量响应线圈中的维持驱动线圈中的已知电流所需的电压改变。
7.如权利要求6所述的工业过程控制发送器，其中流体过程溶液的电导率与其多个浓度对应，并且其中处理器可执行指令在由处理器执行时还使处理器基于流体过程溶液的根据所确定的电容确定的浓度来确定所述多个浓度中哪一个浓度更准确。
8.一种方法，包括：
在交流AC电路中生成驱动信号；
将生成的驱动信号施加到第一端子，其中所述施加在流体溶液中诱发感应性响应；
在第二端子处感测流体溶液中的感应性响应，其中第一端子、第二端子和流体溶液包括AC电路的电容器；
通过监测感应性响应对所施加的驱动信号的时间依赖性来测量电容器的电容；
基于测得的电容，确定流体溶液的介电常数；
基于所确定的流体溶液的介电常数，确定流体溶液的浓度；以及
生成表示所确定的浓度的输出值。
9.如权利要求8所述的方法，其中第一端子和第二端子每个都包括以下之一：
被配置为围绕流体溶液流过的管道的线圈，
被配置为至少部分地包括流体溶液流过的管道的线圈，
被配置为浸没在管道内的流体溶液中的线圈，以及
金属板，其中金属板被流体溶液分开。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述测量电容器的电容包括：
测量电容器的阻抗；
测量驱动信号的电压和电流之间的相位角；
基于测得的阻抗、测得的相位角和电容器的固定电阻，确定电容器的电抗；以及
基于所确定的电抗和驱动信号的频率，确定电容器的电容。
11.如权利要求8所述的方法，其中驱动信号包括脉动电压串，并且其中测量电容器的电容包括：
当电容器两端的电压等于或大于预定阈值时，结束脉动电压串，以及
通过将脉动电压串的持续时间与电容器的RC时间常数进行比较，确定电容器的电容。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述确定流体溶液的浓度包括沿着表示介电常数值作为浓度值的函数的曲线确定与确定的介电常数对应的浓度值，所述曲线特定于流体溶液。
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