(57)【要約】プロセス流体温度推定システム（２００）は、上記プロセス流体温度推定システム（２００）をプロセス流体導管（１００）の外表面（１１０）に取付けるように構成された取付けアセンブリ（２０２）を含む。センサカプセル（２０６）は、その中に配置された少なくとも１つの温度感知素子（２５４）を有する。測定回路（２２３）は、上記センサカプセルに結合され、温度とともに変化する、上記少なくとも１つの温度感知素子（２５４）の特性を検出するように、且つセンサカプセル温度情報を提供するように構成されている。高温スペーサ（３０２）は、既知の熱伝導率を有し、上記プロセス流体導管（１００）の外表面（１１６）と上記少なくとも１つの温度感知素子（２５４）との間に挿入されるように構成されている。制御器（２２２）は、上記測定回路（２２３）に結合され、推定プロセス流体温度出力を生成するために、参照温度を取得するように、且つ上記参照温度、センサカプセル温度情報、及び上記高温スペーサ（３０２）の上記既知の熱伝導率を用いた熱伝達計算を採用するように構成されている。
2022501598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス流体温度推定システムであって、
前記プロセス流体温度推定システムをプロセス流体導管の外表面に取付けるように構成された取付けアセンブリ、
センサカプセルであって、その中に少なくとも１つの温度感知素子が配置されているセンサカプセル、
前記少なくとも１つの温度感知素子の、温度とともに変化する特性を検出し、且つ、センサカプセル温度情報を提供するように構成された、前記センサカプセルに結合された測定回路、
前記プロセス流体導管の外表面と前記少なくとも１つの温度感知素子との間に挿入されるように構成された、既知の熱伝導率を有する高温スペーサ、及び、
前記測定回路に結合された制御器、
を備え、
前記制御器は、推定プロセス流体温度出力を生成するために、参照温度を取得するように、且つ、前記参照温度、前記センサカプセル温度情報、及び、前記高温スペーサの前記既知の熱伝導率を用いた熱伝達計算を使用するように構成されている、
上記プロセス流体温度推定システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの温度感知素子は、熱的動作限界を有し、前記高温スペーサは、前記少なくとも１つの温度感知素子の熱的動作限界を超える表面温度を有する表面と接触するように構成された第１端部を有する、請求項１に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの温度感知素子の熱的動作限界は、約３００℃である、請求項２に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの温度感知素子は、抵抗温度デバイスである、請求項１に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項５】
前記高温スペーサは、前記取り付けアセンブリの開口部を通過する、請求項１に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項６】
前記高温スペーサは、前記プロセス流体温度推定システムを前記パイプに結合するように構成されたパイプクランプを含む、請求項１に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項７】
前記高温スペーサは、前記センサカプセル内に配置されている、請求項１に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項８】
前記制御器に結合され、且つ、前記プロセス通信ループプロトコルに従って通信するように構成された通信回路を更に備えている、請求項１に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項９】
前記通信回路は、無線で通信するように構成されている、請求項８に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項１０】
前記センサカプセルは、端部キャップを有し、そして前記少なくとも１つの温度感知素子は、サーマルグリース、鉱物絶縁粉末、及び、ＲＴＶから成るグループから選択された１の材料と共に、端部キャップに熱的に結合されている、請求項１に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項１１】
前記端部キャップは、銀で形成されている、請求項１０に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項１２】
前記高温挿入体は、ステンレス鋼で形成されている、請求項１に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項１３】
前記高温挿入体は、セラミックで形成されている、請求項１に記載のプロセス流体温度推定システム。
【請求項１４】
プロセス流体温度推定システムに関する熱伝導率情報を生成する方法であって、
高温挿入体が曝される動作温度に基づいて高温挿入体を選択すること、
前記選択された高温挿入体に関する熱伝導率情報を取得すること、及び、
プロセス流体温度を推定するための熱伝達方程式において使用するために、前記熱伝導率情報を前記プロセス流体温度推定システム内に保存すること、
を包含する、
上記方法。
【請求項１５】
前記熱伝導率情報は、前記高温挿入体と共に提供される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱伝導率情報は、前記較正過程を介して取得される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
導管内のプロセス流体温度を推定する方法であって、
前記導管の外表面に熱的に結合された高温側と低温側とを有する高温挿入体を提供することであって、前記高温挿入体は既知の熱伝導率を有している、
前記高温挿入体の前記低温側の温度を測定すること、
参照温度を取得すること、及び、
前記導管内のプロセス流体の温度を推定するために、前記測定された低温側の温度、参照温度、及び既知の熱伝導率に関する熱流計算を使用すること、
を包含する、
上記方法。
【請求項１８】
前記既知の熱伝導率は、熱流計算を実行するデバイスのメモリから取得される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記参照温度を取得することは、前記プロセス流体温度推定システムのハウジング内の端子ブロックの温度を測定することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記参照温度を取得することは、前記参照温度を指示するプロセス通信を受信することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
プロセス流体温度推定システムであって、
プロセス流体導管に取り付けられるように、且つ、その中に延在するように構成されたサーモウェルであって、前記プロセス流体に接触するように構成された遠位端を有している前記サーモウェル、
センサカプセルであって、その中に配置された少なくとも１つの温度感知素子を有するセンサカプセル、
前記センサカプセルに結合され、温度とともに変化する、前記少なくとも１つの温度感知素子の特性を検出するように、且つ、センサカプセル温度情報を提供するように構成された測定回路、
前記サーモウェルの前記遠位端と前記少なくとも１つの温度感知素子との間に挿入されるように構成された、既知の熱伝導率を有する高温スペーサ、及び、
前記測定回路に結合された制御器であって、推定プロセス流体温度出力を生成するために、参照温度を取得するように構成され、且つ前記参照温度、前記センサカプセル温度情報、及び前記高温スペーサの前記既知の熱伝導率を用いた熱伝達計算を採用するように構成されている前記制御器、
を備える、
上記プロセス流体温度推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
多くの産業プロセスは、パイプ又は他の導管を通してプロセス流体を運ぶ。そのようなプロセス流体は、液体、気体、場合によっては伴なわれた固体を含みうる。これらプロセス流体の流れは、衛生的な食品及び飲料の製造、水処理、高純度医薬品製造、化学処理、炭化水素燃料産業（炭化水素の抽出及び処理を含む）、及び研磨性及び腐食性のスラリーを用いる水圧破砕技術を含むが、これらに限定されない様々な産業のいずれかに見出される。
【０００２】
温度センサをサーモウェル内に配置することは一般的であり、次にサーモウェルは、導管の開口部を通してプロセス流体の流れに挿入される。しかし、このアプローチは、プロセス流体の温度が非常に高いか、腐食性が高いか、又はその両方でありうる場合に、常に実用的であるとは限らない。さらに、サーモウェルは通常、導管内にねじ付きポート又はその他の堅牢な機械的取付け具／シールを必要とし、ひいては規定された場所でのプロセス流体流れシステムに設計される必要がある。したがって、サーモウェルは、正確なプロセス流体温度を提供するのに有用であるが、いくつかの限界を有している。
【０００３】
より最近では、プロセス流体温度は、プロセス流体導管（例えば、パイプ）の外部温度を測定すること、及び熱流計算を使用することによって推定されてきた。この外部アプローチは、導管に規定されるべきいかなる開口部やポートをも必要としないので、非侵襲的と見なされる。従って、そのような非侵襲的アプローチは、導管に沿って事実上任意の場所で展開されうる。しかし、場合によっては、導管の外表面温度が温度センサの通常の動作範囲を超えている可能性がある。従って、非侵襲的プロセス流体温度推定技術を適用できる応用の数を拡大する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
プロセス流体温度推定システムは、上記プロセス流体温度推定システムをプロセス流体導管の外表面に取付けるように構成された取付けアセンブリを備える。センサカプセルは、その中に配置されている少なくとも１つの温度感知素子を有する。測定回路は、前記センサカプセルに結合され、且つ上記少なくとも１つの温度感知素子の、温度とともに変化する特性を検出し、且つセンサカプセル温度情報を提供するように構成されている。高温スペーサは、既知の熱伝導率を有し、且つ上記プロセス流体導管の外表面と上記少なくとも１つの温度感知素子との間に挿入されるように構成されている。制御器は、前記測定回路に結合され、且つ、推定プロセス流体温度出力を生成するために、参照温度を取得するように、且つ上記参照温度、上記センサカプセル温度情報、及び上記高温スペーサの上記既知の熱伝導率を用いた熱伝達計算を使用するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実施形態が具体的に適用可能である、熱流測定システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態が具体的に適用可能である、熱流測定システム内の回路のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態が具体的に適用可能である、センサカプセルの概略の断面図である。
【図４】本発明の実施形態による、高温熱流測定システムの概略図である。
【図５】本発明の別の実施形態による、高温熱流測定システムの概略図である。
【図６】本発明の実施形態による、選択された高温挿入部に対する熱伝導率を取得する方法の流れ図である。
【図７】本発明の実施形態による、高温用途におけるプロセス流体温度測定を提供する方法の流れ図である。
【図８】本発明の実施形態による、高温熱流束ベースのプロセス流体推定システム用のセンサカプセルの概略の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
上記のように、プロセス流体温度は、プロセス流体導管（例えば、パイプ）の外部温度を測定すること、及び熱流計算を用いることによって推定されてきた。このようなシステムは、一般に、パイプ表皮（外表面）温度Ｔskinと、参照温度（例えば、送信機端子温度）、及び熱流計算の熱インピーダンス値を用いて、導管内のプロセス流体温度を推測又は推定する。この機能は、一般に、プロセス流体から送信機端子までの熱伝導率を知る必要があり、従ってセンサをプロセス流体温度送信機に接続する必要がある。いくつかの熱流センサは、熱電対技術を用いる高温用途に使用できる場合があるが、抵抗温度デバイス（ＲＴＤ:resistance temperature device）素子は一般に熱電対技術よりも高い正確性と精密性を提供するが、比較的限られた温度範囲においてトレードオフがある。理想的な状況において、パイプの表皮温度は、可能な限りパイプの外表面の近くに配置された温度感受性素子によって測定される。この近接結合は、温度感受性素子とプロセス流体との間の最小の熱インピーダンスから生じる時定数を減らすことにより、プロセス流体の温度変化に対する感度を向上させることを可能にする。
【０００７】
熱流束ベースの計算システムにおけるＲＴＤ温度素子は、熱電対と比較して良好な安定性及び精度を提供する一方、それらの熱動作範囲が制限されうる。特に、薄膜ＲＴＤ技術に基づくＲＴＤを用いる熱流束ベースのセンサは、熱電対と比較して許容できる安定性及び精度を提供する。さらに、ＲＴＤセンサカプセル構造はまた、センサ先端からセンサ要素への熱伝導の改善を可能にする材料を含みうる。これらの材料は一般に、センサカプセルの動作範囲が摂氏約３００度未満であることを要求する。しかし、ＲＴＤベースの熱流束センサ技術を、薄膜ＲＴＤ技術の動作温度範囲を大幅に超える摂氏６５０度以上の用途に提供する必要があると考えられている。例えば、コークス器の排気管は摂氏約６００度の温度で作動できる。この例において、材料の速度が非常に速いために、エルボーに配置するとサーモウェルを切断する可能性がある。そのような構成は、サーモウェルを検査及び交換するための予防保守を必要とする。熱流束ベースの非侵襲的アプローチが、この用途に拡張できれば、コークス器の排気管に構造が拡張されないため、サーモウェルを検査及び交換するための予防保守は排除されうる。
【０００８】
本明細書に記載の実施形態は、一般に、非侵襲的プロセス流体測定を提供できる用途の範囲を拡張する仕方で、薄膜ＲＴＤ技術の有利な安定性及び精度を活用する。一般に、既知の熱伝導率を有するスペーサ（spacer：間隔を空けるもの）又は挿入体は、温度センサカプセルをプロセス流体導管の外表面から分離する。このスペーサ又は挿入体は、プロセス流体導管の外表面に直接に接触する第１の表面（高温側）を有する。スペーサ又は挿入体はまた、プロセス流体導管の外表面から、既知の熱伝導率を有する材料を介して、既知の間隔だけ離間された反対側の表面（低温側）を有する。このようにして、低温側の又は挿入体の温度測定が、熱流束ベースの非侵襲的用途におけるプロセス流体の温度の正確かつ信頼性の高い指標を提示するのに用いられうる。さらに、この温度測定は低温側で測定されるので、測定される温度は外部導管の表面の温度よりも低い。このようにして、外部導管の温度は、非常に高い（例えば、摂氏６５０度以上の）可能性があるが、低温側の温度は、有利な薄膜ＲＴＤベースのセンサの動作範囲内（例えば、摂氏３００度）に維持されうる。次に、上記低温側の温度測定値は、参照温度とスペーサ／挿入体の熱伝導率に加えて、以下でより詳細に説明するように、プロセス流体温度の推定値を提供するために熱流束計算において用いられる。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態が具体的に適用可能である、熱流測定システムの概略図である。図示されたように、システム２００は一般に、導管又はパイプ１００の周りを締付ける（／クランプする）ように構成されたパイプクランプ部分２０２を含む。パイプクランプ部分２０２は、パイプクランプ部分２０２がパイプ１００に配置され且つ締付けられることを可能にするために、１以上のクランプ耳部２０４を有しうる。パイプクランプ部分２０２は、パイプクランプ部分２０２がパイプ上に配置されるために開かれ、次いでクランプ耳部２０４によって閉じられ且つ固定されうるように、クランプ耳部２０４の１つをヒンジ部分と置き換えることができる。図１に示されたクランプは特に有用である一方、システム２００をパイプ外面の周りに確実に設置するための何らかの適切な機械的配置も、本明細書に記載の実施形態に従って用いられうる。
【００１０】
システム２００は、ばね２０８によってパイプ１００の外径１１６に対して押し付けられる熱流センサカプセル２０６を含む。「カプセル」という用語は、特定の構造又は形状を意味することを意図せず、したがって、様々な形状、サイズ、及び構造に形成されうる。ばね２０８が示されているが、当業者は、様々な技術を用いて、センサカプセル２０６を外径１１６と連続的に接触させることができることを理解するであろう。センサカプセル２０６は、一般に、１以上の温度感知素子（例えば、抵抗温度デバイス（ＲＴＤ）を含む。カプセル２０６内のセンサは、ハウジング２１０内の送信機回路に電気的に接続されており、この送信機回路は、センサカプセル２０６から１以上の温度測定値を取得し、センサカプセル２０６からの測定値及び参照温度（例えば、ハウジング２１０内で測定された温度、又はそうでなければハウジング２１０内の回路に提供された温度）に基づいて、プロセス流体温度の推定値を計算するように構成されている。
【００１１】
１例として、基本的な熱流計算は、以下のように簡略化することができる。
Ｔcorrected＝Ｔskin＋（Ｔskin−Ｔreference）＊（Ｒpipe／Ｒsensor）。
【００１２】
この式において、Ｔskinは、導管の外表面の測定された温度である。さらに、Ｔreferenceは、固定熱インピーダンス（Ｒsensor）を持つ場所に対して、Ｔskin を測定する温度センサから取得された第２の温度である。Ｒpipe は、導管の熱インピーダンスであり、パイプ材料の情報、パイプ壁の厚み情報を得ることによって手動で取得されうる。追加又は代替として、Ｒpipe に関するパラメータは、較正中に決定され、後の使用のために保存されうる。したがって、上記のような適切な熱流束計算を用いて、ハウジング２１０内の回路は、プロセス流体温度（Ｔcorrected）の推定値を計算し、そのようなプロセス流体温度に関する指標を適切なデバイス、及び／又は、制御室に伝達することができる。
【００１３】
図２は、本発明の実施形態が具体的に適用可能である、熱流測定システム２００のハウジング２１０内の回路のブロック図である。システム２００は、制御器２２２に結合された通信回路２２０を含む。通信回路２２０は、推定プロセス流体温度に関する情報を伝達することができる何らかの適切な回路でありうる。通信回路２２０は、熱流測定システム２００が、プロセス通信ループ又はセグメントを介してプロセス流体温度出力を通信することを可能にする。プロセス通信ループプロトコルの適切な例には、４〜２０ミリアンペアプロトコル、Highway Addressable Remote Transducer（ＨＡＲＴ（商標））プロトコル、FOUNDATION（商標）フィールドバスプロトコル、及びWirelessHARTプロトコル（IEC 62591）が含まれる。
【００１４】
熱流測定システム２００はまた、矢印２２６によって示されるように、システム２００のすべての構成要素に電力を供給する電力供給モジュール２２４を含む。熱流測定システムが有線プロセス通信ループ（例えば、ＨＡＲＴ（商標）又はFOUNDATION（商標）フィールドバスセグメント）に結合されている実施形態において、電力供給モジュール２２４は、システム２００のさまざまな構成要素を操作するためにループ又はセグメントから受け取った電力を調整するための適切な回路を含みうる。したがって、そのような有線プロセス通信ループの実施形態において、電力供給モジュール２２４は、デバイス全体が、それが結合されているループによって電力を供給されることを可能にするために、適切な電力調整を提供しうる。別の実施形態において、無線プロセス通信が用いられる場合、電力供給モジュール２２４は、電源（例えば、バッテリ及び適切な調整回路）を含みうる。
【００１５】
制御器２２２は、カプセル２０６内のセンサからの測定値及び追加の参照温度（例えば、ハウジング２１０内の端子温度）を用いて、熱流ベースのプロセス流体温度推定値を生成することができる任意の適切な構成を含む。１つの例において、制御器２２２はマイクロプロセッサである。制御器２２２は、通信回路２２０に通信可能に結合されている。
【００１６】
測定回路２２８は、制御器２２２に結合され、１以上の温度センサ２３０から得られた測定値に関してデジタル表示を提供する。測定回路２２８は、１以上のアナログ−デジタル変換器、及び／又は、１以上のアナログ−デジタル変換器をセンサ２３０にインタフェースする適切なマルチプレックス回路を含むことができる。さらに、測定回路２２８は、用いられる様々なタイプの温度センサに対して妥当でありうる、適切な増幅回路、及び／又は、線形化回路を含むことができる。
【００１７】
図３は、本発明の実施形態が具体的に適用可能である、センサカプセルの概略図である。センサカプセル２０６は、一般に、円筒状側壁２５０であってこれに結合される端部キャップ２５２を備えたものを含む。一例において、端部キャップ２５２は銀で形成されている。１以上のＲＴＤ素子２５４は、端部キャップ２５２の近くに配置され、サーマルグリース（熱伝導グリース、放熱グリースとも呼ばれる）２５６を介して端部キャップ２５２と熱的連絡状態で提供される。導体２５８は、ＲＴＤ素子２５４をハウジング２１０内の測定回路へ電気的に結合する。１実施形態において、素子２５４は、薄膜ＲＴＤ技術に従って形成される。薄膜ＲＴＤは、一般に非常に頑丈であり且つ一般に低コストであると考えられている。薄膜素子は通常、小さなセラミックチップを温度感知金属（例えばプラチナ）の非常に薄い（例えば0.0001インチ）膜で被覆し、次に、その金属膜における抵抗経路としてレーザー切断又は化学的に又は化学的エッチングをすることによって製造される。
【００１８】
図４は、本発明の実施形態による、高温用途のための熱流束ベースのプロセス流体温度推定システムの概略図である。システム３００が、高温挿入体３０２に対して薦められるセンサカプセル２０６（図３に関連して上で説明した）を使用している状態で示されている。挿入体３０２は、パイプクランプ２０２の開口部を通過し、パイプ１００の外径１１６に接触する高温側３０４を有する。センサカプセル２０６は、高温挿入体３０２の低温側３０６に支持され且つそれと接触する。熱が導管１００から高温挿入体３０２を通過して流れると、温度勾配が高温側３０４と低温側３０６との間で形成される。高温挿入体３０２の所与で既知の熱伝導率により、低温側３０６の温度は高温側３０４の温度に正確に関連している。
【００１９】
上述された基本的熱流方程式は、挿入体３０２を横断して生成される勾配を含むように次のように修正される。ここで、ＴhotEndは、挿入体３０２の低温側３０６を測定するセンサカプセルの高温端の温度である。
Ｔcorrected＝（ＴhotEnd＋（ＴhotEnd−Ｔreference）（（Ｒpipe＋Ｒstandoff）/Ｒsensor））
【００２０】
センサカプセル２０６は、高温プロセス流体導管１００からセンサカプセル２０６の先端部へ熱を伝導するために用いられる高温挿入体３０２上に配置されるか又は圧着されうる。この挿入体は、非常に高温の表面のために様々なレベルの熱インピーダンスを提供するように選択された１以上の材料から作製されうる。
【００２１】
図５は、本発明の別の実施形態による、高温用途のための非侵襲的プロセス流体測定システムの概略図である。図５は、図４に示された実施形態と多くの類似点を有しており、同様の構成要素には同様の番号が付けられている。図５に示される実施形態と図４の実施形態との間の主要な違いは、以下のとおりである。高温挿入体３０２が取り外され、代わりに、ＲＴＤセンサカプセル２０６が、導管１００の周りに部分的又は完全に延在する導管スリーブ３１０に当接していることである。しかし、高温挿入体３０２と同様に、導管スリーブ３１０は、導管１００の外径１１６に直接当接する高温側３１２を含む。導管スリーブ３１０はまた、高温側３１２から分離された低温側３１４を含む。導管スリーブ３１０の熱伝導率及び厚さは、既知であり、さもなければ取得され、従って、低温側３１４の温度は、高温側３１２の温度に正確に関連している。従って、センサカプセル２０６によって得られる測定値は、導管１００内のプロセス流体の温度を正確に推定するのに用いられうるが、一方、センサカプセル２０６が曝される実際の温度は、プロセス流体導管１００の外径１１６の温度よりも低い。このように、高精度、安定、及び信頼性の良いセンサの利点は、高温の用途（例えば、コークス器の排気管）へ拡げることができる。
【００２２】
図６は、本発明の実施形態による、高温挿入体の熱伝導率を取得し且つ保存する方法の流れ図である。方法４００は、ブロック４０２で始まり、ここでは、特定の高温挿入体が選択される。上述されたように、挿入体は、それらが曝される特定の動作温度に基づいて形成され且つ提供されうる。このような設計上の考慮事項は、選択した材料のタイプ（例えば、高温ステンレス鋼、又はセラミック）、並びに、挿入体の長さ、断面積、及び／又は、形状である。例えば、２インチの高温挿入体は、接触温度（導管の外径に接触する高温側の温度）が摂氏６５０度であることを可能にしうる一方で、低温側（センサカプセルに接触する側）は摂氏約３００度と測定される。ひとたび高温挿入体が選択されると、熱流計算のために挿入体の熱伝導率を取得する必要がある。高温挿入体が製造業者によって提供される例では、この情報は製品と一緒に提供される場合がある。例えば、この情報は、製品のパッケージ上に又は製品のラベルに記載される場合がある。これらは、ブロック４０６で示されているように製造業者指定の熱伝導率の例である。熱伝導率がブロック４０４で提供されうる別の方法は、較正又は試験４０８を介するものである。このような較正において、既知の温度が高温挿入体の１つの側（例えば高温側）に適用され、そして温度は低温側で測定される。２つの測定温度の間の差と周囲温度とに基づいて、高温挿入体の熱伝導率は計算され、次に熱流計算のために保存されうる。別の例において、非侵襲的熱流計算は、既知のプロセス流体温度の指標を受信すること（例えば、プロセス通信、又はローカルオペレータ入力を介して）によって、且つ、次いで制御器２２２に、高温サーマル挿入体の低温側の測定温度に基づいて熱伝導率を解かせ、さもなければ計算させることによって、較正されることができることも企図されている。さらに、挿入体の選択において、高温挿入体は、比較的長い長さで提供される可能性があり、次いで、正確な熱伝導率が設定されることを可能にするための長さに切断されうることも明確に企図されている。とにかく、ブロック４１０で、高温挿入体又はスペーサの熱伝導率は、システムの動作中に後の使用のために保存される。
【００２３】
図７は、本発明の実施形態による、熱流に基づいてプロセス流体温度を推定し且つ提供する方法の流れ図である。方法５００はブロック５０２で始まり、ここでは、温度が高温挿入体の低温側から測定される。高温挿入体の高温側は、プロセス流体導管（例えば、パイプ１００）の外径に直接に結合されている。次に、ブロック５０４で、高温挿入体の記憶された熱伝導率が得られる。このステップは、高温挿入体の熱伝導率を示す情報を受信するために、システムの制御器２２２のローカルメモリにアクセスすることによって、又は外部デバイス（例えば、プロセス制御器）と通信することによって実行されうる。次に、任意選択のブロック５０６で、参照温度が得られる。１実施形態において、この参照温度は様々な方法で取得されうる。例えば参照温度は、ブロック５０８に示されるように、参照温度を示す受信プロセス通信を介して取得されうる。代わりにブロック５１０で、参照温度はシステムによって測定される。１例において、この測定は、ハウジング２１０内の場所での（例えば、端子台での）温度測定である。しかし、測定値は、プロセス流体導管１００の外径１１６に対して相対的に固定された熱的関係を有する任意の場所から取得されうる。この固定された熱的配置を介して、プロセス流体導管から参照温度位置への熱の流れが固定され、ひいては、上述された熱流計算に従う。最後に、比較的よく理解されている熱システムを伴う用途に関して、参照温度はブロック５１２で示されているように推定されうる。例えば、プロセス流体導管が施設の温度管理された内部にある場合、気候の公称温度（例えば、華氏７０度）が、推定参照温度について使用されうる。
【００２４】
ブロック５１４で、挿入体の測定された低温側の温度、挿入体の熱伝導率、及び参照温度は、プロセス流体温度の推定値を計算するために、上述されたように熱流計算に適用される。最後に、ブロック５１６で、推定されたプロセス流体温度が出力される。１例において、出力は、上記のようなプロセス通信プロトコルに従って、プロセス通信ループを介して通信される。
【００２５】
図８は、本発明の実施形態による、高温熱流束ベースのプロセス流体推定システム用のセンサカプセルの概略の断面図である。センサカプセル５５０は、センサカプセル２０６（図３に関して説明された）といくつかの類似点を有し、同様の構成要素は、同様に番号が付けられている。センサカプセル２０６と同様に、センサカプセル５５０は、円筒状側壁２５０を含み、この側壁２５０は、銀又はステンレス鋼で形成されうる端部キャップ２５２に結合されている。さらに、センサカプセル５５０はまた、薄膜ＲＴＤベースの素子２５４を用いる。しかし、センサカプセル５５０は、サーマルグリース２５６内に配置された薄膜ＲＴＤ素子２５４を有していない。代わりに、高温サーマル挿入体５５２は、センサカプセル５５０内に配置され、且つサーマルグリース２５６を介して端部２５２に熱的に結合された高温端部５５４を有する。さらに、ＲＴＤセンサ２５４は、高温挿入体５５２の低温端部５５６内又はその近くに配置される。このようにして、実施形態５５０は、高温挿入体（図４に示された３０２）がセンサカプセル５５０自体の中に配置されていることを除いて、図３及び図４に示された実施形態と類似している。
【００２６】
本発明は好ましい実施形態を参照して説明されてきたが、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細において変更を行うことができることを認識するであろう。例えば、本発明は非侵襲的プロセス流体推定システムに関して説明されてきたが、当業者は、本発明の特定の態様が、サーモウェル（それらサーモウェルが導管内に延在するという点で侵襲的であると考えられる）に適用可能であることを理解するであろう。例えば、高温挿入体は、標準のサーモウェル内に配置され得、且つ温度感知素子（例えば、ＲＴＤ、又は熱電対）をサーモウェル本体の表面から離すために用いられうる。そのような材料を温度感知素子とサーモウェルとの間に挿入することは、一般に、温度感知素子をサーモウェル本体に可能な限り熱接触させることを目的とする標準的なサーモウェルの設計とは反対である。サーモウェル内で測定された温度は、サーモウェルに接触する材料の温度を推定するために、補正アルゴリズム（例えば、熱流アルゴリズム）へ依然として適用される。追加的又は代替的に、サーモウェル本体は、高温測定を可能にするために熱を妨げる材料で作ることができる。
【００２７】
本発明の実施形態は、導管スリーブに接触するために、パイプクランプを貫通するセンサカプセルに関して一般に説明されてきた。しかし、パイプクランプ自体が、熱妨害材料として設計され得、ひいては、センサカプセルが貫通するための穴を含む必要がないことが明白に意図されている。従って、そのような実施形態において、センサはクランプ表面上に配置され、クランプ材料の熱伝導率は熱流計算の一部を形成するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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