專利名稱：具有高靜壓隔離膜片接頭的工業(yè)過(guò)程變送器的制作方法
具有高靜壓隔離膜片接頭的工業(yè)過(guò)程變送器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明主要涉及用于工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中的工業(yè)過(guò)程變送器。更特別地，本發(fā)明涉及用于將變送器連接到高靜壓過(guò)程的過(guò)程連接器。
背景技術(shù)：
過(guò)程儀器用于監(jiān)控過(guò)程參數(shù)，例如工業(yè)過(guò)程中所使用的過(guò)程流體的壓力、溫度、流量和液位。例如，通常在工業(yè)制造設(shè)備中的多個(gè)位置采用過(guò)程變送器，以沿不同的生產(chǎn)線監(jiān)控過(guò)程參數(shù)的變化。過(guò)程變送器包括傳感器，傳感器響應(yīng)過(guò)程參數(shù)的物理變化產(chǎn)生電輸出。例如，壓力變送器包括壓力傳感器，其根據(jù)例如水管、化學(xué)品箱等中的過(guò)程流體的壓力產(chǎn)生電輸出。每個(gè)過(guò)程變送器還包括接收和處理傳感器的電輸出的變送器電子元件，從而該變送器和過(guò)程參數(shù)可以被本地或遠(yuǎn)程監(jiān)控。本地監(jiān)控的變送器包括顯示器，例如IXD屏，其能夠在過(guò)程變送器所在位置顯示所述電輸出。遠(yuǎn)程監(jiān)控的變送器包括通過(guò)控制回路或網(wǎng)絡(luò)將所述電輸出傳送至諸如控制室之類(lèi)的中央監(jiān)控地點(diǎn)的電子元件。在這種構(gòu)造中，通過(guò)在過(guò)程控制系統(tǒng)和控制回路中加入自動(dòng)開(kāi)關(guān)、閥、泵和其他類(lèi)似構(gòu)件，能夠在控制室中對(duì)所述過(guò)程參數(shù)加以調(diào)節(jié)。
在壓力變送器中使用的壓力傳感器包括能夠響應(yīng)于壓力變化而偏轉(zhuǎn)的柔性傳感器元件，例如電極板或壓敏電阻器。該傳感器元件通過(guò)將所述過(guò)程流體壓力傳遞所述傳感器的簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)連接到所述過(guò)程流體。所述液壓系統(tǒng)包括密封的通道，所述傳感器元件被設(shè)置在所述通道的第一端部，柔性的隔離膜片被設(shè)置在第二端部以與所述過(guò)程流體接觸。所述密封通道填充有精確量的液壓流體，液壓流體隨著過(guò)程流體對(duì)所述隔離膜片的影響而調(diào)整所述傳感器元件的位置。當(dāng)過(guò)程流體的壓力改變時(shí)，傳感器元件的位置改變，導(dǎo)致壓力傳感器的電容或電阻發(fā)生變化。壓力傳感器的電輸出與電容或電阻相關(guān)，并且因此隨著過(guò)程流體壓力的變化而變化。壓差傳感器通常需要兩個(gè)液壓系統(tǒng)向單個(gè)傳感器的相對(duì)的側(cè)面提供獨(dú)立的壓力。通常，具有用于過(guò)程流體管線的接收器的過(guò)程凸緣被用螺栓固定到變送器的底座，以將過(guò)程流體與差動(dòng)液壓系統(tǒng)(differential hydraulic system)的隔離膜片對(duì)準(zhǔn)。因此，所述變送器以這樣一種方式被結(jié)合到所述過(guò)程，即所述過(guò)程流體壓力被傳遞跨過(guò)所述凸緣接頭。
通常理想的是將變送器連接到具有極高靜壓的過(guò)程。例如，深鉆油井需要大的管道壓力以將油輸送到地表。特別地，海下油井需要高達(dá)約15，000磅每平方英寸(psi)[-103.4兆帕(MPa)]至約20，OOOpsi (-137.9MPa)的管線壓力。由于螺栓的應(yīng)力極限以及在所述凸緣和變送器底座之間使用的可變形密封件，因此，所述凸緣和變送器底座之間的螺栓連接通常不能在這種高壓下保持密封。這種密封的破壞將導(dǎo)致過(guò)程流體從過(guò)程變送器接頭處發(fā)生不期望的泄漏。在其中隔離膜片被設(shè)置成變送器底座內(nèi)的表面對(duì)齊結(jié)構(gòu)、或共面結(jié)構(gòu)的壓差變送器中對(duì)該密封加以改進(jìn)是很難的。因此，過(guò)程變送器的可應(yīng)用性受到它們能安全連接的過(guò)程壓力的限制。發(fā)明內(nèi)容
一種用于測(cè)量高靜壓過(guò)程流體的過(guò)程變量的過(guò)程變送器，其包括傳感器模塊和靜壓接頭。所述傳感器模塊包括用于測(cè)量工業(yè)過(guò)程的過(guò)程變量和用于產(chǎn)生傳感器信號(hào)的傳感器。所述傳感器包括位于所述傳感器模塊內(nèi)的液壓流體入口。所述靜壓接頭被連接到所述傳感器模塊并且包括隔離裝配件、過(guò)程流體接頭和隔離膜片。所述隔離裝配件被插入所述傳感器模塊并被連接到所述液壓流體入口。所述過(guò)程流體接頭連接到所述隔離裝配件。所述隔離膜片定位在所述傳感器模塊外側(cè)的所述隔離裝配件和所述過(guò)程流體接頭之間。


圖1示出了過(guò)程控制系統(tǒng)，其包括本發(fā)明的連接到控制室和高靜壓隔離膜片子組件的平面安裝式壓力變送器。
圖2是圖1中的壓力變送器的橫截面示意圖，示出了隔離膜片子組件的組件。
圖3示出了包括隔離裝配件(fitting)、過(guò)程流體接頭(coupling)和隔離膜片的隔離膜片子組件的分解圖。
圖4A示出了圖3中的過(guò)程流體接頭的仰視圖。
圖4B示出了圖3中的過(guò)程流體接頭的俯視圖。
圖4C示出了圖3中的過(guò)程流體接頭的側(cè)視圖。
圖5A示出了圖3中的隔離裝配件的仰視圖。
圖5B示出了圖3中的隔離裝配件的俯視圖。
圖5C示出了圖3中的隔離裝配件的側(cè)視圖。
圖6示出了安裝在過(guò)程變送器傳感器模塊的底座中的圖3的隔離膜片子組件的橫截面。
圖7是圖6中圖標(biāo)7的局部放大圖，示出了過(guò)程接頭、隔離膜片和隔離裝配件之間的焊縫。
圖8示出了圖7中的過(guò)程接頭和隔離裝配件之間的螺紋連接。
圖9示出了傳感器模塊的透視圖，該傳感器模塊具有被連接到高靜壓隔離膜片子組件的靜壓傳感器。
具體實(shí)施方式
圖1示出了本發(fā)明的具有過(guò)程變送器12的過(guò)程控制系統(tǒng)10，該過(guò)程變送器12使用高靜壓隔離膜片子組件連接到高壓流體F。過(guò)程控制系統(tǒng)10包括過(guò)程變送器12、儀器顯示器14、管道16和控制室18。通過(guò)控制回路20連接到變送器12的控制室18包括工作站22。工作站22包括用于與傳感器12相互作用的各種構(gòu)件，例如電源和通信接口。過(guò)程變送器12被連接到過(guò)程源16，例如管道16，通過(guò)使用各種過(guò)程變量傳感器生成與過(guò)程流體F的過(guò)程變量有關(guān)的信號(hào)，例如壓差Λ P，靜壓P和溫度Τ。子組件24Α和24Β通過(guò)脈沖管26連接到管道16。當(dāng)流體F的靜壓力被提升到較高水平時(shí)，子組件24Α和24Β允許變送器12連接到管道16。
過(guò)程變送器12包括傳感器模塊28和變送器電子模塊30。通過(guò)主元件在過(guò)程流體F的流中產(chǎn)生壓差Λ P，所述主元件在所示的實(shí)施例中包括孔板32?？装?2包括直徑比管道16小的孔，以限制流量?？装?2兩側(cè)的較高的和較低的壓力通過(guò)脈沖管26和子組件24A、24B被傳遞到傳感器模塊28。傳感器模塊28包括用于檢測(cè)壓差ΛΡ的壓差傳感器。傳感器模塊28還包括用于檢測(cè)溫度T的溫度傳感器和用于檢測(cè)靜壓P的靜壓傳感器。壓差Δ P通常僅能達(dá)到很低的水平，例如大約5psi (-34.5kPa)，而靜壓P則可達(dá)到比其高數(shù)千倍的水平。例如，子組件24A和24B可承受超過(guò)20，OOOpsi (-137.9MPa)的靜壓P，這在海底油井的應(yīng)用中會(huì)經(jīng)常遇到。傳感器模塊28基于傳感器的輸出產(chǎn)生電信號(hào)，并將該信號(hào)發(fā)送給變送器電子模塊30。
可由變送器12通過(guò)使用顯示器14在本地獲得與壓差ΛΡ、靜壓P和溫度T有關(guān)的信息。也可通過(guò)變送器12在控制室18中遠(yuǎn)程獲得這些信息。變送器12配有能夠使電子模塊30與控制室18之間通過(guò)無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)字通信的集成的電子元件。在各種實(shí)施例中，過(guò)程變送器12能夠通過(guò)nART WirelessHART 或F0UNDAT10NTMFieldbus網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信訊。這些數(shù)字通信協(xié)議允許多個(gè)過(guò)程變量的數(shù)據(jù)由變送器12傳送至控制室18。工作站22也能夠使控制室18通過(guò)類(lèi)似的控制回路20接收來(lái)自變送器12的數(shù)據(jù)并向其傳送數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)程變送器12為雙線變送器，其在4mA至20mA回路中工作。工作站22包括諸如數(shù)字處理器、視頻顯示器和鍵盤(pán)等構(gòu)件，用于操作變送器12和處理與ΛΡ、P和T相關(guān)的控制回路信號(hào)。基于接收自變送器12的數(shù)據(jù)，控制室18能夠通過(guò)控制回路20或另一控制回路調(diào)節(jié)過(guò)程參數(shù)。例如，控制室18可通過(guò)調(diào)解連接到管道16的適當(dāng)?shù)闹鲃?dòng)受控閥來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)程流體F的流量。
在所示的實(shí)施例中，壓力變送器12包括C0PLANARTM壓差變送器，其中傳感器模塊28包括用于與子組件24A和24B中的表面對(duì)齊或共面的隔離膜片連接的齊平安裝(flush-mount)底座。變送器底座的這種構(gòu)造對(duì)于獲得精確的壓差測(cè)量值來(lái)說(shuō)是非常重要的。子組件24A和24B能夠使高靜壓在不泄漏的前提下與壓力變送器12流體連通，同時(shí)保持共面結(jié)構(gòu)的完整性。
圖2示意性地示出了壓力變送器12、子組件24A和24B、傳感器模塊28和變送器電子模塊30的一個(gè)實(shí)施例。傳感器模塊28包括殼體34，底座36、傳感器板38、壓差傳感器40和隔離管42A和42B均連接到所述殼體34。變送器電子模塊30包括殼體44、罩體46、顯示器罩體48、輸出接口 50和變送器電路52。子組件24A包括隔離裝配件54A，過(guò)程流體接頭56A和隔離膜片 58A。子組件24B包括與子組件24A類(lèi)似的構(gòu)件，但都用“B”表示。壓力Pl和P2在管道16中的主元件32的兩側(cè)產(chǎn)生。
傳感器板38和傳感器40被安裝在傳感器模塊28的殼體34中。傳感器模塊28的殼體34通過(guò)例如螺紋連接被連接到電子模塊30的殼體44。類(lèi)似地，罩體46和48通過(guò)如本領(lǐng)域已知的、形成熄火密封(flame-quenching seals)的螺紋連接連接到殼體44,以防止火焰從殼體44內(nèi)逸出。輸出接口 50和變送器電路52被安裝到變送器電子模塊30內(nèi)的殼體54。包括柔性傳感器兀件59的壓差傳感器40可與傳感器板38電通信。傳感器板38通過(guò)傳感器電纜60與變送器電路52電通信。傳感器電纜60延伸穿過(guò)一接頭并穿過(guò)殼體34的頸部?jī)?nèi)的以防火形式密封殼體34內(nèi)部的饋通。這種連接方式在本領(lǐng)域中是已知的并且這種接頭和饋通連接的一個(gè)例子記載于第6，457，367號(hào)美國(guó)專利中，該專利的被轉(zhuǎn)讓給Rosemount公司并通過(guò)這種引用被結(jié)合于此。變送器電路52通過(guò)電子電纜62與輸出接口50電通信。輸出接口 50將變送器12連接到控制回路20的線路。在一個(gè)實(shí)施例中，變送器模塊30、傳感器板38和傳感器40被構(gòu)造成如Broden等人的第5，495，769號(hào)美國(guó)專利中記載的多變量變送器，該專利也被轉(zhuǎn)讓給了美國(guó)明尼蘇達(dá)州Eden Prairie市的Rosemount公司(Rosemount Inc., Eden Prairie, MN)并通過(guò)這種引用被結(jié)合于此。
傳感器模塊28的底座36被分別連接到與管道16 (圖1)連接的子組件24A和24B的隔離裝配件54A和54B。裝配件54A和54B被插入延伸穿過(guò)底座26的開(kāi)口中，以進(jìn)入殼體34的內(nèi)部。在多種實(shí)施例中，裝配件54A和54B被螺紋連接到底座36的接收孔63A和63B中，或者被壓入接收孔63A和63B中。裝配件54A和54B可以被銅焊或焊接到底座36。在任一實(shí)施例中，裝配件54A和54B與孔63A和63B之間形成熄火的或防火的接縫。過(guò)程流體接頭56A和56B通過(guò)焊接連接到裝配件54A和54B。在一個(gè)實(shí)施例中，接頭56A和56B在被焊接之前與裝配件54A和54B螺紋連接在一起。隔離膜片58A和58B分別被定位在裝配件54A和54B與接頭56A和56B之間。
在所示的實(shí)施例中，傳感器40包括基于電容的壓差傳感器(cell)，其中柔性的傳感器兀件59包括設(shè)置在一對(duì)電極板之間的膜片。在一個(gè)實(shí)施例中，傳感器40包括如Frick等人的第6，295，875號(hào)美國(guó)專利中所記載那樣的金屬膜片類(lèi)型的傳感器，該專利被轉(zhuǎn)讓給了美國(guó)明尼蘇達(dá)州Eden Prairie市的Rosemount公司。傳感器40通過(guò)其中充滿著大量液壓填充流體的隔離管42A和42B分別連接到裝配件54A和54B。該填充流體基本上是不可壓縮的，以將壓力P1和P2傳遞給傳感器40，并且通常包括硅油液壓流體，例如可從美國(guó)密歇根州 Midland 市的 Dow Corning 公司購(gòu)買(mǎi)到的 DCDC 704 或 Syltherm XLT 娃油。隔離膜片58A和58B將隔離管42A和42B中的填充流體與過(guò)程流體F的壓力P1和P2隔開(kāi)。過(guò)程流體F的壓力P1和P2的物理變化可由傳感器40通過(guò)隔離膜片58A和58B以及隔離裝配件54A和54B和隔離管42A和42B內(nèi)的液壓填充流體檢測(cè)為壓差Λ P。
子組件24Α和24Β延伸出傳感器模塊28以簡(jiǎn)化膜片58Α和58Β的組裝。特別地，在將子組件24Α和24Β安裝到模塊28的底座36中之前，膜片58Α和58Β與隔離裝配件54Α和54Β以及過(guò)程接頭56Α和56Β分別組裝在一起。到膜片58Α和58Β的訪問(wèn)被改進(jìn)，因?yàn)樗鼈儽灰苿?dòng)到底座36中的凹槽外側(cè)，在那里它們通常被安裝在共面的變送器中。因此，裝配件54Α和54Β可以被更加固定地分別連接到接頭56Α和56Β，由此也固定了膜片58Α和58Β。一旦組裝完成，子組件24Α和24Β將被插入底座36的接收孔63Α和63Β中。
圖3示出了隔離膜片子組件24Α的一個(gè)實(shí)施例的分解圖，該子組件24Α包括隔離裝配件54Α、過(guò)程接頭56Α、隔離膜片58Α。圖4A-4C分別示出了過(guò)程接頭56Α的俯視圖、仰視圖和側(cè)視圖。圖5A-5C分別示出了隔離裝配件54Α的俯視圖、仰視圖和側(cè)視圖。將一并討論圖3-5C。
過(guò)程接頭56Α包括聯(lián)結(jié)器體64,聯(lián)結(jié)器體64包括第一表面66、第二表面68、側(cè)表面70、過(guò)程聯(lián)結(jié)器(coupler) 72和通孔74。聯(lián)結(jié)器體64優(yōu)選地包括在第一表面66和第二表面68處具有圓形端面的圓柱體或盤(pán)形體。側(cè)表面70包括連接第一表面66和第二表面68的環(huán)形壁。然而，在其他實(shí)施例中，聯(lián)結(jié)器體64可以具有其他幾何形狀，例如八角形體。
通孔74包括延伸進(jìn)入第一表面66的小直徑孔。過(guò)程聯(lián)結(jié)器72包括一螺紋孔，該螺紋孔的直徑與帶螺紋的過(guò)程聯(lián)結(jié)器的直徑相匹配?；谶^(guò)程連接的類(lèi)型，例如變送器12所連接的管道16(圖1)的類(lèi)型選擇過(guò)程聯(lián)結(jié)器72。在一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)程聯(lián)結(jié)器72包括0.5英寸(-1.27cm)的國(guó)標(biāo)管道螺紋(nationalpipe thread, NPT)陰管道螺紋(FPT)。在另一實(shí)施例中，聯(lián)結(jié)器72被構(gòu)造成連接至本領(lǐng)域已知的遠(yuǎn)程密封組件。然而，在其他實(shí)施例中，過(guò)程聯(lián)結(jié)器72可以包括從第二表面68延伸而出的接焊樁(weld stub)，管道可被裝配和焊接到該接焊樁上。
隔離裝配件54A包括延伸體(extension body) 76、第一端部78、第二端部80、側(cè)面部82、隔離凸緣84、波狀壓力室面86、細(xì)長(zhǎng)頸部88和通孔90。延伸體76包括在第一端部78和第二端部80處具有圓形端面的圓柱體或盤(pán)形體。側(cè)面部82包括連接第一端部78和第二端部80的環(huán)形壁。然而，在其他實(shí)施例中，延伸體76也可以具有其他幾何形狀，例如八邊形。在任意實(shí)施例中，延伸體76和聯(lián)結(jié)器體64具有相同或類(lèi)似的幾何形狀，從而隔離膜片58A可以被固定在隔離裝配件54A和過(guò)程接頭56A之間。
延伸體76的第二端部80被構(gòu)造成與過(guò)程接頭56A的聯(lián)結(jié)器體64的第一表面66配合。延伸體76包括凸緣84，凸緣84在第二端部80處形成壓力室。凸緣84優(yōu)選地外接于所述波狀壓力室面86和通孔90。凸緣84提供了其上可安裝隔離膜片58A的表面。隔離膜片58A包括被固定在隔離裝配件54A和過(guò)程流體接頭56A之間的薄金屬盤(pán)。如參照?qǐng)D6和7說(shuō)明的那樣，隔離膜片58A優(yōu)選地首先通過(guò)焊縫連接到子組件24A，然后通過(guò)施加壓力被定形為包括波紋。細(xì)長(zhǎng)頸部88從第一端部78同心地延伸。通孔90延伸穿過(guò)細(xì)長(zhǎng)頸部88和延伸體76以與所述波狀壓力室面86相交。細(xì)長(zhǎng)頸部88包括圓柱體，該圓柱體具有螺紋92以與傳感器模塊28的底座36中的螺紋連接配合，如圖6所示。
圖6示出了圖3中的、如被安裝在過(guò)程變送器傳感器模塊28的底座36中的隔離膜片子組件24A和24B的橫截面視圖。傳感器模塊28包括殼體34、底座36、傳感器板38和傳感器40。殼體34形成內(nèi)部94，內(nèi)部94包括在組裝有子組件24A和24B的情況下能夠氣密密封地容納傳感器模塊28的構(gòu)件的空間。傳感器板38被設(shè)置在殼體34的內(nèi)部94中并通過(guò)傳感器電纜96連接到傳感器40。傳感器40包括膜片59，該膜片59能夠在將傳感器40連接到子組件24A和24B的隔離管中的液壓流體的壓力變化的影響下偏轉(zhuǎn)。隔離管98B從傳感器40上的液壓流體入口 107B延伸至子組件24B上的細(xì)長(zhǎng)頸部88。填充管(fill tube) IOOB同樣延伸到細(xì)長(zhǎng)頸部88中并包括一個(gè)端口，液壓填充流體可通過(guò)該端口被引入隔離管98B。類(lèi)似地，子組件24A通過(guò)與填充管100A在隔離裝配件54A的頸部處連接的隔離管連接到傳感器40的入口。子組件24A和24B在與傳感器模塊34組裝在一起之前被預(yù)制。
如圖7所示，通過(guò)在延伸體76、聯(lián)結(jié)器體64和隔離膜片58A的結(jié)合處形成焊縫102的形式制成子組件24A和24B。隔離膜片58A定位在聯(lián)結(jié)器體64的第一表面66和延伸體76的第二表面80附近。延伸體76、聯(lián)結(jié)器體64和隔離膜片58A具有相同的外徑或外周，如本例所示，從而它們以同軸對(duì)準(zhǔn)的方式堆疊起來(lái)。焊縫102沿體64的側(cè)表面70的整個(gè)外圍和延伸體76的側(cè)面部82的整個(gè)外圍設(shè)置。
圖8示出了子組件24A的另一實(shí)施例，其中延伸體76與聯(lián)結(jié)器體64螺紋連接，以增強(qiáng)焊縫102。聯(lián)結(jié)器體76包括外接于第一表面66的環(huán)形的連結(jié)凸緣103。凸緣103包括與延伸體76的側(cè)面部82上的外螺紋相配合的內(nèi)螺紋，以形成螺紋接合部104。隨后焊縫102被設(shè)置成滲入凸緣103的螺紋接合部104以提供額外的破裂強(qiáng)度(burst strength)。
焊縫102滲入側(cè)表面70、側(cè)面部82和膜片58A中以形成具有均勻特性的深焊縫，以在體76和64之間提供強(qiáng)結(jié)合力。然而，焊縫102不穿透凸緣84到達(dá)膜片58A的鄰近波狀壓力室面86的部分，以避免損壞或削弱膜片58A。在一個(gè)實(shí)施例中，體76和64以及膜片58A由不銹鋼構(gòu)成。然而，膜片58A也可由Hasteiloy (其是Haynes International,Inc.的注冊(cè)商標(biāo))、Monel(D或inconel. (它們是 Inco Alloys International, Inc.的注冊(cè)商標(biāo))、鉭或本領(lǐng)域已知的其他材料構(gòu)成。焊縫102可通過(guò)各種焊接技術(shù)形成，例如電子束焊，TIG焊或激光焊。膜片58A最初包括不帶波紋105的平坦的盤(pán)。然而，在制造過(guò)程中，通過(guò)來(lái)自過(guò)程流體的或所施加流體的壓力而壓成所述波紋105。所施加的力迫使膜片58A靠著壓力室面86的波紋106。以這種方式成形膜片58A可無(wú)需將預(yù)起褶的膜片與通孔74和通孔90對(duì)準(zhǔn)?；氐綀D6，通過(guò)旋擰螺紋92使之與底座36的接收孔63A和63B中的螺紋108配合而將組裝后的子組件24A和24B連接到所述底座36。頸部88優(yōu)選地比底座36高，從而頸部88的一部分延伸進(jìn)入殼體34的內(nèi)部94。由此，頸部88延伸靠近傳感器40的入口，例如入口 107B。頸部88的螺紋92不沿著頸部88的延伸進(jìn)入內(nèi)部94的部分延伸。隔離管98B將入口 107B連接到頸部88中的通孔90。填充管100B也延伸進(jìn)入頸部88中的通孔90。在頸部88的頂端，通孔90用銅焊或焊接密封，以將填充管100B和隔離管98B與頸部88連接起來(lái)。液壓填充流體通過(guò)填充管100B被引入通孔90至完全填滿隔離管98B、填充管100B、通孔90以及壓力室面86與隔離膜片58A之間的壓力室的部分。隨后，用帽、焊接、銅焊或其結(jié)合密封填充管100B，以防止填充流體的泄漏。從而，由過(guò)程流體施加到隔離膜片58A和58B的壓力通過(guò)填充流體傳遞到傳感器40。焊縫102 (圖7)防止高靜壓危及底座36與過(guò)程流體源之間的密封連接的完整性。圖9為一個(gè)實(shí)施例的透視圖，其中具有靜壓傳感器110的傳感器模塊28被連接到隔離膜片子組件24A。靜壓傳感器110包括傳感器配線112和隔離管114。傳感器模塊28包括連接到圖6所示殼體34的底座36。當(dāng)與子組件24A和24B結(jié)合時(shí)，底座36通常被焊接到殼體34上以形成氣密密封的內(nèi)部94(圖6)。壓差傳感器40和靜壓傳感器110被安裝到底座36并且共同地與隔離裝配件54A和54B內(nèi)的液壓流體進(jìn)行流體連通。壓差傳感器40通過(guò)隔離管98A連接到隔離裝配件54A的頸部88。類(lèi)似地，傳感器40被連接到隔離裝配件54B的頸部88 (圖6)，從而檢測(cè)壓差。然而靜壓傳感器110僅被連接到單個(gè)隔離裝配件，從而檢測(cè)靜壓。在所示的實(shí)施例中，靜壓傳感器110經(jīng)由傳感器管114連接到隔離裝配件54A的頸部88。靜壓傳感器110包括本領(lǐng)域中已知的任意適當(dāng)?shù)膫鞲衅?。例如，傳感?10可以包括應(yīng)變計(jì)傳感器或電容傳感器。子組件24A的頸部88提供了通向液壓填充流體系統(tǒng)的入口點(diǎn)，該液壓填充流體系統(tǒng)將隔離膜片58A與傳感器40和傳感器110流體地連接。隔離管114和隔離管98A都可通過(guò)頸部88通向所述液壓系統(tǒng)。從而，不需要在底座36內(nèi)設(shè)置使傳感器112與過(guò)程流體壓力連接的額外的孔。從而，由于只有更少的入口點(diǎn)穿過(guò)底座36，因此能夠更輕易地實(shí)現(xiàn)對(duì)于內(nèi)部94的密封。傳感器40和110被設(shè)置在底座36上,從而隔離管114和98A能夠方便地通向頸部88。類(lèi)似地，當(dāng)在底座36上這樣定位時(shí)，傳感器40的配線96和傳感器110的配線112能夠更方便地連接到殼體34內(nèi)的傳感器板38(圖2)。本發(fā)明的子組件24A和24B提供了一種能夠承受例如脈沖管26內(nèi)的高靜壓管道壓力的模塊化連接器。過(guò)程接頭56A和56B被焊接到隔離裝配件54A和54B以分別同步地固定隔離膜片58A和58B?？稍趯⒆咏M件24A和24B與底座36組裝起來(lái)之前檢查由焊縫102形成的密封。例如，可對(duì)子組件24A和24B進(jìn)行氦泄漏試驗(yàn)以檢查焊縫102。試驗(yàn)顯示，
0.120英寸( 3.0mm)深的焊縫可以承受高達(dá)約80，OOOpsi ( 551.6MPa)的破裂壓力。
0.080英寸( 2.0mm)深的焊縫可以在15，OOOpsi (-103.4MPa)條件下承受50，000次循環(huán)。子組件24A和24B還在隔離膜片58A和58B與凸緣38組裝起來(lái)之后提供保護(hù)，以避免隔離膜片58A和58B損壞。在傳感器40被損壞、流失填充流體的情況中，膜片58A將被過(guò)程流體的壓力壓靠在波狀壓力室表面86上。通孔90的小直徑能夠防止膜片58A經(jīng)受進(jìn)一步的破壞，例如撕裂，從而能夠防止較大的泄漏。此外，通過(guò)使用防火路徑，例如通過(guò)螺紋連接或銅焊連接將子組件24A和24B與底座36組裝在一起，也有助于氣密地密封內(nèi)部94并改善變送器12的安全性。盡管本發(fā)明是參照示例性實(shí)施例加以描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不背離本發(fā)明的范圍的前提下可以做出各種改變并且其原件可以進(jìn)行等同替換。此外，在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍的前提下可以作出多種修改，以使特殊的情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明不僅限于所所公開(kāi)的特定的實(shí)施方式，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量過(guò)程變量的過(guò)程變送器，該過(guò)程變送器包括: 傳感器模塊，該傳感器模塊包括用于測(cè)量工業(yè)過(guò)程的過(guò)程變量和用于產(chǎn)生傳感器信號(hào)的傳感器，其中該傳感器包括位于該傳感器模塊內(nèi)的液壓流體入口 ；和連接到所述傳感器模塊的第一靜壓接頭，該第一靜壓接頭包括: 插入所述傳感器模塊中并連接到所述液壓流體入口的第一隔離裝配件； 連接到所述第一隔離裝配件的第一過(guò)程流體接頭；和 在所述傳感器模塊外側(cè)定位在所述第一隔離裝配件和所述第一過(guò)程流體接頭之間的第一隔離膜片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)程變送器，其中所述第一隔離裝配件、所述第一過(guò)程流體接頭和所述第一隔離膜片在單個(gè)焊縫處被結(jié)合在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)程變送器，其中所述傳感器模塊包括: 殼體，該殼體具有容納所述傳感器的內(nèi)部； 設(shè)置在所述傳感器內(nèi)的 柔性傳感器元件，該柔性傳感器元件的位置與所述傳感器信號(hào)的量級(jí)對(duì)應(yīng)； 模塊底座，該模塊底座連接到所述殼體并且具有延伸穿過(guò)該模塊底座以連接到所述殼體的所述內(nèi)部的第一接收孔； 隔離管，該隔離管將所述液壓流體入口連接到所述第一隔離裝配件；和填充流體，該填充流體被配置在所述隔離管和所述第一隔離裝配件內(nèi)以基于所述第一隔離膜片的位置影響所述柔性傳感器元件的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過(guò)程變送器，還包括安裝到所述傳感器模塊的變送器電子模塊，該變送器電子模塊具有連接到所述傳感器的變送器電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過(guò)程變送器，其中所述第一隔離裝配件包括: 延伸體，該延伸體包括: 鄰近所述傳感器模塊底座定位的第一端部； 具有波狀壓力室面的第二端部； 圍繞所述波狀壓力室面的凸緣；和 將第一側(cè)連接到第二側(cè)的側(cè)面部； 細(xì)長(zhǎng)頸部，該細(xì)長(zhǎng)頸部從所述第一端部延伸穿過(guò)所述第一接收孔；和 通孔，該通孔延伸穿過(guò)所述細(xì)長(zhǎng)頸部和所述延伸體以與所述波狀壓力室面相交。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過(guò)程變送器，其中所述第一過(guò)程流體接頭包括: 聯(lián)結(jié)器體，該聯(lián)結(jié)器體包括: 與所述凸緣配合的第一表面； 具有過(guò)程入口的第二表面； 從所述過(guò)程入口延伸至所述第一表面以面對(duì)所述波狀壓力室面的通孔；和 將所述第一表面連接到所述第二表面的側(cè)面部； 其中，所述第一隔離膜片被設(shè)置在所述聯(lián)結(jié)器體的第一表面與所述第一隔離裝配件的所述凸緣之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過(guò)程變送器，其中所述細(xì)長(zhǎng)頸部和所述第一接收孔沿熄火路徑接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過(guò)程變送器，其中所述細(xì)長(zhǎng)頸部包括與所述接收孔上的螺紋相接合的螺紋。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過(guò)程變送器，其中所述細(xì)長(zhǎng)頸部被壓入配合到所述接收孔中并被銅焊。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的過(guò)程變送器，其中所述第一過(guò)程流體接頭與所述第一隔離裝配件螺紋接合。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過(guò)程變送器，還包括: 設(shè)置在所述殼體的內(nèi)部中的靜壓傳感器，該靜壓傳感器具有從所述靜壓傳感器延伸至所述隔離裝配件的隔離管。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過(guò)程變送器，還包括: 第二靜壓接頭，該第二靜壓接頭具有第二隔離裝配件、第二過(guò)程流體接頭、以及連接在所述第二隔離裝配件和第二過(guò)程流體接頭之間的第二隔離膜片； 其中: 所述傳感器包括壓差傳感器，該壓差傳感器具有設(shè)置在所述內(nèi)部中的第二液壓流體入Π ； 所述模塊底座包括與所述第一接收孔平行的第二接收孔；以及所述第二隔離裝配件延伸穿過(guò)所述第二接收孔并與所述第二液壓流體入口連接，從而所述第一隔離膜片和第二隔離膜片被設(shè)置成表面對(duì)齊結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過(guò)程變送器，其中所述模塊底座和所述第一過(guò)程流體接頭與所述外殼氣密地密封。
14.一種用在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中的壓力變送器，該壓力變送器包括: 傳感器模塊，包括: 用于檢測(cè)過(guò)程流體的壓差的壓差傳感器； 殼體，所述壓差傳感器定位在該殼體中； 共面底座，該共面底座具有第一和第二接收孔；和 從所述壓差傳感器分別朝向所述第一和第二通孔延伸的第一和第二隔離管； 過(guò)程流體連接部，包括: 分別通過(guò)所述第一和第二接收孔插入到所述傳感器模塊中的第一和第二隔離裝配件； 分別結(jié)合到所述第一和第二隔離裝配件的第一和第二過(guò)程流體接頭；和第一和第二隔離膜片，所述第一和第二隔離膜片被分別設(shè)置在所述第一和第二隔離裝配件與所述第一和第二過(guò)程流體接頭之間；和 連接到所述傳感器模的變送器模塊，該變送器模塊包含用于處理所述壓力傳感器的輸出信號(hào)的變送器電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓力變送器，還包括: 將所述第一隔離裝配件、第一過(guò)程流體接頭和第一隔離膜片結(jié)合在一起的第一焊縫； 將所述第二隔離裝配件、第二過(guò)程流體接頭和第二隔離膜片結(jié)合在一起的第二焊縫。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的壓力變送器，其中所述第一和第二隔離裝配件中的每一個(gè)包括:延伸體，包括: 鄰近所述共面底座定位的第一側(cè)； 具有波狀壓力室面的第二側(cè)； 圍繞所述波狀壓力室面的凸緣；和 連接所述第一側(cè)和第二側(cè)的側(cè)面部； 細(xì)長(zhǎng)頸部，該細(xì)長(zhǎng)頸部從所述第一側(cè)延伸穿過(guò)所述第一和第二接收孔之一；和 通孔，該通孔延伸穿過(guò)所述細(xì)長(zhǎng)頸部和所述延伸體以與所述波狀壓力室面接合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的壓力變送器，其中所述第一和第二過(guò)程流體接頭中的每一個(gè)包括: 聯(lián)結(jié)器體，包括: 與隔離裝配件的凸緣相配合的第一表面； 具有過(guò)程入口的第二表面； 從所述過(guò)程入口延伸至所述第一表面以面對(duì)所述波狀壓力室面的通孔；和 將所述第一表面連接到所述第二表面的側(cè)面部； 其中，隔離膜片被設(shè)置在所述第一表面和所述凸緣之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的壓力變送器，其中所述第一和第二隔離裝配件的細(xì)長(zhǎng)頸部分別包括與所述第一和第二接收孔上的螺紋相接合的螺紋。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓力變送器，還包括: 設(shè)置在所述外殼內(nèi)的靜壓傳感器，所述靜壓傳感器具有從該靜壓傳感器延伸至所述第一隔離裝配件的隔離管。
20.一種用于將過(guò)程變送器連接到過(guò)程流體的接頭，該接頭包括: 隔離裝配體，包括: 波狀壓力室面； 圍繞著所述波狀壓力室面的隔離凸緣； 從所述隔離裝配體延伸的細(xì)長(zhǎng)頸部；和 延伸穿過(guò)所述細(xì)長(zhǎng)頸部和所述隔離裝配體以與所述波狀壓力室面相交的通孔； 過(guò)程流體接頭體,包括: 與所述隔離裝配體的隔離凸緣結(jié)合的第一表面； 具有過(guò)程入口的第二表面 ； 從所述過(guò)程入口延伸至所述第一表面以面對(duì)所述波狀壓力室面的通孔；和隔離膜片，該隔離膜片設(shè)置在所述過(guò)程流體接頭體的第一表面和所述隔離裝配體的隔離凸緣之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的接頭，還包括: 外接于所述隔離裝配體、過(guò)程流體接頭體和隔離膜片的焊縫。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的接頭，還包括沿所述細(xì)長(zhǎng)頸部設(shè)置的螺紋。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的接頭，還包括: 從所述隔離裝配體延伸以外接于所述過(guò)程流體接頭體的第一表面的接頭凸緣；和 位于所述過(guò)程流體接頭體和所述隔離裝配體的接頭凸緣之間的螺紋接合部。
全文摘要
一種用于測(cè)量過(guò)程變量的過(guò)程變送器，包括傳感器模塊和靜壓接頭。所述傳感器模塊包括用于測(cè)量工業(yè)過(guò)程的過(guò)程變量以及用于生成傳感器信號(hào)的傳感器。所述傳感器包括位于所述模塊內(nèi)的液壓流體入口。所述靜壓接頭被連接到所述傳感器模塊并包括隔離裝配件、過(guò)程流體接頭和隔離膜片。所述隔離裝配件被插入所述傳感器模塊并被連接到所述液壓流體入口。所述過(guò)程流體接頭被連接到所述隔離裝配件。所述隔離膜片定位在所述傳感器模塊外側(cè)的所述隔離裝配件和所述過(guò)程流體接頭之間。
文檔編號(hào)G01L19/14GK103189723SQ201180053413
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月5日
發(fā)明者大衛(wèi)·安德魯·布羅登, 大衛(wèi)·安東尼·霍基 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司