專利名稱：用于壓力變送器的膨脹室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力變送器。更具體地，本發(fā)明涉及釆用隔離隔膜和 填充流體以傳送工藝壓力至壓力傳感器的壓力變送器。
背景技術(shù)：
工藝變送器通常包括響應(yīng)工藝變量的轉(zhuǎn)換器或傳感器。工藝變量通常 涉及能量變換或物質(zhì)的物理或者化學(xué)狀態(tài)。工藝變量的例子包括壓力、溫
度、流量、傳導(dǎo)率、PH值和其他特性。壓力被認(rèn)為是基本工藝變量，在于 它可以用于測(cè)量流量、電平以及甚至溫度。
壓力變換器普遍被用于工業(yè)工藝以測(cè)量和監(jiān)控諸如泥漿、液體、蒸汽 以及化學(xué)氣體、紙漿、石油、天然氣、藥物、食物和其他流體類型的加工 裝置的各種工業(yè)過(guò)程流體的壓力。壓力變送器常常受苛刻的或變化的環(huán)境 條件的某些工業(yè)應(yīng)用的支配。例如，壓力變送器能經(jīng)歷極端的溫度變化。
可以傳感壓力的變送器典型地包括被耦合到至少一個(gè)隔離隔膜的壓 力傳感器。隔離隔膜定位在變送器的開(kāi)口中，并將壓力傳感器與被傳感的 苛刻的過(guò)程流體隔離。通過(guò)在從隔離隔膜延伸至壓力傳感器的通路中運(yùn)載 的基本上不可壓縮的填充流體，壓力從過(guò)程流體傳遞至壓力傳感器。
一些壓力變送器是遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)的元件。在遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)中，因?yàn)楸?傳感的工業(yè)過(guò)程流體的腐蝕特性或溫度，隔離隔膜離開(kāi)壓力變送器遠(yuǎn)程地 定位。通過(guò)填充毛細(xì)管和裝有遠(yuǎn)程定位隔離隔膜的遠(yuǎn)程密封主體的空腔的 填充流體，遠(yuǎn)程定位的隔離隔膜被流體地耦合至壓力傳感器。填充流體通 過(guò)毛細(xì)管將過(guò)程流體的被施加的壓力傳送至壓力變送器中的壓力傳感器。
當(dāng)被暴露至高溫時(shí)，用于上面所述的任一壓力傳感系統(tǒng)的填充流體膨 脹。與不膨脹的填充流體相比較，膨脹的填充流體占據(jù)壓力變換器的空腔 和/或遠(yuǎn)程密封外殼的毛細(xì)管以及空腔中的更大體積。大體積的填充流體 影響壓力傳感器精確地傳感過(guò)程流體壓力的能力，并且影響隔離隔膜適當(dāng)?shù)貙⑦^(guò)程流體與填充流體隔離的能力。填充流體的多次膨脹常常會(huì)最終退 化采用壓力變送器的系統(tǒng)。 一種解決這一問(wèn)題的技術(shù)在美國(guó)專利
No. 5, 731， 522 (明尼蘇達(dá)州的查哈森市的羅斯蒙德公司的名稱為"(用于 壓力傳感器的具有隔離裝配的變送器)TRANSMITTER WITH ISOLATION ASSEMBLY FOR PRESSURE SENSOR")中顯示，其通常與本申請(qǐng)一起受讓。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)的實(shí)施例涉及一種壓力監(jiān)控系統(tǒng)，壓力監(jiān)控系統(tǒng)包括壓力傳感器 和具有第一熱膨脹系數(shù)的主體，并包括用于接入過(guò)程流體的至少一個(gè)開(kāi) 口。至少一個(gè)隔離隔膜耦合至主體，并被定位在至少一個(gè)開(kāi)口中。至少一 個(gè)隔離隔膜具有與過(guò)程流體相連通的第一表面。至少一個(gè)通路被定位在主 體中，并被設(shè)置成容納與第一隔離隔膜的第二表面相連通的過(guò)程流體。至 少一個(gè)通路被定位在第一隔離隔膜和壓力傳感器之間。至少一個(gè)膨脹室耦 合至第一通路，并包括具有第二熱膨脹系數(shù)的插入物。主體的第一熱膨脹 系數(shù)大于插入物的第二熱膨脹系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，壓力監(jiān)控系統(tǒng)是用 于耦合至過(guò)程流體的壓力變送器。在另一個(gè)實(shí)施例中，壓力監(jiān)控系統(tǒng)包括 遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)。


圖l是被耦合至法蘭的示例性壓力變送器的示意圖2是具有低膨脹插入物的壓力變送器的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖3是在圖2中描述的實(shí)施例的放大的部分橫截面圖4是具有低膨脹插入物的壓力變送器的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖5是具有低膨脹插入物的壓力變送器的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖6是遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)的示意圖7是具有低膨脹插入物的遠(yuǎn)程密封的一個(gè)實(shí)施例的放大的橫截面
圖8是具有低膨脹插入物的遠(yuǎn)程密封的一個(gè)實(shí)施例的放大的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖i描述了示例性的壓力變送器ioo，其公開(kāi)的實(shí)施例是有用的，并且
壓力可被監(jiān)控和測(cè)量。壓力變送器100通常包括被耦合至傳感器主體106的變送器主體104，其中傳感器主體106被進(jìn)一步耦合至隔離器裝置108，該隔離器裝置108最終被耦合至法蘭或歧管102。可替代地，可將變送器主體104和傳感器主體106形成為一體設(shè)備。在圖1中，法蘭102是CoPlanarTM類型產(chǎn)品。相對(duì)于與過(guò)程流體同軸的法蘭，CoPlana,類型產(chǎn)品包括接進(jìn)過(guò)程流體以便出入的法蘭102。這種法蘭可從明尼蘇達(dá)州的查哈森市的羅斯蒙德公司在商業(yè)指定模型305和306歧管下獲得。然而，公開(kāi)的實(shí)施例可
以利用使用其他類型的耦合來(lái)接收過(guò)程流體的其他類型的法蘭或歧管。法蘭102包括一對(duì)過(guò)程流體進(jìn)口110和112以及一對(duì)出口裝置114和116。過(guò)程流體進(jìn)口110和112允許壓力變送器100測(cè)量過(guò)程流體的壓差(或表壓力)。盡管圖1描述了兩個(gè)流體進(jìn)口110和112，公開(kāi)的實(shí)施例可以利用任何數(shù)量的進(jìn)口。例如，公開(kāi)的實(shí)施例可以包括單獨(dú)的進(jìn)口，以使壓力變送器測(cè)量表壓力和絕對(duì)壓力。
在一個(gè)實(shí)施例中，圖2描述耦合至法蘭或歧管202的壓力變送器200的橫截面圖。壓力變送器200包括變送器主體204和傳感器主體206。典型地，變送器主體204和傳感器主體206由相同的材料制成。典型地，這種材料是諸如等級(jí)316L的低碳不銹鋼。變送器主體204和傳感器主體206的材料包括與其它類型的鋼和金屬相比相對(duì)高的熱膨脹系數(shù)。傳感器主體206設(shè)置成容納壓力傳感器214和隔離器裝置208。變送器主體204設(shè)置成容納變送器電路218。傳感器214通過(guò)通信總線220而耦合至變送器電路218。變送器電路218經(jīng)由諸如在圖2中描述的變送器輸出的通信鏈路而發(fā)送與過(guò)程流體的壓力有關(guān)的信息。例如，變送器電路218可以經(jīng)由諸如4-20mA電流回路或工藝控制工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HART⑧或現(xiàn)場(chǎng)總線回路的兩個(gè)有線通信電路來(lái)發(fā)送與過(guò)程流體的壓力有關(guān)的信息。壓力變送器200可以通過(guò)控制器供電?？商娲?，變送器可以利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
在一個(gè)實(shí)施例中，壓力傳感器214測(cè)量法蘭202的第一進(jìn)口210中的壓力P1和法蘭202的第二進(jìn)口212中的壓力P2之間的壓差。壓力P1通過(guò)第一通路222耦合至壓力傳感器214。壓力P2通過(guò)第二通路224耦合至壓力傳感器214。第一通路222從壓力變送器200中的第一開(kāi)口226延伸至壓力傳感器214，并且穿過(guò)第一傳感器裝配管227。第二通路224從壓力變送器200中的第二開(kāi)口228延伸至壓力傳感器214，并且穿過(guò)第二傳感器裝配管229。通路222和224被填充相對(duì)不可壓縮的填充流體，諸如油、硅酮、甘油和水，
丙二醇和水或任何其他合適的流體。
隔離器裝置208包括定位在第一開(kāi)口226中并耦合至傳感器主體206的第一隔離隔膜230。隔離器裝置208也包括定位在第二開(kāi)口228中并耦合至傳感器主體206的第二隔離隔膜232。第一隔離隔膜230與第一通路222中的填充流體相連通而且同時(shí)與進(jìn)口210中的過(guò)程流體相連通。第二隔離隔膜232與第二通路224中的填充流體相連通而且同時(shí)與進(jìn)口212中的過(guò)程流體相連通。隔離隔膜230和232將在進(jìn)口210和212處的過(guò)程流體的特性和特征傳遞至通路222和224中的填充流體。壓力傳感器214感知容納在通路222和224中的過(guò)程流體的特性和特征。當(dāng)將壓力變送器200暴露至具有諸如極端溫度波動(dòng)的變動(dòng)的環(huán)境條件的過(guò)程流體和/或周圍溫度時(shí)，填充流體隨著溫度增加而膨脹。為了避免對(duì)壓力變送器200的諸如隔離隔膜230和232的元件的損壞，以及為了維持壓力變送器200的性能，在一個(gè)實(shí)施例中，將第一通路222耦合至第一膨脹室242，并且將第二通路224耦合至第二膨脹室244。
在傳感器主體206中形成第一膨脹室242和第二膨脹室244。在一個(gè)實(shí)施例中，膨脹室242和244與傳感器主體206—體形成。在另一個(gè)實(shí)施例中，膨脹室242和244是被插入傳感器主體206的單獨(dú)的殼體。膨脹室242和244沿著通路222和224分別地置于開(kāi)口226和228與壓力傳感器214之間。第一膨脹室242包括第一插入物246，并且第二膨脹室244包括第二插入物248。每一個(gè)插入物246和248通過(guò)焊接而耦合至相應(yīng)的膨脹室242和244。例如，每一個(gè)插入物246和248通過(guò)一對(duì)焊接環(huán)250和252而耦合至每一個(gè)膨脹室242和244。
圖3描述了沿著壓力變送器200的第一通路222插入的第一膨脹室242和定位在第一開(kāi)口226中的第一隔離隔膜230的放大橫截面圖。需要指出，討論的關(guān)于圖3的全部細(xì)節(jié)也適用于沿著壓力變送器200的第二通路224插入的第二膨脹室244。第一通路222的元件和被耦合至第一通路222的元件基本上是第二通路224的元件和耦合至第二通路224的元件的鏡像。
第一隔離隔膜230包括第一表面234和第二表面236。第一隔離隔膜230在第一表面234上與第一通路222中的填充流體254相連通，并且在第二表面236上與過(guò)程流體相連通。第一膨脹室242通過(guò)第一表面260、耦合至第一表面260的第二表面256以及第一開(kāi)口226來(lái)限定膨脹室。如先前討論的，膨脹室242包括第一插入物246。第一插入物246通過(guò)一對(duì)焊接環(huán)250耦合至膨脹室242的第二表面256，以使第一插入物246懸掛在膨脹室242中。第一插入物246的熱膨脹系數(shù)小于傳感器主體206的熱膨脹系數(shù)。用于第一插入物246 (以及第二插入物248)的示例材料包括低熱膨脹非脫氣材料，諸如陶瓷、玻璃、硼硅玻璃或包括Kovar (鎳和鈷合金)和Invar (因其具有受控?zé)崤蛎浵禂?shù)而知名的鐵和鎳合金)的金屬。這些材料很好地適用于CoPlanarTM類型產(chǎn)品，其中不需要電絕緣材料。然而，陶瓷材料可以用于其它類型的產(chǎn)品，其中需要電絕緣材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一插入物246包括中央通路258，并通過(guò)間隙264與第一表面260分離。中央通路258從第一開(kāi)口226至第二表面256延伸通過(guò)第一插入物246。當(dāng)壓力變送器200暴露于具有極端溫度、或極端周圍溫度的過(guò)程流體時(shí)，根據(jù)它們的各個(gè)材料熱膨脹系數(shù)，傳感器主體206的體積膨脹將超過(guò)插入物246的體積膨脹。體積膨脹的這種差別意味著間隙264將在體積上增大，從而使膨脹填充流體254被允許填充間隙264和填充中央通路258，而不是在隔離隔膜230之下膨脹并引起壓力變送器200的性能變化。通常，第一插入物246需要具有比第一通路222中的填充流體254的體積大20至30倍的體積。這減小了溫度變化對(duì)于壓力傳感器系統(tǒng)的影響，從而提供更精確的測(cè)量。
在另一個(gè)實(shí)施例中，圖4描述耦合至法蘭或歧管302的壓力變送器300的橫截面圖。類似于圖2和3的壓力變送器200，壓力變送器300包括變送器主體304和傳感器主體306，它們典型地由諸如等級(jí)316L的低碳不銹鋼制成，具有與其它類型的鋼和金屬相比相對(duì)高的熱膨脹系數(shù)。傳感器主體306被設(shè)置成容納壓力傳感器314和隔離器裝置308。變送器主體304設(shè)置成容納變送器電路318。傳感器314通過(guò)通信總線320耦合至變送器電路318。變送器電路318經(jīng)由諸如在圖3中描述的變送器輸出的通信鏈路發(fā)送與過(guò)程
10流體的壓力有關(guān)的信息。壓力變送器300可以通過(guò)控制器供電?？商娲?，變送器可以利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
在一個(gè)實(shí)施例中，壓力傳感器314測(cè)量在法蘭302的第一進(jìn)口310中的壓力P1和在法蘭302的第二進(jìn)口312中的壓力P2之間的壓差。壓力P1通過(guò)第一通路322耦合至壓力傳感器314。壓力P2通過(guò)第二通路324耦合至壓力傳感器314。第一通路322從壓力變送器300中的第一開(kāi)口326延伸至壓力傳感器314并且穿過(guò)第一傳感器裝配管327。第二通路324從壓力變送器300中的第二開(kāi)口328延伸至壓力傳感器314并且穿過(guò)第二傳感器裝配管329。通路322和324被填充類似于壓力變送器200 (圖2)中的填充流體的填充流體。
隔離器裝置308包括定位在第一開(kāi)口326中并耦合至傳感器主體306的第一隔離隔膜330。隔離器裝置308包括定位在第二開(kāi)口328中并被耦合至傳感器主體306的第二隔離隔膜332。類似于圖2和3的壓力變送器200，第一隔離隔膜330與在第一通路322中的填充流體相連通并且與在進(jìn)口310中的過(guò)程流體相連通。第二隔離隔膜332與在第二通路324中的填充流體相連通并且與在進(jìn)口312中的過(guò)程流體相連通。隔離隔膜330和332將在進(jìn)口310和312處過(guò)程流體的特性和特征傳遞至在通路322和324中的填充流體。壓力傳感器314感知容納在通路322和324中的過(guò)程流體的特性和特征。當(dāng)將壓力變送器300暴露至具有諸如極端溫度增加的變動(dòng)的環(huán)境條件的過(guò)程流體時(shí)，填充流體隨著溫度增加而膨脹。為了避免對(duì)壓力變送器300的諸如隔離隔膜330和332的元件的損壞，以及為了維持壓力變送器300的性能，在一個(gè)實(shí)施例中，第一通路322耦合至第一膨脹室342，并且第二通路324耦合至第二膨脹室344。
在傳感器主體306中形成膨脹室342和344。在一個(gè)實(shí)施例中，膨脹室342和344與傳感器主體306—體地形成。在圖3所述的實(shí)施例中，第一膨脹室342置于傳感器主體306的第一側(cè)343上的開(kāi)口347和第一通路322之間膨脹室。通過(guò)第一和第二相對(duì)表面350和351、第三表面352和開(kāi)口347來(lái)限定第一膨脹室342?？商娲?，膨脹室342可以是圓柱形的，并且由兩個(gè)表面而不是三個(gè)表面來(lái)限定。第二膨脹室344置于傳感器主體306的第二側(cè)345上的開(kāi)口349和第二通路324之間。通過(guò)第一和第二相對(duì)表面353和354、第三表面355和開(kāi)口349來(lái)限定第二膨脹室344。可替代地，膨脹室344可以是圓柱形的，并且通過(guò)兩個(gè)表面而不是三個(gè)表面來(lái)限定。
第一膨脹室342在第三表面352處流體地耦合至第一通路322。第二膨脹室344在第三表面355處流體地耦合至第二通路324。第一膨脹室342包括第一插入物346，并且第二膨脹室344包括第二插入物348。第一插入物346耦合至傳感器主體306并且懸掛在第一膨脹室342中。第二插入物346耦合至傳感器主體306并且懸掛在第二膨脹室344中。兩個(gè)插入物346和348通過(guò)焊接耦合至傳感器主體306。
在一個(gè)實(shí)施例中，并且如圖4中所示，每一個(gè)插入物346和348通過(guò)各自的焊接環(huán)356和357焊接至傳感器主體306。每一個(gè)焊接環(huán)356和357跨越第一側(cè)343上的開(kāi)口347和第二側(cè)345上的開(kāi)口349延伸。因此，插入物346和348從傳感器主體306的側(cè)343和345上的開(kāi)口 347和349懸掛在插入物346和348的相應(yīng)的膨脹室342和344中。在另一個(gè)實(shí)施例中，并且如圖5中所示，膨脹室342和344的每一個(gè)插入物346和348經(jīng)由各自的蓋360和361焊接至傳感器主體306。蓋360和361由與傳感器主體306的材料相同的諸如不銹鋼316L的材料制成，并且在每一個(gè)插入物346和348與每一個(gè)開(kāi)口347和349之間插進(jìn)每一個(gè)膨脹室342和344中。每一個(gè)蓋360和361然后利用一對(duì)焊接環(huán)362和363分別地焊接至傳感器主體306的每一側(cè)343和345。
在圖4和5中所示的每一個(gè)插入物346和348的熱膨脹系數(shù)小于傳感器主體306的熱膨脹系數(shù)。類似于圖2和3的插入物246和248，用于插入物346和348的示例材料包括低熱膨脹非脫氣材料，諸如陶瓷，玻璃，硼硅玻璃或包括Kovar和Invar的金屬。插入物346通過(guò)一對(duì)間隙364和365與第一和第二相對(duì)表面350和351分離，并且通過(guò)間隙366與第三表面352分離。插入物348通過(guò)一對(duì)間隙368和369與第一和第二相對(duì)側(cè)353和354分離，并且通過(guò)間隙370與第三表面355分離。
參照?qǐng)D4和5，當(dāng)壓力變送器300暴露在過(guò)程流體的極端溫度或者極端周圍溫度中時(shí)，根據(jù)它們的各個(gè)材料熱膨脹系數(shù)，傳感器主體306以及相應(yīng)地膨脹室342和344的體積膨脹將大于插入物346和348的體積膨脹。這種體積膨脹的差別意味著第一插入物346和第一膨脹室342之間的間隙364、365和366將變大。膨脹的填充流體將從第一通路322填充間隙364、 365和366，而不是在隔離隔膜330之下膨脹并引起壓力變送器300性能的改變。此外，體積膨脹的這種差別意味著第二插入物348和第二膨脹室344之間的 間隙368、 369和370將變大。膨脹的填充流體被允許來(lái)從第二通路324填充 間隙368、 369和370，而不是在隔離隔膜332之下膨脹并引起壓力變送器300 性能的改變。通常，對(duì)于膨脹進(jìn)入間隙364、 365和366以及間隙368、 369 和370的填充流體，插入物346和348需要具有比在工藝變送器200中的填充 流體254的體積大20到30倍的體積。
圖6描述了本公開(kāi)的又一個(gè)實(shí)施例的遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)600。遠(yuǎn)程密封系統(tǒng) 600能夠監(jiān)控和測(cè)量壓力。在圖6中，裝有法蘭的齊邊隔膜配置遠(yuǎn)程密封602 可以用于壓力變送器604。遠(yuǎn)程密封602包括遠(yuǎn)程密封主體606，遠(yuǎn)程密封 主體606被保護(hù)不受與過(guò)程流體608相接觸的損害。替代如在圖2-5中的實(shí) 施例中的傳感壓力，遠(yuǎn)程密封602在實(shí)例中可以用于保護(hù)壓力變送器604 中的電子設(shè)備和傳感器不受極熱、極冷或腐蝕性工藝介質(zhì)608的損壞。遠(yuǎn) 程密封602也可以用于允許壓力變送器604從測(cè)量點(diǎn)被遠(yuǎn)程地裝配，同時(shí)保 持包含在工藝連接件處的工藝。此外，遠(yuǎn)程密封602可以用于傳感粘性工 藝中的壓力，要不然會(huì)阻塞設(shè)備或妨礙工藝。
遠(yuǎn)程密封602包括開(kāi)口610，隔離隔膜612設(shè)置在開(kāi)口610中。隔離隔膜 612接觸工藝介質(zhì)608，并因此通常由能夠阻抗來(lái)自過(guò)程流體608的侵蝕的 材料來(lái)制作。遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)600包括毛細(xì)管614，毛細(xì)管614將遠(yuǎn)程密封隔 離隔膜612耦合至壓力變送器604。毛細(xì)管614包括遠(yuǎn)程密封填充流體，諸 如油、硅酮、甘油和水、丙二醇和水或任何其他合適的流體。毛細(xì)管614 將遠(yuǎn)程密封隔離隔膜612耦合至壓力變送器604。
壓力變送器604包括容納壓力傳感器618的傳感器主體616。壓力變送 器604可以包括壓力變送器604自身的隔離隔膜，類似于在圖2-5中所述的 壓力變送器，并且可以依賴于位于壓力變送器604自身的隔離隔膜和壓力 傳感器616之間的壓力變送器604自身的填充流體。然而，壓力變送器604 也可以不包括壓力變送器604自身的隔離隔膜，而是依賴于包括在毛細(xì)管 614中的填充流體以接觸壓力傳感器616。當(dāng)從工藝介質(zhì)608施加工藝壓力 時(shí)，遠(yuǎn)程密封隔離隔膜612通過(guò)毛細(xì)管614移動(dòng)在遠(yuǎn)程密封隔離隔膜612和 壓力變送器604之間運(yùn)行的填充流體。移動(dòng)的流體因此將由工藝介質(zhì)608 施加的壓力傳送至壓力傳感器618。當(dāng)遠(yuǎn)程密封602暴露至具有諸如極端溫度增加的變動(dòng)的環(huán)境條件的過(guò)
程流體時(shí)，通過(guò)毛細(xì)管614在遠(yuǎn)程密封隔離隔膜612和壓力變送器604之間 運(yùn)行的填充流體會(huì)膨脹。在一個(gè)實(shí)施例中，為了避免對(duì)遠(yuǎn)程密封602的元 件的損害以及維續(xù)遠(yuǎn)程密封602的性能，在遠(yuǎn)程密封主體606中安裝膨脹室。
圖7描述了遠(yuǎn)程密封702的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。遠(yuǎn)程密封702包括 遠(yuǎn)程密封主體706，密封主體706通過(guò)隔離隔膜712被保護(hù)不受與過(guò)程流體 708相接觸的損害。遠(yuǎn)程密封主體706包括開(kāi)口710，在開(kāi)口710中定位隔離 隔膜712。外殼706還包括定位在毛細(xì)管714和隔離隔膜712之間的通路720。 通路720和毛細(xì)管714被填充流體填充。
典型地，遠(yuǎn)程密封主體706由不銹鋼制成，不銹鋼通常具有比其他類 型的鋼和金屬的熱膨脹系數(shù)相對(duì)較高的熱膨脹系數(shù)。隔離隔膜712與毛細(xì) 管714和通路720中的填充流體相連通，并且與開(kāi)口710處的過(guò)程流體708 相連通。隔離隔膜712將過(guò)程流體708的特性和特征傳遞至通路720和毛細(xì) 管714中的填充流體。容納在通路720和毛細(xì)管714中的填充流體被朝向諸 如圖6的壓力變送器604的壓力變送器導(dǎo)引，從而使通過(guò)諸如圖6的壓力傳 感器618的壓力傳感器可以傳感具有過(guò)程流體708的特性和特征的填充流 體的壓力。如先前討論的，通路720和毛細(xì)管714中的填充流體可直接與壓 力變送器的壓力傳感器相接觸，或者可以與壓力變送器中的隔離器裝置相 連通，以使得在壓力變送器中的填充流體朝向壓力傳感器導(dǎo)引。
為了避免對(duì)遠(yuǎn)程密封702的諸如隔離隔膜712的元件的損害，以及為了 維持遠(yuǎn)程密封702的性能，膨脹室722包括在遠(yuǎn)程密封702中。在一個(gè)實(shí)施 例中，膨脹室722與遠(yuǎn)程密封主體706—體形成，并且沿著通路720插入開(kāi) 口710和毛細(xì)管714之間。通過(guò)第一表面724、耦合第一表面724的第二表面 728和開(kāi)口710來(lái)限定膨脹室722。膨脹室722包括插入物730。插入物730 通過(guò)焊接耦合至外殼706的第二表面728。例如，插入物730通過(guò)一對(duì)焊接 環(huán)732耦合至第二表面728，并且懸掛在遠(yuǎn)程密封主體706中。
插入物730的熱膨脹系數(shù)小于遠(yuǎn)程密封主體706的熱膨脹系數(shù)。用于插 入物730的示例材料包括低熱膨脹非脫氣材料，諸如陶瓷、玻璃、硼硅玻 璃或包括Kovar和Invar的金屬。插入物730包括中央通路734，并通過(guò)間隙
14736與膨脹室722的第一表面724分離。中央通路734從開(kāi)口710至第二表面 728延伸穿過(guò)插入物730。當(dāng)遠(yuǎn)程密封702暴露到過(guò)程流體708的極端溫度 時(shí)，根據(jù)它們的各個(gè)材料熱膨脹系數(shù)，遠(yuǎn)程密封主體706以及相應(yīng)的膨脹 室722的體積膨脹將大于插入物734的體積膨脹。這種體積膨脹的差別意味 著間隙736將在體積上增大，從而允許膨脹的填充流體填充間隙736，而不 是在隔離隔膜712之下膨脹。
在另一個(gè)實(shí)施例中，圖8描述了遠(yuǎn)程密封802的橫截面圖。類似于圖7 的遠(yuǎn)程密封702，遠(yuǎn)程密封802包括遠(yuǎn)程密封主體806，其典型地由不銹鋼
制成，并具有與其他類型的鋼和金屬的熱膨脹系數(shù)相比相對(duì)較高的熱膨脹 系數(shù)。遠(yuǎn)程密封主體806包括開(kāi)口810，開(kāi)口810中定位隔離隔膜812。遠(yuǎn)程 密封主體806還包括定位在毛細(xì)管814和隔離隔膜812之間的通路820。通路 820和毛細(xì)管814被填充流體填充。
典型地，遠(yuǎn)程密封主體806由不銹鋼制成，并通常具有與其他類型的 鋼和金屬的熱膨脹系數(shù)相比相對(duì)較高的熱膨脹系數(shù)。在操作中，遠(yuǎn)程密封 802類似于遠(yuǎn)程密封702，在于隔離隔膜812與毛細(xì)管814和通路820中的填 充流體相連通，并且與開(kāi)口810處的過(guò)程流體808相連通。
為了避免對(duì)遠(yuǎn)程密封802的諸如隔離隔膜812的元件的損害，以及為了 維持遠(yuǎn)程密封802的性能，在遠(yuǎn)程密封702中形成膨脹室822。在一個(gè)實(shí)施 例中，膨脹室822與遠(yuǎn)程密封802的遠(yuǎn)程密封主體806—體形成。具體地， 將膨脹室822朝向通路820插入遠(yuǎn)程密封主體806的第一側(cè)842上的側(cè)開(kāi)口 840與通路820之間。通過(guò)第一和第二相對(duì)表面844和846、耦合第一和第二 側(cè)表面844和846的第三表面848以及側(cè)開(kāi)口840來(lái)限定膨脹室822。膨脹室 822在第三表面848處流體地耦合至通路820。膨脹室822包括插入物830。 插入物830通過(guò)焊接耦合至膨脹室822，并懸掛在膨脹室822中。
在一個(gè)實(shí)施例中，盡管沒(méi)有在圖8中描述，插入物830通過(guò)焊接環(huán)焊接 至遠(yuǎn)程密封主體806。焊接環(huán)延伸跨越第一側(cè)842上的側(cè)開(kāi)口840，從而使 插入物830從第一側(cè)842上的開(kāi)口840懸掛在膨脹室822中。在另一個(gè)實(shí)施例 中，并且如圖8中所示，插入物830經(jīng)由罩848焊接至遠(yuǎn)程密封主體806。罩 848包括與遠(yuǎn)程密封主體806相同的材料，并且被插進(jìn)插入物830和第一側(cè) 842上的開(kāi)口840之間的膨脹室822。罩848然后利用一對(duì)焊接環(huán)850焊接至遠(yuǎn)程密封主體806的第一側(cè)842。
插入物830具有小于遠(yuǎn)程密封主體806的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。用 于插入物830的示例材料包括低熱膨脹非脫氣材料，諸如針對(duì)圖7的插入物 730所討論的那些材料。插入物830通過(guò)一對(duì)間隙852和854而與相對(duì)的側(cè)表 面844和846分離，并通過(guò)間隙856而與第三表面848分離。當(dāng)遠(yuǎn)程密封802 暴露于過(guò)程流體808的極端高溫度時(shí)，根據(jù)它們的各個(gè)材料熱膨脹系數(shù)， 外殼806以及相應(yīng)的膨脹室822的體積膨脹將大于插入物830的體積膨脹。 體積膨脹的這種差別意味著插入物830和膨脹室822之間的間隙852、 854 和856將變大。膨脹的填充流體被允許從通路820填充間隙852、 854和856， 而不是在隔離隔膜812之下膨脹。
盡管已經(jīng)以專用于結(jié)構(gòu)特征和/或方法行為的語(yǔ)言描述了主題，但可 以理解，在附加權(quán)利要求中限定的主題不必局限于在上面描述的具體特征 或行為。相反，上面描述的具體特征或行為是作為實(shí)施權(quán)利要求的示例形 式公開(kāi)的。例如，雖然公開(kāi)的實(shí)施例主要參照具有壓力傳感器的工藝變送 器(工業(yè)領(lǐng)域裝置)和遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)描述，但是，包括膨脹插入物的膨脹 室可被應(yīng)用于其他變送器類型。
權(quán)利要求
1、一種測(cè)量過(guò)程流體的壓力的壓力變送器，包括壓力傳感器；壓力變送器主體，所述壓力變送器主體具有第一熱膨脹系數(shù)，并包括第一開(kāi)口；第一隔離隔膜，所述第一隔離隔膜連接至所述壓力變送器主體，并定位在所述第一開(kāi)口中，所述第一隔離隔膜具有與所述過(guò)程流體相連通的第一表面；第一通路，所述第一通路在所述第一開(kāi)口和所述壓力傳感器之間延伸，所述第一通路設(shè)置成容納與所述第一隔離隔膜的第二表面相連通的填充流體；第一膨脹室，所述第一膨脹室形成于所述壓力變送器主體中，并耦合或連接至所述第一通路，所述第一膨脹室包括具有第二熱膨脹系數(shù)的第一插入物；以及其中，所述壓力變送器主體的所述第一熱膨脹系數(shù)大于所述插入物的第二熱膨脹系數(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力變送器，其中，所述第一膨脹室沿著所 述第一通路介于所述第一開(kāi)口和所述壓力傳感器之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力變送器，其中，通過(guò)第一表面、連接于 所述第一表面的第二表面和所述第一開(kāi)口限定所述第一膨脹室。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力變送器，其中，第一插入物通過(guò)連接至 第二表面而懸掛在第一膨脹室中，以在所述第一表面和所述第一插入物之 間形成間隙。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力變送器，其中，所述第一插入物包括從 所述第一開(kāi)口至所述膨脹室的所述第三表面延伸穿過(guò)所述第一插入物的 中央通路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力變送器，其中，所述第一膨脹室介于所 述主體的第一側(cè)的第一側(cè)開(kāi)口和所述第一通路之間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力變送器，其中，通過(guò)第一和第二相對(duì)表面、連接所述第一和第二相對(duì)表面的第三表面和在所述壓力變送器主體的 所述第一側(cè)的第一側(cè)開(kāi)口限定所述第一膨脹室。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力變送器，其中，所述第一插入物懸掛在所述第一膨脹室中，并且所述側(cè)開(kāi)口被密封以形成所述第一膨脹室。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力變送器，其中，第一插入物通過(guò)在第一 側(cè)開(kāi)口處連接到所述壓力變送器主體而懸掛在所述第一膨脹腔中，以在所 述第一和第二相對(duì)表面和所述第一插入物之間以及第三表面和第一插入 物之間形成間隙。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力變送器，其中，所述第一膨脹室在所 述膨脹室的所述第三表面處流體地耦合或連接至所述第一通路。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓力變送器，進(jìn)一步包括第二隔離隔膜，所述第二隔離隔膜定位在所述壓力變送器主體中的第二開(kāi)口中，所述第二隔離隔膜具有與所述過(guò)程流體相連通的第一表面；第二通路，所述第二通路在所述第二開(kāi)口和所述壓力傳感器之間延 伸，所述第二通路被設(shè)置成容納與所述第二隔離隔膜的第二表面相連通的 填充流體；第二膨脹室，所述第二膨脹室形成在所述壓力變送器主體中，并耦合 或連接至所述第二通路，所述第二膨脹室包括具有第三熱膨脹系數(shù)的第二 插入物；以及其中，所述壓力變送器主體的所述第一熱膨脹系數(shù)大于所述第二插入 物的所述第三熱膨脹系數(shù)。
12、 一種壓力監(jiān)控系統(tǒng)，包括 壓力傳感器；主體，所述主體具有第一熱膨脹系數(shù)，并且包括用于接入過(guò)程流體的 至少一個(gè)開(kāi)口；至少一個(gè)隔離隔膜，所述至少一個(gè)隔離隔膜連接至所述主體，并被定 位在所述至少一個(gè)開(kāi)口中，所述至少一個(gè)隔離隔膜具有與所述過(guò)程流體相 連通的第一表面；至少一個(gè)通路，所述至少一個(gè)通路定位在所述主體中，并被設(shè)置成容 納與所述第一隔離隔膜的第二表面相連通的填充流體，所述至少一個(gè)通路定位在所述第一隔離隔膜和所述壓力傳感器之間；至少一個(gè)膨脹室，所述至少一個(gè)膨脹室耦合或連接至所述第一通路，并包括具有第二熱膨脹系數(shù)的插入物；以及其中，所述主體的第一熱膨脹系數(shù)大于所述插入物的所述第二熱膨脹 系數(shù)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓力監(jiān)控系統(tǒng)，其中，所述主體包括壓力 變送器。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓力監(jiān)控系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)通路 在所述至少一個(gè)隔離隔膜和所述壓力變送器中的所述壓力傳感器之間延 伸。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓力監(jiān)控系統(tǒng)，其中，所述主體包括遠(yuǎn)程 密封。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的壓力監(jiān)控系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)通路 在所述至少一個(gè)隔離隔膜和將所述遠(yuǎn)程密封的所述主體耦合或連接至所 述壓力傳感器的毛細(xì)管之間延伸。
17、 一種遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)，包括 . 壓力變送器，所述壓力變送器包括壓力傳感器；遠(yuǎn)程密封主體，所述遠(yuǎn)程密封主體具有第一熱膨脹系數(shù)，并包括用于 接入過(guò)程流體的開(kāi)口；隔離隔膜，所述隔離隔膜連接至所述遠(yuǎn)程密封主體，并定位在所述開(kāi) 口中，所述隔離隔膜具有與過(guò)程流體相連通的第一表面；通路，所述通路定位在所述遠(yuǎn)程密封主體中，并設(shè)置成容納與所述隔 離隔膜的第二表面相連通的填充流體，所述通路定位在所述隔離隔膜和耦 合或連接至所述壓力變送器的毛細(xì)管之間；膨脹室，所述膨脹室耦合或連接至所述通路，所述膨脹室包括具有第 二熱膨脹系數(shù)的插入物；以及其中，所述遠(yuǎn)程密封主體的所述第一熱膨脹系數(shù)大于所述插入物的所 述第二熱膨脹系數(shù)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的遠(yuǎn)程密封系統(tǒng)，其中，所述膨脹室沿著所 述通路介于所述開(kāi)口和所述毛細(xì)管之間。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的壓力變送器，其中，所述膨脹室通過(guò)如下部分限定第一表面；第二表面，所述第二表面連接至所述第一表面，并被設(shè)置用于連接至所述插入物；以及與所述第二表面相對(duì)的開(kāi)口。
20、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的壓力變送器，其中，所述膨脹室定位在所 述遠(yuǎn)程密封主體的第一側(cè)的第一側(cè)開(kāi)口與所述通路之間。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的壓力變送器，其中，所述膨脹室通過(guò)下面 部分限定第一和第 二相對(duì)表面；第三表面，所述第三表面連接所述第一和第二相對(duì)表面，并被設(shè)置用于與所述通路流體連通；以及與所述第三表面相對(duì)的所述主體的所述第一的所述第一側(cè)開(kāi)口。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種壓力監(jiān)控系統(tǒng)(200)，提供壓力傳感器(214)和具有第一熱膨脹系數(shù)并包括用于接入過(guò)程流體的至少一個(gè)開(kāi)口(226)的主體。至少一個(gè)隔離隔膜(230)耦合至主體，并定位在至少一個(gè)開(kāi)口(226)中。至少一個(gè)隔離隔膜(230)具有與過(guò)程流體相連通的第一表面。至少一個(gè)通路(222)定位在主體中，并設(shè)置成容納與第一隔離隔膜的第二表面相連通的填充流體。至少一個(gè)通路(222)定位在第一隔離隔膜(230)和壓力傳感器(214)之間。至少一個(gè)膨脹室(242)耦合至第一通路，并包括具有第二熱膨脹系數(shù)的插入物(246)。主體的第一熱膨脹系數(shù)大于插入物(246)的第二熱膨脹系數(shù)。
文檔編號(hào)G01L9/00GK101663571SQ200880011170
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者克里斯托弗·L·埃里克森, 戴維·A·布羅登, 本內(nèi)特·L·盧瓦熱 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司