專利名稱：將變送器耦合到過程流體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到用在過程控制工業(yè)中的變送器，尤其是，本發(fā)明涉及到連接變送器到過程流體。
用在過程控制工業(yè)中的變送器是測量過程中的過程變量。該過程變量是用于控制該過程和，例如，經(jīng)過一雙線過程控制環(huán)路傳送到一個控制室。各種過程變量包括壓力、壓差、流量、溫度、濁度和生產(chǎn)水平。
在技術(shù)上各種類型的過程變送器是大家都熟知的。例如，美國專利號4,466,290名稱為“用于傳送流體壓力到壓差變換器的裝置”，1984年8月21日由Frick獲得，公開了一種具有在同一平面內(nèi)兩個膜片的壓差變送器。一個法蘭盤用于連接變送器到脈動管道系統(tǒng)。另一種類型變送器用于和Frick專利中所示成90°方向的過程連接之中。如圖4所示的美國專利號4,833,922的變送器，名稱是“模數(shù)變送器”由Frick等所獲得。
現(xiàn)在正需要改進(jìn)法蘭盤和變送器的外形以便用于變送器的傳感器和過程流體相耦合連接。
本發(fā)明的概要本發(fā)明提供一個用于耦合變送器的傳感器到過程流體的法蘭盤和變送器輪廓結(jié)構(gòu)。該變送器包括一個具有一個傳感器耦合的變送器本身。一個傳感器的延伸部分耦合到該傳感器耦合并且具有一個傳感器耦合面和一個相反于耦合面的相對面。第一法蘭連接部件具有一個過程面，該過程面提供過程連接到，例如，脈動管道系統(tǒng)(impalse piping)。第一法蘭連接部件還包括一傳感器面，該傳感器面提供一傳感器連接以適用于耦合到傳感器延伸部件上的傳感器耦合面。法蘭連接部件包括一個通道，通過該通道將過程連接耦合到傳感器連接。在一實(shí)施例中，傳感器面相對于過程面形成近似90°的角度。一個耦合機(jī)械件耦合第一法蘭連接部件的傳感器連接到傳感器延伸部分的傳感器耦合面上。
在一實(shí)施例中，第二法蘭連接部件上具有一個傳感器面。該耦合機(jī)械件耦合第一法蘭連接部件的傳感連接到傳感器延伸部分的傳感器耦合面并且還耦合第二法蘭連接部件上的傳感器面到傳感器延伸部分的相對面上，并由此而使傳感器延伸部分被固定在他們之間。第二法蘭連接部件包括一通道，該通道將第二法蘭連接部件和傳感器面的傳感器連接之間耦合起來，以致使過程流體得以貫通到傳感器延伸部分的相對面上。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的一變送器和法蘭盤的投影視圖。
圖2是圖1的實(shí)施例中采用的一個傳感器延伸部分的投影視圖。
圖3是根據(jù)另一個實(shí)施例的變送器和法蘭盤的投影視圖。
圖4是根據(jù)圖3所用實(shí)施例的一個傳感器延伸部分投影視圖。
圖5是顯示圖3中變送器90°角對應(yīng)于過程連接部件的實(shí)施例的投影視圖。
圖6是圖3的實(shí)施例的剖面投影圖。
圖7是顯示過程連接的法蘭連接部件的底平面視圖。
圖8是法蘭連接部件的橫截面視圖。
圖9是顯示一個變送器的電子電路簡化的方框圖。
圖10是根據(jù)另一個實(shí)施例的一個變送器和法蘭連接部件的加高側(cè)視平面圖。
圖11是一個圖10中的變送器和法蘭連接部件的底面視圖。
圖12是根據(jù)另一個實(shí)施例的一個變送器和法蘭連接部件的加高前視平面圖。
圖13是圖12的變送器和法蘭連接部件的加高側(cè)視平面圖。
圖14是根據(jù)另一個實(shí)施例一個復(fù)式連接塊和傳感延伸部分的剖視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述圖1是一個與本發(fā)明有關(guān)的實(shí)施例中變送器10的投影視圖。變送器10為耦合變送器10到過程流體提供一個改進(jìn)的過程連接。變送器10包括變送器本身12，傳感器延伸部件14和法蘭盤連接部件16A和16B。變送器本身包括平臺基準(zhǔn)面18，有螺紋22的環(huán)連接管20和管端蓋帽24A及24B。如圖1所示，變送器本身12是具有兩個相對應(yīng)管端蓋帽24A和24B的圓柱體。環(huán)連接管20采用螺紋地安裝在一個含有過程控制環(huán)導(dǎo)線28的導(dǎo)管(圖中沒有畫出)。變送器本身12還包括由一個開口有螺紋32形成在平臺基準(zhǔn)面18另一端的傳感器耦合盤30。傳感器耦合盤30采用螺紋地安裝在包括螺紋34的傳感器延伸部件14上。傳感器延伸部件14夾在法蘭盤連接部件16A和16B之間，這兩個連接部件16A和16B是由螺母38夾緊螺栓36固定在一起并連接到傳感器延伸部件14上。法蘭連接部件16A和16B包括用螺紋安裝在連接部件16A和16B的通孔閥40A和40B，并且包括螺紋通孔塞42A和42B和通孔桿44A和44B。法蘭連接部件16A和16B適用于連接到分別與推力管道系統(tǒng)52A和52B共平面的復(fù)式連接塊50。法蘭連接部件16A和16B是用擰入法蘭連接部件16A和16B的螺栓54固定在復(fù)式連接塊50上的。
和以前的技術(shù)比較，本發(fā)明的一個方面采用小直徑的傳感器連接部件(看圖2中的62)。這允許傳感器延伸部件14被僅用兩個螺栓36夾緊固定在法蘭連接部件16A和16B之間。即使在高壓力連接中，該減小了的直徑傳感器是用螺栓36的夾緊力固定即可。
圖2是一個傳感器延伸部件14的投影視圖顯示的傳感器連接面60中有一個凹進(jìn)的傳感器連接部件62構(gòu)成在內(nèi)。一個相對應(yīng)的面64位于傳感器連接面60的反面，在一實(shí)施例中，還包括一個凹進(jìn)的類似于連接部件62的傳感器連接部件(圖中沒有顯示)用于接收第二個壓力。在一實(shí)施例中，傳感器位于傳感器延伸部件中并且直接地暴露于過程流體中。在另一個實(shí)施例中，傳感器用一個隔離膜片與過程流體隔離開。還有另一個實(shí)施例中，傳感器與凹進(jìn)去的傳感器連接部件62分開的，例如在變送器12本身內(nèi)，并且它通過一個傳送壓力的小油管耦合到過程流體。大家都明白該傳感器到過程流體的這種特殊位置，結(jié)構(gòu)和連接可以變化的并且所有結(jié)構(gòu)都在本發(fā)明的范疇之內(nèi)。進(jìn)一步講，本發(fā)明適用于任何類型傳感器，例如，壓力、壓差、流量、濁度或溫度傳感器并且本發(fā)明并不受任何特殊傳感器類型的限制。例如，連接部件62可以接納過程流體，無論是靜態(tài)還是流動的流體都可以?；剡^頭參看圖1，變送器12本身能夠在對應(yīng)于法蘭連接部件16A和16B的位置66A與66B之間移動(即轉(zhuǎn)動)。位置68A和68B以外的運(yùn)動被連接傳感器延伸部件14兩邊的螺栓給阻止了。
圖3是一個與另一實(shí)施例有關(guān)的連接到加長的傳感器延伸部件70的變送器10的投影視圖。加長的傳感器延伸部件70在圖4中詳細(xì)地顯示出其投影視圖并且類似于傳感器延伸部件14。傳感器延伸部件70包括有一個螺栓孔74結(jié)構(gòu)的加長中間部分72。螺栓孔74適合于安裝螺栓36。這允許變送器10安裝在位于相對法蘭連接部件16A和16B的處理面76A和76B的90°角位置。如圖3所示，加長傳感器延伸部件70可以在位置66A和66B之間轉(zhuǎn)動。例如，這可以是在80°和100°之間。圖5顯示一個通氣閥40A和40B分別位于法蘭連接部件16A和16B的面78A和78B的頂部。螺栓36中的一個穿過加長傳感器延伸部件70的螺栓孔74。注意當(dāng)比較圖3的實(shí)施例與圖1的實(shí)施例時加長傳感器延伸部件70提供一個大一點(diǎn)的總高。然而，因為螺栓36的安裝和法蘭連接部件16A及16B的寬度，使圖1中實(shí)施例使用的傳感器延伸部件14不能轉(zhuǎn)動到如圖5中90°的位置。
圖6是一個顯示包括有加長傳感器延伸部件70的變送器10的分解投影視圖。如圖6所示，法蘭連接部件16A和16B是在過程連接80A和80B處分別耦合到過程耦合系統(tǒng)52A和52B。通孔閥40A和40B是安裝在通孔閥孔81A和81B內(nèi)。螺栓54擰入法蘭連接部件16A和16B而密封圈84安裝于密封圈座86內(nèi)并且夾緊過程耦合管52A和52B到連接部件16A和16B。類似地，密封圈88安裝在加長傳感器延伸部分70的密封圈座90內(nèi)和法蘭連接部件16A和16B的密封圈92中。密封圈84和88應(yīng)該由任何類型的彈性材料制成。最好這種材料應(yīng)該抵抗過程流體的腐蝕。
圖7是法蘭連接部件16A的底平面視圖。在圖7中，一個過程連接部分100被顯示由凹槽102環(huán)繞。凹槽102適合安放密封圈84(圖6所示)。過程連接部分100定位與圖6所示的過程連接部分80對齊。法蘭連接部件16A還包括帶有螺紋的螺栓孔104與圖6中所示的螺栓孔106對齊。螺栓54安裝通過孔106擰入帶有螺紋的螺栓孔104以致使法蘭連接部件16A和16B連接到聯(lián)箱50。
圖8是一個法蘭連接部件沿圖7中標(biāo)線8-8的橫截面視圖。圖8顯示出帶有螺紋的螺栓孔104。圖8還顯示出為容納螺栓36通過的螺栓孔106。如果需要過程連接100可以如圖8所示配有螺紋。
過程流體的傳送是從脈動管道52A及52B經(jīng)過聯(lián)箱50的過程連接80然后到法蘭連接部件16A和16B的過程連接100。該過程流體然后經(jīng)過過程連接81A和81B加到傳感器連接部件62上，如上面描述它可以是一個隔離的膜片。我們將明白如果是一個單過程連接則能夠加到傳感器延伸部分的一邊。此外，也可能使流體用上述的兩條路徑流經(jīng)傳感器延伸部分，以便使傳感器可以是連續(xù)地暴露在循環(huán)過程流體之中，從而獲得例如pH值或溫度等其它類型的測量。
圖9是一個變送器10連接到過程控制環(huán)路線路28的電結(jié)構(gòu)圖。變送器10在變送器端子150處連接到控制環(huán)導(dǎo)線28。變送器10包括輸入/輸出電路電路52，微處理器154，補(bǔ)償電路156和傳感器158。傳感器158經(jīng)過放大器160和模數(shù)變換電路162連接到補(bǔ)償電路156。補(bǔ)償電路的輸出連接到接有系統(tǒng)時鐘164和存儲器166的微處理器154。在工作時，傳感器158測量一個如壓力，溫度等的過程變量。該測得的過程變量由放大器160放大和由模數(shù)變換電路162數(shù)字化。補(bǔ)償電路156將該過程變量作予處理。例如補(bǔ)償校正過程變量中的誤差或者轉(zhuǎn)換該過程變量到另一個變量，如將壓差轉(zhuǎn)成質(zhì)量流量。校正補(bǔ)償過的過程變量提供給按照存儲器166存儲的指令以及確定的系統(tǒng)時鐘164的速率工作的微處理器154。輸入/輸出電路152連接到控制環(huán)路線路28并且允許微處理器154在環(huán)路線路28上傳送信息。環(huán)路線路28上的電流I是被輸入/輸出電路152用來提供一個功率輸出給整個變送器10供電。以外，微處理器154還可以經(jīng)過輸入/輸出電路152接收來自環(huán)路線路28的指令。
圖10是一個遵照另一實(shí)施例變送器10連接到法蘭連接部件180A和180B的加高的側(cè)視圖。變送器10如圖示有傳感器延伸部分20，然而圖2中傳感器延伸部分14也可以采用。連接部件180A和180B分別包括上檔鍵182A和182B以及下?lián)蹑I184A和184B。
圖11是顯示法蘭連接部件180A及180B和傳感器延伸部分的底視圖。法蘭連接部件180A和180B帶有過程連接190和螺栓孔192。傳感器延伸部分70被夾緊在傳感器連接部件一邊上擋鍵182A和182B(圖10和11中沒有畫出)和傳感器連接部件另一側(cè)的下?lián)蹑I184A及184B之間。這提供了附加的穩(wěn)定性并且防止傳感器延伸部分70和變送器10相對于固定在法蘭連接器180A和180B之間的傳感器連接部件轉(zhuǎn)動。除了圖10和11顯示的結(jié)構(gòu)外，變送器10還可以轉(zhuǎn)90°之后再象這樣夾緊在一側(cè)擋鍵182及184A和另一側(cè)擋鍵182B和184B之間。
圖12是一個根據(jù)另一實(shí)施例變送器10連接到法蘭連接部分200A和200B的前面加高平面視圖而圖13是它的側(cè)面加高平面圖。圖中所示的變送器10有在法蘭連接部件200A和200B之間用螺母擰緊的螺栓固定的傳感器延伸部分70。連接部件200A和200B包括具有穿透螺栓孔(圖中沒畫出)的延伸部分206。這些螺栓孔容納通過延伸部分70的螺栓孔74的螺栓208并且由圖13所示的螺母212擰緊。第三個螺栓208將變送器10固定在垂直的方向上如圖12和13所示并且防止變送器10相對于連接部分200A和200B轉(zhuǎn)動。在這實(shí)施例中也還包括一個通孔閥216。
圖14是根據(jù)聯(lián)箱222的另一實(shí)施例剖面視圖顯示了擰緊傳感器延伸部分14到整體聯(lián)箱222的定位螺栓224。聯(lián)箱222包括整體的連接法蘭226A和226B。如法蘭226A的剖面圖所示，一個過程通道228是通過定位螺栓槽237連接到過程管道52A。定位螺栓槽237經(jīng)過過程流體入口孔230連接到管道通路234。管道通路234的有螺紋通路232連接到過程流體入口孔230和包括通孔塞252的通孔250。定位螺栓224包括壓力板236。在工作時，定位螺栓224被擰緊固定地使過程流體經(jīng)過通道234耦合到過程連接部件62，并將傳感器延伸部分14固定到聯(lián)箱222上。密封圈238放置靠緊在法蘭239以及螺紋通道241上。壓力板236安置相對于密封圈墊240上的密封圈88提供一個在它們之間流體的密封。
圖14的實(shí)施例具有減少墊圈和凹槽的數(shù)量，具有一個連接螺栓。這實(shí)施例減少了那些必需由密封圈和螺栓來密封的數(shù)量。這也減少了過程流體的泄漏機(jī)會以及人為錯誤可能發(fā)生的事故。此外，制造費(fèi)用也減少了這是因為少用精密機(jī)械部件。這方面具有豐富經(jīng)驗的人們將認(rèn)識到任何將整體聯(lián)箱耦合傳感器延伸部分的技術(shù)都可被采用。
本發(fā)明有許多優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明允許在整個變送器以及用于連接過程流體的連接部件上減小尺寸。該減小的尺寸允許變送器用在小的安裝空間和減少了需要生產(chǎn)變送器的材料。在一個提出的實(shí)施例中，法蘭連接部件是由316不銹鋼制造以防止過程流體的腐蝕。用來決定采用哪種材料的其它因素可以包括溫度范圍，膨脹系數(shù)以及材料制造性的容易性。因為尺寸的減少，各種法蘭盤和連接部件都比大尺寸的部件容易密封。變送器比較容易在相對于過程連接部件的零到九十度之間轉(zhuǎn)動。減小的尺寸還考慮到減少了整個重量使設(shè)備海運(yùn)和運(yùn)輸更實(shí)際了。在一實(shí)施例中，存儲器155與各種傳感器158，放大器160，模-數(shù)變換電路162以及補(bǔ)償電路156一道安裝在傳感器延伸部分中。在這個實(shí)施例中，對于一個特殊的任務(wù)的傳感器延伸部分可以連接到一般變送器本身。在一優(yōu)選實(shí)施例中，連接法蘭盤采用21/8英寸和1/4NPT的DIN標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的各種變通的實(shí)施例可以包括各種孔和開口的放置以及使用所要求的任何合適的內(nèi)部通道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。各種部件都能安裝在一起雖然其采用的技術(shù)與此處特定的公開內(nèi)容有所不同但所有這些技術(shù)被認(rèn)為是在本發(fā)明的范疇內(nèi)。例如，附加的機(jī)械部件不同于特定陳述的螺栓和螺釘可以被采用。進(jìn)一步講，一個單獨(dú)連接法蘭盤可以用在僅僅需要單個過程連接的實(shí)施例中，如絕對壓力或溫度的測量。再進(jìn)一步，大家應(yīng)該明白連接法蘭盤可以與其它傳感器和變送器的結(jié)構(gòu)一同使用而不限制在這幾所陳述的特定傳感器延伸部分和變送器本身。任意或全部部件可以單獨(dú)地構(gòu)成或者互相集成在一起。傳感器與/或傳感器延伸部分可以是連接法蘭盤與/或聯(lián)箱的一部分。在此陳述的內(nèi)容也可以用到多于兩個的過程連接。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照所提實(shí)施例描述過了，但在技術(shù)上精通的人們將認(rèn)識到可以在形式和細(xì)節(jié)上做一些改變而并不違背本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.在過程控制工業(yè)中采用的用于測量一個過程流體的過程變量的該類變送器，其特征在于它包括一具有一個傳感器耦合的變送器本身；一個耦合到傳感器耦合的傳感器延伸部分，該傳感器延伸部分具有一個傳感器耦合面和相反于傳感器耦合面的相對面；一個第一法蘭連接部分具有連接到該過程的過程面和與傳感器配合的傳感器耦合面，第一法蘭連接部件包括一個耦合過程流體到傳感器耦合面的通道；一個第二法蘭連接部件位于鄰近傳感器延伸部分的反面一致使該傳感器延伸部分位于第一和第二法蘭連接部件之間；和一耦合件用于耦合第一法蘭連接部件到第二法蘭連接部件，致使該傳感器延伸部分被夾持其間，并且借助該耦合件的加力作用完全地被夾緊在第一和第二法蘭連接部件之間，傳感器延伸部分相對于過程面之間的定位角度可以作許多選擇。
2.用于耦合到一個用來測量過程流體的過程變量具有變送器本身的耦合到傳感器耦合的傳感器延伸部分的該類變送器的法蘭盤。其傳感器延伸部分具有傳感器耦合面和相反于傳感器耦合面的相對面，其特征在于，變送器法蘭盤包括一個第一法蘭連接部件具有連接到該過程的過程面和與傳感器配合的傳感器耦合面，第一法蘭連接部件包括一個耦合過程流體到傳感器耦合面的通道；一個第二法蘭連接部件位于鄰近傳感器延伸部分的反面，致使該傳感器延伸部分位于第一和第二法蘭連接部件之間；和一耦合件用于耦合第一法蘭連接部件到第二法蘭連接部件，致使該傳感器延伸部分被夾持其間，并且借助該耦合件的加力作用完全地被夾緊在第一和第二法蘭連接部件之間，傳感器延伸部分相對于過程面之間的定位角度可以作許多選擇。
3.如權(quán)利要求1和2的變送器，其特征在于其中該傳感器延伸部分包括一些在傳感器耦合面和相對面上特點(diǎn)，以及第一法蘭連接部件包括一些符合傳感器連接面的特點(diǎn)，以及第二法蘭連接部件包括一些符合相對面的特點(diǎn)，所提供的這些特點(diǎn)加強(qiáng)了傳感器延伸部和第一及第二法蘭連接部件的耦合。
4.如任何前述權(quán)利要求的變送器，其特征在于其中第二法蘭連接部件包括一個過程面和一延伸在過程面與相鄰傳感器延伸部分的相對面的面之間的一個通道。
5.如任何前述權(quán)利要求的變送器，其特征在于其中在各個第一和第二法蘭連接部件中都包括第一和第二通孔塞。
6.如任何前述權(quán)利要求的變送器，其特征在于其中該耦合件包括至少兩個位于傳感器延伸部件相對兩側(cè)面的螺栓。
7.如任何前述權(quán)利要求的變送器，其特征在于其中該傳感器延伸部分相對于過程面之間的定位角度可連續(xù)地選擇在小于80°和大于100°之間的一個角度上。
8.如任何前述權(quán)利要求的變送器，其特征在于至少一個法蘭連接部件包括一個檔鍵適于容納這傳感器延伸部分在內(nèi)，以防止該傳感器延伸相對于第一和第二法蘭連接部件的轉(zhuǎn)動。
9.如權(quán)利要求8的變送器，其特征在于其中該檔鍵保持傳感器延伸部分在相對于過程面約90°角處。
10.如權(quán)利要求6的變送器，其特征在于其中傳感器延伸部分包括用于容納一個螺栓通過的螺栓孔。
11.如權(quán)利要求10的變送器，其特征在于其中傳感器延伸部分是位于相對過程面約90°角處并且螺栓孔容納第三個螺栓通過。
12.如權(quán)利要求10的變送器，其特征在于其中傳感器延伸部分是位于一般與過程連接平行的位置并且至少有一個法蘭連接部件包括一個保持傳感器部件相對過程連接部件的位置的檔鍵。
13.如任何前述權(quán)利要求的變送器，其特征在于其中第一和第二法蘭連接部件是整體聯(lián)箱的一部分。
全文摘要
這類用在過程控制工業(yè)中的變送器(10)包括一個用于測量過程變量的傳感器和具有傳感器連接(30)的一個變送器本身(12)。一個傳感器延伸部分(14)耦合到該傳感器連接部件(30)以及包括一個傳感器連接面(60)。第一法蘭連接部件(16A)有一個提供過程連接的過程面(76A)和一個提供傳感器連接的傳感器面。一個通道將過程連接和傳感器連接耦合起來。第一法蘭連接部件(16A)是由一個耦合機(jī)械部件耦合到傳感器延伸部分(14)。傳感器延伸部分(14)和第一法蘭連接部件(16A)可以在彼此之間相對的一定位置范圍內(nèi)固定。
文檔編號G01L19/00GK1195400SQ97190703
公開日1998年10月7日 申請日期1997年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月13日
發(fā)明者大衛(wèi)·A·布羅登 申請人:羅斯蒙德公司