專利名稱：過程變送器及用于將工作壓力聯(lián)接到壓力傳感器的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種過程控制裝置，更具體地說，涉及一種用于將壓力變送器聯(lián)接到工作流體的工作接頭。
檢測工作流體壓力的變送器使用通常至少與一個隔離膜聯(lián)接的壓力傳感器。變送器連接到法蘭并包括對準以承接來自法蘭通道中的工作流體的開口。隔離膜位于變送器的開口并將壓力傳感器與要檢測的流體隔離。這樣可以防止傳感器受到工作流體的損壞或腐蝕。壓力通過基本不可壓縮的隔離的由毛細管通道輸送的“填充流體”從隔離膜傳遞到壓力傳感器。美國專利No.4,833,109的模塊式壓力變送器和No.5,094,109的應力隔離減壓壓力變送器是這種類型壓力變送器的實例。
壓力變送器通常包括將隔離膜與變送器殼體連接的焊縫?？梢圆捎梅謩e焊接到變送器殼體和隔離膜上的焊環(huán)，從而將隔離膜與變送器殼體連接。焊環(huán)也用于支撐密封，如O型圈。當變送器通過連接力連接到工作法蘭上時，例如如果變送器用螺栓連接到法蘭，就將密封件和焊環(huán)緊緊地與法蘭壓合在一起以防止通過開口的工作流體泄露。
將焊環(huán)和法蘭壓緊的連接力可能造成焊環(huán)和變送器殼體部分變形或偏斜。此外，連接力會在隔離膜中產(chǎn)生應力并導致隔離膜變形或偏斜。在對壓力進行精確地測量時，隔離膜的這種變形或偏斜會導致壓力測量中產(chǎn)生不精確的結果。

發(fā)明內(nèi)容
用于測量工作壓力的過程變送器包括在傳感器殼體中具有與工作流體接觸的平面結構的壓力傳感器。填充流體的毛細管聯(lián)接從壓力傳感器到傳感器機身的端面的流體。隔離膜隔離來自工作流體的流體。焊縫使隔離膜和端面形成密封，而工作流體密封件隔絕工作流體與傳感器殼體的端面的連接，從而將工作流體聯(lián)接到隔離膜。工作流體密封件距離焊縫一段距離，從而減少工作流體密封件作用在隔離膜上的應力。
圖2是顯示

圖1變送器的部分放大截面圖。
圖3是顯示圖2隔膜焊縫的局部放大圖。
圖4是顯示本發(fā)明另一實施方式的局部截面圖，其中在臺階上設置有隔膜。
圖5是顯示距離誤差的百分比與扭矩(英寸·磅)的函數(shù)曲線圖。
圖6A和圖6B是分別顯示本發(fā)明一個實施方式中包括其中具有通流孔和塞閥的臺階的側視圖和底面視圖。
圖7A是顯示實施方式中臺階焊接到變送器機身上的側向截面圖。
圖7B是顯示圖7A中的焊縫的放大截面圖。
圖7C是顯示連接到脈沖管的臺階的側視圖。
圖8是顯示突起接頭的側向截面圖。
變送器電路系統(tǒng)20將與工作流體壓力相關的信息發(fā)送到工作控制環(huán)路23，如4-20mA、HART、Filedbus、Profibus。變送器10將與工作流體壓力相關的信息傳送到與工作控制環(huán)路23聯(lián)接的控制室25或其它裝置(未示出)。工作控制室25設計有電源27和電阻器29。變送器10能完全由從環(huán)路23接收的能量進行驅動。
壓力傳感器16可以是絕對、標準計量或壓差傳感器。在此實施方式中，壓力傳感器16為壓差傳感器，傳感器16測量法蘭13的通道24中的壓力P1和通道26中的壓力P2之間的壓力差。壓力P1通過通道32聯(lián)接到傳感器16。壓力P2通過通道34聯(lián)接到傳感器16。通道32延伸穿過接頭36和管40。通道34延伸穿過接頭38和管42。通道32和34填充有相對不可壓縮的流體如油。接頭36和38旋進傳感器殼體14并在設置有傳感器電路系統(tǒng)18的傳感器殼體的內(nèi)部和包含在通道24和26中的工作流體之間設置了一個長滅火通道。
隔膜凹座28和30形成于殼體14的下面部分并與通道24和26聯(lián)接。隔離膜60和62分別通過焊縫64和66焊接到凹座28和30中的凹面68和70上。根據(jù)本發(fā)明，工作密封件80和82將殼體14與法蘭13隔離并由焊縫64和66形成物理分離。
法蘭13通過如螺栓或其它方式固定在殼體14的端端面58上。這種固定會產(chǎn)生施加到殼體14上的固定力并在殼體14上產(chǎn)生應力。應力將會集中在密封件80和82的附近部位。在現(xiàn)有技術的設計方案中，焊縫64和66通常位于靠近密封件80和82的位置。這將使固定的應力直接傳遞到隔離膜。固定應力也能產(chǎn)生施加到設置在毛細管32和34中的填充流體上的壓力。這種施加的壓力將使測量的壓力產(chǎn)生誤差。
采用本發(fā)明，密封件80、82和焊縫64、66之間的物理空間減少了從密封件直接傳遞到焊縫和隔膜60、62的固定應力。另外，任何在殼體14中的固定應力都集中在殼體14的外表面附近，特別是位于端面58周圍。當然，因為隔膜60、62與端面58間隔一段距離，也減少了應力。
圖2是顯示本發(fā)明的一個實施方式的殼體14的更具體的截面圖，圖3是顯示圖2中一部分的放大截面圖。如圖3所示，可選擇的焊環(huán)90環(huán)繞隔膜62延伸?？蛇x擇的密封焊環(huán)92設置有密封件82(參見圖2)。圖3的放大圖示出了穿過焊環(huán)90和隔膜62延伸進入殼體14的焊縫66。隔膜62和殼體14之間的較小間隙94充滿了上述的隔離/填充流體。
圖4是顯示殼體14的另一實施方式的局部截面圖，其中隔膜60、62分別設置在相對端面58的臺階100和102上。臺階100、102可以通過機加工或附加分離件形成。密封件80和82分別環(huán)繞臺階100和102的基面103、105延伸。與如圖1-3中的實施方式相同，在圖4的實施方式中，隔膜焊縫64、66之間的距離相對于密封件80和82增強了隔膜60、62并減少了施加到隔膜上的固定應力，從而減少了測量誤差。此外，因為隔膜60、62位于由固定引起的變形較少的位置，所以，隔膜將經(jīng)受更少的應力，從而產(chǎn)生更精確的測量結果。
雖然本發(fā)明就特定形式的壓差傳感器進行了說明，但本發(fā)明并不局限于這種結構。一般地，本發(fā)明包括采用隔膜焊縫或與工作密封件的位置間隔一段距離的其它形式的連接?？梢圆捎萌我庑问降母鞣N焊接，包括激光和TIG焊接。密封件可以是包括密封墊的O形環(huán)或其它形式的密封結構。本發(fā)明可以用于任何采用隔離膜的裝置或構造中。本發(fā)明并不局限于圖中所示的壓差檢測。此外，本發(fā)明也能用于無源裝置如在電子和傳感器電路系統(tǒng)中與隔膜間隔一段距離的遠距離密封件。
圖5是說明在圖4中用單個螺栓將法蘭連接到殼體14上與傳統(tǒng)現(xiàn)有技術的結構比較的距離誤差的百分比與扭矩(英寸·磅)的函數(shù)曲線圖。在百分比與扭矩(英寸·磅)的函數(shù)曲線中，與零值現(xiàn)有技術方案相比，此創(chuàng)造性結構顯示出系數(shù)為10的改進技術效果。
圖6A和圖6B是分別顯示一個實施方式中的臺階的側視圖和底面視圖，其中臺階153包括可以單獨使用或組合使用的可選擇關閉的閥150和通流閥152。采用這種實施方式，可以阻塞或接通工作流體而不用另外的支管。在這樣的實施方式中，阻塞閥150包括構成阻塞延伸穿過臺階153的孔154的部件。同樣，通流閥152設置為孔154提供出口。在這樣的實施方式中，隔離膜必須凹進在孔154內(nèi)?？?54必須旋制有螺紋以便旋進標準螺紋管。
圖7A和圖7B分別顯示類似于圖6A和6B在焊縫160處將臺階155焊接到殼體14上的另一實施方式的側向截面圖和放大截面圖。
圖7C是顯示圖7A實施方式的側視圖，其中臺階155通過螺紋配合166聯(lián)接到脈沖管164。脈沖管164設置有聯(lián)接到工作流體的接頭。當然，也可以采用不是脈沖管的技術連接到工作中。
圖8是顯示實施方式中突起接頭170聯(lián)接到殼體14的視圖。在這些實施方式中，可以采用焊接、螺紋或其它固定方式。密封表面176設置在接頭174內(nèi)以與工作管聯(lián)接。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參考優(yōu)選實施方式進行了具體說明，但是應當認為本領域的熟練技術人員可能在此基礎上做出各種變更而不會脫離由權利要求所限定的發(fā)明保護范圍和主題精神。雖然圖示示出了具有兩個工作接頭的變送器，但本發(fā)明包括單個接頭在內(nèi)的任意數(shù)量的接頭。本發(fā)明的臺階或凹面在工作流體密封和隔膜焊縫之間形成間距以減少由固定力引起的應力。
權利要求
1.一種用于測量工作壓力的過程變送器，其包括壓力傳感器；具有與工作流體接觸的端面的傳感器殼體；用于將來自壓力傳感器的流體聯(lián)接到端面的填充流體毛細管；將毛細管中的填充流體與工作流體隔離的隔離膜；將隔離膜連接到端面上的隔膜焊縫；以及隔絕工作流體與傳感器殼體的端面的連接，從而將工作流體聯(lián)接到隔離膜的工作流體密封件，工作流體密封件在垂直于端面的平面方向與隔膜焊縫間隔一段距離，以減少由固定力引起的工作流體密封件作用在隔膜上的應力。
2.根據(jù)權利要求1所述的過程變送器，其特征在于包括壓力傳感器；具有與工作流體接觸的端面的傳感器殼體，所述端面包括用于將端面固定到工作流體連接的固定部分；將壓力傳感器聯(lián)接到端面的填充流體毛細管；將毛細管中的填充流體與工作流體隔離的隔離膜；將隔離膜連接到傳感器殼體的端面上的隔膜焊縫；以及工作流體密封件設置于臨近端面的固定部分，其隔絕工作流體與傳感器殼體的端面的連接，從而將工作流體聯(lián)接到隔離膜；以及其中隔膜和焊縫在垂直于端面的平面方向與端面的固定部分間隔一段距離，以減少由固定力引起的端面作用在隔膜上的應力。
3.根據(jù)權利要求1或2中任何一項所述的過程變送器，包括在傳感器殼體的端面上的臺階，其中隔膜和焊縫設置在臺階上。
4.根據(jù)權利要求1或2中任何一項所述的過程變送器，其特征在于密封件環(huán)繞臺階的基面延伸。
5.根據(jù)權利要求1或2中任何一項所述的過程變送器，其特征在于包括環(huán)繞隔膜延伸的焊環(huán)，其中隔膜焊縫延伸穿過焊環(huán)。
6.根據(jù)權利要求1或2中任何一項所述的過程變送器，其特征在于包括環(huán)繞密封件延伸以將密封件聯(lián)接到傳感器殼體的焊環(huán)。
7.根據(jù)權利要求1或2中任何一項所述的過程變送器，其特征在于密封件包括O型圈。
8.根據(jù)權利要求1或2中任何一項所述的過程變送器，其特征在于端面包括凹面并且隔離膜和焊縫設置在凹面內(nèi)。
9.根據(jù)權利要求8所述的過程變送器，其特征在于密封件環(huán)繞開口延伸到凹面。
10.根據(jù)權利要求1或2中任何一項所述的過程變送器，其特征在于包括與端面、第二工作流體密封件間隔一段距離的第二隔離膜和第二焊縫，變送器設置成測量壓差。
11.一種在過程變送器中將工作壓力聯(lián)接到壓力傳感器的方法，包括步驟將隔離膜聯(lián)接到過程變送器的端面上；在過程變送器的面上設置密封件與工作法蘭形成隔絕；以及在垂直于端面的平面方向上使密封件與隔離膜間隔一段距離，以減少由固定應力引起的隔離膜的變形。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于使密封件與隔離膜間隔一段距離的步驟包括在端面的凹面內(nèi)設置隔離膜的步驟。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于使密封件與隔離膜間隔一段距離的步驟包括在端面的臺階上設置隔離膜的步驟。
全文摘要
一種用于測量工作壓力的過程變送器，其包括在傳感器殼體中的壓力傳感器。將填充流體與工作流體隔開的隔離膜與工作流體密封件間隔一段距離。這個距離減少了由于固定力引起的隔離膜的變形。本發(fā)明還提供一種用于將工作壓力聯(lián)接到壓力傳感器的方法。
文檔編號G01L9/00GK1447096SQ03107280
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月21日 優(yōu)先權日2002年3月21日
發(fā)明者大衛(wèi)·A·布羅登, 德布拉·K·澤勒 申請人:羅斯蒙德公司