使用遙控密封件的過程流體的液面測(cè)量的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量容器中的過程流體的液面的設(shè)備。所述設(shè)備包括遙控密封件，所述遙控密封件被構(gòu)造成通過開口插入容器中并被構(gòu)造成接收與容器中的過程流體的液面有關(guān)的壓力。填充有填充流體的毛細(xì)管從遙控密封件延伸到開口并被構(gòu)造成在所述遙控密封件與所述開口之間傳送壓力。連接到所述毛細(xì)管的壓力傳感器感測(cè)來自所述毛細(xì)管的壓力并響應(yīng)地確定容器中的過程流體的液面。遙控密封件包括波紋管部分，所述波紋管部分被布置成使過程流體與毛細(xì)管中的填充流體隔離開，并在過程流體和填充流體之間傳送壓力。
【專利說明】使用遙控密封件的過程流體的液面測(cè)量
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對(duì)容器中的過程流體的液面的測(cè)量。更具體地，本發(fā)明涉及基于壓力對(duì)過程流體的液面的測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]許多工業(yè)過程需要監(jiān)測(cè)與過程流體有關(guān)的各種過程變量。被監(jiān)測(cè)的一個(gè)示例性過程變量是容器內(nèi)的過程流體的液面。該信息可以用于保持過程流體的庫(kù)存，或者可以用于控制過程的操作。
[0003]已知各種技術(shù)用于測(cè)量容器中的過程流體的液面。用于測(cè)量過程流體液面的技術(shù)基于壓力，例如差壓。在一個(gè)示例性結(jié)構(gòu)中，側(cè)部入口孔靠近容器的底部設(shè)置。使用壓力傳感器測(cè)量過程流體在此位置處的壓力。例如，隔離隔板可以連接到側(cè)部入口孔并用于將過程壓力傳送到壓力傳感器。該隔離隔板隔離傳感器與過程流體。傳感壓力與容器中的流體的液面有關(guān)，并且連接到傳感器的測(cè)量電路可以提供與該液面有關(guān)的輸出。
[0004]用于容納過程流體的一些容器不具有上述用于連接到壓力傳感器的側(cè)部入口孔。在這種結(jié)構(gòu)中，唯一可獲得的入口孔可以位于容器的頂部處，并且必須通過該開口執(zhí)行任意液面測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]提供一種用于測(cè)量容器開口中的過程流體的液面的設(shè)備。所述設(shè)備包括遙控密封件，所述遙控密封件被構(gòu)造成通過開口插入容器中并被構(gòu)造成接收與容器中的過程流體的液面相關(guān)的壓力。填充有流體的毛細(xì)管從遙控密封件延伸到開口并被構(gòu)造成在所述遙控密封件與所述開口之間傳送壓力。連接到毛細(xì)管的壓力傳感器感測(cè)來自毛細(xì)管的壓力并相應(yīng)地確定容器中的過程流體的液面。遙控密封件包括波紋管部，所述波紋管部被布置成使過程流體與毛細(xì)管中的填充流體隔離開并在所述過程流體和所述填充流體之間傳送壓力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明的容器和過程流體液面測(cè)量設(shè)備的橫截面圖；
[0007]圖2A是側(cè)部橫截面圖，而圖2B是權(quán)利要求1的液面測(cè)量系統(tǒng)所使用的隔離器波紋管組件的分解立體圖；
[0008]圖3是圖2A和2B中所示的兩種波紋管型裝置以及傳統(tǒng)的隔板式過程流體隔離器的壓力與體積的曲線圖；以及
[0009]圖4是過程流體液面測(cè)量設(shè)備的簡(jiǎn)化方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]本發(fā)明提供一種用于基于容器(或“罐”)內(nèi)的壓力測(cè)量容器中的過程流體的液面的設(shè)備和方法。在本發(fā)明中，“遙控密封件”被構(gòu)造成放置在容器中的過程流體中。該遙控密封件通過填充有填充流體的細(xì)長(zhǎng)毛細(xì)管將容器中的壓力傳送到壓力傳感器。壓力傳感器連接到測(cè)量電路，所述測(cè)量電路使用感測(cè)到的壓力確定過程流體液面。填充流體通過波紋管裝置與過程流體隔離。壓力測(cè)量的精度與隔離器的表面面積有關(guān)。與具有相同直徑的環(huán)形隔板相比較，該波紋管結(jié)構(gòu)增加隔離器的表面面積，壓力通過該隔離器被傳送到填充流體。通過隔板裝置，如果容器的頂部處的開口相對(duì)較小，則壓力測(cè)量的精度可能會(huì)受到限制，從而僅允許相對(duì)較小的直徑隔板穿過。相反，借助于波紋管裝置，相同直徑的開口提供到具有更大表面面積的隔離器的方位，并因此提供改善的精度。
[0011]圖1是其中可以實(shí)施液面測(cè)量系統(tǒng)的環(huán)境100的示例性視圖。在圖1中，容器104的側(cè)部橫截面圖被示出，其中基于壓力的液面測(cè)量裝置102被構(gòu)造成測(cè)量容器104中的過程流體106的液面。在圖1中，遙控密封件110緊鄰容器104的底部定位。遙控密封件110接收該位置處的壓力，所述壓力被傳送到支承在測(cè)量裝置102的殼體114中的壓力傳感器(圖1中未示出)，所述測(cè)量裝置102定位在容器104的頂部處。要注意的是壓力傳感器通常位于容器的流體容納部分外(在容器的頂部的外側(cè))。該壓力通過在毛細(xì)管112中攜帶的填充流體被傳送，其中所述毛細(xì)管在遙控密封件110與過程連接器120之間延伸。遙控密封件110操作以使過程流體106與毛細(xì)管112中攜帶的填充流體隔離開，同時(shí)仍然在所述過程流體填充流體之間傳遞所施加的壓力?；跍y(cè)量到的壓力，液面測(cè)量裝置102提供與容器104中的過程流體106的液面有關(guān)的輸出。例如，該輸出可以提供給雙線過程控制回路122?；芈?22可以根據(jù)諸如4-20mA電流回路的公知技術(shù)操作，其中在所述4_20mA電流回路中，4mA表示感測(cè)到的過程變量的低值，而20mA信號(hào)表示高值。相同的兩個(gè)雙線可以用于將功率提供給液面測(cè)量裝置102。雙線過程控制回路的另一個(gè)示例基于其中數(shù)字信號(hào)還可以被調(diào)制到回路122上的HART ?通信標(biāo)準(zhǔn)?；芈?22的另一個(gè)可選的實(shí)施例是其中例如使用諸如IEC 62591 (wirelessliart?沖規(guī)定的射頻信號(hào)對(duì)信號(hào)進(jìn)行無(wú)線通信的無(wú)線過程控制回路。
[0012]圖2A是遙控密封件110的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)部橫截面圖，而圖2B是遙控密封件110的分解立體圖。如上所述，遙控密封件Iio的一個(gè)實(shí)施例包括波紋管部150，所述波紋管部150被構(gòu)造成將從過程流體106施加的壓力傳遞給攜帶在毛細(xì)管延伸部154中的填充流體152。毛細(xì)管延伸部154通過配件158連接到圖1所示的毛細(xì)管112。在該實(shí)施例中，波紋管部150在結(jié)合部160處結(jié)合到支承毛細(xì)管延伸部154的密封主體156。配件158被設(shè)置成容納延伸到殼體114的細(xì)長(zhǎng)毛細(xì)管112。結(jié)合部160可以包括例如電阻滾焊縫等。攜帶在毛細(xì)管延伸部154中的填充流體152還填充在波紋管部150與密封主體156之間的間隔中所提供的空隙區(qū)域。填充流體152優(yōu)選地是具有基本上不會(huì)基于壓力而改變的體積的不可壓縮流體。例如，可以使用油等。波紋管部150的端部被端蓋164密封。外殼170包圍并保護(hù)波紋管部150。外殼170優(yōu)選地被殼體蓋172密封。蓋開口 174設(shè)置在殼體蓋172中以允許過程流體106進(jìn)入殼體空腔176中，并從而將壓力施加給波紋管部150。正如殼體端蓋172可以焊接到殼體170，端蓋164也可以被焊接(例如電阻滾焊)到波紋管部150的端部。蓋開口 174優(yōu)選地具有螺紋，并且還可以用于連接到用于在校準(zhǔn)裝置102中所使用的壓力源。
[0013]在操作期間，當(dāng)過程流體106將壓力施加到波紋管部分150時(shí)，波紋管部分150將相對(duì)于密封主體156移動(dòng)。這使得波紋管部分150將所施加的壓力傳遞給攜帶在波紋管部分150與密封主體156之間的容積中的填充流體152。密封主體156用作體積填充段塞以減少填充流體152的總體積。這降低了通過毛細(xì)管延伸部154傳遞的壓力的溫度效應(yīng)并提高了壓力測(cè)量的精度。在該結(jié)構(gòu)中，波紋管部分150和端蓋164提供使填充流體152與過程流體106隔離開的隔離器組件。該隔離器組件的表面面積大于具有相同直徑的圓形隔板的表面面積。與僅使用具有相同直徑的圓形隔板的絕緣組件相比較，這增加了對(duì)遙控密封件110所施加的壓力的總靈敏度并提供了改善的壓力測(cè)量精度。因此，與具有相同直徑的基于隔離器組件的圓形隔板相比較，本發(fā)明提供一種能夠通過小殼體開口 /過程連接器120裝配在容器104中的隔離器組件。
[0014]圖3是顯示本發(fā)明的具有波紋管部分150的遙控密封件110與基于具有大于波紋管的直徑的直徑的遙控密封件的傳統(tǒng)的隔板之間的比較的壓力與體積的圖表。如圖3所示，對(duì)于基于遙控密封件的波紋管來說所施加的壓力的靈敏度(稱為“線性彈簧比率值”)僅大約小于傳統(tǒng)的隔板設(shè)計(jì)的百分之12(12% )。然而，對(duì)于基于本發(fā)明的設(shè)計(jì)的波紋管來說，壓力與體積之間的關(guān)系更接近直線。這使得裝置的特征化更加容易并允許更加精確地補(bǔ)償溫度變化，從而產(chǎn)生更加準(zhǔn)確的壓力測(cè)量。
[0015]圖4是通過過程連接器120連接到容器104(在圖4中未示出)的液面測(cè)量裝置102的簡(jiǎn)化方框圖。裝置102包括被構(gòu)造成感測(cè)差壓的壓力傳感器200。傳感器202是參考大氣壓的校準(zhǔn)壓力傳感器(gauge pressure sensor)。在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，壓力傳感器200的一側(cè)連接到壓力Pc，所述壓力Pc是通過毛細(xì)管112從容器104的底部被傳送的容器壓力。壓力傳感器200的另一側(cè)連接到大氣壓力PA。在圖4的結(jié)構(gòu)中，壓力匕和？4分別通過隔離隔板202和204以及毛細(xì)管206和208連接到壓力傳感器200。因此，在壓力Pt的情況下，壓力通過毛細(xì)管112中的填充流體152橫過隔離隔板202被傳送到攜帶在毛細(xì)管206中的第二填充流體，并因此被施加到壓力傳感器200。要注意的是隔離器和填充管兩者不是必須的，而是可以使用任意適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。壓力傳感器200將輸出210提供給模-數(shù)轉(zhuǎn)換器212，所述模-數(shù)轉(zhuǎn)換器212表示由圖1所示的遙控密封件110接收到壓力與大氣壓力之間的壓力差。壓力傳感器200可以根據(jù)任意適當(dāng)?shù)募夹g(shù)操作，例如，可以基于電容變化感測(cè)可偏轉(zhuǎn)隔板的偏轉(zhuǎn)。來自傳感器200的輸出210表示攜帶在容器104中的過程流體106的液面。模-數(shù)轉(zhuǎn)換器212將指示該感測(cè)到的壓力的數(shù)字輸出提供給微處理器216。微處理器216基于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器218中的指令以由時(shí)鐘220確定的速率操作。例如，存儲(chǔ)器218可以存儲(chǔ)微處理器216所使用的信息以將來自模-數(shù)轉(zhuǎn)換器212的輸出轉(zhuǎn)換成指示圖1所示的容器104中的過程流體106的液面的值。這種轉(zhuǎn)換可以基于過程流體106的類型、溫度、和感測(cè)到的壓差。當(dāng)基于溫度對(duì)輸出進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，可以包括另外的溫度傳感器(未示出)。微處理器216可以使用輸入/輸出電路224與遠(yuǎn)距離位置通信。例如，數(shù)據(jù)可以被傳送到諸如過程控制室或監(jiān)測(cè)站的另一個(gè)位置。數(shù)據(jù)在過程控制回路122上被通信。在一個(gè)結(jié)構(gòu)中，過程控制回路包括4-20mA過程控制回路，在4-20mA過程控制回路中，回路上的電流電平被控制以提供感測(cè)到的液面的表示。在另一個(gè)結(jié)構(gòu)中，數(shù)字信息可以被調(diào)制到過程控制回路122上以提供另外的信息，傳送指令或命令等。這可以例如基^ HART?通信協(xié)議。過程控制回路122還可以用于將功率提供給液面測(cè)量裝置102。因此，相同的雙線可以用于信息傳送以及給裝置102提供功率?；芈?22不局限于上述示例。在另一個(gè)示例中，回路122提供無(wú)線通信。例如，回路122可以根據(jù)IEC62591標(biāo)準(zhǔn)基于WirelessHART?通信協(xié)議操作。
[0016]雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行改變。雖然以上描述顯示了單個(gè)差壓傳感器，但是在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，采用兩個(gè)獨(dú)立的壓力傳感器，并且所述兩個(gè)獨(dú)立的壓力傳感器的輸出之間的差值用于確定過程流體的液面。毛細(xì)管112可以被支承在柔性或剛性套中。如果使用柔性套，則管112可以成螺旋狀以進(jìn)行儲(chǔ)存或運(yùn)輸。一旦毛細(xì)管112被組裝在過程連接器120與遙控密封件110之間，則毛細(xì)管112可以填充有填充流體158。例如，可以將真空施加到填充管112以從管排出空氣，然后使管112填充有填充流體152。一旦完成此，可以密封用于該過程的任意端口。如這里所使用的，“波紋管”是指在其內(nèi)限定可變?nèi)莘e的柔性組件，這與不能限定(或包括)容積的隔板形成反差。這里公開的具體實(shí)施例顯示了管狀波紋管，然而，本發(fā)明不局限于這種結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，波紋管部分150的橫截面面積小到足以通過開口 120裝配在容器104中?？梢赃m當(dāng)?shù)剡x擇毛細(xì)管112中的填充流體152。示例包括硅油、丙二醇和水、甘油和水、石蠟油等。與具有相同直徑的隔板相比較，本發(fā)明的波紋管結(jié)構(gòu)可以用于減小隔離器剛度。端蓋164可以被構(gòu)造成延伸超過波紋管部分150的直徑并因此用于使波紋管部分150對(duì)準(zhǔn)和穩(wěn)定在殼體170內(nèi)。過程連接器120可以包括裝配到諸如1.5英寸NPT過程連接裝置的標(biāo)準(zhǔn)化NPT連接器中的連接器。通過本發(fā)明，波紋管提供一種對(duì)所施加的壓力進(jìn)行響應(yīng)的大于通過遙控密封件的垂直橫截面面積的表面面積。進(jìn)一步地，波紋管的壓力響應(yīng)表面面積可以大于由罐的頂部處的開口所提供的面積，其中遙控密封件通過所述開口被引入到所述罐中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測(cè)量容器中的過程流體的液面的設(shè)備，所述容器具有開口，所述設(shè)備包括: 遙控密封件，所述遙控密封件被構(gòu)造成通過所述開口插入所述容器中并被構(gòu)造成接收來自所述過程流體的壓力，所述壓力與所述容器中的過程流體的液面有關(guān)； 毛細(xì)管，所述毛細(xì)管填充有填充流體，所述毛細(xì)管在所述容器中從所述遙控密封件延伸到所述開口，并被構(gòu)造成在所述遙控密封件與所述開口之間傳送壓力；和 壓力傳感器，所述壓力傳感器連接到所述毛細(xì)管，所述壓力傳感器被構(gòu)造成感測(cè)來自所述毛細(xì)管的壓力并響應(yīng)地確定所述容器中的過程流體的液面； 其中所述遙控密封件包括波紋管部分，所述波紋管部分被布置成使所述過程流體與所述毛細(xì)管中的填充流體隔離開并在所述過程流體和所述填充流體之間傳送壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述遙控密封件包括密封主體，所述密封主體至少部分地容納在所述波紋管部分內(nèi)并被構(gòu)造成減小攜帶在所述波紋管部分中的填充流體的體積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述遙控密封件包括端蓋，所述端蓋被構(gòu)造成密封所述波紋管部分的端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述遙控密封件包括保護(hù)殼體，所述保護(hù)殼體內(nèi)容納所述波紋管部分，所述保護(hù)殼體包括開口，因而將所述波紋管部分暴露到所述過程流體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述開口被進(jìn)一步地構(gòu)造成在通過所述壓力傳感器表征壓力測(cè)量中使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述波紋管部分包括不銹鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述壓力傳感器在位于所述容器的頂部處的過程連接器處連接到所述毛細(xì)管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述過程連接器包括NPT連接器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述毛細(xì)管在所述容器的底部位置處的所述遙控密封件與鄰近所述容器的頂部的位置處的所述壓力傳感器之間垂直延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述設(shè)備包括隔離隔板，所述隔離隔板使所述毛細(xì)管中的填充流體與位于所述隔離隔板和所述壓力傳感器之間的第二填充流體隔離開。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述壓力傳感器包括參考大氣壓的校準(zhǔn)壓力傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述波紋管部分的表面面積響應(yīng)于從所述過程流體施加的壓力，并且大于通過所述遙控密封件的垂直橫截面面積。
13.一種用于確定容器中的過程流體的液面的方法，所述方法包括以下步驟: 將遙控密封件放置在所述容器中的下部位置處； 將壓力施加到所述遙控密封件的波紋管部分； 通過毛細(xì)管將所述壓力傳遞給鄰近所述容器的上部位置的區(qū)域； 在鄰近所述容器的上部位置的區(qū)域處感測(cè)所述壓力； 將感測(cè)到的所述壓力轉(zhuǎn)換成壓力的數(shù)字表示；以及 基于所述數(shù)字表示計(jì)算所述容器中的過程流體的液面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括以下步驟:提供密封主體，所述密封主體至少部分地容納在所述波紋管部分內(nèi)并被構(gòu)造成減小攜帶在所述波紋管部分中的過程流體的體積。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括以下步驟:通過容納所述波紋管部分的殼體中的開口表征壓力測(cè)量。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述壓力傳感器包括參考大氣壓的校準(zhǔn)壓力傳感器。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，包括以下步驟:提供隔離隔板，所述隔離隔板使所述毛細(xì)管中的填充流體與位于所述隔離隔板和所述壓力傳感器之間的第二填充流體隔離開。
【文檔編號(hào)】G01F23/14GK103575357SQ201210472557
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月2日
【發(fā)明者】杰伊·謝爾德夫, 高克漢·埃達(dá)爾, 布雷克·貝克爾, 戴瑞克·波伊曼, 布魯斯·馬斯科 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司