專利名稱:用于工業(yè)過程中的過程變量變送器的制造方法
【專利摘要】用于工業(yè)過程中的過程變量變送器包括具有形成在其中的空腔的殼體。殼體具有將空腔分成第一空腔和第二空腔的屏障。優(yōu)選地，第一空腔中的測量電路被構(gòu)造成用于測量工業(yè)過程的過程變量。接線盒組件被定位在第二空腔中。接線盒組件與殼體形成密封，從而在屏障和接線盒組件的電路板之間形成第三空腔。
【專利說明】用于工業(yè)過程中的過程變量變送器
【背景技術(shù)】
[0001] 本實用新型設(shè)及一種工業(yè)過程控制或監(jiān)控系統(tǒng)。特別地，本實用新型設(shè)及一種過 程變量變送器，所述過程變量變送器被構(gòu)造成用于在該系統(tǒng)中感測過程變量。
[0002] 過程變量變送器用于工業(yè)過程控制環(huán)境中，W監(jiān)控過程變量。該變送器聯(lián)接到過 程流體并且提供與過程相關(guān)的測量值。過程變量變送器可W被構(gòu)造成監(jiān)控與過程工廠中的 流體相關(guān)的一個或多個過程變量，所述過程工廠諸如為，漿料、液體、蒸汽和氣體化學(xué)制品、 紙漿、石油、氣體、制藥、食物和其它流體加工工廠。示例性的被監(jiān)控的過程變量包括壓力、 溫度、流量、液位、酸堿性、電導(dǎo)率、混濁度、密度、濃度、化學(xué)成分或流體的其它屬性。通常 地，過程變量變送器位于遠程位置處，通常在場地中，并且向諸如控制室的集中位置發(fā)送信 息。過程變量變送器感測各種應(yīng)用中的過程變量，包括石油和天然氣精煉廠、化學(xué)制品存儲 罐區(qū)或化學(xué)制品加工工廠。在許多示例中，運要求過程變量變送器定位在嚴酷的環(huán)境中。
[0003] -些類型的過程變量變送器包括分成兩個分離的隔間的殼體。一個隔間容納電 路，并且另一個隔間容納用于聯(lián)接到過程控制回路的接線盒。一種運樣的構(gòu)造被示出在美 國專利No. 5,546,804 中。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 用于工業(yè)過程中的過程變量變送器包括具有形成在其中的空腔的殼體。殼體具有 將空腔分成第一空腔和第二空腔的屏障。優(yōu)選地，第一空腔中的測量電路被構(gòu)造成測量工 業(yè)過程的過程變量。接線盒組件被定位在第二空腔中。接線盒組件與殼體形成密封，從而在 屏障和接線盒組件的電路板之間形成第=空腔。
[0005] 本【實用新型內(nèi)容】和摘要被提供W便W簡化形式介紹構(gòu)思的選擇，其將在下文的具 體實施方式中進一步描述。本【實用新型內(nèi)容】和摘要并不意在標示被要求保護的主題的關(guān)鍵 的特征或必要特征，也不意在被用作幫助確定要求保護的主題的范圍。
【附圖說明】

[0006] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的過程變量變送器的簡化方塊圖，所述現(xiàn)有技術(shù)的過程變量變送 器具有包括形成在其中的兩個空腔的殼體。
[0007] 圖2是根據(jù)一個示例性實施例的過程變量變送器的簡化方塊圖，所述過程變量變 送器包括形成在接線盒中的空腔。
[000引圖3是圖2的過程變量變送器的部分的側(cè)視剖視圖，示出了密封到過程變量變送器 的殼體中的屏障的接線盒。
[0009] 圖4A是圖2的接線盒的分解圖并且圖4B是圖2的接線盒的組裝視圖，其中示出了金 屬杯狀物。
[0010] 圖5A是電連接器組件的分解視圖，并且圖5B是電連接器組件的組裝視圖，電連接 器組件延伸通過圖2的屏障。
[0011] 圖6A是正視平面圖，并且圖6B是側(cè)視立體剖視圖，示出了安裝在變送器殼體的屏 障中的連接器組件。
[0012] 圖6C是側(cè)視剖視圖，示出了安裝到屏障并且電連接到電連接器組件的接線盒。
[0013] 圖7是過程變量變送器的側(cè)視剖視圖，并且圖8是根據(jù)另一示例性實施例的接線盒 的立體剖視圖。
【具體實施方式】
[0014] 提供了一種具有多隔間殼體的過程變量變送器，其中接線盒具有密封的隔間。在 一個實施例中，護罩構(gòu)件被密封到電路板，從而消除了對電路板的灌封的需要。護罩構(gòu)件被 密封到殼體。該構(gòu)造允許較大開口，通過所述較大開口可W與電子器件進行連接。電子器件 可W被定位在護罩構(gòu)件內(nèi)部，W保護電子器件免于水分、污染物和灌封應(yīng)力的影響。所產(chǎn)生 的電子器件的隔間的靈活性提供了增加的模塊性，允許高效的設(shè)計和生產(chǎn)。
[0015] 典型的過程變量變送器的一個構(gòu)造設(shè)置有兩個隔間。一個隔間載有接線盒(未密 封側(cè)），并且另一個隔間在密封環(huán)境中容納電子器件。如圖1所示，在過程變量變送器10的該 構(gòu)造中，殼體12包括屏障14,從而形成未密封隔間16和密封隔間18。未密封隔間載有接線盒 20,并且密封隔間載有特征板（即，測量電路等)22W及過程變量傳感器24。雖然接線盒隔間 16可W被殼體蓋密封，但是接線盒隔間16仍然可W通過導(dǎo)管暴露給外側(cè)環(huán)境，導(dǎo)管載有至 殼體的電線或其它附件。冷凝水和其它污染物還可W蓄積在接線盒隔間16中。
[0016] 在一種現(xiàn)有技術(shù)的構(gòu)造中，螺紋饋通RFI濾波器用于提供穿過屏障14的電連接。另 一構(gòu)造使用密封板W及密封錐。接線盒20被包封在灌封材料中（"被灌封"）W保護電子部件 免受污染物和水分影響。運限制了可W在接線盒20上使用的部件的類型，因為由于灌封的 機械作用，因而部件必須是物理堅固的。結(jié)果，接線盒16通常地僅是穿過裝置。變送器的功 能可W通過改變接線盒20和/或特征板22W被改變。
[0017] 包括使用RFI濾波器、灌封混合物、密封錐、橡膠保護罩等的上述各種構(gòu)造可能是 昂貴的并且難W生產(chǎn)。灌封過程是污穢的和勞動密集的，并且可W潛在地導(dǎo)致較高的變化 性和較長的滯留時間。此外，當溫度從一個極端至另一個極端時，灌封混合物可W損壞部件 或使部件從電路板脫離。在安裝過程中，如果不小屯、地安裝，則螺紋饋通RFI濾波器易于開 裂。
[0018] 圖2是過程變量變送器100的簡化方塊圖，所述過程變量變送器具有形成在其中的 空腔，空腔被分成第一（電子器件)密封空腔104和第二(接線盒)未密封空腔106。在圖2的構(gòu) 造中，接線盒108在接線盒108中形成密封隔間108'。接線盒連接到特征板110和過程變量傳 感器112。接線盒108的密封隔間108'優(yōu)選地被制成減小成本和部件復(fù)雜度的單個組件。
[0019] 圖2還圖示了電連接到接線盒108的示例性雙線過程控制回路114。雙線過程控制 回路可W是根據(jù)工業(yè)標準，并且用于傳輸與過程變量變送器100的被感測的過程變量相關(guān) 的信息，W及接收功率W驅(qū)動過程變量變送器100的電路。一種運樣的通信標準是HART? 標準，其中模擬電流強度用于表示過程變量。除模擬電流強度外，數(shù)字信號還可W被調(diào)制W 傳輸額外信息。雙線過程控制回路還可W用于向過程變量變送器100發(fā)送信息。還可W使用 包括那些根據(jù)現(xiàn)場總線標準的其它類型的過程控制回路。此外，過程控制回路114可W是無 線過程控制回路，在無線過程控制回路中信息被無線地傳輸。一種運樣的無線通信協(xié)議是 根據(jù)IEC62591的WirelessHART液通信協(xié)議。接線盒108不限于運些類型的連接，并且可W 包括其它類型的電連接或部件。示例包括MODBUS串行協(xié)議連接或用于提供功率和通信的、 成模擬格式和數(shù)字格式二者的其它類型的連接。傳感器還可W被包括在接線盒108中，所述 傳感器例如為溫度傳感器，例如，RTD或熱電偶。該溫度傳感器可W用在用于感測溫度的裝 置W及用于測量壓力的裝置中。也可W包括其它類型的傳感器。
[0020] 圖3是根據(jù)一個示例性構(gòu)造的過程變量變送器100的一部分的放大剖視圖。如圖3 所示，屏障120將殼體102的內(nèi)空腔分成密封的電子器件空腔104和未密封的接線盒空腔 106。接線盒108包括接合到護罩構(gòu)件124的密封電路板122。在本實施例中，護罩構(gòu)件優(yōu)選地 形成金屬杯狀物。金屬杯狀物124在屏障120處通過0型環(huán)密封件126被密封到殼體102。電路 板122可W通過任何適當?shù)拿芊饧夹g(shù)，包括通過焊接形成的密封件，被密封到金屬杯狀物 124。在該構(gòu)造中，被承載在電路板122上的可選擇的電力部件130被容納在接線盒108的密 封空腔108'中。連接器安裝組件134被安裝在電路板122上并且載有電連接器132。安裝組件 134可W例如由塑料等制成。被圖示的為螺旋端子的電連接器132,然而，可W使用任何類型 的連接器。通常地，運些連接器132用于連接到運樣的部件，所述部件在諸如過程控制回路 114之類的過程變量變送器的外部。連接器組件150將電路板122電連接到特征板110。
[0021] 圖4A是根據(jù)一個實施例的接線盒108的分解圖，并且圖4B是根據(jù)一個實施例的接 線盒108的組裝視圖。如圖4A和4B所示，金屬杯狀物124包括形成在其中的孔或開口 138?？?138包括唇緣140,唇緣140抵靠圖3示出的0型環(huán)126密封。電插頭146被承載在電路板122上 并且可通過孔138被觸及。返回參照圖3,電連接器組件150延伸通過屏障120,并且載有連接 到插頭146中的導(dǎo)體的電導(dǎo)體。
[0022] 圖5A是根據(jù)一個實施例的電連接器組件150的分解圖，并且圖5B是根據(jù)一個實施 例的電連接器組件150的組裝視圖。組件150包括由殼體部分160A和160B形成的殼體，殼體 部分中承載多個銷導(dǎo)體162。殼體部分160A、B可W被構(gòu)造成通過扣合鎖定機構(gòu)而組裝，或可 W被接合，或可W使用一些其它的連接技術(shù)。在本實施例中，鎖定特征165被承載在殼體 160A、B上，并且操作成將連接器組件150鎖定到圖3示出的屏障120中。銷導(dǎo)體162被支架164 相對于彼此保持到位。該構(gòu)造允許導(dǎo)體相對于殼體160A、B和屏障120"浮動"，從而允許一些 相對于連接器組件150未對準的公差。銷導(dǎo)體162在特征板110和接線盒108輸入端的電路板 122之間提供電連接，如圖3所示。電連接可W是任何類型的電連接。示例包括諸如4-20mA信 號等的過程控制回路輸出，所述過程控制回路輸出還可W載有數(shù)字信息。還可W設(shè)置兩個 線路板之間的可選擇的電力連接或可選擇的通信。可W設(shè)置部件之間的其它電連接。此外， 還可W包括備用的或不用的電插銷。
[0023] 圖6A是過程變量變送器100的正視平面圖，并且圖6B是過程變量變送器100的側(cè)視 立體剖視圖，示出了安裝在屏障120中的電連接器組件150。圖6A和6B還圖示了環(huán)形凹槽 170,環(huán)形凹槽170承載0型環(huán)126(如圖3所示)并且被構(gòu)造成用于接收圖4A和4B圖示的唇緣 140。圖6C是過程變量變送器100的側(cè)視剖視圖，示出了安裝在殼體102中并且密封到殼體 102的屏障120的接線盒108。
[0024] 在上述實施例中，圖4A、B圖示的金屬護罩(杯狀物）124可W被焊接到電路板122， 從而代替現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造中的灌封材料。運保護電子部件免受位于變送器殼體中的屏障的 "未密封側(cè)"上的水分和污染物的影響。穿過屏障120的電連接可W是標準的插孔和銷構(gòu)造。 例如可W使用被承載在接線盒108的電路板122上的電路部件130W執(zhí)行RFI濾波。用于電連 接的銷被容納在筒盒150中，筒盒150扣合進入電子裝置殼體102的屏障部分中。如果銷被損 壞，則筒盒可W被容易地在現(xiàn)場更換，并且筒盒被設(shè)計成允許銷"浮動"，從而允許較大的未 對準，而不會在電連接器上施加過大的應(yīng)力。當接線盒108被插入殼體102中時，接線盒108 被圖3圖示的O型環(huán)密封件126密封，并且導(dǎo)體銷162與被承載在接線盒108的電路板122上的 連接器組件146電接觸。通過對孔138的邊緣的O型環(huán)密封，金屬護罩的內(nèi)部成為殼體102的 密封側(cè)104的延伸部。運增加了可獲得W進行對部件的電連接的選擇的數(shù)量，并且還減少了 制造成本。由于灌封材料不再是必須的，因而在接線盒108上可W承載更復(fù)雜的和/或更精 細的電路，所述電路使用可W被灌封材料損壞的部件。
[0025] 圖7是過程變量變送器100的側(cè)視剖視圖，并且圖8是接線盒108的立體剖視圖，示 出了另一示例性實施例。在圖7和8中，之前討論的類似部件的編號已經(jīng)被保持不變。在圖7 的構(gòu)造中，殼體102中的屏障120包括接收接線盒108的護罩構(gòu)件或金屬杯狀物124的孔。在 該構(gòu)造中，0型環(huán)126在殼體102的隔間或空腔104、106之間設(shè)置密封。采用了一體的銷對準 方法，其中，電導(dǎo)體180被電連接到接線盒108的電路板122并且通過安裝件182被相對于金 屬杯狀物124保持到位。電導(dǎo)體180插進被安裝到特征板110的連接插頭184中。
[0026] 本文中示出的構(gòu)造在用于過程變量變送器中的各種電路之間提供增加的模塊性。 例如，與端子相關(guān)聯(lián)的電路可W被定位成非常接近接線盒108的電路板122上的端子。根據(jù) 需要通過僅換出接線盒108,可選擇的特征可W被添加到過程變量變送器。示例性接線盒選 擇包括沒有附加特征的基本選擇、其中設(shè)置有溫度測量電路的構(gòu)造、其中設(shè)置有通信電路 的構(gòu)造等。在一個構(gòu)造中，接線盒108載有用于與圖2示出的過程變量傳感器112聯(lián)接的所有 電子電路，從而消除了特征板110。
[0027] 在多個構(gòu)造中，密封的電子器件隔間被設(shè)置在接線盒組件中，接線盒組件保護在 未密封的端子隔間中操作的敏感電子器件。密封的電子器件隔間包括電路板，W分離端子 偵U(未密封側(cè))與電子部件(密封側(cè)）W及連接到電路板的金屬護罩或"杯狀物"，W在接線盒 抵靠殼體的屏障安裝時為電子器件提供密封隔間?？蒞使用易于被焊接的合金，或鍛有可 焊接的涂層的金屬W形成金屬護罩，或用在其上具有可焊接表面的包層或結(jié)合材料制成金 屬護罩。密封的電子器件隔間在金屬護罩和電子器件殼體之間包括密封件，W允許電連接 通過到殼體的密封側(cè)?？蒞使用任何適當?shù)募夹g(shù)，例如本文中討論的徑向0型環(huán)，W設(shè)置金 屬護罩和電子器件殼體之間的密封件。經(jīng)過一段時間后，并且暴露到極端環(huán)境下，密封件也 應(yīng)該優(yōu)選地保持其密封能力。該構(gòu)造消除了用于隔間密封的額外部件，例如密封板、螺紋 RFI濾波器、焊接濾波器管和/或墊板保護罩(ceiling boots),從而減少成本。在一些構(gòu)造 中，金屬杯狀物包括足夠大的開口，W容納不同類型的連接件，包括多個銷、電纜、柔性電路 等，同時仍然保持環(huán)境密封。開口允許標準的連接器提供具有大量電導(dǎo)體的緊湊構(gòu)造。在密 封隔間位于接線盒中的情況下，被保護的裝入物允許輔助功能被添加到裝置并且通過被限 定的接口被連接到主要的電子器件。此外，使用限定的接口允許通過代替具有不同輔助功 能的不同接線盒W提供產(chǎn)品選擇，W形成更加可配置的裝置。提供至接線盒108的電連接的 銷筒盒可W更換W在有限空間中提供不同功能。在一個實施例中，銷筒盒允許電導(dǎo)體的"銷 找"浮動，從而允許連接器之間的未對準，而不會在連接器或其它部件上施加應(yīng)力?？蒞設(shè) 置連接器對準特征，連接器對準特征形成在接線盒組件中并且直接地連接到特征板。該連 接器對準特征可W被構(gòu)造成提供自由浮動的頭部組件W允許部件之間的一些未對準。本文 中討論的杯狀物或護罩124可W由包括金屬化聚合物的任何材料制成。
[0028]雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的實施例描述了本實用新型，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到 可W在沒有脫離本實用新型的精神和范圍的情況下對形式和細節(jié)進行改變。雖然圖2示出 了傳感器112,但是在一些構(gòu)造中，傳感器112是可選擇的。傳感器112可W是任何類型的過 程變量傳感器，包括壓力傳感器、溫度傳感器等。圖2圖示的連接件114還可W包括至外部傳 感器的連接件，所述外部傳感器例如為外部溫度傳感器、壓力傳感器或其它的過程變量傳 感器。外部傳感器可W與可選擇的傳感器112結(jié)合使用。例如，單個的外部溫度傳感器可W 用于感測外部溫度。在壓力感測系統(tǒng)中，可W用外部壓力傳感器W獲得過程流體的溫度，例 如，W用于確定質(zhì)量流或僅提供次要的過程變量。外部壓力傳感器可W用于電子遠程密封 構(gòu)造等中，在該構(gòu)造中，遠程壓力可W被感測W便例如用于確定槽或其它容器中的過程流 體的液位。通過接線盒和特征板之間的電連接輸送的通信信號可W是例如，過程變量變送 器中的電路之間的諸如使用UARTJ2C等的內(nèi)部通信，W及例如根據(jù)Hart敏協(xié)議的過程通 信。
【主權(quán)項】
1. 一種用于工業(yè)過程中的過程變量變送器，包括： 殼體，所述殼體具有形成在其中的空腔，所述殼體包括將所述空腔分成第一空腔和第 二空腔的屏障； 在所述第一空腔中的測量電路，所述測量電路被構(gòu)造成測量工業(yè)過程的過程變量;和 在第二空腔中的接線盒組件，所述接線盒組件與所述殼體形成密封，在所述屏障和所 述接線盒組件的電路板之間形成第三空腔。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中： 所述接線盒組件包括護罩構(gòu)件，所述護罩構(gòu)件被布置成限定第三空腔。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的過程變量變送器，其中： 所述護罩構(gòu)件包括金屬護罩。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的過程變量變送器，包括： 在所述護罩構(gòu)件和所述過程變量變送器的殼體之間的密封件。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的過程變量變送器，其中： 所述密封件包括0型環(huán)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中： 所述電路板在第三空腔中載有至少一個電路部件。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中： 所述接線盒組件包括用于聯(lián)接到雙線過程控制回路的多個端子。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中： 所述過程控制回路用于提供電力以驅(qū)動過程變量變送器。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的過程變量變送器，包括： 電導(dǎo)體，所述電導(dǎo)體至少部分地設(shè)置在屏障中，并且延伸進入第三空腔中，以將電路板 電連接到測量電路。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的過程變量變送器，其中： 所述護罩構(gòu)件包括形成在其中的孔，其中電導(dǎo)體延伸穿過所述孔。11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的過程變量變送器，其中： 所述導(dǎo)體傳送電力。12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的過程變量變送器，其中： 所述導(dǎo)體傳送通信信號。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的過程變量變送器，其中： 所述通信信號符合雙線過程控制回路通信標準。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的過程變量變送器，其中： 所述通信信號用于過程變量變送器的部件之間的通信。15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的過程變量變送器，其中： 所述導(dǎo)體被布置成用于補償未對準的公差。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的過程變量變送器，其中： 所述未對準的公差出現(xiàn)在所述電路板和所述測量電路之間的連接中。17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中： 所述屏障包括開口，并且接線盒對于所述開口是密封的。18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中： 所述電路板載有溫度傳感器。19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中： 所述電路板載有通信電路。20. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的過程變量變送器，其中： 所述護罩構(gòu)件被焊接到電路板。21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，包括： 所述電路板和所述測量電路之間的至少一個電連接件。22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的過程變量變送器，其中： 所述至少一個電連接件延伸穿過屏障。23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中： 所述接線盒包括用于對準殼體的對準特征。24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，包括： 第一端蓋和第二端蓋，所述第一端蓋和第二端蓋被構(gòu)造成用于封閉殼體的相應(yīng)的第一 空腔和第二空腔。25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，包括： 過程變量傳感器，所述過程變量傳感器聯(lián)接到測量電路以用于測量過程變量。26. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的過程變量變送器，其中： 所述連接器安裝到屏障。27. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的過程變量變送器，其中： 所述連接器被安裝到所述接線盒組件。28. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過程變量變送器，其中： 所述電路板載有被構(gòu)造成聯(lián)接到外部溫度傳感器的溫度測量電路。29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的過程變量變送器，其中： 所述電路板包括用于補償測量值的溫度傳感器。
【文檔編號】G01D11/26GK205719038SQ201520967063
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2015年11月27日
【發(fā)明人】格雷戈里·C·豪斯勒, 斯蒂文·約翰·邁考爾, 克里斯托弗·李·埃里克森, 杰弗里·艾倫·科塔
【申請人】羅斯蒙特公司