專利名稱：過程變送器隔離組件的制作方法
過程變送器隔離組件
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)測和控制系統(tǒng)中的類型的過 程控制變送器。更具體地，本發(fā)明涉及一種在高溫環(huán)境中檢測過程參數(shù)的 變送器。
過程監(jiān)測和控制系統(tǒng)用來監(jiān)測和控制工業(yè)生產(chǎn)過程中的操作。在制造 業(yè)中使用工業(yè)生產(chǎn)過程用以制造如精煉油、醫(yī)藥品、紙、食物等各種產(chǎn)品。 在大規(guī)模的執(zhí)行過程中，為了能夠在預(yù)期的參數(shù)下運(yùn)行，必須監(jiān)測和控制 這些過程。
"變送器"已經(jīng)變?yōu)橐粋€(gè)名詞，其用來描述連接到加工設(shè)備且用于檢測 過程參數(shù)的裝置。過程參數(shù)的例子包括壓力、溫度、流量等。變送器常常 位于遠(yuǎn)程位置(即在"場"中)，且將檢測的過程參數(shù)傳送回控制室。傳送 過程參數(shù)使用了包括有線及無線通信的各種技術(shù)。一種常用的有線通信技 術(shù)采用了公知的兩線過程控制環(huán)，其中，單對(duì)線既用于傳輸信息也用于為 變送器提供電源。 一種已經(jīng)確定的傳送信息的技術(shù)是通過過程控制環(huán)將電
流控制在4-20mA之間。在4-20mA范圍之間的電流值被設(shè)置成與過程參 數(shù)值相對(duì)應(yīng)。例如數(shù)字通信協(xié)議包括HAIO^協(xié)議，其中數(shù)字信號(hào)疊加在 一個(gè)模擬的4-20mA的信號(hào)上，還包括一種僅采用了數(shù)字通信方式的現(xiàn)場 總線(FIELDBUS)協(xié)議以及Profibus通信協(xié)議、無線協(xié)議等。
有一種變送器是壓力變送器。通常，壓力變送器是用于測量過程流體 的壓力的任何類型變送器。(術(shù)語流體包括氣體、液體及其混合。)壓力變 送器可以用來直接測量壓力，包括壓差，絕對(duì)壓力或表壓力。另外，采用 已知的技術(shù)，壓力變送器可以用來基于過程流體中兩個(gè)位置之間的壓力差 來測量過程流體的流量。
通常，壓力變送器包括通過隔離系統(tǒng)連接到過程流體的壓力的壓力傳 感器。隔離系統(tǒng)可以包括，例如物理接觸到過程流體的隔離膜以及在隔離 膜和壓力傳感器之間延伸的隔離填充液。填充液優(yōu)選包含諸如油的基本上
5不可壓縮的液體。當(dāng)過程流體施加壓力在隔離膜上時(shí)，施加的壓力變化傳 過隔離膜，通過隔離流體并到達(dá)壓力傳感器。該隔離系統(tǒng)避免壓力傳感器 的精密元件直接暴露在過程流體中。
在一些過程環(huán)境中，過程流體可以承受相對(duì)高溫。然而，變送器典型
地具有最高操作溫度250-300°F。即使在變送器可以承受高溫的情況下， 溫度極限也會(huì)在壓力測量中引起誤差。在溫度超過壓力變送器的最大值的 過程中，壓力變送器自身必須遠(yuǎn)離過程流體定位，且通過一個(gè)長長的毛細(xì) 管連接到過程流體。毛細(xì)管可以是數(shù)英尺長，隔離流體在其中傳送，管的 一端通過隔離膜安裝到過程端，管的另一端連接到壓力變送器上。長的毛 細(xì)管和隔離膜通常被稱為"遠(yuǎn)端密封"(REMOTE SEAL)
遠(yuǎn)端密封配置的使用增加了安裝成本和復(fù)雜性，同時(shí)還減少了壓力測 量的準(zhǔn)確性。另外，附加的元件也產(chǎn)生了新的可能造成裝置故障的因素。

發(fā)明內(nèi)容
一種連接到過程變送器上為了降低過程流體的高溫效應(yīng)的隔離組件， 包括過程連接面，其具有配置用以接觸過程流體的隔離膜。此隔離組件還 包括變送器連接件，其具有配置來連接到過程變送器壓力端口的壓力連接 件。隔離流體導(dǎo)管在過程連接面和變送器連接件之間延伸，并傳送將隔離 膜連接到壓力連接件的隔離流體。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的變送器組件的分解圖2A是包括根據(jù)本發(fā)明的隔離組件的壓力變送器的側(cè)平面圖2B是圖2A中組件另一側(cè)平面圖2C是圖2A和圖2B中隔離組件的仰視圖2D是圖2A和圖2B中隔離組件的俯視圖3是通過隔離組件連接到緊密孔板組件的變送器的透視圖4是使用軟管配置的透視圖。
具體實(shí)施方式
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中變送器隔離組件10的部分分解圖。組件10包括隔
膜12和14 (未示出)，并且連接到壓差變送器20。法蘭22和24用螺栓 26和28栓接在隔膜12和14上。O型環(huán)30被設(shè)置用以密封連接件。法 蘭22和24分別通過過程連接端40和42連接到過程管道上。壓力變送器 20包括通常位于同一平面的兩個(gè)隔離膜(未示出)。支撐在隔離組件10 中的兩個(gè)導(dǎo)管(未示出)分別將隔膜12和14連接到變送器20的隔離膜 之一上。在圖1中所示的現(xiàn)有技術(shù)的配置中，兩個(gè)隔膜12和14相對(duì)且在 不同的平行面上。相反，壓力變送器20的兩個(gè)隔離膜位于相同的平面。 因此，配置為連接到變送器20隔離膜配置的過程連接件是與由隔離組件 10提供的相對(duì)的隔離膜配置不相配。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的過程變送器隔離組件52的第一側(cè)平面圖，圖 2B是第二側(cè)平面圖，圖2C是仰視圖，圖2D是俯視圖。在圖2A和圖2B 中，隔離組件52顯示為連接到一個(gè)壓差過程變送器50。如在圖l中所示 的過程變送器，變送器50包括兩個(gè)位于同一平面的隔離膜(未示出)。變 送器隔離組件52通過延伸穿過螺栓孔56的螺栓54連接到變送器50上。 如圖2D所示，隔離組件52包括過程連接面60，過程連接面60包括配置 為連接到壓力變送器的隔離膜61和63的第一壓力連接件62和第二壓力 連接件64。壓力連接件62和64可以在配置為密封變送器50隔離膜的過 程連接面中形成開口。
如圖2C所示，對(duì)著變送器連接面60的是過程連接面70。過程連接 面70包括配置用以接觸過程流體的第一隔離膜72和第二隔離膜74。螺 栓孔76設(shè)置用來連接隔離膜組件52到安裝組件上。
過程連接面70被支撐在過程安裝架80上，變送器連接面60被支撐 在變送器安裝架82上，如圖2A所示，連接面70被配置成安裝到過程連 接法蘭71上。將意識(shí)到，將延伸部分84配置為減少自過程流體到變送器 的熱量傳輸，延伸部分84的具體尺寸取決于被測的過程流體的特殊參數(shù) (如溫度)。延伸部分84在安裝架80和82之間延伸。導(dǎo)管86和88以虛 線示出。導(dǎo)管86在隔離膜72和壓力連接件62之間延伸，導(dǎo)管88在隔離 膜74和壓力連接件64之間延伸。導(dǎo)管86和88填充諸如基本上不可壓縮 的油隔離流體。如圖2a所示，填充液在隔離組件52通過液體填充端口96和98密封到變送器50后被引入到導(dǎo)管86和88中。當(dāng)過程壓力施加 到隔膜72或74上時(shí)，其通過導(dǎo)管86和88中的填充液分別被傳送到變送 器50的各個(gè)壓力連接件62和64以及隔離膜61和63上。
在圖2A-2D中所示的配置中，壓力變送器隔離組件52的隔離膜72 和74可以進(jìn)行類似的配置，例如與變送器50的隔離膜一樣位于同一個(gè)平 面和具有相同的空間尺寸。在這樣的配置下，被配置為直接安裝到壓力變 送器50的硬件，如圖3中所示的緊密孔板組件118或圖2A和2B中所示 的法蘭71，無需任何改動(dòng)就也可用來安裝到隔離組件52的過程連接面70 上。隔離組件52與變送器50的連接可以是通過諸如焊接等的任何合適的 技術(shù)的連接。也將意識(shí)到，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，隔離連接件62、 64 位于與隔離膜72、 74平行的平面上。
圖4是變送器50連接到法蘭71的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖，其中具有 法蘭71與變送器50的隔離膜61-63間隔開的配置。在圖4的配置中，不 需要固體的隔離組件。作為替代，隔離組件可以由兩個(gè)在變送器法蘭124 和過程連接法蘭71之間延伸的兩個(gè)柔性導(dǎo)管120和122形成。在圖4的 配置中，導(dǎo)管被顯示為分別延伸。然而，在類似的配置中，導(dǎo)管120和 122可以支撐在一起，另外，導(dǎo)管120和122可以放置在一個(gè)柔性支撐結(jié) 構(gòu)中以提供額外的強(qiáng)度。該配置增加了安裝件配置的數(shù)量，因?yàn)樽兯推?50不需要物理地鄰近過程連接法蘭71。該配置也同樣增加了絕熱性。
本發(fā)明還包括了當(dāng)連接到如隔離組件52的隔離組件時(shí)壓力變送器的 溫度特征化方法。根據(jù)此方法，裝配好的變送器50與隔離組件52接受特 征化過程，該過程典型地單獨(dú)與變送器50—起使用。在此特征化過程中， 當(dāng)組件單元(變送器50和隔離組件52)暴露在不同的溫度時(shí)，各種壓力 施加到隔離膜62和64上。裝置的輸出在此特征化過程中被監(jiān)測。在變送 器經(jīng)歷這些不同的溫度和壓力時(shí)，可以進(jìn)行實(shí)際輸出與預(yù)期輸出之間的比 較。溫度變化引起的誤差可以由變送器中的校正公式來校正。例如，可以 使用一個(gè)多項(xiàng)式方程，此多項(xiàng)式方程的系數(shù)通過此特征化過程來確定。
此方法允許整個(gè)組件單元(變送器50和隔離組件52)在一個(gè)溫度范 圍內(nèi)被特征化。相反，在典型的遠(yuǎn)端密封類型配置中，組件單元不能被特 征化，因?yàn)樵谶h(yuǎn)端密封/變送器組合中尺寸的限制，以及遠(yuǎn)端密封經(jīng)常在除了變送器生產(chǎn)廠的其它地方被組裝和填充的事實(shí)。因此，它們不會(huì)讓自 己在遠(yuǎn)端密封己被安裝后被重新特征化。
在操作中，變送器電路100在兩線過程控制環(huán)102上提供壓力相關(guān)輸 出，作為通過壓力傳感器104感應(yīng)的壓力、通過溫度傳感器106感應(yīng)的溫 度及補(bǔ)償系數(shù)108的函數(shù)。補(bǔ)償系數(shù)109可以用上面討論的方法確定且存 儲(chǔ)在存儲(chǔ)器110中。這將輸出的溫度補(bǔ)償設(shè)置作為變送器50和隔離組件 52的溫度的函數(shù)。補(bǔ)償系數(shù)可以例如是多項(xiàng)式的系數(shù)。
本發(fā)明的隔離組件可以被填充任何需要類型的填充液。如，當(dāng)隔離組 件用在食物處理環(huán)境中時(shí)，填充液可以為諸如植物油無毒材料。當(dāng)在隔離 組件中的填充液不接觸變送器50中的壓力傳感器時(shí)，隔離組件50中的填 充液不需要被限制成具有特殊的電氣特性。
盡管已經(jīng)參看優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí) 到，可以對(duì)形式和細(xì)節(jié)做出改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種用于連接過程變送器以及用于減輕過程流體的高溫效應(yīng)的隔離組件，包括過程連接面，所述過程連接面包括在第一平面延伸的并配置為接觸過程流體的第一隔離膜；變送器連接件，所述變送器連接件包括在第二平面延伸的第一壓力連接件，其配置為連接到過程變送器的第一壓力端口；第一溫度隔離導(dǎo)管，所述第一溫度隔離導(dǎo)管在過程連接面和變送器連接件之間延伸，其將第一隔離膜連接到第一壓力連接件，這樣，過程流體的熱傳導(dǎo)路徑就在過程連接面和變送器連接件之間增加了；隔離填充液，在第一導(dǎo)管中的所述隔離填充液被配置成從第一隔離膜向第一壓力連接件傳送施加的壓力。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中第一和第二導(dǎo)管是柔性的。
3、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一和第二導(dǎo)管被支撐在延伸部 分中。
4、 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中延伸部分的尺寸被確定為減小自 過程流體到變送器的熱量傳送，以防止由于過程流體的高溫帶來的變送器 操作中斷。
5、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第一和第二隔離膜與第一和第二 壓力連接件位于平行的平面內(nèi)。
6、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中過程連接面的第一和第二隔離膜 的尺寸和間距與變送器的隔離膜的尺寸和間距基本上一樣。
7、 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中過程連接面包括多個(gè)螺栓孔，其 中所述多個(gè)螺栓孔的尺寸和間距與變送器中的螺栓孔尺寸和間距類似。
8、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中過程連接面包括第二隔離膜，變 送器連接件包括第二壓力連接件，此裝置還包括在過程連接面和變送器連 接件之間延伸的第二溫度隔離導(dǎo)管，該導(dǎo)管將第二隔離膜連接到第二壓力 連接件上。
9、 一種壓力變送器組件，包括壓力變送器，所述壓力變送器包括被配置為連接到一個(gè)壓力的隔離 膜，還具有與施加到所述隔離膜的壓力相關(guān)的輸出；隔離組件，所述隔離組件被配置為安裝到壓力變送器的隔離膜，包括 過程連接隔離膜，該膜被配置為連接到過程壓力且傳送過程壓力至壓力變 送器隔離膜；且其中壓力變送器的輸出基于壓力變送器和隔離組件的溫度特性被補(bǔ)償。
10、 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中隔離組件包括延伸部分，該延伸 部分在承載有過程連接隔離膜的過程連接面和壓力變送器連接面之間延 伸，該延伸部分其中還包括充滿隔離流體的導(dǎo)管。
11、 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中壓力變送器包括第二隔離膜，并 且所述隔離組件包括第二過程流體隔離膜和在其間延伸的充滿隔離流體 的第二導(dǎo)管。
12、 一種減少過程流體和壓力變送器之間熱傳送的方法，包括 將隔離組件的過程連接面連接到過程壓力； 將壓力變送器連接到隔離組件的壓力變送器連接件上； 施加過程壓力到所述隔離組件的隔離膜上，通過所述隔離組件中的隔離流體傳送施加的壓力到壓力變送器的隔離膜上。
13、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，過程連接面包括第二隔離膜， 該膜被配置為接觸過程流體，所述第一和第二隔離膜通常在同一平面內(nèi)延 伸。
14、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，變送器連接件包括第二壓力 連接件，其被配置為連接到過程變送器的第二壓力端口。
15、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，延伸部分包括第二隔離流體 導(dǎo)管，該導(dǎo)管將第二隔離膜連接到第二壓力連接件上。
16、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中過程連接面的第一和第二隔離 膜的尺寸和間距與變送器的隔離膜的尺寸和間距基本上相同。
17、 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述過程連接面包括多個(gè)螺 栓孔，其中，所述多個(gè)螺栓孔的尺寸和間距與變送器中的螺栓孔的尺寸和 間距類似。
18、 一種將施加到壓力變送器的感應(yīng)壓力特征化為溫度的函數(shù)的方 法，包括將溫度隔離組件連接到壓力變送器上；施加壓力到隔離組件的隔離膜上，并通過穿過隔離組件中的隔離流體 將此施加的壓力傳送到壓力變送器的隔離膜上，由此施加壓力到變送器的 隔離膜上；改變壓力變送器和隔離組件的溫度；和將壓力變送器的輸出特征化為所施加的壓力和溫度的函數(shù)。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，包括將特征化系數(shù)存儲(chǔ)在壓力變送 器的存儲(chǔ)器中，所述特征化系數(shù)使變送器的輸出與壓力和溫度相關(guān)。
20、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中特征化系數(shù)包含多項(xiàng)式系數(shù)。
21、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所施加的壓力包含壓力差。
全文摘要
一種隔離組件，用于連接到過程變送器(50)以及減輕過程流體的高溫效應(yīng)，其包括具有被配置為接觸過程流體的隔離膜(72，74)的過程連接面(70)。變送器連接件(124)具有被配置為連接到過程變送器(50)的壓力端的壓力連接件。溫度隔離流體導(dǎo)管(120，122)在過程連接面(70)和變送器連接件(124)之間延伸，并承載有隔離流體，用于將施加到隔離膜(74)的壓力連接到壓力連接件上，以最小化過程變送器(50)上過程流體的高溫效應(yīng)。
文檔編號(hào)G01L19/00GK101443642SQ200780010473
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2007年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月24日
發(fā)明者大衛(wèi)·A·布羅登 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司