具有填充管的压力变送器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种压力变送器，具有压力传感器、隔离隔膜和填充管。压力传感器模块主体中的内部通道填充有隔离流体并且提供流体连接。隔离流体将来自第一隔离隔膜组件的压力连接到压力传感器。填充管的第一夹紧部径向变窄成大致实心的圆柱形横截面以形成耐高压循环的第一主密封件。
【专利说明】具有填充管的压力变送器
【技术领域】
[0001]本发明涉及包括与工业过程流体隔离的压力传感器的工业过程压力变送器。更具体地，本发明涉及在这样的变送器中的隔离系统的密封。
【背景技术】
[0002]工业过程控制系统用于监测和控制用来产生和传输流体等的工业过程。在这样的系统中，测量诸如温度、压力、流量以及其他的“过程变量”通常是非常重要的。过程控制变送器用于测量这种过程变量和传输与测量的过程变量相关的信息返回到诸如中心控制室的中央位置。
[0003]一种类型的过程变量变送器是测量过程流体的压力并且提供与测量的压力相关的输出的压力变送器。此输出可以是压力、流量、过程流体的液位或其他过程变量。变送器被配置为传输与测得的压力相关的信息返回到中心控制室等。传输通常在二线式过程控制回路上进行，然而，可以使用包括那些使用无线技术的其他过程控制回路。
[0004]过程流体的压力通过一些种类过程联接器被连接到过程流体变送器。例如，过程流体变送器可以包括用在诸如天然气、石油等工业过程中的部件。一些材料可能处于非常高的压力下。这些高的压力可以包括在诸如几个月或几年的长时间期间内重复的周期性的压力脉冲，使管道和其他机械部件反复地周期地接触过程流体。
[0005]需要改善压力变送器以在长的时间期间内承受在高压过程流体上的反复周期性压力脉冲。
【发明内容】
[0006]一种工业压力变送器包括压力传感器、连接到第一过程压力的第一隔离隔膜组件、和第一填充管。第一内部通道将压力传感器、第一隔离隔膜组件和第一填充管彼此连接。隔离流体设置在第一内部通道中并且将来自第一隔离隔膜组件的压力连接到压力传感器。填充管的第一夹紧部径向变窄成大致实心的圆柱形横截面，以形成耐高压力循环的第一主密封件。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1-2示出示例性过程压力变送器。
[0008]图3示出用于连接压力变送器到过程流体的过程连接器的示例。
[0009]图4示出压力传感器模块，该模块是过程压力变送器的部件。
[0010]图5示出填充有隔离流体的压力传感器模块。
[0011]图6示出填充管夹紧(crimp)以后图5的压力传感器模块。
[0012]图7A示出填充管的夹紧部的放大视图。
[0013]图7B示出沿着图7A中线7B-7B的、填充管的未被夹紧的部分的剖视图。
[0014]图7C示出沿着线7C-7C的、填充管的夹紧部的剖视图。【具体实施方式】
[0015]如在【背景技术】部分中讨论，压力变送器通过某种类型的过程连接器连接到过程流体。在许多情况下，这种连接其隔离变送器的压力传感器与过程流体的物理接触。例如，过程流体可以被配置为施加压力到隔离隔膜，隔离隔膜传送压力到在填充管中载送的填充流体。填充流体然后施加压力到压力传感器，用于检测。在装置的制造过程中，填充流体通过在填充管中的开口被引入填充管。在典型的现有技术设计中，该开口通过夹紧填充管的一部分被密封，并且在夹紧处密封填充管。然而，在一个方面，本发明认识到，在产生夹紧的位置，填充管会遭受很大的压力，并且在施加高压时经历膨胀和收缩。这中活动随着时间的推移可能使填充管疲劳，导致故障。正如下面更详细地讨论的那样，本发明提供了解决了这个问题的用于填充管的新的夹紧配置以及实现其的方法。
[0016]在结合附图的以下讨论的实施例中，公开用于工业过程压力变送器中的填充管的夹紧。填充管填充有隔离流体。夹紧位于填充管的夹紧部上，夹紧部皱缩成大致实心的圆柱形横截面，以形成填充管的主密封件。主密封件密封填充管中的隔离流体。圆柱形横截面的使用提供免受与非圆形夹紧相关的大的应力集中的影响的、基本上对称的密封形状。圆柱形横截面在长期的在一些工业设施中遇到的OPSI到15，000PSI的压力范围中的高压循环期间尤其耐开裂。当在苛刻的工业应用中使用时，工业过程压力变送器的使用寿命被延长。
[0017]图1-2示出示例性压力变送器100的正视图和侧视图(部分剖开)。压力变送器100包括封闭电子电路(图1-2中未显示)的电子壳体101。压力变送器100包括压力传感器模块102，压力传感器模块102容纳隔离隔膜109、110、压力传感器140、填充管107、108和相关联的传感器电路(在图4中示出)。正如在下面更详细描述的，填充管107、108由具有大致实心的圆柱形横截面的夹紧部111、113夹紧。夹紧部111、113具有对称的圆形横截面，并且由于高压而均匀地分布应力，从而降低应力集中，特别是在管107、108的夹紧部分和未夹紧部分之间的过渡区域中。夹紧部111、113提供用于在压力传感器模块102中包含受控量的隔离流体(示于图5、图6、图7B中)的主密封件。由夹紧部111、113提供的主密封件径向地对称，并且对由连接到压力传感器模块102的过程流体中反复的高过程压力循环引起的破裂提供高水平的抵抗性。
[0018]压力传感器模块102包括通过螺栓105栓接到压力法兰104的压力传感器模块主体92。螺栓105还穿过法兰适配器管接头118。法兰适配器管接头118具有能够连接到螺纹过程管道(图中未显示)的螺纹入口。压力法兰104将一种或多种过程流体压力106连接到用于压力测量的变送器100。压力法兰104起过程联接器的作用。在压力变送器100中的电子电路被连接到过程回路103，过程回路103给压力变送器100供电并且提供在过程控制系统中使用的双向通信。在下面结合图3更详细描述压力传感器模块102到压力法兰104和螺栓105的连接。
[0019]图3示例性性地图示在图1-2中显示的压力传感器模块102的压力传感器模块主体92、压力法兰104、法兰适配器管接头118和螺栓105的分解视图。图3示出隔离隔膜109,110的焊接到压力传感器模块主体92的外表面。压力传感器模块主体92包括围绕隔离隔膜109、110成标准图案的带螺纹的螺栓孔112。在运输期间和在进行现场过程连接之前，螺钉116将压力法兰104和垫圈114暂时地保持在合适位置。高压法兰104配有排气/通风阀124。
[0020]法兰适配器管接头118拧在过程流体管道(图中未显示)上并且然后通过垫圈120密封到压力法兰104。作为使用法兰适配器管接头118的替代，过程管道接头可以直接拧紧到压力法兰104中的螺纹孔122中。螺栓105穿过法兰适配器管接头118 (在使用时)、压力法兰104，并且拧紧到带螺纹的螺栓孔112中。
[0021]图4示出包括压力传感器模块主体92的压力传感器模块102的斜向截面图。压力传感器140包括压差传感器并且定位在模块主体92的内部。压力传感器140包括填充有隔离流体的内部空腔和通道。压力传感器140包括中心压力检测隔膜184，中心压力检测隔膜184将压力传感器140分割成两个半部，在两个半部中具有单独量的隔离流体。压力传感器140的两个半部由它们的管142、144和钻孔的通道150、152连接至邻近隔离隔膜109、110的流体填充腔。隔离隔膜109、110直接地焊接到模块壳体92。示例性的填充管108显示在图4中，填充管108通过通道(图5中示出)连接到邻近隔离隔膜110的流体填充腔。电路板146电连接到压力传感器140，并且包括与处理来自压力传感器140的电信号相联的电子电路。
[0022]扁平电缆卷筒148容纳盘绕的扁平电缆，该扁平电缆提供从电路板146到电子壳体(如图1-2中所示的壳体101)中的电子电路的电连接。如结合图5在下面更详细地描述，压力传感器140、隔离隔膜109、110和填充管107、108(图1_2)由第一内部通道和第二内部通道连接，第一内部通道和第二内部通道填充有受控量的隔离流体并且将来自隔离隔膜109、110的过程压力到传输压差传感器140。
[0023]根据一个方面，在施加径向压缩力以形成夹紧部111、113(图1)期间，通过施加局部真空到隔离隔膜109、110的外表面，设置受控量的隔离流体的体积。根据本发明的另一个方面，隔离隔膜109、110的位置在没有加压的情况下调整用于设置隔离流体的体积。根据又一个方面，通过在夹紧期间施加压力至填充管的开口端以使隔离隔膜109、110偏转，可以设置隔离器的流体的体积。在使用夹紧部111、113密封以后，隔离隔膜109、110被设置为在所有的工作温度中都(通过过程压力)能够偏转通过压力传感器140的隔膜184的满刻度测量范围。
[0024]图5示例性示出使用单独量的隔离流体填充压力传感器模块102中的两个隔离系统的内部通道的方法中的初始步骤。如图5所示，填充管107、108 (也称为第一填充管和第二填充管)通过在压力传感器模块主体92中的钻孔的内部通道154、156流体地连接到隔离隔膜109、110(也称为第一隔离隔膜和第二隔离隔膜)。压差传感器140的两侧通过传感器的管142、144和钻孔的内部通道150、152流体地连接到隔离隔膜109、110。在使用隔离流体填充之前，管142、144和107、108被焊接到压力传感器模块主体92以在管142、144、107、108和压力传感器模块体92之间形成密封。在正常使用中，隔离隔膜109、110的外表面能够连接到工业设施中的过程流体，并且将模块102的内部部件与过程流体隔离。
[0025]填充管107、108包括夹紧部168、170 (也称为第一夹紧部和第二夹紧部)，在此处理阶段处，夹紧部168、170未被夹紧并且允许隔离流体流动。隔离填充装置160、162通过柔性管164、166连接到填充管107、108。隔离填充装置160、162包括真空源并且从柔性管164、166，填充管107、108，通道150、152、154、156，传感器140，和由隔离隔膜109、110封闭的隔离腔172、174中排出空气。在排空之后，真空源被关闭，并且然后第一受控量隔离流体180和第二受控量的隔离流体182由隔离填充装置160、162提供至通道150、152、154、156，并提供到传感器140的相对侧和腔172、174。受控量的隔离流体180、182足以填充第一填充管10和第二填充管107、108到如图所示的第一夹紧部168和第二夹紧部170之上的水平。
[0026]压力传感器模块主体92设置有延伸到压力传感器140(包括其管142、144)的内部通道150、152、154、156，第一隔离隔膜109和第二隔离隔膜110、第一隔离腔172和第二隔离腔174、以及第一填充管107和第二填充管108。各个内部通道、管和腔填充有受控量的隔离流体180、182。如图所示，压力传感器模块102是压差模块和包括两个完整的、分开的第一和第二隔离系统。两个受控量的隔离流体180、182通过压力传感器140中的压力传感器隔膜184形式的中心屏障彼此隔离。两个受控量的隔离流体180、182中没有空气并且完全地填充隔离的第一和第二隔离系统到夹紧部168、170以上的水平。柔性管164、166然后从填充管107、108断开中，准备使用夹紧工具，如结合附图6A-6F在下面描述的夹紧工具。
[0027]图6示例性示出在夹紧夹紧部168、170以后的压力传感器模块102 (图5)。夹紧部168、170被压缩到这样的程度:夹紧部168、170的实心圆柱形横截面形成主密封件，主密封件密封内部通道中的受控量的隔离流体180、182。受控量的流体中无气泡并且基本上是不可压缩的。如在图7A、7B、7C中图示如下，在完成夹紧以后，切断图6中的多余的填充管部190、192，准备应用辅助密封。图6中所示的与图5中显示的附图标记相同的附图标记表示压力模块102中相同的元件。
[0028]在夹紧过程中通过施加受控压力控制通过夹紧夹紧部168、170被密封的隔离流体的量。外部受控制压力的施加使隔离隔膜109、110偏转，使得在密封完成以后，隔离隔膜109、110位于合适的位置，使得隔离隔膜109、110能够偏转通过压力传感器的满刻度压力测量范围，在达到最大压力之前不存在降到最低点的情况。根据一个方面，在夹紧期间由隔离填充装置160、162(图5)在填充管处施加外部受控压力。根据本发明的另一个方面，夕卜部控制压力是在夹紧期间施加在隔离隔膜109、110的外表面处的局部真空压力。
[0029]图7A、7B、7C示出在应用辅助密封件194以后的示例性填充管107。辅助密封件194包括焊缝。如图7A所示，辅助密封件194具有示例性的大致球状体形状，并且包括已经冷却的铜焊金属珠。根据所使用的特定的焊接工艺，辅助密封件194可以具有球状体以外的形状。辅助密封件194对在170处的主密封件来说是冗余的。图7B示出了填充管107的沿着图7A中线7B-7B的示例性非夹紧部分的剖视图。在图7B中的填充管107填充有隔离流体180。图7C示出了示例性的夹紧部170的沿着图7A中线7C-7C的剖视图。夹紧部170包括密封到隔离流体180 (图7B)中的实心圆柱形横截面。夹紧部170径向地皱缩(collapse)成实心圆柱形横截面，以形成主密封件。在图7C所示的大致实心的圆形的对称的圆柱形横截面对源自隔离流体的反复加压循环具有很高的阻抗。
[0030]在本申请中所用的术语“焊缝”、“焊接”涉及通过在加压或不加压的情况下以及在存在或不存在填料金属的情况下加热接合处以达到或超过在金属或填充金属中至少一种的熔点的温度而在两个类似或不同的金属之间。焊接包括电弧焊、气焊、惰性气体保护焊、软焊、铜焊等。
[0031]虽然已经参照优选的实施例描述了本发明，但本领域技术人员将认识到，在不脱离在本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出修改。
【权利要求】
1.一种使用隔离流体填充过程压力变送器的压力传感器模块的方法，所述方法包括下述步骤: 提供具有内部通道的压力传感器模块主体，所述内部通道延伸到过程压力传感器、到能够连接到过程流体的隔离隔膜组件，以及到填充管； 使用隔离流体通过填充管填充所述内部通道； 施加径向压缩力到填充管的夹紧部，该径向压缩力将夹紧部压缩成大致实心的圆柱形横截面，以便由所有夹紧部将隔离流体密封在所述内部通道中。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤: 施加所述径向压缩力到所述大致实心的圆柱形横截面形成密封所述内部通道中的隔离流体的主密封件的程度。
3.根据权利要求1所述的方法，包括将压差传感器定位在压力传感器模块主体中的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其中压差传感器包括电容式压力传感器。
5.根据权利 要求4所述的方法，其中所述电容式压力传感器包括中心压力检测隔膜，中心压力检测隔膜将电容式压力传感器分成两个半部，在这两个半部中具有单独量的隔离流体。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤: 切断填充管的一部分以露出夹紧部的夹紧端部；以及 焊接所述夹紧端部以形成填充管的辅助密封件。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，夹紧部和辅助密封件承受至少为15，OOO磅每平方英寸的隔离流体压力。
8.根据权利要求7所述的方法，其中夹紧部和辅助密封件提供冗余密封。
9.根据权利要求1的方法，其中通过外部施加受控压力控制隔离流体的量，所述受控压力在施加所述径向压缩力期间使隔离隔膜偏转。
10.根据权利要求1的方法，其中通过在施加所述径向压缩力期间施加局部真空到隔离隔膜组件的外表面来控制隔离流体的量。
11.一种压力变送器，包括: 压力传感器模块主体、压力传感器、连接到第一过程压力的第一隔离隔膜组件、和第一填充管； 在压力传感器模块主体中的第一内部通道，第一内部通道将压力传感器、第一隔离隔膜组件和第一填充管彼此连接； 在第一内部通道中的第一隔离流体，第一隔离流体将源自第一隔离隔膜组件的压力连接到压力传感器；和 第一填充管的第一夹紧部，第一夹紧部径向变窄成大致实心的圆柱形横截面以形成第一主密封件。
12.根据权利要求11所述的压力变送器，进一步包括: 焊缝，该焊缝密封第一夹紧部的外端，以形成第一辅助密封件，第一辅助密封件是第一主密封件的冗余。
13.根据权利要求11所述的压力变送器，其中，隔离隔膜组件包括第一隔离隔膜，并且通过封闭第一夹紧部设置第一隔离流体的体积，使得第一隔离隔膜在封闭完成以后能够偏转通过压力传感器的满刻度压力测量范围。
14.根据权利要求11所述的压力变送器，其中，压力传感器包括压差传感器，压力传感器模块包括第二隔离隔膜组件、第二填充管和与第一内部通道隔离的第二内部通道，第二内部通道将压差传感器、第二隔离隔膜和第二内部通道彼此连接，并且第二填充管包括第二夹紧部，第二夹紧部径向地变窄成大致实心的圆柱形横截面以形成第二主密封件。
15.一种压力变送器，包括: 压力传感器模块主体、压差传感器、能够连接到第一过程压力的第一隔离隔膜组件、和第一填充管； 在压力传感器模块主体中的第一内部通道，第一内部通道将压差传感器、第一隔离隔膜组件和第一填充管彼此连接； 在第一内部通道中的第一隔离流体，第一隔离流体将源自第一隔离隔膜组件的压力连接到压差传感器；和 第一填充管的第一夹紧部，第一夹紧部径向地变窄成大致实心的圆柱形横截面以形成第一主密封件。
16.根据权利要求15所述的压力变送器，进一步包括: 焊缝，该焊缝密封第一夹紧部的外端，以形成第一辅助密封件，第一辅助密封件是第一主密封件的冗余。
17.根据权利要求15所述的压力变送器，其中隔离隔膜组件包括第一隔离隔膜，并且通过封闭第一夹紧部设置第一隔离流体的体积，使得第一隔离隔膜在封闭完成以后能够偏转通过压力传感器的满刻度压力测量范围。
【文档编号】G01L19/06GK103698083SQ201210536317
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2012年9月27日
【发明者】大卫·马修·斯特瑞, 肯尼思·古特森 申请人:罗斯蒙德公司