专利名称：过程压力测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于工业过程压力变送器的远程密封系统。更具体地，本实用新型涉及使用在极端温度环境中的这种远程密封系统。
背景技术：
工业过程控制系统用来监测和控制用于生产或传送流体等等的工业过程。在这样的系统中，测量诸如温度、压力、流率以及其他的“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，并将与测量的过程变量相关的信息向回传送诸如中心控制室的中心位置。一种类型的过程变量变送器是压力变送器，其测量过程流体的压力并且提供与测量的压力相关的输出。这个输出可以是过程流体的压力、流量、液位，或其他过程变量。变送器被配置为将与测量的压力相关的信息向回传送到中心控制室。这种传送通常在二线式过程控制回路上进行，然而，也可以使用其它通信技术，包括无线技术。压力必须通过某种类型的过程联接器(process coupling)连接到过程变量变送器。例如，过程流体可以包括用在诸如天然气、石油等的工业过程中的成分。在某些过程压力测量应用中，压力变送器相对于加压过程流体远程地定位，并且通过使用被称为远程密封件的装置的流体连接器(fluid link)将压力从过程流体物理地输送到压力变送器。在其中在围绕远程密封件的环境中遇到周围环境和过程温度之间的大的温差的特定应用中，在远程密封件可能表现不佳(或根据不能被配置用于这些应用)，并且这会导致在测得的压力中存在潜在的误差和其他问题。需要改善远程密封，以更好地承受较大的温差。
实用新型内容根据本实用新型的一个方面，提供了一种过程压力测量系统，包括:包括第一密封系统的变送器，第一密封系统具有连接到压力传感器的第一出口、第一隔离膜片组件、第一毛细管通道和第一隔离流体，第一隔离流体通过第一毛细管通道将来自第一隔离膜片组件的第一压力连接到第一出口和压力传感器；第二密封系统，具有开口的并且流体地连接到第一隔离膜片组件的第二压力出口、第二隔离膜片组件、第二毛细管通道和第二隔离流体，第二隔离流体适于在第一温度范围内使用并且通过第二毛细管通道将来自第二隔离膜片组件的第二压力连接到第二压力出口 ；和第三密封系统，具有开口的并且流体地连接到第二隔离膜片组件的第三压力出口、第三隔离膜片组件、第三毛细管通道和第三隔离流体，第三隔离流体适于在不同于第一温度范围的第二温度范围内使用并且通过第三毛细管通道将来自第三隔离膜片组件的过程压力连接到第三压力出口，由此所述过程压力通过第三、第二和第一密封系统连接到压力传感器。较佳地，在上述过程压力测量系统中，具有不同温度范围内的第二和第三隔离流体的使用减少变送器的检测压力输出的误差。较佳地，上述过程压力测量系统还可以包括:法兰，该法兰接合第三隔离膜片组件，并且该法兰是能够转动的以与过程容器安装孔对齐，用于现场能够拆卸地连接到过程流体。较佳地，在上述过程压力测量系统中，第二隔离流体可以包括在第一温度以下自由流动的填充流体。较佳地，在上述过程压力测量系统中，所述第一温度可以是O摄氏度。较佳地，在上述过程压力测量系统中，第三隔离流体可以包括在第二温度以下不蒸发的填充流体。较佳地，在上述过程压力测量系统中，所述第二温度可以是350摄氏度。较佳地，在上述过程压力测量系统中，第二隔离膜片组件引入第二压降，并且所述第二压降由在压力变送器中的补偿算法修正。较佳地，在上述过程压力测量系统中，第三隔离膜片组件引入第三压降，并且所述第三压降由在压力变送器中的补偿算法修正。根据本实用新型的另一个方面，提供了一种过程压力测量系统，包括:第一密封系统，包括第一压力出口、压力传感器、第一隔离膜片组件和填充有第一隔离流体的第一毛细管通道，第一隔离流体通过第一毛细管通道和第一压力出口将来自第一隔离膜片组件的过程压力连接到压力传感器；第二密封系统，包括开口的第二压力出口、第二隔离膜片组件和填充有第二隔离流体的第二毛细管通道，第二隔离流体适于在第一温度范围内使用，第二隔离流体通过第二毛细管通道和开口的第二压力出口将来自第二隔离膜片组件的所述过程压力连接到第一隔离膜片组件；第三密封系统，包括第三压力出口、能够连接到在不同于第一温度范围的第二温度范围内的过程压力源的第三隔离膜片组件、和填充有不同于第一隔离流体的第二隔离流体的第三毛细管通道，第二隔离流体通过第三毛细管通道和第三压力出口将来自第三隔离膜片组件的所述过程压力连接到第二隔离膜片组件；并且所述过程压力通过第三、第二和第一密封系统连接到压力传感器，并且具有不同温度范围的隔离流体的使用减少在压力传感器处的检测压力的误差。较佳地，上述过程压力测量系统还可以包括:法兰，该法兰接合第三隔离膜片组件，并且该法兰是能够转动的以与过程容器安装孔对齐，用于现场能够拆卸地连接到过程流体。较佳地，在上述过程压力测量系统中，第二隔离流体可以包括在第一温度以下自由流动的填充流体。较佳地，在上述过程压力测量系统中，第三隔离流体可以包括在第二温度以下不蒸发的填充流体。较佳地，在上述过程压力测量系统中，第二隔离膜片组件引入动态压力损失，并且通过第二隔离流体的选择能够控制所述动态压力损失。较佳地，在上述过程压力测量系统中，第三隔离膜片组件可以包括支撑管，该支撑管连接在第三隔离膜片组件和第三压力出口之间。根据本实用新型的又一个方面，提供了一种过程压力测量系统，包括:包括第一密封系统的变送器，第一密封系统具有连接到压力传感器的第一出口、第一隔离膜片组件、第一毛细管通道和第一隔离流体，第一隔离流体通过第一毛细管通道将来自第一隔离膜片组件的第一压力连接到第一出口和压力传感器；第二密封系统，具有开口的并且流体地连接到第一隔离膜片组件和开口的第二压力入口的第二压力出口、第二毛细管通道和第二隔离流体，第二隔离流体适于在第一温度范围内使用并且通过第二毛细管通道将来自第二压力入口的第二压力连接到第二压力出口 ；和第三密封系统，具有由出口隔离膜片封闭并且能够流体地连接到第二压力入口的分隔的第三压力出口、第三隔离膜片组件、第三毛细管通道和第三隔离流体，第三隔离流体适于在不同于第一温度范围的第二温度范围中使用并且通过第三毛细管通道将来自第三隔离膜片组件的过程压力连接到被隔离的第三压力出口，由此过程压力通过第三、第二和第一密封系统连接到压力传感器。根据本实用新型的再一个方面，提供了一种电路，包括:性能计算电路，计算作为远程密封系统相关的系统数据的函数的、与远程密封系统相关的多个误差极限，并且提供多个误差极限数据；输入电路，接收系统数据并且提供系统数据到性能计算电路；和显示驱动器电路，接收误差极限数据，并且提供包括以视觉显示格式呈现的误差极限数据的显不驱动器输出。较佳地，在上述电路中，性能计算电路可以包括门阵列。较佳地，在上述电路中，性能计算电路可以包括执行误差极限计算的定制的集成电路。较佳地，在上述电路中，性能计算电路可以包括微处理器系统，微处理器系统在计算机操作系统的控制下执行误差极限计算。
图1示出了过程压力测量系统的第一实施例的分解视图。图2A示出了填充有隔离流体的示例性毛细管通道。图2B示出了过程压力测量系统的示意性剖视图。图3示出了包括第一密封系统的传感器模块的剖视图。图4示出了压力变送器电路的方框图。图5A-5B示出了过程压力测量系统的第二实施例的斜视图。图6示出了能够连接到过程流体的第三密封系统的第一实施例。图7示出了能够连接到过程流体的第三密封系统的第二实施例。图8示出了在过程压力测量系统中的压力误差、填充流体的膨胀系数和填充体积。图9示出了替代的过程压力测量系统的示意性剖视图。图1OA示出了提供压力测量误差的极限的预测的电路的第一实施例。图1OB示出了提供压力测量误差的极限的预测的电路的第二实施例。
具体实施方式
当远程密封件的隔离膜片在高温处与过程流体接触而同时远端密封件的毛细管通过较低温度区域时，存在潜在的问题。如果适合于在较高的温度下使用的隔离流体被选择用在远端密封件处，这种高温适用的隔离流体可能在较低温度处变粘滞，引起快速压力变化通过的毛细管的传输产生不可接受的时间延迟。在另一方面，如果选择自由流动(低粘度)并且适合用在较低温度处的毛细管通道的隔离流体，这样的低温隔离流体在较高温度下可能蒸发或降解。[0041]“热迹线(heat trace) ”可用于将远程密封的毛细管加热到所需温度。热迹线的使用是昂贵的，需要额外的控制电路，并且可能会失败。还存在隔离流体热膨胀的风险，因为热迹线将过度地膨胀隔离膜片，损坏隔离膜片。此外，这样的系统难以修理和安装。如下文结合图1-8描述的那样，提供了一种过程压力测量系统，其中第一、第二和第三密封系统具有至少一个不同类型的具有不同的温度特性的隔离流体。第一、第二和第三密封系统布置在三级串联压力传送布置中，并且提供对这些问题的解决方案。图1示出了过程压力测量系统80的分解视图，该系统用在其中存在高和/或低温极限的工业过程工厂中。过程压力测量系统80测量存在于工业过程容器法兰390处的压力，工业过程容器法兰390被加热(或冷却)到相对于环境290的极端温度，环境290可能经历在第一温度范围内的温度。过程压力测量系统80包括第一密封系统100、第二密封系统200和第三密封系统300。如图1所示，密封系统100、200、300以三级级联(也称为三级串联)压力输送布置连接在一起。连接到第三密封系统300的容器法兰390处于第二温度范围中，例如，被加热到300摄氏度以上。第二密封系统200通过在第一温度范围内的环境290，例如，其中温度低于O摄氏度。第一密封系统100布置在工业压力变送器92中。密封系统100、200、300中的每一个包含一种类型的基于温度特性选择的隔离流体(图1中未显示)。毛细管通道(图1中未显示)用在密封系统100、200、300中，并且考虑温度、毛细管长度，以及所选择的隔离流体热膨胀和粘度特性，选择用于每个密封系统的毛细管通道尺寸。隔离流体具有有限的操作温度范围，并且选择具有不同温度范围的不同类型的隔离流体以填充密封系统200和300，如在下面更详细地在图2-8中描述的那样。密封系统100传送压力到在工业压力变送器92的下部模块90中的压力传感器440。工业压力变送器92在上部壳体88中包括电子电路454，电子电路454通过电连接器94连接，以提供指示管线418上的压力的输出。管线418连接到给变送器92通电的工业控制系统416。在一个实施例中，手持现场校准器420 (也称为现场维护工具420)被暂时地连接到线路418上，以便诊断、测试、编程和提供补偿数据到工业压力变送器92。在一个实施例中，技术人员可以使用校准器420以将数据输入到工业测量变送器92，该数据补偿通过使用密封系统200、300引入的潜在误差。在下面结合图3-4更详细描述压力变送器92。图2A是示例性毛细管通道94的剖视图。毛细管通道94填充有隔离流体96。诸如在图2A中示例所示的毛细管通道用在密封系统100、200、300中。隔离流体可以是几种类型之一，这取决于其是否用处于不同温度的系统100、200或300中。毛细管通道包括毛细管以及穿过诸如金属之类的固体材料块钻孔的毛细管通道。根据一个方面，在密封系统200中使用的隔离流体包括低粘度填充流体，低粘度填充流体在低温处，例如在O摄氏度以下以可预测的快速时间响应自由地流动。这种低粘度、自由流动填充流体包括硅胶200、液状石腊和在25摄氏度时具有小于10厘沲(centistokes)的粘度的任何合适的不可压缩的流体。低粘度、自由流动填充流体的使用避免密封系统200对热迹线的需要。根据本实用新型的另一个方面，在密封系统300中使用的隔离流体包括高温填充流体，该高温填充流体在例如350摄氏度以上的范围中的高的过程温度处并且在过程流体的压力范围内的压力处不蒸发或恶化。这样的高温填充流体包括硅胶704、硅胶705、液态金属、熔盐和真空泵油。根据一个实施例，在密封系统200、300中使用的毛细管通道具有在0.028英寸到0.075英寸范围内的内径。毛细管通道的长度优选地只如进行连接所需要的那样样，并且优选地长度在I英尺到30英尺的范围内。图2B示出图1中图示的过程压力测量系统80的示意剖视图。第一密封系统100包括连接到该压力传感器440的第一压力出口 110。第一密封系统100包括第一隔离膜片组件112和填充有隔离流体(如在图2A中描述的)的第一毛细管通道114，隔离流体通过第一压力出口 110将来自第一隔离膜片组件112的第一压力Pl连接至压力传感器440。第一压力Pl与由压力传感器440检测的压力相差小的第一压力损失，该第一压力损失是引起第一膜片组件112偏转所需的。在一个实施例中，由于这个小的第一压力损失引起的误差在线路418 (图1)上的变送器输出处由压力变送器92 (图1)的工厂刻度(factory calibration)补偿。根据本实施例，第二密封系统200包括第二压力出口 210、第二隔离膜片组件212和填充有低温隔离流体(如在图2A中描述)的第二毛细管通道214，低温隔离流体通过第二压力出口 210将来自第二隔离膜片组件212的第二压力P2连接到第一隔离膜片组件112。第二压力出口 210是开口的(没有由隔离膜片封闭)，使得它可以将压力连接到第一隔离膜片组件112。第二隔离膜片组件212包括在填满以后被压接的填充管213。第一压力Pl与第二压力P2静态地相差小的第二压力损失(静态误差)，该第二压力损失是引起隔离膜片组件212偏转所需的。第一压力Pl与第二压力P2还动态地相差小的第二小动态压力损失(动态误差)，该第二小动态压力损失是克服第二密封系统200中的低温隔离流体在低于O摄氏度的温度处的粘度所需要的。能够通过低温隔离流体的选择和第二隔离系统200中的毛细通道的大小的选择来控制该小的动态压力损失。根据一个实施例，通过使用手持式校准器420 (图1)将补偿数据现场下载到压力变送器92 (图1)中，在线路418 (图1)上的变送器的输出处对由这个小的第二压力损失引起的静态误差进行补偿。第三密封系统300包括第三压力出口 310、能够连接到过程压力392的高温源(法兰390)的第三隔离膜片组件312、和第三毛细管通道314，第三毛细管通道314填充有高温隔离流体(如在图2A中描述的)，该高温隔离流体通过第三压力出口 310将来自第三隔离膜片组件312的过程压力392连接到第二隔离膜片组件212。第三压力出口 310是开口的(没有被隔离膜片封闭)，使得第三压力出口 310可以将压力连接到第二隔离膜片组件212。第三隔离膜片组件312包括填满后被压接和焊接的填充管313。第二压力P2与过程压力392静态地相差小的第三压力损失，该第三压力损失引起第三隔离膜片组件312偏转所需的。根据一个实施例，通过使用手持式校准器420 (图1)将补偿数据现场下载到压力变送器92 (图1)中，在线路418 (图1)上的变送器的输出处对由这个小的第三压力损失引起的误差进行补偿。第三密封系统优选地包括支撑管316，支撑管316在第三压力出口 310和第三隔离膜片组件312之间延伸。根据一个实施例，支撑管316被焊接到第三压力出口 310和第三隔离膜片组件312，并且为第三毛细管通道314提供机械支撑和保护。根据一个实施例，第二和第三密封系统200、300在一起包括双温度远程密封系统。这对于在毛细管通道214穿过低于O摄氏度的环境(如在图1中的环境290)的同时将压力变送器(如在图1中的变送器92)连接到处于300摄氏度以上的温度处的热的过程法兰(如图1中的热的过程法兰390)会是有用的。该双温度远程密封系统也可用于连接到冷的过程法兰。[0052]根据一个实施例，过程压力测量系统80包括可转动法兰218，可转动法兰218包括用于安装螺栓220的安装孔的周边图案。可转动法兰218可转动地接合第二隔离膜片组件212。可转动法兰218是可转动以将安装螺栓孔与在不可转动的第三压力出口 310上的螺栓孔的相应图案对齐，用于可拆卸地连接到第三密封系统300上。使用螺栓进行组装允许在现场环境中移除密封系统200、300以及独立地更换或修理密封系统200、300。根据另一个实施例，过程压力测量系统80包括可转动法兰318，可转动法兰318包括用于安装螺栓320的安装孔的周边图案。可转动法兰318可转动地接合第三隔离膜片组件312。法兰318可转动以将安装螺栓孔与在不可转动的过程容器法兰390上的螺栓孔的相应图案对齐，用于可拆卸地连接到高温过程流体压力的源。压缩垫圈394用于在过程法兰390和第三隔离组件312之间提供的密封。压缩垫圈294用于在第三入口 310和第二隔离组件212之间提供密封。焊缝194用于将第二入口210密封到第一隔离组件112。也可以考虑其它已知类型的密封件。应理解，上述温度是示例性的温度，并且也可以考虑其中过程流体是冷的和安装环境是热的设施。图3示出在压力变送器92(图1)中使用的压差传感器模块90 (也称为下部模块90)的实施例。压力传感器模块90包括填充有隔离流体的高压密封系统100，并且还包括填充有隔离流体的低压密封系统406。高和低压力密封系统100、406施加压力差到压力传感器440中的膜片441。传感器模块90包括用于安装诸如压力传感器440之间的部件的模块本体402。如图所示，压力传感器440是压差电容检测单元，该压差电容检测单元具有两个内腔438、439和填充有隔离流体(如在图2A中所示)的毛细管442、444。膜片441将腔438、439彼此分开，并且将压力传感器440划分成“高压”和“低压”半部，在“高压”和“低压”半部中具有各自数量的隔离流体。压力传感器的两个半部440由毛细管442、444分别地连接到入口110、424，入口 110、424是将毛细管442、444密封地容纳在模块本体402中的钻孔。在本实施例中，入口 110、424连接到钻出的毛细管通道450、452，毛细管通道450、452连接到邻近隔离膜片409、410的流体填充的隔离腔407、408。隔离膜片409、410的边缘直接地焊接到模块外壳402。隔离膜片409和模块外壳402 —起包括图2B中的第一隔离膜片组件112。电子电路板446电连接到压力传感器440，并且包括与处理来自传感器440的电信号相关的电子电路。扁平电缆卷筒448容纳盘绕的扁平电缆，该扁平电缆提供从电路板446至电子外壳(如在图1中所示的外壳88)中的电子电路454的电连接。电子电路454提供表示线路418上压力的输出到控制系统416。优选地，手持校准装置420可以暂时地连接到线路418，由现场技术员用于校准、诊断、补偿和其它操作。压力传感器440(包括毛细管442、444)在入口 110、424处接合到毛细管通道450、452、隔离腔407、408和隔离膜片409、410。毛细管通道和隔离腔填充有隔离流体，该隔离流体通过入口 100、424将来自隔离膜片409、410的过程压力单独地传送到差压传感器440。检测膜片441响应于腔438、439中的隔离流体中的单独的压力之间的差而偏转。中心压力检测膜片441提供“高压侧”密封系统(包括连接“高压侧”隔离膜片409和压差传感器440的“高压侧”的毛细管通道444、452和入口 110)的密封隔离。中心压力检测膜片441还提供“低压侧”密封系统(包括连接“低压侧”隔离膜片410和压差传感器440的“低压侧”的毛细管通道450、442和入口 424)的密封隔离。当膜片441偏转时，传感器440的电容以与所施加的压力相关的方式变化。压差传感器440从而检测高压侧隔离膜片409和低压侧隔离膜片410之间的压力差。压力检测膜片441包括刚性的膜片，并且通常沿径向延伸以增加刚度和改善对压差的线性的、非滞后响应。压力检测膜片441具有被选择用于压力差的特定设计压力范围的厚度。只有在压力检测膜片441上的相当大的压力差降低才可以使压力检测膜片在腔438、439中可获得的膜片运动的范围内偏转。在另一方面，隔离膜片409、410是松弛(顺从性)的膜片，并且通常成波纹状，以进一步降低刚度。隔离膜片409、410上的很小的压力差降低(压力误差)就可以使隔离膜片409、410在隔离腔407、408中可获得的范围内偏转。然而,在压力传感器模块90中使用填充有隔离流体的密封系统100、406(如上面所述)，压力检测膜片441的刚性流体地连接到隔离膜片409、410，并且隔离膜片409、410相对于从外部密封系统200 (图2B)在外部施加的压力Pl具有刚性响应。根据应用，密封系统200可以在外部连接到高压侧隔离膜片409或低压侧隔离膜片410。在其它应用中，特别是液位检测应用中，一个远程密封系统连接到高压侧隔离膜片409，并且另一个远程密封系统连接到低压侧隔离膜片410。图4示出示于图3中的电路板446的框图。电路板446电连接到压力传感器440。电路板446电连接到安装在模块本体402上的温度传感器570。电路板446通过总线472连接到电子电路454，总线472连接穿过扁平电缆卷筒448 (图3)。电路板446包括传感器辅助电路574。传感器辅助电路574给压力传感器440和温度传感器570通电或供电。传感器辅助电路574转换来自传感器440、570的模拟读数，并且提供数字传感器总线信号到总线472。由传感器辅助电路574提供的传感器总线信号表示未校准的温度和压力读数。电路板446包括非易失性存储器的第一部分576。非易失性存储器的第一部分576存储模块校准数据578。模块校准数据578对检测压力中的非线性和由温度变化的传感器误差进行修正。模块校准数据578可以在工厂测试和传感器模块90的校准过程中获得，并且通过总线472传送到非易失性存储器部576。在操作中，处理器580和存储器582将未校准的温度和压力读数与模块校准数据578结合起来，以计算校准的压力输出。校准过的压力输出通过总线472连接至通信和通电电路584。通信和通电电路584提供校准的压力输出到通信链路418。根据一个实施例，电路板446包括非易失性存储器的第二部分586。非易失性存储器的第二部分586存储远程密封补偿数据588。远程密封补偿数据588对由插入压力传感器440和过程流体压力392 (图2B)之间远程密封系统引起的压降(压力误差)进行修正。根据一个实施例，远程密封数据588也任选地使用密封系统200、300的手动输入温度对温度进行修正。可以由操作者使用手持式校准装置420在现场环境中输入远程密封数据588和温度。手动输入的数据通过通信和通电电路584被传送到总线472，并且然后从总线472传送到非易失性存储器586。在操作中，处理器580和存储器582 (其中包括程序存储器、ROM、RAM和NVRAM)将校准的压力输出与远程密封件补偿数据588结合起来，以提供补偿后的远程密封压力输出到通信链路418。通信链路418可以包括二线式4-20mA控制回路、FoundationFieldbus、HART 、Prof ibus、工业以太网、以太网 /IP、Modbus> FDI 或其他已知工业通信链路或协议，包括诸如无线HART 之类的无线链路(IBC62591标准)。图5A-5B示出了过程压力测量系统600的第二实施例。过程压力测量系统600包括压力变送器612中的第一密封系统610、第二密封系统620和第三密封系统630。过程压力测量系统600在内部被以与如在图2B中所示相同的方式配置。第一密封系统610和第二密封系统620如所示的那样彼此紧密连接，并且位于温度可能会降到O摄氏度以下的环境中。第三密封系统630被连接到处于超过300摄氏度的温度处的热的过程法兰(图中未显示)。过程测量系统600和过程测量系统100 (图1)在功能上相似，并且示出本地和远程安装选项，以适应不同的设施安装要求。图6示出能够与第三密封系统300 (图1)相比较的第三密封系统700的第二实施例。第三密封系统700包括第三压力出口 710、能够连接到高温源(法兰390，图2B)的第三隔离膜片组件712、和第三毛细管通道714，第三毛细管通道714填充有高温隔离流体，该高温隔离流体通过第三压力出口 710连接来自第三隔离膜片组件712的过程压力。第三压力出口 710是开口的并且未被隔离膜片覆盖。如果需要的话，可选的垫圈708可以固定在第三压力出口 710，以减少在第三压力出口 710中的填充流体的体积。根据一个实施例，垫圈708用作用于密封第三压力出口 710的垫圈，可与在图2B中的垫圈294相比较。第三密封系统包括在第三压力口 710和第三隔离膜片组件712之间延伸的支撑管716 (也称为支撑体)。根据一个实施例，支撑管716 (在圆形焊缝760处)被焊接到第三压力出口 710，并(在圆形焊缝762处)焊接至第三隔离膜片组件712，并且为第三毛细管通道714提供机械支撑和保护。根据一个实施例，支撑管716包括低导热率的不锈钢。第三密封系统700包括可转动法兰718，可转动法兰718包括用于安装螺栓的安装孔720的周边图案。可转动法兰718可转动地接合第三隔离膜片组件712。法兰718能够转动以将安装螺栓孔720与在不可转动的过程容器法兰390(图2B)上的螺栓孔的相应图案对齐，用于可拆卸地连接到高温过程流体压力的源。第三密封系统700包括毛细管填充管740和在支撑管716中的孔730，毛细管填充管740和孔730用于使用隔离流体770填充第三密封系统700中的毛细管、通道和隔离膜片腔772。在现场安装环境中使用隔离流体填满通道770以后，管道740的出口端首先由折边(crimp) 764、766密封，并且然后还由焊缝768密封。整个第三密封系统700中的圆形焊缝(在剖视图中由实心三角形表示)用于密封第三密封系统700内的隔离流体。毛细管填充管740通过金属插塞774连接到支撑管716，金属插塞774通过圆形焊缝焊接到毛细管填充管740和支撑管716。图7示出了第三密封系统800的第三实施例。第三密封系统800包括第三压力出口 810、能够连接到高温源(法兰390，图2B)的第三隔离膜片组件812、和填充有高温隔离流体的第三毛细管通道814，该高温隔离流体通过第三压力出口 810连接来自第三隔离膜片组件812的过程压力。第三压力出口 810是开口的，并且未被隔离膜片覆盖。如果需要的话，可选的垫圈808可以固定在入口 810中，以减少在入口 810中的填充流体的体积。第三密封系统包括在第三压力口 810和第三隔离膜片组件812之间延伸的支撑管816。根据一个实施例，支撑管816焊接到第三压力出口 810和第三隔离膜片组件812，并且为第三毛细管通道814提供机械支撑和保护。第三毛细管通道814包括用作极限沿着第三毛细管通道814的长度的拉伸应变的应变释放装置的弯曲回路832极限。根据一个实施例，支撑管816由低导热率的不锈钢形成并且用热绝缘包装。第三密封系统800包括可转动法兰818，可转动法兰818包括用于安装螺栓的安装孔820的周边图案。可转动法兰818可转动地接合第三隔离膜片组件812。法兰818能够转动以将安装螺栓孔820与不可转动的过程容器法兰390(图2B)上的螺栓孔的相应图案对齐，用于可拆卸地连接到高温过程流体压力的源。第三填充系统包括毛细填充管830、840，毛细填充管830、840用于使用填充流体填充毛细管通道和封闭毛细管通道。图8示出在过程压力测量系统80中的压降(压力误差(pressureinaccuracy))。过程压力测量系统80包括如上所述的第一密封系统100、第二密封系统200和第三密封系统300。密封系统100、200、300被组装在一起，并且填充有具有不同温度特性的隔离流体。密封系统100处于标准温度(normal temperature)TO处,例如25摄氏度。系统200由具有体积热膨胀系数β I的低温隔离流体填充。在系统200中的隔离流体填充隔离腔体积V20、毛细管体积V21和入口体积V22。在系统200中的低温隔离流体的总体积量为(V20+V21+V22)。系统200包括具有刚度SI的隔离膜片。隔离膜片的刚度SI是压差ΛΡ200的变化与由隔膜膜片偏转引起的隔离腔体积V20的变化之比。系统300由具有体积热膨胀系数β 2的高温隔离流体填充。在系统300中的隔离流体填充隔离腔体积V30、毛细管体积V31和入口体积V32。在系统300中的高温隔离流体的总体积量为(V30+V31+V32)。系统300包括具有刚度S2的隔离膜片。隔离膜片的刚度的S2是压差ΛΡ300的变化与隔离膜片偏转引起的隔离腔体积V30的变化之比。在过 程压力测量系统80安装在过程环境中时，温度Tl下降到低于O摄氏度，并且温度Τ2上升到300摄氏度以上，导致由被膜片抵抗的隔离流体的体积膨胀和收缩引起的压力误差ΛΡ。按照以下等式来计算用于过程压力测量系统80的压力误差(pressureinaccuracy)或 ΔΡ:ΔΡ = ΔΡ200+ΔΡ300等式 IΔ Ρ200 = [ (V20+V21+V22) ( β I) (Tl-TO) ] (SI)等式 2ΔΡ300 = [(V20+V21+V22)(β I) (Tl-TO) + (V30+V31+V32)(β 2) (Τ2-Τ1) ](S2)等式3SI和S2由三阶多项式方程近似。根据一个方面，该三阶多项式方程是Tl和T2的函数。根据一个实施例，根据等式1、2和3计算的算法存储在程序存储器582(图4)中。用于等式1、2和3的计算的数据被输入手持式校准器420 (图4)并且在线路418和总线472上传送到非易失性存储器586，用于存储为远程密封补偿数据588。在现场操作中，处理器580使用所存储的补偿数据588执行等式1、2、3的计算，并且因此变送器提供代表针对密封系统200、300中的压力误差被修正的压力的输出。使用模块校准数据578(图4)类似地校正密封系统100中的误差。虽然已经相对于连接热的过程流体到第三密封系统300并且连接冷的环境到第二密封系统200的一个示例描述了过程压力测量系统80，但也可以设想其中冷的过程流体连接到第三密封系统300并且热的环境连接到第二密封系统200的可替换用途。过程压力测量系统80可以用于任何温度差，从高到低或从低到高。在第二密封系统200中的填充流体与第三密封系统300中的填充流体是不同的，但是在第一密封系统中的填充流体不需要与在密封系统200、300中的填充流体之一不同。虽然已经关于超过300摄氏度的高过程温度和低于O摄氏度的低环境温度的示例描述了过程压力测量系统，但也可以预期其中遇到不同的高低温度范围的替代方案。根据一个方面，上述过程测量系统在其中工艺对环境的温度变化是如此之大已知的使用单一类型的隔离流体将导致性能不佳的设施中是有利的。公开了一种具有两个膜片的远程密封系统，这两个膜片能够承受热的过程温度和冷的环境温度，而不使用热迹线式毛细管。第二和第三密封系统性能的模型被存储在变送器中，从而采用模型以用于修正误差的补偿算法的形式预测性能。根据一个方面，使用垫圈和螺栓进行第一、第二和第三密封系统之间的连接，这允许容易在现场修理远程密封系统。垫圈式、螺栓式连接允许移除和更换第二和第三密封系统以及垫圈，并且在更换以后，容易用隔离流体填充第二和第三密封系统。根据本实用新型的另一个方面，可以使用焊接密封代替垫全，使得能够在真空压力范围中使用，同时仍保持一定量的现场可修复性。根据又一个方面，也可以使用锥形和螺纹形、卡套式或锥形螺纹管(例如，NPT螺纹)连接作为替代连接。图9示出了修改后的过程压力测量系统82。修改后的过程压力测量系统82特别地用于诸如在从220摄氏度至高达600摄氏度的温度范围内的热熔盐或高度1200摄氏度的液态金属之类的过程流体。修改的过程压力测量系统82类似于如在图2B中图示的过程压力测量系统80，然而，图9的系统82不同于图1的系统80之处在于图9中由圈224指示的修改区域。与在图2B中显示的参考数字相同的图9中所示的参考数字表示相同的部件，除了由图9中圆圈224表示的区域内的修改。在图9中，第二隔离膜片组件212通过其隔离膜片的去除而被修改(圆圈224内)并且变成开口的第二压力入口 212A。在图9中，第三压力出口 310通过出口隔离膜片226的添加而被修改(圆圈224内)，并且成为被隔离的第三压力出口 310A。这种布置(圆圈224内)可以用于隔离不锈钢元件，从而允许使用可能腐蚀不锈钢的填充流体。在图9中，过程压力测量系统82包括变送器，该变送器包括第一密封系统100，第一密封系统100具有连接到压力传感器440的第一出口 110、第一隔离膜片组件112、第一毛细管通道114和第一隔离流体，第一隔离流体通过第一毛细管通道114将来自第一隔离膜片组件112的第一压力连接到第一出口 110和压力传感器440。在图9中，第二密封系统200A具有第二压力出口 210、第二毛细管通道214和第二隔离流体，第二压力出口 210是开口的并且流体地连接到第一隔离膜片组件112和开口的第二压力入口 212A，第二隔离流体适于用在第一温度范围内并且通过第二毛细管通道214将来自第二压力入口 212A的第二压力连接到第二压力出口 210。在图9中，第三密封系统300A具有被隔离的第三压力出口 310A、第三隔离膜片组件312、第三毛细管通道314和第三隔离流体，第三压力出口 310A由出口隔离膜片226封闭和能够流体地连接到第二压力入口 212A，第三隔离流体适于用在不同于第一温度范围的第二温度范围内并且通过第三毛细管通道314将来自第三膜片组件312的过程压力连接到被隔离的第三压力出口 310A，由此过程压力通过第三、第二和第一密封系统连接到压力传感器。[0093]图1OA示出电路900，其提供由第二和第三密封系统200和300 (图2B)使用引起的压力测量误差的极限的预测。在一个实施例中，该极限被计算用于特定设施压力和温度环境，并且用于密封系统200和300的特定配置，包括隔离流体的选择。根据一个方面，电路900不包括微处理器，并且被封装为可以由技术人员在现场应用环境中使用的手持装置。电路900包括基于等式1、2和3执行计算的性能计算电路(PCC)9020根据一个方面，电路902包括一个或多个门阵列，所述第二压力出口 210被选择以为压力和温度的多个极限多次计算等式1、2和3的连接。根据本实用新型的另一个方面，电路902包括一个或多个定制的集成电路，所述一个或多个定制的集成电路为压力和温度的多个极限多次计算等式1、2和3。系统数据904沿着线路906被提供到第一数据存储装置908。根据一个方面，系统数据904通过诸如台式计算机、膝上型计算机、平板计算机或移动电话之类的计算装置(图1OA中未显示)被提供给电路900。根据本实用新型的另一个方面，线路906包括通用串行总线(USB)。根据本实用新型的另一个方面，线路906包括Firewire总线。根据本实用新型的另一个方面，线路906包括以太网连接。根据本实用新型的另一个方面，线路906包括无线连接。根据一个方面，系统数据904包括设施压力上限和下限数据、设施温度上限和下限数据、隔离流体膨胀数据和用于隔离膜片的刚度数据。被存储(缓存)在第一存储装置908中的系统数据沿着线路909被连接到性能计算电路902。性能计算电路902基于从第一存储装置908接收到的系统数据计算性能(用于压力测量的误差极限)。性能计算电路902在线路910上将计算出的误差上限和下限提供至第二数据存储装置912。第二数据存储装置912在线路914上将存储的数据提供到十进制显示驱动器电路916。十进制显示驱动器电路916驱动显示性能误差极限的十进制视觉显示器918。用户观看性能误差极限，并且基于误差极限做出决定，，继续进行使用密封系统200和300，或如果需要的话作出调整，如选择不同的隔离流体。根据一个方面，十进制视觉显示器918包括在电路900中。根据本实用新型的另一个方面，十进制视觉显示器在外面并且可以连接到电路900。根据一个方面，视觉显示器918包括显示屏。根据本实用新型的另一个方面，视觉显示器918包括在投影屏幕上或在用户的眼睛处投影显示的显示投影机。图1OB示出了电路950，电路950提供由于使用第二和第三密封系统200和300 (图2B)引起的压力测量误差或错误的极限的预测。在一个实施例中，该迹线被计算计算用于特定设施压力和温度环境，以及用于密封系统的200和300的特定配置，包括选择隔离流体。根据一个方面，电路950包括桌面计算机、膝上型计算机、平板计算机或移动电话。电路950包括微处理器系统951。微处理器系统951包括微处理器、RAM、ROM、时钟电路、总线电路和接口电路。微处理器系统951的RAM部分在装有性能计算软件(PCS)952时作为性能计算电路(PCC)并执行多个误差极限的计算。电路950包括性能计算软件(PCS) 952，性能计算软件(PCS) 952包括基于等式1、2和3的算法，所述算法是可执行的，以用温度和压力的上限和下限来执行等式1、2和3多次，从而计算限定性能误差极限的多个误差迹线。系统数据954被提供给输入硬件957，输入硬件957进而连接到数据输入驱动器958。根据一个方面，输入硬件957包括键盘和指针设备，如鼠标。根据本实用新型的另一个方面，输入硬件957包括触摸板。根据本实用新型的另一个方面，输入硬件957包括无线设备。根据一个方面，系统数据954包括设施压力极限数据、设施温度极限数据、隔离流体膨胀数据和用于隔离膜片的刚度数据。微处理器系统951执行性能计算软件952以基于系统数据954计算性能(用于压力测量的误差极限)。操作系统960检索来自微处理器系统951的结果并且在线路962上将计算出的极限提供到显示驱动器964。显示驱动器964提供数据到用户可读的显示器966。显示器966可以是任何已知类型的计算机显示装置。用户观看性能极限，并且在极限的基础上，做出决定以继续进行密封系统的200和300的使用，或如果需要的话，做出调整，如选择不同的隔离流体。根据一个方面，性能计算软件952包括可以由操作系统960执行的编译程序。根据另一个方面，性能计算软件952包括java代码，并且操作系统调用Java解释器以提供基于Java代码的可执行代码到操作系统960。根据本实用新型的另一个方面，性能计算软件包括C#(C Sharp)代码。根据本实用新型的另一个方面，性能计算软件在操作系统中的.NET计算环境中运行。根据本实用新型的另一个方面，性能计算软件952由服务器(图中未显示)提供给电路950。虽然已经参照优选的实施例描述了本实用新型，但本领域技术人员将认识到，在不脱离本实用新型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1.一种过程压力测量系统，其特征在于包括: 包括第一密封系统的变送器，第一密封系统具有连接到压力传感器的第一出口、第一隔离膜片组件、第一毛细管通道和第一隔离流体，第一隔离流体通过第一毛细管通道将来自第一隔离膜片组件的第一压力连接到第一出口和压力传感器； 第二密封系统，具有开口的并且流体地连接到第一隔离膜片组件的第二压力出口、第二隔离膜片组件、第二毛细管通道和第二隔离流体，第二隔离流体适于在第一温度范围内使用并且通过第二毛细管通道将来自第二隔离膜片组件的第二压力连接到第二压力出口；和 第三密封系统，具有开口的并且流体地连接到第二隔离膜片组件的第三压力出口、第三隔离膜片组件、第三毛细管通道和第三隔离流体，第三隔离流体适于在不同于第一温度范围的第二温度范围内使用并且通过第三毛细管通道将来自第三隔离膜片组件的过程压力连接到第三压力出口，由此所述过程压力通过第三、第二和第一密封系统连接到压力传感器。
2.根据权利要求1所述的过程压力测量系统，其中，具有不同温度范围内的第二和第三隔离流体的使用减少变送器的检测压力输出的误差。
3.根据权利要求1所述的过程压力测量系统，其特征在于还包括: 法兰，该法兰接合第三隔离膜片组件，并且该法兰是能够转动的以与过程容器安装孔对齐，用于现场能够拆卸地连接到过程流体。
4.根据权利要求1所述的过程压力测量系统，其中第二隔离流体包括在第一温度以下自由流动的填充流体。
5.根据权利要求4所述的过程压力测量系统，其中所述第一温度是O摄氏度。
6.根据权利要求1所述的过程压力测量系统，其中第三隔离流体包括在第二温度以下不蒸发的填充流体。
7.根据权利要求6所述的过程压力测量系统，其中所述第二温度是350摄氏度。
8.根据权利要求1所述的过程压力测量系统，其中第二隔离膜片组件引入第二压降，并且所述第二压降由在压力变送器中的补偿算法修正。
9.根据权利要求1所述的过程压力测量系统，其中第三隔离膜片组件引入第三压降，并且所述第三压降由在压力变送器中的补偿算法修正。
10.一种过程压力测量系统，其特征在于包括: 第一密封系统，包括第一压力出口、压力传感器、第一隔离膜片组件和填充有第一隔离流体的第一毛细管通道，第一隔离流体通过第一毛细管通道和第一压力出口将来自第一隔离膜片组件的过程压力连接到压力传感器； 第二密封系统，包括开口的第二压力出口、第二隔离膜片组件和填充有第二隔离流体的第二毛细管通道，第二隔离流体适于在第一温度范围内使用，第二隔离流体通过第二毛细管通道和 开口的第二压力出口将来自第二隔离膜片组件的所述过程压力连接到第一隔尚月旲片组件； 第三密封系统，包括第三压力出口、能够连接到在不同于第一温度范围的第二温度范围内的过程压力源的第三隔离膜片组件、和填充有不同于第一隔离流体的第二隔离流体的第三毛细管通道，第二隔离流体通过第三毛细管通道和第三压力出口将来自第三隔离膜片组件的所述过程压力连接到第二隔离膜片组件；并且 所述过程压力通过第三、第二和第一密封系统连接到压力传感器，并且具有不同温度范围的隔离流体的使用减少在压力传感器处的检测压力的误差。
11.根据权利要求10所述的过程压力测量系统，其特征在于还包括: 法兰，该法兰接合第三隔离膜片组件，并且该法兰是能够转动的以与过程容器安装孔对齐，用于现场能够拆卸地连接到过程流体。
12.根据权利要求10所述的过程压力测量系统，其中，第二隔离流体包括在第一温度以下自由流动的填充流体。
13.根据权利要求10所述的过程压力测量系统，其中，第三隔离流体包括在第二温度以下不蒸发的填充流体。
14.根据权利要求10所述的过程压力测量系统，其中，第二隔离膜片组件引入动态压力损失，并且通过第二隔离流体的选择能够控制所述动态压力损失。
15.根据权利要求10所述的过程压力测量系统，其中，第三隔离膜片组件包括支撑管，该支撑管连接在第三隔离膜片组件和第三压力出口之间。
16.一种过程压力测量系统，其特征在于包括: 包括第一密封系统的变送器，第一密封系统具有连接到压力传感器的第一出口、第一隔离膜片组件、第一毛细管通道和第一隔离流体，第一隔离流体通过第一毛细管通道将来自第一隔离膜片组件的第一压力连接到第一出口和压力传感器； 第二密封系统，具有开口的并且流体地连接到第一隔离膜片组件和开口的第二压力入口的第二压力出口、第二毛细管通道和第二隔离流体，第二隔离流体适于在第一温度范围内使用并且通过第二毛细管通道将来自第二压力入口的第二压力连接到第二压力出口 ；和 第三密封系统，具有由出口隔离膜片封闭并且能够流体地连接到第二压力入口的分隔的第三压力出口、第三隔离膜片组件、第三毛细管通道和第三隔离流体，第三隔离流体适于在不同于第一温度范围的第二温度范围中使用并且通过第三毛细管通道将来自第三隔离膜片组件的过程压力连接到被隔离的 第三压力出口，由此过程压力通过第三、第二和第一密封系统连接到压力传感器。
专利摘要本实用新型公开一种过程压力测量系统，包括具有第一密封系统的变送器，在第一密封系统中第一出口连接到压力传感器、第一隔离膜片组件、第一毛细管通道和第一隔离流体。第一隔离流体将来自第一隔离膜片的第一压力连接到第一出口和压力传感器。第二密封系统包括连接到第一隔离膜片组件的第二压力出口、第二隔离膜片组件、第二毛细管通道和第二隔离流体。第二隔离流体适于在第一温度范围中使用并且将来自第二隔离膜片组件的压力连接到第二压力出口。第三密封系统包括连接到第二隔离膜片组件的第三压力出口、第三隔离膜片组件、第三毛细管通道和第三隔离流体。第三隔离流体适于在第二温度范围使用中并且将过程压力连接到第三压力出口。
文档编号G01L9/00GK203083767SQ20122065641
公开日2013年7月24日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年9月28日
发明者布伦特·韦恩·米勒, 保罗·赖安·费德尔 申请人:罗斯蒙德公司