具有带类金刚石碳涂层的密封件的过程压力变送器的制造方法
【专利摘要】过程压力变送器系统包括过程压力变送器壳体、过程压力变送器壳体中的过程压力传感器、过程压力变送器壳体中的凸缘面和凸缘面上的隔离膜片。第一毛细管通道将第一填充流体从隔离膜片运送到过程压力传感器。过程密封膜片耦合到工业过程的过程流体。第二毛细管通道将第二填充流体从过程密封膜片运送到隔离膜片。类金刚石碳(DLC)涂层涂覆过程密封膜片。
【专利说明】具有带类金刚石碳涂层的密封件的过程压力变送器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及过程控制工业。更具体地，本实用新型涉及用于将过程控制仪器 耦合到过程的隔离膜片或密封件。
【背景技术】
[0002] 例如压力变送器的一些类型的过程控制仪器具有通过填充流体流体地耦合到隔 离膜片的压力传感器。隔离膜片包括称为"远程密封件"或"膜片密封件"并且将压力传 感器与被感测的腐蚀性过程流体隔离的子组件部分。压力被从隔离膜片通过基本不能压缩 的并且填充两侧的腔的填充流体和毛细管（或如果密封件直接地安装到仪器则是通孔）传 送到传感器。毛细管通常地是柔性的并且可以延伸数米。过程介质接触将被施加的压力传 送到设置在变送器壳体中的压力传感器的远程隔离膜片。
[0003] 通常地，隔离膜片和远程密封件的任何过程润湿部件由耐腐蚀的材料制成，使得 过程介质不损坏膜片。在本领域还已知的是，在隔离膜片上提供涂层，以保护隔离膜片免受 由于与过程流体接触的侵蚀。然而，需要持续改进隔离膜片保护。 实用新型内容
[0004] 过程压力变送器系统包括过程压力变送器壳体、过程压力变送器壳体中的过程压 力传感器、过程压力变送器壳体中的凸缘面和凸缘面上的隔离膜片。第一毛细管通道将第 一填充流体从隔离膜片运送到过程压力传感器。过程密封膜片耦合到工业过程的过程流 体。第二毛细管通道将第二填充流体从过程密封膜片运送到隔离膜片。类金刚石碳（DLC) 涂层涂覆过程密封膜片。
[0005] 提供本实用新型内容和摘要从而以简化的形式介绍将在下文详细描述的构思的 选择。本实用新型内容和摘要不意图确定要求保护的主题的关键特征或本质特征，它们也 不意图被用于帮助确定要求保护的主题的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 图1是显示根据本实用新型的具有远程密封件的变送器的简化示意图。
[0007] 图2A是沿着图2B中标记2A--2A的线截得的、现有技术的远程密封件的侧面剖视 图。
[0008] 图2B是图2A中的现有技术的远程密封件的底部平面图。
[0009] 图2C是图2A的现有技术的远程密封件的顶部平面图。
[0010] 图3是显示包括耦合到远程密封件的压力变送器的压力变送器系统的简化示意 图。
[0011] 图4A、4B和4C是剖视图，示例了施加到隔离膜片的类金刚石碳（DLC)涂层的示例 性构造。
[0012] 图5是显示包括类金刚石碳（DLC)涂层和中间层的过程膜片的一部分的放大剖视 图。
【具体实施方式】
[0013] 本实用新型涉及用于将过程变量变送器耦合到工业过程流体的膜片密封件。膜片 密封件包括被涂有类金刚石碳（DLC)以保护隔离膜片免受由于与工业过程流体接触的损 坏的隔离膜片。图1示出过程变量变送器11的远程密封件12。远程密封件12连接到壳体 14中的变送器膜片。远程密封件12包括壳体17并且构造成用于耦合到过程流体16。
[0014] 根据一个实施例，变送器11测量过程介质16的压力。远程密封件12包括接触过 程介质16的薄的柔性的膜片18。密封件12还包括与膜片18 -起限定腔20的背板19。毛 细管22将腔20耦合到设置在变送器壳体14中的压力传感器28,该耦合经由变送器壳体膜 片25和将膜片25与传感器28连接的密封流体系统进行。密封流体系统以及腔20和毛 细管22由适当的流体填充，用于将过程压力传送到传感器28。流体可以包括硅酮、油、甘油 和水、丙二醇和水、或优选基本地不能压缩的任何其他的适当的流体。
[0015] 从过程介质16施加过程压力时，膜片18移动流体，因而将被测量的压力从远程密 封件12通过板19中的通道并且通过管22传送到压力传感器28。所产生的施加到可以是 基于电容的压敏元件的压力传感器28的压力促使这种电容作为介质16处的压力的函数而 改变。传感器28还可以根据其他已知的感测原理操作，例如应变仪技术。变送器壳体14 中的电路将电容电子地转换成与过程压力有关的通过电线对30的线性4-20mA变送器输出 信号。可以使用包括其中数字信息被调制成4-20mA电流的Π /\ΚΤ*:通信协议、Foundation Fieldbus或Profibus通信协议等的任何适当的通信协议。还可以通过使用无线通信技术 实施过程控制回路30。无线通信技术的一个例子是根据IEC62591的WirelessllAKT?:通 信协议。
[0016] 图2A是远程密封件50的侧面剖视图，图2B是远程密封件50的底部平面图并且 图2C是远程密封件50的顶部平面图。远程密封件50称为"带凸缘的等高设计"，并且包 括密封件壳体52。远程密封件50还包括液压流体（填充流体）填充端口 54、仪器连接件 56、和通过TIG焊件60焊接的柔性膜片58。被提供的表面62是环状形状并且围绕膜片58 延伸。螺栓孔64用于将壳体52连接到，例如，填充过程流体的箱。
[0017] 通常地，壳体52由不锈钢形成并且具有大约1英寸的厚度。壳体52以一定方式 被加工以被焊接到圆形金属膜片58。垫圈表面62也加工在壳体52上。膜片58通常是可 以通过压模切割和成形的箔膜片。
[0018] 图3是显示其中过程压力传感器28被设置在过程压力变送器壳体14中的压力变 送器系统10的简化块状图。如图3所示，隔离膜片25承载在壳体14的凸缘面80上。第 一毛细管通道82运送隔离填充流体并且从膜片25延伸到压力传感器28。过程膜片密封件 18连接到过程流体，并且第二毛细管通道22运送第二填充流体并且从过程密封膜片18延 伸到隔离膜片25。当压力被施加到膜片18时，膜片18弯曲。这促使压力通过第二填充流 体传送到隔离膜片25。随后，隔离膜片25弯曲并且促使压力传送到毛细管通道82中的填 充流体。这压力可以由压力传感器28根据已知的技术感测到。变送器电路88用于感测被 施加的压力并且将涉及被施加的压力的信息通信到另一个位置。
[0019] 图4A、图4B和图4C是显示密封件12的示例性构造的侧面剖视图。在图4A和4B 中，类金刚石碳（DLC)涂层90被施加到膜片18的外表面。在图4A的构造中，DLC涂层90 仅覆盖膜片18。该构造将保护膜片18免受磨损。这种构造可以减少成本并且简化制造。 进一步，在该构造中，可以在涂层程序出现之后进行用于将膜片18焊接到远程密封件12的 凸缘面94的焊接92。这简化制造过程。
[0020] 图4B示出另一个示例性构造，其中DLC涂层90在包括表面94的全部润湿表面上 延伸。这对可能接触过程流体的密封件12的所有表面提供耐腐蚀性。
[0021] 图4C是另一个示例性构造，其中DLC涂层90设置在膜片18的内表面上。该构造 对于防止氢通过膜片18渗透是有用的。在这种构造中，涂层90在将膜片18焊接到凸缘面 94之前被施加到膜片18。
[0022] 可以使用任何适当的技术沉积DLC涂层90。例如，可以使用物理气相沉积技术沉 积涂层。例如，可以使用过滤阴极真空弧沉积设备（FCVA)沉积DLC涂层90。在这种装置 中，电弧被施加到阴极材料，促使该材料汽化和电离。磁性过滤场用于过滤蒸汽，并且磁性 集中场用于将所形成的碳等离子体集中到真空腔中的膜片18的表面上。可以按所期望沉 积各种类型的类金刚石碳。
[0023] 图5是膜片18的一部分的放大剖视图。如图5所示，中间层100沉积在膜片18 和DLC层90之间。可以选择中间层以促进DLC层90附着到膜片18。中间层100可以构造 成用于改善膜片18的表面粗糙度并且提供具有在膜片18和DLC涂层90的热膨胀系数之 间的热膨胀系数的过渡层。进一步，中间层100可以在沉积过程中保护膜片18的材料并且 改善最终结构的耐腐蚀性。例如，可以在DLC层90中形成销孔。类似地，可以在沉积过程 中在膜片18中形成销孔。中间层100在该过程中保护膜片18。可以根据需要选择中间层 100。在一个构造中，层100包括钛。然而，其他的示例材料包括钽、铬、或陶瓷材料。
[0024] 可以使用不同类型的类金刚石碳涂层制造层90。在一个示例实施例中，DLC层90 包括含有a_C:H(非晶氢化类金刚石碳）的类金刚石碳涂层。在另一个优选的实施例中，涂 层包括ta-C (四面体类金刚石碳）涂层。
[0025] 虽然已经参照优选的实施例对本实用新型进行了描述，但是本领域技术人员将认 识到可以在没有脱离本实用新型的实质和范围的情况下进行形式和细节上的改变。远程 密封件可以是除本文中那些具体地描绘的构造之外的构造。例子包括带凸缘的密封件类 型，例如等高凸缘密封件、伸出的带凸缘的密封件或饼状密封件。其他的构造包括螺纹密封 件（RTW)、管子接头密封件、化学T字形密封件、螺纹管安装密封件、鞍状和流动通过密封件 等。毛细管通道22可以是细长的，如图1所示，或，在另一个示例性构造中，可以相对较短， 借此变送器直接安装到密封件。在一个构造中，膜片18包括不锈钢。其他的示例材料包括 IhisU，M oy、l(、钽、钛、镍 200/201、合金 400 (Monel?)、合金 625 和 600 (铬镍铁合金 ?)、超 级双相不锈钢2507、错、金、银、钼、镍基合金、难恪金属和贵金属。在一个构造中，任何焊接 在沉积DLC涂层之前执行。这确保焊接过程不损伤DLC涂层。可以根据需要选择DLC涂层 的厚度。例如，厚度可以在0.5和5μπι之间。在一些构造中，只要其满足应用要求优选较 薄层。虽然示出了单个的中间层，但是可以按所期望使用任何数量的中间层。
【权利要求】
1. 一种过程压力变送器系统，其特征在于，包括： 过程压力变送器壳体； 过程压力传感器，所述过程压力传感器在过程压力变送器壳体中； 凸缘面，所示凸缘面在过程压力变送器壳体中； 隔离膜片，所述隔离膜片在凸缘面上； 第一毛细管通道，所述第一毛细管通道将第一填充流体从隔离膜片运送到过程压力传 感器； 过程密封膜片，所述过程密封膜片构造成禪合到工业过程的过程流体； 第二毛细管通道，所述第二毛细管通道将第二填充流体从过程密封膜片运送到隔离膜 片；和 类金刚石碳DLC涂层，所述类金刚石碳DLC涂层涂覆过程密封膜片。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述类金刚石碳是四面体类金刚石碳。
3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述类金刚石碳是非晶氨化类金刚石碳。
4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括在DLC涂层和过程密封膜片之间的中 间层。
5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述中间层是铁。
6. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述中间层是粗。
7. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述中间层是铭。
8. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述中间层是陶瓷。
9. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述DLC涂层被施加到过程密封膜片的外 表面。
10. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述DLC涂层被施加到过程密封膜片的 内表面。
11. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述过程密封膜片被携带在远程密封件 中并且所述DLC涂层在远程密封件的表面上延伸。
12. -种将过程压力变送器禪合到过程流体的远程密封件，其特征在于，包括；过程密 封膜片，所述过程密封膜片构造成禪合到工业过程的过程流体； 毛细管通道，所述毛细管通道将填充流体从过程密封膜片运送到远端；和 类金刚石碳DLC涂层，所述类金刚石碳DLC涂层涂覆过程密封膜片。
13. 根据权利要求12所述的远程密封件，其特征在于，所述类金刚石碳是四面体类金 刚石碳。
14. 根据权利要求12所述的远程密封件，其特征在于，包括在DLC涂层和过程密封膜片 之间的中间层。
15. 根据权利要求14所述的远程密封件，其特征在于，所述中间层是铁。
16. 根据权利要求12所述的远程密封件，其特征在于，所述DLC涂层被施加到过程密封 膜片的外表面。
17. 根据权利要求12所述的远程密封件，其特征在于，所述DLC涂层被施加到过程密封 膜片的内表面。
18. 根据权利要求12所述的远程密封件，其特征在于，所述DLC涂层在远程密封件的表 面上延伸。
【文档编号】G01L19/00GK204228324SQ201420356550
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】张小昂, 文森特·克雷恩 申请人:罗斯蒙特公司