专利名称：带高压隔离体装配件的压力变送器的制作方法
技术领域：
本发明的背景本发明涉及压力变送器，尤其是本发明涉及一种用于支撑压力传感器和用于把压力传感器和变送器的内腔与待测工艺线流体分隔开的隔离体装配件。
用隔离体装配件把压力传感器与工艺线上的待测流体分隔开是公所周知的事。一般是，隔离的装配件安装在变送器的底座上，该变送器放置在朝变送器内腔敞开的孔中。内腔保护着与压力传感器相连接的已知电路，以便获得与工艺线上的压力成比例的信号。隔离体装配件包括一连接器或接头，它可与工艺线相连接以得到所测的工艺流体。连接器具有螺纹，该螺纹与变送器壳体的相应螺纹相接合使连接器与壳体相固定。在工艺线的一远端，该连接器接收一机加工插头，该插头具有面向工艺流体的柔性隔离膜片。该隔离膜片把插头中形成的一内腔与工艺流体隔开。该内腔注满实际上不可压缩的液体；例如硅油，在此称为“充填液体”在插头内部形成从内腔向远离隔离膜片的插头端延伸的通道。一个测试头与插座和连接器的远端相焊接。该测试头有构成带接插端的传感器腔体的凹槽。测试头支撑着传感器腔体内的压力传感器。传感器腔体内也注满充填液体。由于传感器腔体与隔离内腔可通过通道互通流体，因此通过充填液体可将工艺流体的压力传递给压力传感器。压力传感器提供与充填液体压力，因而也是与工艺流体压力成正比的一输出信号。
如果压力传感器测量表压或压差，装配件则在测试头上支撑压力传感器并有一与其中的一个压力传感器互通流体的通道。如果支撑件的热膨胀系数与压力传感器的热膨胀系数有显着的差异，温度的变化使压力传感器上产生应力和变形并且使装配件产生应力引起损伤和测量误差。由于这种误差是因压力传感器上产生的热应力引起测量元件的形变所产生的，所以很难使它与工艺流体压力所产生的变化区分开。在公知技术中的一项解决办法是，选择热膨胀系数与压力传感器相匹配的支撑材料。然而，已有技术一直存在着密封和将支架固定在测试头上的问题。
此外，尽管以上所描述的隔离装配件适用于多种应用情况，但是，它通常不适用于工艺流体压力超过每平方英寸4000磅的高压应用。
发明概要一种压力变送器包括一个把工艺流体与压力变送器的内腔分隔开的隔离体装配件，隔离体装配件包括用于接收工艺流体的管线压力并且将管线压力与传感器的腔体耦接，传感器腔体由与一插头末端相连的测试头构成。一环形件安装测试头和插头末端，使在隔离体插头和测试头之间形成的连接得到加强。
本发明的另一主要方面是，当压力传感器所提供的装配件包括一底座和具有第一端和第二相对末端的一支架。第一末端与压力传感器坚固地结合成一体，同时有一弹性接头将支座的第二端连接到底座上，弹性接头的材料至少包括环氧树脂、聚酰亚胺或聚氨基甲酸(乙)脂中的一种。
附图的简要说明
图1为压力变送器的视图，它以部分剖面和部分方框的形式绘示本发明的隔离体装配件。
图2为安装在壳体接合器内，根据本发明制成的隔离体装配剖面视图；图3为图2的部分放大剖面视图；图4为根据本发明制成的修改的隔离体装配件的剖面视图。
图5为图4的部分放大剖面视图。
最佳实施例的详细描述本发明具有一隔离体装配件12的变送器10如图1所示。变送器10包括具有一底座16的壳体14、通过螺纹19与底座16相连接的壳体接合器17，以及一放大的机体18。壳体接合器17包括接收本发明隔离体装配件12的一个孔20。在设有以下所描述的隔离体装配件12和变送器10的其它部件的情况下，孔20通向形成于放大的机体18内的内腔22。
隔离装配件12将此处用箭头24表示的工艺流体与内腔22的进口隔开。通常情况下，一条工艺管道(未示出)运进工艺流体24与柔顺的隔离体隔膜片26的接触。工艺流体24对隔离体隔片26施加压力。在通道28内装载一些填充液体将工艺流体压力传递给设置在传感器腔32内的压力传感器32，传感器腔32内也充注有填充液体。
导线36将压力传感器30与初级电路38相连，再由连线40将其与变送器电路42相连。如在已有技术中那样，通过一对扭铰线46，由一外接直流电源44向变送器电路42供电，扭铰线46是由端口48进入变送器10的。这对扭铰线46的线端接在引接板50上。通过连线52，使引接板50与变送器电路42相连。罩盖54A和54B使引接板50和变送器电路42能够分别进出。
在所举的实施例中，压力传感器30为公知具有应变计的半导体型的，(图中未予示出)，它对传感器腔32内的压力作出响应。为了实现本发明的目的，本发明可采用与隔离体膜片26流体耦合的其它公知的压力传感器，例如用电容的和光学的压力传感器。
压力传感器30提供与传感器腔32内的压力相对应的输出信号，它代表工艺流体24的压力。通过初级电路板38，将传感器的输出信号提供给变送器电路42。通过将流经扭铰线对46的DC电流调节在4至20mA之间，由变送器电路42传送工艺流体的压力。按照已知的数字规约，例如HART@规约，变送器电路42还能用一合适的控制部件进行数字传送。
图2示出隔离体装配件12和壳体接合器17，它们是对壳体14的部件进行考虑而用以实现本发明的目的的。然而，应该了解到，在本实施例中，尽管壳体接合器17不必就是壳体14的一个可拆部件。换言之，只要将底座16设计容纳隔离体装配件12，隔离体装配件12就可以直接紧固在底座16上。
壳体接合器17设有限定孔20的一个环形壁62。在本实施例中表明，隔离体装配件12包括一连接器64、一隔离体插头66、一测试头68和一环形测试头环70，它们各由合适的诸如不锈钢(SST316)之类的抗腐蚀金属制成。隔离体插头66上设有朝外的螺纹72并可与环形臂62内表面76上朝内的螺纹74相互螺纹啮合用以将隔离体装配件12安装在壳体接合器17上。最好，螺纹72和74是为紧密装配而提供的1级螺纹以保证沿着该接合处被确定为一阻断火焰的通道。
连接器64提供用于将发送器10连接到工艺流体24源头的装置。连接器/隔离体插头的接口67把连接器64接到隔离体插头66上。在本实施例中已表明，连接器/隔离体插头接口67包括一环形焊缝82和强化螺纹80。螺纹80与设置在隔离插头66的一延伸部分86上相应的螺纹84相啮合。用已知的方式将隔离体膜片26连接到延伸部分86上，以把填充液体与工艺液体24隔开。
参照下一附图3，环形焊缝82分别连接连接器64和隔离体插头66的相对表面90和92。最好如图所示，相对表面90和92是由连接器64和隔离体插头66中分别放置的凹槽94和96形成的环形表面。凹槽94和96被安排成使表面90与92的内环边缘基本上对准。通过对准表面90和92的内环边缘，使相对表面90和92之间的应力密度减小，从而加固了由环形焊缝82形成的接合面。
一条环形焊缝100把测试头68接到隔离体插头66的一端102上以形成传感器腔32。最好，端面102包括一延伸环部分104，同时测试头68也有一延伸环部分105，延伸环部分104形成一环形表面106，它面对延伸环部分105上一凹入的外环开表面108。为了使测试头68与隔离体插头66的端面102对准，延伸环部分104和105经过精密加工，以形成如图所示的各自交叠的侧壁。
以公知的方式，例如绝对压力变送器中所用的硅酮RTV之类的化合物，将压力传感器30固定到测试头68上。在120处绘示出馈通孔中的一个，它接纳为压力传感器30和初级电路板38作电连接的导线122。玻璃封口124使金属测试头68与导线122电绝缘并固定。在测试头68上焊接一充油管126，它为传感器腔32提供向传感器腔32中填充液体的入口。注满液体后，将充油管126焊封住。在传感器腔32内设一衬垫128，用以减少传感器腔32的容积，从而减少了填充的液体量。
环形焊缝134和136把测试头环70连接到测试头68和隔离体插头66上。测试头环70以及环形焊缝100、134和136都包含一个隔离体插头/测试头接合面101。测试头环70和环形焊缝134及136使环形焊缝100得到加强，从而把测试头68进一步固定到隔离体插头66上。如果需要，可用一O型密封垫140与测试头环70一起与壳体接合器17的内表面接合以进一步将内腔22隔离和密封。回过头来参阅图1，在壳体接合器17的腔体146内配置一封装材料144用以固定其中的初级电路板38并且进一步将内腔22密封。
如上所述，隔离体装配件12把内腔22与工艺流体24分隔开。隔离体装配件12尤其适合于高压应用，这是由于连接器/隔离体插头的接合面67和隔离体插头/测试头的接合面101得到加固，使工艺流体24进入内腔22的最可能的途径是首先从隔离膜片开始并经传感器内腔32扩展。可是，如果工艺流体24进入传感器内腔32，将使传感器30损坏。变送器电路42测出传感器30的损坏并输出警报指示，在工艺流体24窗蚀测试头68进入内腔22之前，将变送器10的问题通知操作者。
图4示出有控制排放系统151的隔离体装配件150，该控制排放系统适用于计示压力的变送器。该控制排放系统151使大气直接与压力传感器30接合。如前述的隔离体装配件12那样，隔离体装配件150固定于壳体接合器17上并包括有连接器64，一隔离体插头152、一测试头154和头环70。最好，按以前所描述的方式由焊缝82、100、134和136连接连接器64、隔离体插头152、测试头154和头环70。作为现有技术已知，计示压力变送器依据的是工艺流体24相对大气压力的测量压力。在本实施例中表明，大气压力通过隔离体插头152内的通道160提供给压力传感器30，通道160与测试头部154中的通道162相连通。最好，通道160和162有合适的直径和足够的长度以提供阻断火焰的通道。
在本实施例中表明，通过设置在隔离体插头152上并与孔20相通的开口166，大气压力进入通道160。如果需要，在孔166上可配置一合适的过滤材料165，例如多孔金属和聚四氟乙烯，以防止污染物进入通道160。在远离开口166的隔离体插头152的一端面170上，通道160通向腔室172。最好，腔室172由设置于测试头70内的一环形内沟槽构成。除了由通道160和162提供的开口外，腔室172由焊缝100，134和136密封。通道162在其一端通向腔室172，而在通道162远离腔室172的一端则通向设置在测试头154中的一圆柱凹槽180，形成传感器腔32的一部分。
下面将讨论，如果在传感器腔32因而也在传感器30或装配组件中出现工艺流体24以致失效时，使工艺流体24能够进入凹槽180，控制排放系统151就阻止了工艺流体24进入内腔22。更具体地说，通道162将工艺流体由凹槽180引向腔室170，再将流体引向通道160并由于焊缝100、134和136而向离开内腔22的方向流去。当工艺流体24由开口166并在最终由孔20漏出时，就输出一可见的指示，表明已经发生此类故障。
接着参阅图5，设置在凹槽180内的支架181支撑传感器腔32内的压差传感器184。最好，压差传感器184包括带隔膜片的硅片186，它连接到硅支撑座188上，再安装到支架181上。支架181为整体结构，基本上是派热克斯型的硼硅酸玻璃组成，它的热膨胀系数基本上与硅支座188的相等。另一可供选择的例子，支架181包括一适当的陶瓷。一阳极接头189将玻璃支架181的端面190连接到硅支撑座188的下表面192上。阳极接头189为玻璃支架181中的通道196和支撑座188中的孔198提供一密闭的封口，使大气压力由测试头154中的通道162传给硅片186的隔膜片。阳极接头为不具有弹性的刚性接头。
与位于端表面190和下表面192之间的刚性接头189相比，环氧树脂199提供一比较柔顺或弹性的接合面200，它将支架181的端表面202和测试头154相连并密封使大气压力直接与压力传感器30接合。最好，环氧树脂199是将支架181连接到头部154上的独有装置。环氧树脂199吸收由测试154和玻璃支架181之间不同热膨胀系数产生的应力。不同于已有技术中为将玻璃支架181焊接到测试头上，它将端面202镀上金属层，本发明的端面202最好不镀层而保留住玻璃，从而减少了装配步骤，降低了制造成本。
最好，环氧树脂是溶解的且可任意减薄以提供薄层粘合线，减少向密封的传感器腔32中放气或减重，以及由此产生的测量误差。溶解且可任意减薄的环氧树脂还减少了产生空隙的应力，这种应力可以造成玻璃支座181的断裂以及使热传导下降而导致温度误差。在另一优选实施例中，环氧树脂199不包含任何填充物。无填料环氧树脂的应用改进了由在玻璃支座181和测试头154的支撑表面之间的环氧树脂199所构成的密封效果，这是由于这样一类填料具有不同于它被包含在其中的环氧树脂的热膨胀系数。适于高压应用的环氧树脂为由贝勒里卡环氧树脂技术股份有限公司(Epoxy Technology，Inc. of Billerica，MA hermetic sealing epoxy)生产的EP0-TEKH77型MA密封环氧树脂。
很明显，尽管已描述了由环氧树脂199构成的弹性接合面，但还可采用其它适合的有机密封的粘接材料。例如可以从加州的兰乔·多明格斯的埃布莱斯克实施室(Ablestik Laboratories of Rancho Dominguesz，CA)买到合适的模压连接聚酰亚胺，以及可以从明尼苏达州的波尔明尼苏达矿业和制造公司(Minnesota Mining and Manufacturing commpany of st.Paul.)买到聚氨基甲酸(乙)脂，也能用它们代替环氧树脂199。
尽管，已经对弹性接合面200作为将支架181固定到测试头154上，以提供与使用计示压力变送器的通道162有关的密封的方法进行了描述和说明，但是，很显然，计示压力变送器仅是压差变送器的一种类型，而弹性接合面200也可用于其它类型的压差变送器。
尽管，本发明已经参照最佳实施例进行了描述，但本行业的技术人员应认识到在形式和细节上所做的改变并不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种可与工艺线连接并对工艺线的压力作出响应输出的变送器，其特征在于所述变送器包括一个壳体，它形成环绕一个孔的壁面，该孔伸入形成在壳体内的一内腔；一个用于测量压力的传感器；一个电路，它与传感器耦接并提供输出；以及一个隔离件，它安装在孔内，将工艺线中的流体与内腔隔开，隔离件包括一隔离体插头，它设置在孔内并与壳体相连接，隔离体插头中有一膜片，经过通向插头末端的一通道进行压力耦接；一测试头，它与插头的末端相连接以形成安装传感器并接收来自通道压力的传感器腔；以及一环形件，它与隔离体插头和测试头相连接。
2.根据权利要求1所述的变送器，其特征在于它有第一环形焊缝将测试头连接到插头的末端，第二环形焊缝将环形件连接到测试头上以及第三环形焊缝将环形件连接到隔离体插头上。
3.根据权利要求1所述的变送器，其特征在于它有一由第一端向第二端延伸的孔的连接器，连接器在第一端可与工艺线相连接并在第二端与隔离体插头相连接。
4.根据权利要求3所述的变送器，其特征在于它有一环形焊缝将连接器的第二端连接到插头上。
5.根据权利要求1所述的变送器，其特征在于它有一贯穿测试头的第二通道，第二通道将第二压力耦接到传感器上。
6.根据权利要求5所述的变送器，其特征在于它有一形成于测试头的相对表面和环形件之间的凹槽，凹槽通向第二通道并且耦接第二压力。
7.根据权利要求5所述的变送器，其特征在于它有一形成在插头内的第三通道并与第二通道流体连通。
8.根据权利要求7所述的变送器，其特征在于沿着一螺纹部分，壁面可与插头螺纹连接，并且其中第三通道有一远离螺纹部分的开口。
9.根据权利要求5所述的变送器，其特征在于它有一根管道，用环氧树脂对着第二通道的开口将管道的第一端连接到测试头上，管道支撑传感器腔内的传感器并将第二压力耦接到传感器上。
10.一种可与工艺线连接并对工艺线上的压力作出响应输出的变送器，其特征在于所述变送器包括一个壳体，它形成环绕一个孔的壁面，该孔伸入形成在壳体内的一内腔；一个用于测量压力的传感器；一个电路，它与传感器耦接并提供输出；以及一个隔离件，它安装在孔内，将工艺线的流体与内腔隔开，隔离件包括一隔离件插头，在其中有一隔膜片，经过通向插头末端的一通道进行压力耦接；一测试头，它连接到插头末端以形成一传感器腔接收来自通道的压力，测试头有一第二通道，由传感器腔延伸通过测试头，第二通道耦接第二压力；以及一管道，它用环氧树树对着第二通道的开口，将管道的第一端连接到测试头上，管道支撑传感器腔内的传感器并将第二压力耦接到传感器上。
11.一种用于压力传感器的装配件，其特征在于它包括一基座；一支架，它有第一和第二相对端，其中的第一端与压力传感器刚性连接；以及一位于支架的第二端和基座之间的弹性接合面，弹性接合面包含由环氧树脂、聚酰亚铵和聚氨基甲酸脂组成的一组材料中选出的一种材料。
12.根据权利要求11所述的装配件，其特征在于其中的材料是可任意溶解的环氧树脂。
13.根据权利要求11所述的装配件，其特征在于其中的材料是不同填料的环氧树脂。
14.一种可与工艺线连接并对工艺线上的压力相对于大气压力作出响应输出的变送器，其特征在于所述变送器包括一个壳体，它形成环绕一个孔的内壁，该孔伸入形成在壳体内的一内腔；一个用于测量压力的传感器；一个电路，它与传感器耦接并提供输出；以及一个配置在孔内的隔离体插头，它包括在其中的一隔膜片通过第一通道与插头末端压力耦接；由第一表面向第二表面延伸的第二通道用于将大气压力传送给传感器；以及一配置在第一表面和第二表面之间与内壁连接的部分。
15.一种可与工艺线连接并对工艺线上的压力作出响应输出的变送器，其特征在于所述变送器包括一个壳体，它形成环绕一个孔的壁面，该孔伸入形成在壳体中的内腔；以及，安装在孔内的一个隔离组件，它将工艺线中的流体与内腔隔开，隔离组件包括一设置在孔内的隔离插头，它有一配置在一延伸部分用于接收压力的隔膜片，延伸部分有第一组螺纹；一有由第一端向第二端延伸的孔的连接器，它可与工艺线在第一端连接并有与延伸部分上的第一组螺纹搭配的第二组螺纹；以及一环形焊缝将隔离插头连接到连接器上。
16.一种可与工艺线连接并对工艺线中的压力作出响应输出的变送器，其特征在于所述变送器包括一个壳体，它形成环绕一个孔的壁，该孔伸入形成在壳体内的内腔；以及一个安装在孔内的隔离组件，它将工艺线中的流体与内腔隔开，隔离组件包括一安放在孔内的隔离体插头，它有一用于接收压力的隔膜片，隔离体插头有围绕第一沟槽的一第一配接表面；一具有围绕第二沟槽的第二配接表面的连接器，连接器配置成使第一和第二沟槽相互连通，以及一环形焊缝将第一配接表面连接到第二配接表面上。
全文摘要
压力变送器(10)包括一个用于将工艺流体与压力变送器(10)的内腔(22)隔开的隔离体装配组件(12,150)。隔离体装配组件(12,150)包括一用于接收工艺流体线压力的一隔离体插头(66,152),将一测试头(68,154)与插头(66,152)末端连接形成在线压力与传感器腔(32)的耦合。将一环形件(70)装在测试头(68,154)上,插头(66,152)末端加强隔离体插头(66,152)和测试头(68,154)之间的连接。在另一实施例中,隔离体装配件(150)包括一底座(154)和有第一和第二相对端(190,202)的支架(181)。第一端(190)与压力传感器(184)刚性相连,而用环氧树脂接头(200)将支架(181)的第二端(202)与底座154相连。
文档编号G01L9/00GK1182479SQ96193401
公开日1998年5月20日 申请日期1996年4月24日 优先权日1995年4月28日
发明者马克·H·奥尔森, 米切尔·B·约斯特, 布赖恩·J·比肖夫, 托马斯·M·莫泽 申请人:罗斯蒙德公司