专利名称：将变送器耦合到过程流体的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到用在过程控制工业中的变送器，尤其是，本发明涉及到连接变送器到过程流体。
用在过程控制工业中的变送器是测量过程中的过程变量。该过程变量是用于控制该过程和，例如，经过一双线过程控制环路传送到一个控制室。各种过程变量包括压力、压差、流量、温度、浊度和生产水平。
在技术上各种类型的过程变送器是大家都熟知的。例如，美国专利号4,466,290名称为“用于传送流体压力到压差变换器的装置”，1984年8月21日由Frick获得，公开了一种具有在同一平面内两个膜片的压差变送器。一个法兰盘用于连接变送器到脉动管道系统。另一种类型变送器用于和Frick专利中所示成90°方向的过程连接之中。如图4所示的美国专利号4,833,922的变送器，名称是“模数变送器”由Frick等所获得。
现在正需要改进法兰盘和变送器的外形以便用于变送器的传感器和过程流体相耦合连接。
本发明的概要本发明提供一个用于耦合变送器的传感器到过程流体的法兰盘和变送器轮廓结构。该变送器包括一个具有一个传感器耦合的变送器本身。一个传感器的延伸部分耦合到该传感器耦合并且具有一个传感器耦合面和一个相反于耦合面的相对面。第一法兰连接部件具有一个过程面，该过程面提供过程连接到，例如，脉动管道系统(impalse piping)。第一法兰连接部件还包括一传感器面，该传感器面提供一传感器连接以适用于耦合到传感器延伸部件上的传感器耦合面。法兰连接部件包括一个通道，通过该通道将过程连接耦合到传感器连接。在一实施例中，传感器面相对于过程面形成近似90°的角度。一个耦合机械件耦合第一法兰连接部件的传感器连接到传感器延伸部分的传感器耦合面上。
在一实施例中，第二法兰连接部件上具有一个传感器面。该耦合机械件耦合第一法兰连接部件的传感连接到传感器延伸部分的传感器耦合面并且还耦合第二法兰连接部件上的传感器面到传感器延伸部分的相对面上，并由此而使传感器延伸部分被固定在他们之间。第二法兰连接部件包括一通道，该通道将第二法兰连接部件和传感器面的传感器连接之间耦合起来，以致使过程流体得以贯通到传感器延伸部分的相对面上。
附图简述
图1是根据本发明的一实施例的一变送器和法兰盘的投影视图。
图2是图1的实施例中采用的一个传感器延伸部分的投影视图。
图3是根据另一个实施例的变送器和法兰盘的投影视图。
图4是根据图3所用实施例的一个传感器延伸部分投影视图。
图5是显示图3中变送器90°角对应于过程连接部件的实施例的投影视图。
图6是图3的实施例的剖面投影图。
图7是显示过程连接的法兰连接部件的底平面视图。
图8是法兰连接部件的横截面视图。
图9是显示一个变送器的电子电路简化的方框图。
图10是根据另一个实施例的一个变送器和法兰连接部件的加高侧视平面图。
图11是一个图10中的变送器和法兰连接部件的底面视图。
图12是根据另一个实施例的一个变送器和法兰连接部件的加高前视平面图。
图13是图12的变送器和法兰连接部件的加高侧视平面图。
图14是根据另一个实施例一个复式连接块和传感延伸部分的剖视图。
优选实施例的详细描述图1是一个与本发明有关的实施例中变送器10的投影视图。变送器10为耦合变送器10到过程流体提供一个改进的过程连接。变送器10包括变送器本身12，传感器延伸部件14和法兰盘连接部件16A和16B。变送器本身包括平台基准面18，有螺纹22的环连接管20和管端盖帽24A及24B。如图1所示，变送器本身12是具有两个相对应管端盖帽24A和24B的圆柱体。环连接管20采用螺纹地安装在一个含有过程控制环导线28的导管(图中没有画出)。变送器本身12还包括由一个开口有螺纹32形成在平台基准面18另一端的传感器耦合盘30。传感器耦合盘30采用螺纹地安装在包括螺纹34的传感器延伸部件14上。传感器延伸部件14夹在法兰盘连接部件16A和16B之间，这两个连接部件16A和16B是由螺母38夹紧螺栓36固定在一起并连接到传感器延伸部件14上。法兰连接部件16A和16B包括用螺纹安装在连接部件16A和16B的通孔阀40A和40B，并且包括螺纹通孔塞42A和42B和通孔杆44A和44B。法兰连接部件16A和16B适用于连接到分别与推力管道系统52A和52B共平面的复式连接块50。法兰连接部件16A和16B是用拧入法兰连接部件16A和16B的螺栓54固定在复式连接块50上的。
和以前的技术比较，本发明的一个方面采用小直径的传感器连接部件(看图2中的62)。这允许传感器延伸部件14被仅用两个螺栓36夹紧固定在法兰连接部件16A和16B之间。即使在高压力连接中，该减小了的直径传感器是用螺栓36的夹紧力固定即可。
图2是一个传感器延伸部件14的投影视图显示的传感器连接面60中有一个凹进的传感器连接部件62构成在内。一个相对应的面64位于传感器连接面60的反面，在一实施例中，还包括一个凹进的类似于连接部件62的传感器连接部件(图中没有显示)用于接收第二个压力。在一实施例中，传感器位于传感器延伸部件中并且直接地暴露于过程流体中。在另一个实施例中，传感器用一个隔离膜片与过程流体隔离开。还有另一个实施例中，传感器与凹进去的传感器连接部件62分开的，例如在变送器12本身内，并且它通过一个传送压力的小油管耦合到过程流体。大家都明白该传感器到过程流体的这种特殊位置，结构和连接可以变化的并且所有结构都在本发明的范畴之内。进一步讲，本发明适用于任何类型传感器，例如，压力、压差、流量、浊度或温度传感器并且本发明并不受任何特殊传感器类型的限制。例如，连接部件62可以接纳过程流体，无论是静态还是流动的流体都可以。回过头参看图1，变送器12本身能够在对应于法兰连接部件16A和16B的位置66A与66B之间移动(即转动)。位置68A和68B以外的运动被连接传感器延伸部件14两边的螺栓给阻止了。
图3是一个与另一实施例有关的连接到加长的传感器延伸部件70的变送器10的投影视图。加长的传感器延伸部件70在图4中详细地显示出其投影视图并且类似于传感器延伸部件14。传感器延伸部件70包括有一个螺栓孔74结构的加长中间部分72。螺栓孔74适合于安装螺栓36。这允许变送器10安装在位于相对法兰连接部件16A和16B的处理面76A和76B的90°角位置。如图3所示，加长传感器延伸部件70可以在位置66A和66B之间转动。例如，这可以是在80°和100°之间。图5显示一个通气阀40A和40B分别位于法兰连接部件16A和16B的面78A和78B的顶部。螺栓36中的一个穿过加长传感器延伸部件70的螺栓孔74。注意当比较图3的实施例与图1的实施例时加长传感器延伸部件70提供一个大一点的总高。然而，因为螺栓36的安装和法兰连接部件16A及16B的宽度，使图1中实施例使用的传感器延伸部件14不能转动到如图5中90°的位置。
图6是一个显示包括有加长传感器延伸部件70的变送器10的分解投影视图。如图6所示，法兰连接部件16A和16B是在过程连接80A和80B处分别耦合到过程耦合系统52A和52B。通孔阀40A和40B是安装在通孔阀孔81A和81B内。螺栓54拧入法兰连接部件16A和16B而密封圈84安装于密封圈座86内并且夹紧过程耦合管52A和52B到连接部件16A和16B。类似地，密封圈88安装在加长传感器延伸部分70的密封圈座90内和法兰连接部件16A和16B的密封圈92中。密封圈84和88应该由任何类型的弹性材料制成。最好这种材料应该抵抗过程流体的腐蚀。
图7是法兰连接部件16A的底平面视图。在图7中，一个过程连接部分100被显示由凹槽102环绕。凹槽102适合安放密封圈84(图6所示)。过程连接部分100定位与图6所示的过程连接部分80对齐。法兰连接部件16A还包括带有螺纹的螺栓孔104与图6中所示的螺栓孔106对齐。螺栓54安装通过孔106拧入带有螺纹的螺栓孔104以致使法兰连接部件16A和16B连接到联箱50。
图8是一个法兰连接部件沿图7中标线8-8的横截面视图。图8显示出带有螺纹的螺栓孔104。图8还显示出为容纳螺栓36通过的螺栓孔106。如果需要过程连接100可以如图8所示配有螺纹。
过程流体的传送是从脉动管道52A及52B经过联箱50的过程连接80然后到法兰连接部件16A和16B的过程连接100。该过程流体然后经过过程连接81A和81B加到传感器连接部件62上，如上面描述它可以是一个隔离的膜片。我们将明白如果是一个单过程连接则能够加到传感器延伸部分的一边。此外，也可能使流体用上述的两条路径流经传感器延伸部分，以便使传感器可以是连续地暴露在循环过程流体之中，从而获得例如pH值或温度等其它类型的测量。
图9是一个变送器10连接到过程控制环路线路28的电结构图。变送器10在变送器端子150处连接到控制环导线28。变送器10包括输入/输出电路电路52，微处理器154，补偿电路156和传感器158。传感器158经过放大器160和模数变换电路162连接到补偿电路156。补偿电路的输出连接到接有系统时钟164和存储器166的微处理器154。在工作时，传感器158测量一个如压力，温度等的过程变量。该测得的过程变量由放大器160放大和由模数变换电路162数字化。补偿电路156将该过程变量作予处理。例如补偿校正过程变量中的误差或者转换该过程变量到另一个变量，如将压差转成质量流量。校正补偿过的过程变量提供给按照存储器166存储的指令以及确定的系统时钟164的速率工作的微处理器154。输入/输出电路152连接到控制环路线路28并且允许微处理器154在环路线路28上传送信息。环路线路28上的电流I是被输入/输出电路152用来提供一个功率输出给整个变送器10供电。以外，微处理器154还可以经过输入/输出电路152接收来自环路线路28的指令。
图10是一个遵照另一实施例变送器10连接到法兰连接部件180A和180B的加高的侧视图。变送器10如图示有传感器延伸部分20，然而图2中传感器延伸部分14也可以采用。连接部件180A和180B分别包括上档键182A和182B以及下挡键184A和184B。
图11是显示法兰连接部件180A及180B和传感器延伸部分的底视图。法兰连接部件180A和180B带有过程连接190和螺栓孔192。传感器延伸部分70被夹紧在传感器连接部件一边上挡键182A和182B(图10和11中没有画出)和传感器连接部件另一侧的下挡键184A及184B之间。这提供了附加的稳定性并且防止传感器延伸部分70和变送器10相对于固定在法兰连接器180A和180B之间的传感器连接部件转动。除了图10和11显示的结构外，变送器10还可以转90°之后再象这样夹紧在一侧挡键182及184A和另一侧挡键182B和184B之间。
图12是一个根据另一实施例变送器10连接到法兰连接部分200A和200B的前面加高平面视图而图13是它的侧面加高平面图。图中所示的变送器10有在法兰连接部件200A和200B之间用螺母拧紧的螺栓固定的传感器延伸部分70。连接部件200A和200B包括具有穿透螺栓孔(图中没画出)的延伸部分206。这些螺栓孔容纳通过延伸部分70的螺栓孔74的螺栓208并且由图13所示的螺母212拧紧。第三个螺栓208将变送器10固定在垂直的方向上如图12和13所示并且防止变送器10相对于连接部分200A和200B转动。在这实施例中也还包括一个通孔阀216。
图14是根据联箱222的另一实施例剖面视图显示了拧紧传感器延伸部分14到整体联箱222的定位螺栓224。联箱222包括整体的连接法兰226A和226B。如法兰226A的剖面图所示，一个过程通道228是通过定位螺栓槽237连接到过程管道52A。定位螺栓槽237经过过程流体入口孔230连接到管道通路234。管道通路234的有螺纹通路232连接到过程流体入口孔230和包括通孔塞252的通孔250。定位螺栓224包括压力板236。在工作时，定位螺栓224被拧紧固定地使过程流体经过通道234耦合到过程连接部件62，并将传感器延伸部分14固定到联箱222上。密封圈238放置靠紧在法兰239以及螺纹通道241上。压力板236安置相对于密封圈垫240上的密封圈88提供一个在它们之间流体的密封。
图14的实施例具有减少垫圈和凹槽的数量，具有一个连接螺栓。这实施例减少了那些必需由密封圈和螺栓来密封的数量。这也减少了过程流体的泄漏机会以及人为错误可能发生的事故。此外，制造费用也减少了这是因为少用精密机械部件。这方面具有丰富经验的人们将认识到任何将整体联箱耦合传感器延伸部分的技术都可被采用。
本发明有许多优点，本发明允许在整个变送器以及用于连接过程流体的连接部件上减小尺寸。该减小的尺寸允许变送器用在小的安装空间和减少了需要生产变送器的材料。在一个提出的实施例中，法兰连接部件是由316不锈钢制造以防止过程流体的腐蚀。用来决定采用哪种材料的其它因素可以包括温度范围，膨胀系数以及材料制造性的容易性。因为尺寸的减少，各种法兰盘和连接部件都比大尺寸的部件容易密封。变送器比较容易在相对于过程连接部件的零到九十度之间转动。减小的尺寸还考虑到减少了整个重量使设备海运和运输更实际了。在一实施例中，存储器155与各种传感器158，放大器160，模-数变换电路162以及补偿电路156一道安装在传感器延伸部分中。在这个实施例中，对于一个特殊的任务的传感器延伸部分可以连接到一般变送器本身。在一优选实施例中，连接法兰盘采用21/8英寸和1/4NPT的DIN标准。
本发明的各种变通的实施例可以包括各种孔和开口的放置以及使用所要求的任何合适的内部通道系统的结构。各种部件都能安装在一起虽然其采用的技术与此处特定的公开内容有所不同但所有这些技术被认为是在本发明的范畴内。例如，附加的机械部件不同于特定陈述的螺栓和螺钉可以被采用。进一步讲，一个单独连接法兰盘可以用在仅仅需要单个过程连接的实施例中，如绝对压力或温度的测量。再进一步，大家应该明白连接法兰盘可以与其它传感器和变送器的结构一同使用而不限制在这几所陈述的特定传感器延伸部分和变送器本身。任意或全部部件可以单独地构成或者互相集成在一起。传感器与/或传感器延伸部分可以是连接法兰盘与/或联箱的一部分。在此陈述的内容也可以用到多于两个的过程连接。
虽然本发明已经参照所提实施例描述过了，但在技术上精通的人们将认识到可以在形式和细节上做一些改变而并不违背本发明的精神和范围。
权利要求
1.在过程控制工业中采用的用于测量一个过程流体的过程变量的该类变送器，其特征在于它包括一具有一个传感器耦合的变送器本身；一个耦合到传感器耦合的传感器延伸部分，该传感器延伸部分具有一个传感器耦合面和相反于传感器耦合面的相对面；一个第一法兰连接部分具有连接到该过程的过程面和与传感器配合的传感器耦合面，第一法兰连接部件包括一个耦合过程流体到传感器耦合面的通道；一个第二法兰连接部件位于邻近传感器延伸部分的反面一致使该传感器延伸部分位于第一和第二法兰连接部件之间；和一耦合件用于耦合第一法兰连接部件到第二法兰连接部件，致使该传感器延伸部分被夹持其间，并且借助该耦合件的加力作用完全地被夹紧在第一和第二法兰连接部件之间，传感器延伸部分相对于过程面之间的定位角度可以作许多选择。
2.用于耦合到一个用来测量过程流体的过程变量具有变送器本身的耦合到传感器耦合的传感器延伸部分的该类变送器的法兰盘。其传感器延伸部分具有传感器耦合面和相反于传感器耦合面的相对面，其特征在于，变送器法兰盘包括一个第一法兰连接部件具有连接到该过程的过程面和与传感器配合的传感器耦合面，第一法兰连接部件包括一个耦合过程流体到传感器耦合面的通道；一个第二法兰连接部件位于邻近传感器延伸部分的反面，致使该传感器延伸部分位于第一和第二法兰连接部件之间；和一耦合件用于耦合第一法兰连接部件到第二法兰连接部件，致使该传感器延伸部分被夹持其间，并且借助该耦合件的加力作用完全地被夹紧在第一和第二法兰连接部件之间，传感器延伸部分相对于过程面之间的定位角度可以作许多选择。
3.如权利要求1和2的变送器，其特征在于其中该传感器延伸部分包括一些在传感器耦合面和相对面上特点，以及第一法兰连接部件包括一些符合传感器连接面的特点，以及第二法兰连接部件包括一些符合相对面的特点，所提供的这些特点加强了传感器延伸部和第一及第二法兰连接部件的耦合。
4.如任何前述权利要求的变送器，其特征在于其中第二法兰连接部件包括一个过程面和一延伸在过程面与相邻传感器延伸部分的相对面的面之间的一个通道。
5.如任何前述权利要求的变送器，其特征在于其中在各个第一和第二法兰连接部件中都包括第一和第二通孔塞。
6.如任何前述权利要求的变送器，其特征在于其中该耦合件包括至少两个位于传感器延伸部件相对两侧面的螺栓。
7.如任何前述权利要求的变送器，其特征在于其中该传感器延伸部分相对于过程面之间的定位角度可连续地选择在小于80°和大于100°之间的一个角度上。
8.如任何前述权利要求的变送器，其特征在于至少一个法兰连接部件包括一个档键适于容纳这传感器延伸部分在内，以防止该传感器延伸相对于第一和第二法兰连接部件的转动。
9.如权利要求8的变送器，其特征在于其中该档键保持传感器延伸部分在相对于过程面约90°角处。
10.如权利要求6的变送器，其特征在于其中传感器延伸部分包括用于容纳一个螺栓通过的螺栓孔。
11.如权利要求10的变送器，其特征在于其中传感器延伸部分是位于相对过程面约90°角处并且螺栓孔容纳第三个螺栓通过。
12.如权利要求10的变送器，其特征在于其中传感器延伸部分是位于一般与过程连接平行的位置并且至少有一个法兰连接部件包括一个保持传感器部件相对过程连接部件的位置的档键。
13.如任何前述权利要求的变送器，其特征在于其中第一和第二法兰连接部件是整体联箱的一部分。
全文摘要
这类用在过程控制工业中的变送器(10)包括一个用于测量过程变量的传感器和具有传感器连接(30)的一个变送器本身(12)。一个传感器延伸部分(14)耦合到该传感器连接部件(30)以及包括一个传感器连接面(60)。第一法兰连接部件(16A)有一个提供过程连接的过程面(76A)和一个提供传感器连接的传感器面。一个通道将过程连接和传感器连接耦合起来。第一法兰连接部件(16A)是由一个耦合机械部件耦合到传感器延伸部分(14)。传感器延伸部分(14)和第一法兰连接部件(16A)可以在彼此之间相对的一定位置范围内固定。
文档编号G01L19/00GK1195400SQ97190703
公开日1998年10月7日 申请日期1997年5月21日 优先权日1996年6月13日
发明者大卫·A·布罗登 申请人:罗斯蒙德公司