远程密封过程压力测量系统和电路的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请号为201210510267. 6的中国发明专利申请（申请日：2012年12月 3日；发明名称：远程密封过程压力测量系统）的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明设及用于工业过程压力变送器的远程密封系统。更具体地，本发明设及使 用在极端溫度环境中的运种远程密封系统。
【背景技术】
[0003] 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。在运样 的系统中，测量诸如溫度、压力、流率W及其他的"过程变量"通常是非常重要的。过程控制 变送器用于测量运种过程变量，并将与测量的过程变量相关的信息向回传送诸如中屯、控制 室的中屯、位置。
[0004] 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。运个输出可W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屯、控制室。运种传送通常在二线式 过程控制回路上进行，然而，也可W使用其它通信技术，包括无线技术。 阳0化]压力必须通过某种类型的过程联接器（processcoupling)连接到过程变量变送 器。例如，过程流体可W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（fluidlink)将压力从过程流体物理地输送到压力变送器。
[0006] 在其中在围绕远程密封件的环境中遇到周围环境和过程溫度之间的大的溫差的 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运些应用），并且运会导 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，W更好地承受较大的 溫差。
【发明内容】
[0007] 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溫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Ξ密封系统包括连接到第二隔离膜片组件的第Ξ压力出口、第Ξ隔离 膜片组件、第Ξ毛细管通道和第Ξ隔离流体。第Ξ隔离流体适于用在第二溫度范围中并且 将过程压力连接到第Ξ压力出口。
【附图说明】
[0008] 图1示出了过程压力测量系统的第一实施例的分解视图。
[0009] 图2A示出了填充有隔离流体的示例性毛细管通道。
[0010] 图2B示出了过程压力测量系统的示意性剖视图。
[0011] 图3示出了包括第一密封系统的传感器模块的剖视图。
[0012] 图4示出了压力变送器电路的方框图。
[001引图5A-5B示出了过程压力测量系统的第二实施例的斜视图。
[0014] 图6示出了能够连接到过程流体的第Ξ密封系统的第一实施例。
[0015]图7示出了能够连接到过程流体的第Ξ密封系统的第二实施例。
[0016] 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。
[0017] 图9示出了替代的过程压力测量系统的示意性剖视图。
[001引图10A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。
[0019] 图10B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】
[0020] 当远程密封件的隔离膜片在高溫处与过程流体接触而同时远端密封件的毛细管 通过较低溫度区域时，存在潜在的问题。如果适合于在较高的溫度下使用的隔离流体被选 择用在远端密封件处，运种高溫适用的隔离流体可能在较低溫度处变粘滞，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）并且适合用在较低溫度处的毛细管通道的隔离流体，运样的低溫隔离流体在较高溫 度下可能蒸发或降解。
[0021] "热迹线化eattrace)"可用于将远程密封的毛细管加热到所需溫度。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，运样的系统难W修理和安装。
[0022] 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Ξ密封系统具有至少一个不同类型的具有不同的溫度特性的隔离流体。第一、第二和第 Ξ密封系统布置在Ξ级串联压力传送布置中，并且提供对运些问题的解决方案。
[0023] 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/或低溫 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的极端溫度，环境290可能 经历在第一溫度范围内的溫度。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Ξ密封系统300。如图1所示，密封系统100、200、300 级级联（也称为Ξ级 串联）压力输送布置连接在一起。连接到第Ξ密封系统300的容器法兰390处于第二溫度 范围中，例如，被加热到300摄氏度W上。第二密封系统200通过在第一溫度范围内的环境 290,例如，其中溫度低于0摄氏度。第一密封系统100布置在工业压力变送器92中。
[0024] 密封系统100、200、300中的每一个包含一种类型的基于溫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 虑溫度、毛细管长度，W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溫度范围，并且选择具有不同溫度范围的不同 类型的隔离流体W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。
[00巧]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，W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，W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W使用校准器420W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。 [00%] 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W是几种 类型之一，运取决于其是否用处于不同溫度的系统100、200或300中。毛细管通道包括毛 细管W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溫处，例如在0摄氏度W 下W可预测的快速时间响应自由地流动。运种低粘度、自由流动填充流体包括硅胶200、液 状石蜡和在25摄氏度时具有小于10厘拖（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。根据本发明 的另一个方面，在密封系统300中使用的隔离流体包括高溫填充流体，该高溫填充流体在 例如350摄氏度W上的范围中的高的过程溫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。运样的高溫填充流体包括硅胶704、硅胶705、液态金属、烙盐和真空累油。 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1英尺到30英尺的范围内。
[0027] 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P1连接至压力传感器440。第一压力 P1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，由于运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（facto巧calibration) 补偿。
[0028] 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 和填充有低溫隔离流体（如在图2A中描述）的第二毛细管通道214,低溫隔离流体通过 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W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W后被压接的填充管213。第一压 力P1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P1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中的低溫隔离流体 在低于0摄氏度的溫度处的粘度所