专利名称：仪器回路适配器的制作方法
背景技术：
过程变量变送器用来监视工业过程的运行，诸如在炼油厂、化学处理车间等中的工业过程的运行。例如压力变送器的过程变量变送器典型地安装在流体处理车间中液体、粉尘和湿气以及各种工业污染可能存在的位置。在一些环境中，可能存在过程液体，例如酸性或碱性溶液。液体还可能包括来自用以清洗车间设备的软管的喷雾。所述液体会滴落、溅射或喷射到过程变送器及其电连接上。环境中的粉尘、湿气以及液体会污染和劣化接至过程变送器的电连接。
过程变送器通常用密封的配线室来安装，该密封配线室可被连接到密封的电线管以保护回路布线和电连接不受污染物的破坏。然而，在使用头部(或者集管；header)型连接器的尺寸最小化的过程变量变送器的情况下，没有密封配线室来保护头部中暴露的电接触引脚不受污染物污染。
已经提供能够连接到过程变量变送器头部的接触引脚和不用增加昂贵且巨大的配线室就能保护接触引脚以及布线不受污染的仪器回路适配器。已知的密封环境的回路适配器，例如Fandrey等人的密封环境的回路适配器(美国专利6,511,337)提供了有效的密封措施。在一些情况下，Fandrey等人的环境密封回路适配器包括附加功能，例如RFI/EMI滤波器。尽管回路适配器的这个附加功能已经被证实是有用的，但仍需要致力于可应用该仪器和回路适配器的更大范围的附加应用。对回路适配器提供新功能和/或特征将有助于进行更大范围的各种应用。
发明内容
仪器回路适配器包括接口部分，该接口部分被构造成连接到微型过程变量变送器的头部。在一些实施例中，该接口部分包括标准化的电缆输出部分。在其他实施例中，电缆部分被连接到所述接口部分。在所述接口部分、所述电缆部分或者所述接口部分和所述电缆部分两个部分中设置附加功能。所述附加功能可包括提供所述过程变量变送器中没有的特征的电路。
图1是具有头部和接触引脚的微型压力变送器的剖视图；图2是具有安装在头部的RFI/EMI滤波器的回路适配器的剖视图；图3是具有用于标准插座的连接器的回路适配器的示图；图4是根据本发明实施例的具有有源电路的仪器回路适配器的示意图；图5是根据本发明实施例的具有附加的传感器输入电路的仪器回路适配器的示意图；图6是根据本发明实施例的具有本质安全栅(intrinsic safety barrier)的仪器回路适配器的示意图；图7是根据本发明实施例的具有控制器的仪器回路适配器的示意图；图8是根据本发明实施例的具有多种类型输出的仪器回路适配器的示意图；图9是根据本发明一个实施例的仪器回路适配器的示意图；图10是根据本发明另一实施例的仪器回路适配器的示意图。
具体实施例方式
电适配器将过程变量变送器连接到多线路仪器电路。所述适配器保护接触引脚、插座和回路电线不受喷射、滴落或飞溅在过程变量变送器上的液体，以及粉尘、湿气和其他污染物导致的损害。所述适配器可被用于提供与变送器的任何类型的电连接，诸如2线回路或数字数据连接。所述适配器包括附加特征和/或功能，这点将在下面更加详细地阐述。
图1是差动压力变送器100的剖视图。变送器100是过程变量变送器的例子，适配器(图1中没有示出)可用在该过程变量变送器上以与仪器电路相连接。
变送器100包括微型变送器壳体102，该微型变送器壳体102具有被密封至电连接器头部106的外壁104。变送器壳体102包括两个共面液体入口108，该液体入口108包括隔离隔膜110。被密封在通道里的隔离流体112将差动压力从入口108传送到变送器110中的容性差动压力传感器114。
该过程变量变送器100包括具有圆柱形外壳的密封的馈通电连接器116或头部106和具有电接触或引脚120的密封的绝缘馈通118。头部106具有外螺纹107。两个或更多个接触引脚120携载回路数据，以与过程变量变送器100进行通信。
电路板122电连接到压力传感器114且处理来自压力传感器114的数据以及控制接触引脚120上的回路电流以提供入口108的差动压力的表征值。该压力可被表示为4～20毫安的模拟电流，或者可被表示成任何多种公知的数字协议，诸如HART、CAN、Foundation Fieldbus、Profibus协议以及在流体过程控制工业中公知的其他数字通信协议。
优选地，外壁104沿着圆形焊接接头124与头部106焊接在一起，在壳体102内形成密封腔126。毛细管128设置在绝缘馈通118中，用来在密封该毛细管128之前测试泄漏，以提供微型差动压力变送器100中的密封腔126的气密密封。
如图1所示，变送器100是不包括用来在现场连接仪器电路的密封的配线室的微型变送器。接触引脚120和绝缘馈通118被暴露在过程变量变送器100的外面，并且遭受诸如在流体处理车间环境中喷射、滴落或溢出的液体、粉尘或湿气等污染物的不期望的接触。
图2是被连接到过程变量变送器的头部的仪器回路适配器的示意图。如图2所示，仪器回路适配器131被连接到头部132。适配器131以具有接口部分140和电缆部分141的电缆组件135的形式实现。接口部分140被构造成连接到头部132并且优选地通过螺纹接合来连接。因此，在头部132具有外螺纹表面的实施例中，接口部分140将具有相配的内螺纹部分与头部132的外螺纹接合。
电路板142被放置在接口部分140中且包括多个适当的电元件144、146。元件144、146可借助导体148、150与连接到其上的仪器回路相互作用，和/或它们也可以通过头部132与连接到其上的过程变量变送器相互作用。电路板142上的电路144、146可用来提供一个或多个在过程变量变送器的操作和/或维护期间有用的附加功能。
图3是根据本发明另一实施例的仪器回路适配器的示意图。没有示出具有相关联的电缆组件的回路适配器200。相反，回路适配器200连接到过程变量变送器的头部132且提供标准化的电缆输出202。输出202是任意数目的适当的电缆接口中的一个。如美国专利6,511,337中所更详细的描述那样，适配器202优选地为头部132提供了环境密封。适配器202也包括电路板142，该电路板142具有设置在其上的电路元件204。如有关图2的描述，电路板142上的元件204能够提供以上关于适配器131列举的任何功能和/或电路。仪器回路适配器131和200都连接到过程变量变送器的头部132的外螺纹210，就这点来说它们是相似的。
图4是根据本发明实施例的具有有源电路的仪器回路适配器的示意图。仪器回路适配器131被连接到用标号302示意性表示的过程变量变送器。过程回路304物理连接到适配器300。板142上的有源电路306电连接到回路304。尽管图4示出电路306被并联连接到回路304，但是有源电路306被替换成以串联方式放置也是非常有可能的。如这里所使用的，有源电路306是任何使用电能的电路。有源电路306因而既可以与诸如电阻器和电容器等无源电路区分，又可以与像无源滤波器这种器件的组合区分。有源电路306可以是单个有源电路元件，或者它可以是元件的组合。只要元件的组合中的一个元件是有源的，该组合就会被认为是有源的。因为有源电路306使用电能，所以它必定被连接到电源。这种电能可由该回路、过程变量变送器，或者甚至由外部电源来提供。
图5是根据本发明实施例的具有附加的传感器输入电路的仪器回路适配器的示意图。适配器330被连接到用标号302示意性表示的过程变量变送器100。适配器330还电连接到回路304。适配器330包括电源电路308，该电源电路308利用从回路304接收到的电能给电路板142上的所有有源元件提供合适的电能。适配器330还包括它自己的回路通信器310，该回路通信器310也连接到回路304。这种布局允许适配器330独立于与其相连接的过程变量变送器100与回路304通信。控制器312，优选为微处理器，被连接到回路通信器310。控制器312也被连接到测量电路314，该测量电路314本身也被连接到附加的传感器输入316。输入316可被设置在适配器330、过程变量变送器100或者任何其它合适的位置上。任何合适的传感器都可如所期望地被连接到输入316。
在一个实施例中，输入316是温度传感器输入并且容纳温度传感器，例如RTD。测量电路314适于产生表示传感器特性的信号。例如，在RTD实施例中，电路314驱动小电流通过RTD并测量该小电流引起的RTD两端的电压降。测量电路314也可包括模数转换器，如果需要，其可将模拟表征值(即，感应电压)转换成它的数字表征值。测量电路314向控制器312提供传感器响应的指示。在一个实施例中，控制器312利用来自测量电路314的指示来基于连接到输入316的传感器的响应调整或另外补偿过程变量变送器的信号。因此，在过程变量变送器100为压力变送器且压力传感器输出可随温度变化的实施例中，适配器330可用来随温度变化容易地调节输出。对于其中的过程变量变送器受能够以可预测的方式测量和调整的参数影响的过程变量变送器和传感器的任何组合来说，这种布局都具是有益的。
图6是根据本发明实施例的仪器回路适配器350的示意图。仪器回路适配器350包括其上具有本质安全栅电路352的电路板142。栅电路352总体上限制响应失效型事件而从过程变量变送器流出的能量的总和。本质安全电路是众所周知的且通常起到限制故障状态下的能量流的作用。有关本质安全的其他细节可以在1988年10月出版的分类号为3610的标题为“Intrinsically Safe Apparatus and Associated Apparatus for Use in Class I，IIand III，Division 1 Hazardous(Classified)Locations”的工厂互检标准中提出的本质安全细则中找到。
图7是根据本发明实施例的仪器回路适配器360的示意图。仪器回路适配器360与参照图5所描述的仪器回路适配器330具有一些相似之处。然而，仪器回路适配器360不包括任何传感器输入。作为替换，回路适配器360包括被连接到仪器回路304且适于向通信模块364和控制器366提供电能的电源模块362。通信模块364被连接到仪器回路304并且适于优选地利用诸如HART或FOUDATIONTM现场总线的标准加工工业通信协议来在其上通信。控制器366优选为双向通信的微处理器，所述双向通信如通过通信模块364的在仪器回路304上的线368所示。由于仪器回路适配器360包括通过仪器回路304供电的它自己的控制器366，所以它能够提供冗余、诊断和/或由其可编程的特性所易于获得的任何其他合适的功能。在一个实施例中，回路适配器360包括使本地用户便于与过程变量变送器和/或回路适配器的互动的特征。显示器370，由虚线框示出，优选为微型LCD显示器。用户输入372也以虚线框示出并且可靠近接口部分140设置，或者沿着电缆142设置在远离接口部分140的位置。
图8是根据本发明的一个实施例的仪器回路适配器的示意图。回路适配器380包括与以上描述的电源模块308或362中任一个相同的电源模块382。此外，回路适配器380包括控制器384，该控制器优选为微处理器。仪器回路适配器380与上面描述的实施例不同之处主要在于仪器回路适配器380包括多个通信控制器。如所示出的，回路适配器380包括被连接到控制器384以与其进行双向通信的第一通信模块386，并且第一通信模块386可操作地连接到仪器回路304，以在其上通信。另外，回路适配器380还包括第二通信控制器388，该第二通信控制器388连接到控制器384以根据第二类输出通信。在一个实施例中，通信控制器386适于根据HART协议在仪器回路304上通信，而通信控制器388适于根据FUONDATIONTM现场总线工业协议通信。然而，只要多个通信模块以不同类型提供通信，那么通信模块的任何组合都可被采用。关于用于提供多类型输出的电路的进一步信息可在Anderson等的美国专利5,245,333中找到。该专利提供了这样一种布局，其中多类型输出可被提供给各种器件。因此，板142可允许使用合适的电路，该合适的电路能够允许过程变量变送器利用第一类通信(如使用AC信号)与第一外部器件通信，以及利用第二类通信(例如DC信号)与第二外部器件进行通信。
图9是根据本发明另一实施例的仪器回路适配器400的示意图。如图2所示，适配器400连接到过程变量变送器的头部。适配器400包括远离接口区域140设置的本地接口410。本地用户接口410包括合适的IO元件和一个或多个按钮414，所述IO元件例如显示器412，其优选为微型LCD显示器，所述一个或多个按钮414用来允许用户与连接到接口区域140的过程变量变送器交互。接口410还可包括适当的电路，以监视过程变量变送器与仪器回路上的其它器件之间的信号。这种监视能够有助于利用数据记录的分析和/或预防性维护。
图10是根据本发明的另一实施例的仪器回路适配器500的示意图。回路适配器500适于连接到过程仪器的头部132。适配器500优选地包括圆柱形侧壁502，该侧壁502的形状和尺寸都与过程器件的头部132配合。侧壁502优选地模制成具有帽504的单个组件。此外，帽504优选地通过铰链506铰接连接至侧壁502，该铰链506优选地与帽504和侧壁502制成一体。侧壁502和帽504优选地包括韧性(pliant)外层508，该韧性外层508有助于将适配器500密封到头部132上。此外，韧性层508有助于使得侧壁502和帽504之间便于密封。最后，韧性外层508还有助于产生自密封电线入口510。韧性外层可由任何弹性可变形材料形成，但是优选地由合成橡胶(elastomer)形成。重要的是，在选择层508的韧性材料时，该材料能够在回路适配器500预期达到的温度极限之上工作。此外，如果回路适配器500被直接暴露在阳光或其它紫外线辐射源下，则为层508选择的材料必须能够经受得住这种反复的暴露。
适配器500中的腔512优选地包括多个电子部件，以及用来连接头部132上的独立引脚的合适的连接器514。优选地，连接器514是合适的卡口连接，该卡口连接按一定的尺寸制作并且被适当地放置以与头部132内或上的对应的连接器配合。电子部件516、518和520可以是提供期望功能的任意合适的元件。例如，部件516可以是一个或多个电阻器，部件518可以是一个或多个二极管，部件520可包括一个或多个隔离元件，如变压器，或电容器。电子元件516、518和520可被布置在公知电路中，以提供瞬时保护、RFI滤波、能量共享等。以反极性结构放置二极管518可以保证在故障状态下过程器件无意间将过量的能量加到过程回路上。电子元件516、518和520可以被设置在尺寸大小适合安装在腔512内的小电路板上。另外，或者可选地，当从部分526气密密封腔512的部分524时，电子元件516、518和520可以通过可提供散热的附加功能的模具522模制在腔512内。最后，适配器500优选地也包括自密封的电线入口。因此，穿过入口510的电线528自动气密密封，使得虽然电线528穿过侧壁502，但是空气或其它气体不能穿过侧壁502。在腔512内，电线528连接到适当的线路终端530，以使现场布线能够连接到过程器件。
尽管已经参照优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员应该意识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行修改。
权利要求
1.一种仪器回路适配器，用于将过程变量变送器连接到回路，所述适配器包括接口部分，所述接口部分适于与所述过程变量变送器的头部接合；以及电路板，所述电路板设置在所述接口部分内，所述电路板在其上具有有源电路。
2.根据权利要求1所述的仪器回路适配器，其中，所述有源电路是传感器输入电路。
3.根据权利要求2所述的仪器回路适配器，其中，所述传感器输入电路是RTD输入电路。
4.根据权利要求2所述的仪器回路适配器，其中，所述传感器输入电路包括模数转换器。
5.根据权利要求1所述的仪器回路适配器，进一步包括连接到所述接口部分的电缆部分，所述电缆部分形成回路连接。
6.根据权利要求1所述的仪器回路适配器，其中，所述接口部分包括过程工业标准电缆输出。
7.根据权利要求2所述的仪器回路适配器，其中，所述有源电路包括微处理器。
8.根据权利要求7所述的仪器回路适配器，进一步包括连接到所述接口部分的电缆部分，所述电缆部分形成回路连接。
9.根据权利要求2所述的仪器回路适配器，其中，所述有源电路包括显示器。
10.根据权利要求9所述的仪器回路适配器，进一步包括连接到所述接口部分的电缆部分，所述电缆部分在其中具有连接到环路的导体。
11.根据权利要求2所述的仪器回路适配器，其中，所述有源电路提供多种类型的输出。
12.根据权利要求11所述的仪器回路适配器，进一步包括连接到所述接口部分的电缆部分，所述电缆部分在其中具有连接到环路的导体。
13.根据权利要求11所述的仪器回路适配器，其中，所述电路根据第一工业标准协议与所述过程变量变送器通信，并根据第二工业标准协议与回路相互作用。
14.根据权利要求2所述的仪器回路适配器，其中，所述有源电路提供本地输出。
15.根据权利要求14所述的仪器回路适配器，进一步包括连接到所述接口部分的电缆部分，所述电缆部分在其中具有连接到环路的导体。
16.根据权利要求2所述的仪器回路适配器，其中，所述有源电路连接到本地用户输入。
17.根据权利要求16所述的仪器回路适配器，进一步包括连接到所述接口部分的电缆部分，所述电缆部分在其中具有连接到环路的导体。
18.根据权利要求1所述的仪器回路适配器，其中，所述接口包括用于与所述过程变量变送器的头部接合的螺纹部分。
19.根据权利要求1所述的回路适配器，其中，所述接口部分包括圆柱形侧壁和适于与所述圆柱形侧壁配合的帽。
20.根据权利要求19所述的仪器回路适配器，其中，所述圆柱形侧壁和所述帽中的至少一个包括韧性外层。
21.根据权利要求20所述的仪器回路适配器，其中，所述韧性外层由合成橡胶形成。
22.根据权利要求1所述的仪器回路适配器，其中，模压所述电路板，其中，所述模压在所述仪器回路适配器中产生气密密封。
23.根据权利要求1所述的仪器回路适配器，进一步包括自密封布线入口。
24.一种仪器回路适配器，用于将过程变量变送器连接到回路，所述适配器包括接口部分，适于与所述过程变量变送器的头部接合；以及电路板，设置在所述接口部分中，所述电路板具有本质安全电路。
25.根据权利要求24所述的仪器回路适配器，进一步包括连接到所述接口部分的电缆部分，所述电缆部分在其中具有连接到环路的导体。
26.根据权利要求24所述的仪器回路适配器，其中，所述接口包括与所述过程变量变送器的头部接合的螺纹部分。
27.一种用于将过程变量变送器连接到回路的仪器回路适配器，所述适配器包括接口部分，所述接口部分适于与所述过程变量变送器的头部接合；电缆部分，所述电缆部分连接到所述接口部分，所述电缆部分在其中具有连接到环路的导体；以及电路板，所述电路板放置在所述电缆部分中，所述电路板在其上具有提供增强功能的电路。
28.根据权利要求27所述的仪器回路适配器，其中，所述电路包括传感器输入电路。
29.根据权利要求27所述的仪器回路适配器，其中，所述电路包括本质安全电路。
30.根据权利要求27所述的仪器回路适配器，其中，所述电路包括微处理器。
31.根据权利要求27所述的仪器回路适配器，其中，所述电路连接到本地输出并且驱动该本地输出。
32.根据权利要求31所述的仪器回路适配器，其中，所述本地输出是液晶显示器。
33.根据权利要求27所述的仪器回路适配器，其中，所述电路连接到本地输入。
34.根据权利要求33所述的仪器回路适配器，其中，所述本地输入包括至少一个按钮。
35.根据权利要求27所述的仪器回路适配器，其中，所述电路提供多种类型的输出。
36.根据权利要求27所述的仪器回路适配器，其中，所述接口包括与所述过程变量变送器的头部接合的螺纹部分。
37.一种将过程变量变送器连接到仪器回路的方法，该方法包括提供仪器回路适配器的接口部分，所述接口部分在其中具有有源电路；以及将所述接口部分连接到过程变量变送器的头部。
38.一种用于将过程变量变送器连接到回路的仪器回路适配器，所述适配器包括接口部分，适于可拆装地与过程变量变送器的头部接合，以与所述头部提供密封连接；电连接器，所述电连接器在所述接口部分中，被构造成提供与所述过程变量变送器的头部的电连接；回路连接，所述回路连接被构造成提供与所述回路的电连接；以及电路板，所述电路板设置在所述接口部分中，所述电路板在其上具有有源电路。
全文摘要
仪器回路适配器(131；200；300；350；360；380；400；500)包括接口部分(140)，接口部分(140)被构造成连接到微型过程变量变送器(100；132)的头部(106)。在一些实施例中，所述接口部分(140)包括标准化的电缆输出部分(202)。在其他实施例中，电缆部分(141)被连接到所述接口部分。在所述接口部分(140)、所述电缆部分(141)或这两个部分中提供附加功能。所述附加功能可以包括提供过程变量变送器(100；132)中没有的特征的电路。
文档编号H05K7/00GK101069079SQ200580041371
公开日2007年11月7日 申请日期2005年12月1日 优先权日2004年12月15日
发明者罗伯特·C·何泰克 申请人:罗斯蒙德公司