自动化的机械完整性验证的制作方法

专利名称：自动化的机械完整性验证的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及用在工业过程控制系统中的过程设备。更特别地，本
发明涉及具有机械完整性验证的过程变送器(process transmitters)。自动 化的机械完整性验证被定义为设备自我验证它自己的机械结构或部件的 能力。它包括部件恰当地安装(如电子仪器箱盖的紧密度)的验证、部件为 合适的材料(如沾湿凸缘材料)的验证、以及部件恰当地定向(如箱体旋转) 的验证。
背景技术：
过程变送器用来远程监测诸如过程流体(诸如石化产品或水之类)的 压力、温度或流量的过程变量。过程变送器通常包括响应过程变量的物理 变化而产生电输出的传感器或变换器。例如，电容压力传感器或压阻压力 传感器产生作为过程流体的压力的函数的电信号。传感器的电信号由变送 器电路处理，以产生能够作为过程流体的压力的指示而被监测的电输出。 过程变送器还包括电子部件，所述电子部件通过控制回路或在中央监控位 置(如控制室处)的网络来远程地监测电输出，或者诸如采用LCD屏幕 来在本地监测电输出。
为了将这些电子部件与过程流体接合在一起，部件包含在壳体内，壳 体可以采用过程沾湿部件(诸如凸缘、多支管、隔膜或其它变送器安装 部件)安装到过程流体容器(诸如储油罐或管道)。很关键的是，对于所 需要的应用，恰当地选择并组装壳体和过程沾湿部件。例如，为了经受得 住与苛刻的或危险的过程流体的接触，过程沾湿部件必须由合适的材料组 成。如果采用不合适的材料，则部件会腐蚀、退化且最终失效，由此产生 错误的结果或完全不能起作用。 一旦选择合适的部件，则它们需要恰当地 安装，以确保功能和机械完整性。不恰当安装的安装部件会导致错误的结 果和安全事故。例如，将盖子不恰当地安装在过程变送器壳体上可能妨碍关键的火焰阻封(flame-quenching)螺纹遏制火星，或那里的轻微爆炸扩 散至外部环境。此外，不恰当地拧上的盖子允许湿气或其它污染物进入过 程变送器壳体中。不同材料和特性的过程凸缘看起来相似，且难以从视觉 上进行区分。由于存在相关的危险，依赖临时方案(如贴标签)来防止不 合适的部件的安装是不够的。同样地，没有完全拧上的盖子难以发觉，且 不能完全依赖肉眼检查。因此，存在改善验证过程变送器被合适地组装的 手段的需求。

发明内容
本发明关注于具有机械完整性传感器的过程变送器。过程变送器感测 过程流体的过程变量，且包括过程传感器、变送器电路、变送器壳体和变 送器安装部件。过程传感器感测过程流体的过程变量，且变送器电路处理 来自过程传感器的信号。变送器壳体容纳过程传感器和变送器电路，且变 送器安装部件将传感器或变送器电路与过程流体或外部环境隔离。机械完 整性传感器验证变送器壳体和变送器安装部件的组装。


图1示出了其中采用本发明的过程变送器的过程控制系统。
图2示出了图1的过程变送器的分解图，显示了本发明的各种机械完 整性传感器的位置。
图3示出了图2的所组装的过程变送器的横截面，显示了各种机械完 整性传感器的位置。
图4A示出了图3的过程变送器的第一实施例的局部视图，其中机械 完整性传感器包括磁力计。
图4B示出了图3的过程变送器的第二实施例的局部视图，其中机械 完整性传感器包括超声波传感器。
图4C示出了图3的过程变送器的第三实施例的局部视图，其中机械 完整性传感器包括感应式接近传感器。
图4D示出了图3的过程变送器的第四实施例的局部视图，其中机械 完整性传感器包括光学传感器。图4E示出了图3的过程变送器的第五实施例的局部视图，其中机械 完整性传感器包括机械限位开关。
图4F示出了图3的过程变送器的第六实施例的局部视图，其中机械
完整性传感器包括电容式接近传感器。
图5示出了用在图3中的电容式机械完整性传感器的另一个实施例的 等效电路。
图6示出了图2的组装的过程变送器的局部横截面，显示了设置在变 送器凸缘和过程凸缘内的各种机械完整性传感器。
图7示出了图6的机械完整性传感器的一个实施例。
具体实施例方式
图1示出了其中采用本发明的过程变送器12的过程控制系统10。虽 然采用过程压力变送器进行描述，但本发明适用于安装如温度、流量和物 位(level)变送器之类的过程设备的所有领域。过程控制系统10包括过 程变送器12、管道14、控制室16和控制回路18。控制室16包括通信系 统20和电源22。在该实施例中，过程变送器12与其中流过过程流体的管 道14通过共面过程凸缘24和多头导管26。过程变送器12包括过程传感 器和用于基于诸如过程流体的温度、压力、流量或液位来产生电信号的变 送器电路。在以下所描述的实施例中，过程变送器12包括压力传送器， 然而，本发明适用于各种类型的过程变送器。过程变送器12还包括将电 信号通过控制回路18传送至控制室16的其它电子部件，或者如LCD屏 幕之类的本地显示器，或者包括这两者。
在一个实施例中，过程变送器12为在4-20mA回路上操作的二线式变 送器。在这样的实施例中，控制回路18包括将电源从电源22供给到过程 变送器12的一对电线。控制回路18还使控制室16能够利用通信系统20 向过程变送器12传送数据和从过程变送器12接收数据。通常4 mA DC 电流提供了足够用于操作过程变送器12的传感器和变送器电路及任何本 地显示器的能量。在其它实施例中，过程变送器12通过无线网络与控制 室16进行通信。
为了避免变送器12的操作受到操作环境条件(如水或污染物)的影响，以及为了其它安全考虑，变送器12的过程传感器和电子部件装入一
对变送器盖子之间的变送器壳体中。此外，变送器12通过过程凸缘24连 接到过程流体源(如管道14)。为了确保变送器12与安装部件(如壳体、 盖子和过程凸缘)恰当地组装在一起，并确保充分地保护变送器12的操 作，过程变送器12包括至少一个机械完整性传感器。
图2示出了图I的过程变送器12的一个实施例的分解图。过程变送 器12构造为测量管道14的过程流体的压力，并通过共面过程凸缘24以 及其它附加安装部件(如凸缘承接管28)与过程流体进行流体连通。多头 导管26(图1)也可以安装在过程凸缘24和凸缘承接管28之间。共面凸缘 24通过孔32A和32B将过程流体的压力连通到变送器凸缘33。变送器凸 缘33包括与压力传感器内部模块30进行流体连通的一对弹性隔膜(未示 出)。模块30还包括产生通过电缆36传递至变送器插座34的压力信号的 电子电路。插座34与变送器电路40及其它电子部件(如接线端42) —起 设置在变送器12的壳体38的内部。插座34提供了如电路40之类的部件 可以在其上固定在壳体38内部的平台。电路40基于模块30中的传感器 的所感应的过程变量而产生输出，并通过控制回路18将所述输出传递至 控制室16，或者传递至位于电路40中的本地显示器，或二者。接线端42 和电路40由盖子44A和44B以及传感器模块30密封在壳体38的检修口内。
较佳地，变送器壳体38包括盖子44A和44B，所述盖子提供了可重 复并可再密封地进入变送器壳体38而接近电路40和接线端42的入口 。 此外，控制回路18通过管道连接45A和45B带进壳体38。管道连接45A 和45B密封在控制回路18周围，以在连接45A和45B处隔离壳体38内 的电路40邻接线端42。盖子44A和44B通常拧在壳体38上，以防止水 或其它污染物进入变送器12。当恰当地安装时，盖子44A和44B还起火 焰阻封功能。例如，盖子44A和44B通常由至少七个螺纹啮合拧在壳体 38上，使得变送器12内部的任何火焰、火星或腐蚀由螺纹啮合部件阻封， 因而遏制能量。同样地，在无线变送器的实施例中，以类似的方式插上并 密封管道连接45A和45B。因此，变送器12的安全安装依赖于安装部件 (如盖子45A和45B)的恰当的安装，而这有时从视觉上难以发觉。因此，变送器12包括机械完整性传感器46A、 46B和46C，以确保变送器安装部 件(如盖子44A和44B、传感器模块30和壳体38)的正确安装。具体地， 机械完整性传感器46A和46B分别地确保盖子44A和44B的正确安装。 传感器46A设置在电路40和盖子44A之间，且传感器46B设置在接线 端42和盖子44B之间。在本发明的其它实施例中，变送器12包括用于感 测壳体38和传感器模块30之间的正确连接的机械完整性传感器46C。
传感器模块30包括变送器凸缘33，且过程变送器12包括将过程凸 缘24与变送器凸缘33连接在一起的紧固件50A-50D。过程凸缘包括通过 凸缘承接管28与过程流体接触的孔32A和32B。变送器凸缘33包括内部 通道(未示出)，所述内部通道填满填充流体，并通过一对弹性隔膜(未示出) 与孔32A和32B隔离，使得它们将过程变量传递至传感器模块30的传感 器。传感器模块30由此基于所感应的过程变量而产生电输出，在被传递 至控制室16或本地LCD之前，由电路40进行中继和处理。
变送器凸缘33的过程凸缘24和隔膜与过程流体直接接触，且因此暴 露至由过程流体呈现的任何潜在危险。例如， 一些过程流体是高度腐蚀性 的，且能够损坏不适合在这样的环境中工作的材料。低等级钢例如可以适 合用于在某些环境中工作，但不适合更适合更高等级材料的腐蚀环境。因 此，对某些应用必要的是，过程凸缘24和过程隔膜由诸如镍基合金的高 度抗腐蚀性材料制成。然而，难以从视觉上区分用来制造变送器凸缘33 的过程凸缘24和隔膜的不同等级的材料。因此，人们不能依赖于将贴标 签或包装作为检査合适的材料的最佳方法。凸缘和隔膜由通常看起来一 样，但标记或包装不一样的各种材料制成。由于相同的卖家制造许多类似 的部件，记号可能倾向于错误。伺样地，在所述材料中铸入部件以使它们 更容易确认也会倾向于错误。确认部件的正确的材料的最可靠的方式是分 析基体材料本身。因此，较佳地，变送器12包括用于验证过程凸缘24的 材料的机械完整性传感器52A。同样地，包括机械完整性传感器52B，以 验证变送器凸缘33的隔膜的材料。传感器52A设置在变送器凸缘33和过 程凸缘24之间，且传感器52B设置为靠近孔32A和32B中的一个之上的 变送器凸缘33的隔膜中的一个。因此，结合不适合特定应用的安装部件 的变送器12的安装容易被检查。图3示出了从图2的截面3-3截取的组装的过程变送器12的横截面视 图。图3示出了往变送器壳体38的下方看过去的视图。变送器12包括插 座34、壳体38、变送器电路40、接线端42、盖子44A和44B、机械完整 性传感器46A和46B、接线端螺杆54A和54B、以及传感器材料56。
变送器电路40和接线端42与壳体38内部的插座34连接在一起。插 座34将电路40和接线端42固定在壳体38内部，使得它们能够被连接至 传感器模块30和控制室16。传感器模块30的传感器通过过程凸缘24和 变送器凸缘33与过程流体连接，以便能够产生表示所感应的过程压力的 信号。传感器模块30还与电路40连接在一起，使得信号能够被进一步处 理和操作。电路40通过接线端42和控制回路18与控制室16连接，使得 所述信号能够被进一步处理和监控。在其它实施例中，电路40采用无线 系统连接至控制室16。控制回路18通过接线端螺杆54A和54B与接线端 42连接。接线端螺杆54A和54B包括紧固件，紧固件将包括控制回路18 的线路机械地和电学地连接至接线端42。
为了将诸如电路40和接线端42的变送器12的电部件与它们的外部 操作环境进行隔离，盖子44A和44B在螺纹接口 58A和58B处拧在壳体 38上。螺纹接口 58A和58B提供火焰阻封功能，使得壳体38内部的任何 火星或从那里产生的火焰在它能够通过螺纹接口 58A和58B逸出壳体38 之前而被熄灭。此外，盖子44A和44B阻止湿气和污染物进入壳体38。 由盖子44A和44B执行的火焰阻封和环境屏蔽功能在以安全且有效的方 式操作过程控制系统10中是重要的要素。此外，传感器模块30紧紧地拧 在壳体38上，以进一步保护电路40和接线端42。为了确保正确地安装盖 子44A和44B，且因此能够正确地执行它们想要的功能，过程变送器12 设置有机械完整性传感器46A和46B。还设置有机械完整性传感器46C， 以确保传感器模块30被恰当地与壳体38安装在一起。
机械完整性传感器46A和46B设置成使得它们能够分别与盖子44A 和44B相合。在一个实施例中，传感器46A设置在电路40上，使得它能 够接触盖子44A，且传感器46B设置在接线端42上，使得它能够接触盖 子44B。因此，传感器46A能够检查盖子44A的存在和正确安装，且传 感器46B能够检查盖子44B的存在和正确安装。除了机械完整性传感器46A和46B，接线端螺杆54A和54B与传感器材料56 —起能够配置成起 附加机械完整性传感器的作用，以检查盖子44B的存在和安装。机械完整 性传感器46A、 46B和46C与电路40和/或控制室16电连接，使得能够基 于每个传感器的输出实现确定盖子44A和44B及壳体38的存在和紧密度 (密闭性)的处理和计算。
图4A示出了设置在盖子44A和电路40之间并在图3的局部A处调 出的机械完整性传感器46A的一个实施例的特写视图。在第一实施例中， 传感器46A包括磁力计60和磁铁62。磁力计60连接至电路40，且磁铁 62连接至盖子44A，使得当盖子44A被正确地拧在壳体38上时，磁力计 60和磁铁62对准。磁力计60和磁铁62可以如图4A所示的那样进行接 触，或者在它们之间可以包括小的间隙。磁力计60感应如由磁铁62产生 的磁场的存在。在一个实施例中，磁力计60包括霍耳效应(Hall Effect) 开关，其检查由磁铁62产生的磁场的存在。在另一个实施例中，磁力计 60包括霍耳效应传感器，其产生与由磁铁62产生的磁场成比例的电压。 霍耳效应开关或传感器通常结合在集成电路中，该集成电路包括霍耳传感 元件、线性放大器和输出电路。当盖子44A被正确地与壳体38拧在一起 时，磁力计将会感应磁铁62的霍耳效应，并产生信号。由磁力计60产生 的信号可以被放大，并被传递至电路40，由此可以在电路40处或在控制 室16处完成确定盖子44A的存在的计算。例如，电路40或控制室16可 以包括存储的数据，所述存储数据包括与霍耳效应的大小相关的预定的邻 近值，其中如果盖子44A被正确地拧在壳体38上，所述霍耳效应应当被 感应到。随后，所感应的霍耳效应能够与存储数据进行比较，以确定盖子 44是否被正确地安装。弱信号指示盖子44A存在但没有被正确地安装， 且没有信号则指示盖子44A遗漏。如果电路40确定了不正确的信号，则 可以向在控制室16处或在电路40上的本地LCD显示器处的用户发出声 音或视觉警报。
图4B示出了设置在盖子44A和电路40之间的机械完整性传感器46A 的另一个实施例的特写视图。在第二实施例中，传感器46A包括超声波传 感器64和反射装置66。超声波传感器64连接至电路40，且反射装置66 连接至盖子44A。超声波传感器64通过发射从目标反射或"回波"的高频声波脉冲而检测物体。通过基于已知的超声波回波速度测量回波返回到
传感器64所需要的时间，超声波传感器64感应至目标(如至反射装置66)
的距离。可以检测能够充分地反射超声脉冲的任何形状和材料的任何目
标。因此，可以检测单独的盖子44A，或者可以增加反射装置66，以增强 所述测量的可重复性。反射装置66包括增加盖子44A的反射能力的材料， 且通常包括诸如玻璃或瓷砖的很硬和很光滑的材料。在一个实施例中，超 声波传感器64包括模拟器件，该模拟器件产生与从传感器64至目标(如 至反射装置66或盖子44A)的距离成比例的输出电压。因此，当盖子44A 遗漏时不会产生信号，且当盖子44A完全拧上时会产生完整信号，在之间 具有变化的信号强度。在另一个实施例中，超声波传感器64包括数字器 件，该数字器件产生数字或离散输出，如果传感器64和目标之间的距离 大于预设阈值，则所述输出改变它的输出状态。传感器64的输出被传递 至电路40，在电路40中可以设有附加电路，进行传感器64的输出信号的 分析，以确定盖子44A的存在或位置。较佳地，电路40可以包括存储的 数据，存储的数据包含超声波从正确安装的盖子44A反射回来所需要的预 定时间。电路40可以将由传感器64产生的计算时间与存储数据进行比较， 以检查盖子44A的正确安装。如果电路40确定了错误的装配，则可以向 在控制室16处或在电路40上的本地LCD显示器处的用户发出声音或视 觉警报。
图4C示出了设置在盖子44A和电路40之间的机械完整性传感器46A 的另一个实施例的特写视图。在第三实施例中，机械完整性传感器46A包 括感应式接近传感器68，感应式接近传感器68包括线圈70、芯体71和 磁导率材料72。此外，传感器46A包括振荡器73和信号电平检测装置74， 其可以包括在电路40中。传感器46A测量材料72的磁导率。线圈70连 接至电路40，并围绕芯体71缠绕，芯体71连接至电路40。从振荡器73 产生的电流通过线圈70的回路以产生磁场。芯体71包括插入线圈70的 回路中的铁氧体材料，以便通过磁场而在芯体70中产生涡流。信号电平 检测装置74感应芯体71中的涡流电平，该涡流电平是它的磁导率的产物。 磁导率材料72设置在盖子44A上，使得当盖子44A被正确地与壳体38 拧在一起的时候，磁导率材料72与芯体71对准。随着盖子44A更加靠近壳体38，磁导率材料72也更加靠近芯体71，从而在磁导率材料72中产 生涡流损耗，同时降低在芯体71中的涡流的振动振幅。信号电平检测装 置74检测芯体71中的涡流的变化，并将信息传递至电路40，从而可以完 成关于盖子44A的接近性的计算。对于渗透材料72邻近芯体71和渗透材 料72不邻近芯体71这两种情况，采用关于芯体71的磁导率的预先确定 的值编程变送器电路40。因此，由信号电平检测装置74检测的磁导率可 以与所编程的、预先确定的水平进行比较，以确定盖子44A是否正确地与 壳体38A拧在一起。如果电路40确定了错误的装配，则可以向在控制室 16处或在电路40上的本地LCD显示器处的用户发出声音或视觉警报。
图4D示出了设置在盖子44A和电路40之间的机械完整性传感器46A 的另一个实施例的特写视图。在第四实施例中，机械完整性传感器46A包 括光学传感器76和靶子78。光学传感器76设置在电路40上，并通过发 射从诸如靶子78的相对面光学的反射的光波而检测物体。耙子78设置在 盖子44A上，并将从传感器76发射的光波反射回传感器76。从而，仅当 检测装置78与传感器76正确地对准使得光波被反射回传感器76时，才 能形成正确的电路，这被设置为当盖子44A被正确地拧在壳体38上才会 发生。革E子78可以包括反射足够的光以配准(register with)传感器76的 任何形状或材料。因此，盖子44A单独可以被检测，但是可以增加耙子 78，以增强所述测量的可重复性。靶子78包括增加盖子44A的反射性的 材料(如镜子)。当传感器76能够检测所反射的光波时，则信号可发送至 电路40，在该电路40中可以设置附加电路以执行传感器76的输出信号的 分析，以确定盖子44A的存在或位置。如果电路40不能检测来自传感器 76的输出信号，则靶子78没有与传感器76正确地对准，这指示盖子44A 没有被正确地安装或遗漏。如此，则可以向在控制室16处或在电路40上 的本地LCD显示器处的用户发出声音或视觉警报。
图4E示出了设置在盖子44A和电路40之间的机械完整性传感器46A 的另一个实施例的特写视图。在第五实施例中，机械完整性传感器46A包 括机械限位开关80。机械限位开关80包括制动装置82，该制动装置82 从处于未启动状态的基体84上延伸，并设置在电路40上。螺栓86设置 在盖子44A上，使得当盖子44A被正确地与壳体38拧在一起时，螺栓86将压下制动装置82，从而启动传感器80。在未启动状态，因为制动装置 82延伸，且制动装置82和基体84之间的电路打开，开关80不产生信号。 当制动装置82被压入基体80时，所述电路关闭，以便产生信号，该信号 可以被传递至电路40。只有当制动装置82被完全压入时(如当盖子44A 被完全与壳体38拧在一起时)，所述电路才会闭合。任何机械力可以用来 完全压制动装置82，使得可以将盖子44A简单地用作用于开关80的启动 装置。然而，如螺栓86之类的附加部件可以被加至盖子44A，以增加压 制动装置82的精度。例如，当盖子44A在它被拧上壳体38而向基体84 前进时，螺栓86降低了盖子44A能够压制动装置82的表面面积。因此， 只有当盖子44A被完全与壳体38拧在一起，并且不会由于不合适的螺纹 而发生偏离时，传感器80才会启动。在这样的实施例中，基体80以近似 等于螺栓86深度的距离与完全拧上的盖子44A间隔开，并且螺栓86具有 等于或小于制动装置82的表面面积的表面面积。当开关80跳闸(tripped) 时，信号发送至电路40，在该电路40中可以设置附加电路以执行开关80 的输出信号的分析，以确定盖子44A的存在或位置。在一个实施例中，产 生数字信号，使得如果电路40不能检测来自开光80的输出信号，那么指 示盖子44A没有被正确地安装或遗漏。在另一个实施例中，产生模拟信号， 使得电路40能够区分缺少盖子(当没有信号时)和不正确安装的盖子(当具 有弱信号时)。如在其它实施例中，电路40存储对应于盖子44A完全拧上 时的预定近似值。如此，当开关80指示盖子44A遗漏或歪斜时，则可以 向在控制室16处或在电路40上的本地LCD显示器处的用户发出声音或 视觉警报。
图4F示出了设置在盖子44A和电路40之间的机械完整性传感器46A 的另一个实施例的特写视图。在第六实施例中，机械完整性传感器46A包 括电容式接近传感器88。电容式接近传感器88包括第一电容器板90和第 二电容器板92，可以测量二者之间的电容，以感应盖子44A和电路40之 间的距离。第一电容器板90设置在电路40上，且第二电容器板90设置 在盖子44A上。通过在板90和板92之间加电压(其可以采用电路40而 产生)，从而在第一板卯和第二板92之间产生静电场。传感器88的电容 为板90和92之间的距离的函数。可以编程电路40，以在盖子44A被正确地拧在壳体38上时存储板90和92之间的电容的值，并且进行计算， 以确定板90和92之间的实际电容值。因此，可以进行两个值之间的比较 分析，以确定所测量的电容与所希望的电容是否匹配，以便可以确定盖子 44A的位置。电路40包括感应板90和92之间的电容的其它部件，如振 荡器、信号整流器、滤波电路和输出电路。如果电路40确定了所存储的 值和所测量的值不匹配，则可以向在控制室16处或在电路40上的本地 LCD显示器处的用户发出声音或视觉警报。
第一电容器板卯和第二电容器板92可以由任何合适的用作电容器的 材料(如铜)组成。而且，通过在板90和92之间放入电介质材料可以控 制板之间的电容，以进行更高精度的测量。例如，电介质材料94可以放 在第二电容器板92上，使得当盖子44A被正确地安装时，板90和92之 间的电容将大于板间除了空气而不存在电介质的情况的电容。这增加了盖 子44A安装时和没有安装时的电容测量之间的差异，使得差别更明显，且 可以由电路40更好地评估。附加因素可以变化(如降低板90和92之间 的距离、增加板面积或采用具有更大介电常数的电介质材料)，以增加耙 子电容值。在本发明的另一个实施例中，包括电容式接近传感器的机械完 整性传感器可以采用变送器12的部件进行制造。
图5示出了如图3局部B处所引出的盖子44B和接线端螺杆54A及 54B的电路图。在本发明的另一个实施例中，接线端螺杆54A和54B用 作电容式探针，以感应盖子44B的接近。由电路40产生的电压贯穿接线 端螺杆54A和54B，以在螺杆之间产生静电场。当盖子44B没有放在适 当的位置时，接线端螺杆54A和54B将会在彼此之间产生电容，该电容 可以由电子部件40感应并测量。当盖子44B被拧在壳体38上时，除了螺 杆54A和54B之间的电容外，在每个螺杆54A和54B与盖子44B之间还 会感测到附加电容。随着盖子44B更加靠近螺杆54A和54B，则电容增加。 此外，传感器材料56放在盖子44B与螺杆54A和54B之间，以增加电容。 如此，在一个实施例中，传感器材料56包括电介质材料。如在其它实施 例中，电路40可以由盖子44B完全安装时的电容的预定值进行编程。当 测量到小于完全拧上的盖子44B的值的电容时，则可以向在控制室16处 或在电路40上的本地LCD显示器处的用户发出声音或视觉警报。图4A-4F和图5示出了用来确定盖子44A和44B的接近性的机械完 整性传感器的各种实施例，然而传感器可以用来确定各种其它安装部件 (如凸缘24、凸缘承接管28或传感器模块30)的接近性。当与电路40 连接时，接近的传感器46C放在壳体38和传感器模块30之间，以感应并 通知该组装的安装正确。例如，在一个实施例中，传感器模块30可以设 置有定时记号或其它可以被传感器46C感应的部件，以检查壳体38的正 确定向。此外，机械完整性传感器可以放在变送器12中，以感测安装部 件的材料特性。例如，机械完整性传感器52A和52B放在变送器凸缘33 和过程凸缘24之间。
图6示出了沿图2的6-6截面截取的组装的过程变送器12的横截面视 图。图6示出了向过程凸缘24和变送器凸缘33—侧看的视图。过程变送 器12包括连接过程凸缘24的变送器凸缘33。变送器凸缘33包括过程隔 膜98A和98B，它们分别设置在过程凸缘24的孔32A和32B的上面。过 程凸缘24与诸如管道14的过程流体相互作用，使得过程流体自由地进入 孔32A和32B。隔膜98A和98B与过程流体相互作用，并基于过程流体 的压力而偏转。过程流体的压力通过存在于变送器凸缘33的通道100A和 100B中的填充流体传递至传感器模块30。由此，传感器模块30能够产生 过程变量信号，该过程变量信号被传输至变送器电路40，在该电路中所述 信号被处理。
重要的是，过程凸缘24和隔膜98A及98B都由能够经得起与过程流 体接触的材料组成。因此，取决于应用场合，每个变送器可以定制为，对 于凸缘24和隔膜98A及98B采用不同等级的材料。例如，过程凸缘通常 由诸如不锈钢、碳素钢、镍基合金或蒙乃尔铜-镍合金(Monel)之类的材 料制成，这些材料中的每一种都具有只有它们才适合在不同的应用中操作 的变化特性。因此，有利的是，对每个应用场合，采用最适合的材料。许 多这些材料具有相似的外观，很难通过肉眼检查进行区分，这有时会导致 安装由不合适的材料组成的隔膜或凸缘。材料还可能被误标记。不需要说 的是，包括具有不适合特定应用的材料的部件的过程变送器可以具有不可 忽视的安全性和可靠性风险。例如，没有正确装配的变送器会变得比正确 装配的变送器腐蚀、变脆或弱化的更快，这导致部件的过早破坏。因此，过程变送器12配备有机械完整性传感器52A和52B,以验证凸缘24及隔 膜98A和98B的材料，以便容易地检查不正确装配的过程变送器的错误 使用。机械完整性传感器52A验证过程凸缘24的材料特性，且机械完整 性传感器52B验证隔膜98A的材料特性。
图7示出设置在变送器凸缘33内并用来检测过程凸缘24的材料特性 的机械完整性传感器52A的一个实施例。在一个实施例中，机械完整性传 感器52A包括诸如感应式磁导率传感器的材料验证传感器。另外，在一 个实施例中，机械完整性传感器52B具有与机械完整性传感器52A类似 的结构。传感器52A包括线圈102和芯体104，它们设置在变送器凸缘 33上。另外，机械完整性传感器52A包括振荡器108和信号电平检测装 置110，其可以包括在变送器电路40中。传感器52A测量磁性材料的磁 导率，并通过产生电磁场和检测金属物体进入电磁场中时的涡流损耗而工 作。当由振荡器108产生的电流通过线圈70的回路，并由此在芯体104 中产生相关的涡流电平电流时，线圈102产生磁场。信号电平检测装置110 感应芯体104中的涡流电平，这涡流电平是它的磁导率的产物。当正确地 安装时，过程凸缘24开始与芯体104接触，使得芯体104中的涡流减少， 信号电平检测装置110检测到不同的振荡振幅的减少。因此，当过程凸缘 24与变送器凸缘33接触时，振荡振幅将会下降至如果遗漏凸缘24时应有 的振荡振幅以下。下降的量取决于过程凸缘24材料的磁导率。变送器电 路40由关于芯体104的磁导率和各种过程凸缘材料(诸如不锈钢、碳素 钢、镍基合金或蒙乃尔铜-镍合金等)的磁导率的预先确定的值进行编程。 变送器12可以被编程，以寻找或感应关于特定材料的过程凸缘的振荡振 幅的降低，或者电路12可以包括用户接口，使得用户可以选择希望电路 40应当检测到的材料类型。因此，由信号电平检测装置110检测的振荡振 幅可以与过程凸缘24材料的编程的、预先确定的水平进行比较。基于传 感器52A的输出和存储值，如果电路40确定凸缘产生了振荡振幅的减少， 而所述减少不同于被编程以进行寻找的振荡振幅的减少，则可以向在控制 室16处或在电路40上的本地LCD显示器处的用户发出声音或视觉警报。 另外，由于腐蚀所导致的材料的变化，传感器52A和电路可以被编程，以 寻找具有已知腐蚀图案的振荡常数的振幅的偏离。机械完整性传感器46A - 46C和52A - 52B提供了对安装部件的安装 和材料特性的高精确性、高重复性、低成本的确认。消除了对正确的标记、 正确的组装或正确的安装的完全依赖性。当变送器在换气部件周围移动并 与换气部件重新安装在一起时，机械完整性传感器特别有用。本发明的各 种类型的机械完整性传感器可以安装在变送器12的任何两个部件之间， 以确定安装正确，或验证材料成分。变送器12可以设置为以固定间隔或 用户要求进行作为固定的后台操作的机械完整性验证。并且，变送器12 可以被定制，以提供诸如声音或视觉和本地或远程指示的不同类型的用户 通知。
虽然已经参照较佳实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会认识 到，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以在形式和细节上进行各 种变化。
权利要求
1.一种用于测量过程变量的过程变送器，该过程变送器包括过程传感器，用于检测过程流体的所述过程变量；变送器电路，用于处理来自所述过程传感器的信号；变送器壳体，用于容纳所述过程传感器和所述变送器电路；至少一个变送器安装部件，用于将所述传感器或所述变送器电路与所述过程流体或外部环境隔离开；和机械完整性传感器，用于确认所述变送器壳体和变送器安装部件的组装。
2. 根据权利要求1所述的过程变送器，其中所述变送器壳体包括用于所述过程传感器或所述变送器电路的至少 一个检修口；所述变送器检修口由变送器安装部件机械地密封；并且 所述机械完整性传感器包括用于检测所述变送器安装部件到所述壳 体的接近度的接近传感器。
3. 根据权利要求2所述的过程变送器，其中所述变送器电路验证， 所述变送器安装部件与所述检修口完全安装在一起以使所述变送器安装 部件阻止污染物进入所述壳体。
4. 根据权利要求2所述的过程变送器，其中所述变送器电路验证， 所述变送器安装部件与所述壳体正确地拧在一起以使所述部件提供合适 的火焰阻封通道。
5. 根据权利要求2所述的过程变送器，其中所述变送器电路包括用 于与由所述机械完整性传感器产生的信号进行比较的预定值。
6. 根据权利要求1所述的过程变送器，其中所述变送器安装部件包括用于将所述变送器壳体与所述过程流体连 接在一起的过程凸缘；并且所述机械完整性传感器包括用于检测所述过程凸缘的材料特性的材 料验证传感器。
7. 根据权利要求6所述的过程变送器，其中所述变送器电路采用存储在所述变送器电路中的材料特性数据来验证被检测的所述过程凸缘的 材料特性。
8. 根据权利要求6所述的过程变送器，其中所述材料验证传感器包 括感应式磁导率传感器。
9. 根据权利要求6所述的过程变送器，进一步包括用于检测设置在 所述过程变送器中的过程隔膜的材料特性的第二材料验证传感器。
10. 根据权利要求1所述的过程变送器，其中所述变送器电路包括 向用户通知所述机械完整性传感器的输出的电子组件。
11. 根据权利要求1所述的过程变送器，其中所述变送器电路如同 持续的后台操作那样操作所述机械完整性传感器。
12. 根据权利要求1所述的过程变送器，其中所述变送器电路包括 用户控制装置，使得用户能够手动地启动所述机械完整性传感器的操作。
13. 根据权利要求1所述的过程变送器，其中所述变送器安装部件包括用于将所述变送器壳体与过程流体凸缘连 接在一起的传感器模块；并且所述机械完整性传感器包括用于检测所述传感器模块上的所述变送 器壳体的方位的接近传感器。
14. 一种用于测量过程变量的过程变送器，该过程变送器包括过程传感器模块，用于检测过程流体的所述过程变量； 变送器壳体，用于容纳所述过程传感器；至少一个壳体盖子，用于将所述传感器密封在所述壳体内；和 机械完整性传感器，用于检测所述壳体盖子或传感器模块与所述变送 器壳体的组装。
15. 根据权利要求14所述的过程变送器，其中所述机械完整性传感 器包括接近传感器。
16. 根据权利要求15所述的过程变送器，其中所述接近传感器从由 感应式接近传感器、电容式接近传感器、磁力计、超声波接近传感器、光 学接近传感器或机械限位开关组成的组中选择。
17. 根据权利要求14所述的过程变送器，进一步包括电子电路，当壳 体盖子或传感器模块被不正确定位或缺失时，该电子电路发出通知。
18. 根据权利要求14所述的过程变送器，进一步包括变送器电路，该 变送器电路包括用于与由所述机械完整性传感器产生的信号进行比较的 预定接近值。
19. 根据权利要求14所述的过程变送器，其中所述机械完整性传感 器由电容式接近传感器构成。
20. 根据权利要求19所述的过程变送器，其中所述电容式接近传感 器包括第一电容器，包括第一接线端螺钉和第二接线端螺钉； 第二电容器，包括所述第一接线端螺钉和壳体盖子；和 第三电容器，包括所述第二接线端螺钉和所述壳体盖子； 其中当所述壳体盖子与变送器壳体组装时，由所述第一、第二和第三电容器形成的所述电路的电容变化。
21. 根据权利要求14所述的过程变送器，其中所述机械完整性传感 器包括感应式接近传感器。
22. 根据权利要求21所述的过程变送器，其中所述感应式接近传感器包括感应线圈，用于产生邻近壳体盖子且位于传感器壳体内的静电场； 芯体材料，位于所述感应线圈内；振荡器，用于在所述芯体中产生涡流；和信号电平检测装置，用于在壳体盖子位于所述芯体附近时检测所述涡流的振荡振幅的变化。
23. —种用于测量过程变量的过程变送器，该过程变送器包括 过程传感器，用于检测过程流体的所述过程变量； 变送器壳体，用于容纳所述过程传感器；过程凸缘，用于将所述变送器壳体与过程流体源连接在一起；和 机械完整性传感器，用于验证所述过程凸缘的材料特性。
24. 根据权利要求23所述的过程变送器，其中所述机械完整性传感 器包括感应式磁导率传感器。
25. 根据权利要求24所述的过程变送器，其中所述感应式磁导率传 感器包括感应线圈，用于产生邻近壳体盖子、位于所述传感器壳体内的静电场; 芯体材料，位于所述感应线圈内； 振荡器，用于在所述芯体中产生涡流；和信号电平检测装置，用于在所述过程凸缘位于所述芯体附近时检测所 述涡流的振荡振幅的变化。
26. 根据权利要求23所述的过程变送器，进一步包括第二材料验证传 感器，用于检测位于所述过程变送器内的过程隔膜的材料特性。
27. 根据权利要求23所述的过程变送器，进一步包括变送器电路，该 变送器电路包括用于与由所述机械完整性传感器产生的信号进行比较的预定的材料特性值。
28. 根据权利要求27所述的过程变送器，进一步包括电子电路，当由所述机械完整性传感器产生的所述信号与预定的材料特性值不同时，该电 子电路发出通知。
全文摘要
本发明公开一种用于感应过程流体的过程变量的过程变送器(12)，包括过程传感器(30)、变送器电路(40)、变送器壳体(38)和变送器安装部件(33，44A，44B)。过程传感器(30)感应过程流体的过程变量，且变送器电路(40)处理来自过程传感器(30)的信号。变送器壳体(38)容纳过程传感器(30)和变送器电路(40)，且变送器安装部件(33，44A，44B)将传感器(30)或变送器电路(40)与过程流体或外部环境隔离开。机械完整性传感器(46A，46B，52A，5213)验证变送器壳体(38)和变送器安装部件(33，44A，44B)的组装。
文档编号G01L19/14GK101595374SQ200780050446
公开日2009年12月2日 申请日期2007年10月26日 优先权日2006年12月28日
发明者罗伯特·C·黑特克 申请人:罗斯蒙德公司