气体检测设备的制作方法

本申请基于并要求2016年9月29日提交的美国临时专利申请No.6 2/401,440的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本实用新型大致涉及过程工业，且更具体地涉及气体检测设备。

背景技术：

过程工业通常采用气体传感器来检测特定气体的存在，这通常作为安全系统的一部分。这是很重要的，原因在于许多气体可能对人体健康和/或环境有害。工业气体传感器通常安装在工厂或控制室的过程区域或要保护的区域附近。通常，工业气体传感器安装在固定位置处并与监控系统进行通信。

技术实现要素：

一种气体检测设备包括气体传感器模块和过滤组件，气体传感器模块被配置为检测气体。气体传感器模块包括布置在气体传感器外壳内的气体传感器和耦接至气体传感器外壳的电路。电路被配置为提供对气体的指示。过滤组件被配置为与气体传感器外壳耦接，并保护气体传感器免受颗粒的影响。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例与过滤组件耦接的气体传感器模块的横截面视图。

图2是根据本实用新型实施例的气体传感器模块的框图。

图3是根据本实用新型实施例的现场可替换的过滤组件的图解视图。

图4A和图4B是根据本实用新型实施例的与气体传感器模块对准的过滤组件的图解视图。

图5是示出根据本实用新型实施例的将过滤组件与气体传感器模块耦接的操作的流程图。

具体实施方式

气体传感器可用于检测可燃、易燃和有毒气体。气体传感器可以包括红外点传感器、超声波传感器、电化学气体传感器和半导体传感器。为了适当地工作，气体传感器不能变得对湿气、灰尘或其他类型的碎屑缺乏抵抗力。如果缺乏抵抗力，气体传感器可能无法准确地感测气体，并随着时间的推移甚至可能会损坏，导致它们最终被替换。

通常，使用屏障来保护气体传感器以屏蔽不需要的颗粒。然而，为了安装屏障，通常遵循需要许多不同的工具的已知协议。此外，这些协议通常需要较长时间才能完成，并且如果未正确遵循，可能会导致气体传感器损坏。例如，在使用螺纹方法安装屏障时，在安装期间可能会发生密封结构的损坏。

与传统系统相反，本文所述的实施例提供了一种可替换的入侵保护(IP)等级的过滤组件，其留出了去向气体传感器的气体专用通道，同时保护气体传感器免受湿气和碎屑的影响。国际标准IEC 60529中定义的入侵防护等级对提供来对抗电气壳体中固体物体(包括身体部位)、灰尘、意外接触和水的侵入的防护等级进行分类。一个示例入侵保护等级是IP66等级，其按照标准，可以确保用于对抗接触和灰尘的完全防护，以及提供直至指定程度的防潮，所述指定程度按照标准包括防止来自强力喷口的水，使得不会有有害量的水进入壳体。此外，在按照入侵保护标准保护气体传感器免受湿气和碎屑影响的同时，过滤组件允许气体传感器保持符合用于气体感测的监管时间响应标准(T20、 T50、T90)。在不使用软件加速器的情况下，过滤组件的设计也符合这些标准响应时间。

此外，由于至少一些过程安装可能涉及高挥发性或甚至爆炸性的环境，在这些环境中操作的设备符合本质安全要求通常是有益的，或者甚至是需要的。这些要求有助于确保兼容的电气设备即使在故障条件下也不会产生点火源。在下文中阐述本质安全要求的一个示例：19 98年10月由工厂互助研究所颁布的APPROVAL STANDARD INTRINSICALL Y SAFE APARATUS AND ASSOCAITED APPARATUS FOR USE IN CLASS I， II和III DIVISION 1 HAZARDOUS(CLASSIFIED)LOCATIONS，CLASS NUMBER 3610。

图1示出根据本实用新型实施例与过滤组件耦接的气体传感器模块的横截面视图。气体检测设备100包括耦接至过滤组件106的气体传感器模块(例如，通常是气体传感器外壳104内的气体传感器102)。气体传感器102可以被配置为检测存在于特定环境中的可燃、有毒和/ 或易燃气体。在一个实施例中，过滤组件106被配置为保护气体传感器 102免受碎屑和湿气影响，同时仍允许气体传感器102根据行业标准响应时间提供准确的读数。

在一个实施例中，过滤组件106包括过滤外壳110。在一个实施例中，在将过滤组件106与气体传感器外壳104耦接时，过滤外壳110被配置为环绕气体传感器外壳104的下部。过滤外壳110可以包括允许气体传感器102根据行业标准提供和维护精确读数，同时允许用于对抗碎屑和湿气的保护的任意合适设计。

过滤组件106还可以包括垫圈112和过滤元件108，各自被配置为在将过滤组件106耦接至气体传感器外壳104时被相对于气体传感器外壳104压缩。在一个实施例中，过滤元件108布置在过滤组件106的中心处或中心附近，并且垫圈112的至少一部分被放置在过滤元件108的上方。在被压缩时，在一个实施例中，垫圈112和过滤元件108形成压缩密封，并且与过滤外壳110一起为气体传感器102提供IP66等级保护。过滤元件108可以包括被配置为留出气体的专用通道的任何可渗透材料，从而允许气体传感器102根据行业标准响应时间提供准确的读数。此外，过滤元件108还可以包括疏水的可渗透材料，其被配置为留出气体的专用通道，同时禁止湿气到达气体传感器102。垫圈112可以包括被配置为禁止湿气到达气体传感器102的疏水材料。

图2是根据本实用新型实施例的气体传感器模块的示意性系统框图。优选地，气体传感器模块200符合至少一个本质安全规范(例如上面列出的规范)，以帮助在潜在的爆炸性环境中确保安全性。气体传感器模块200包括通信模块204，其可耦接至用于将气体检测信息传送给控制系统、通告面板或任意其他合适设备的发射机或其它合适的设备。该通信符合任意合适的协议。通信模块204与处理器206耦接，处理器206在一些实施例中可以是微处理器。处理器206耦接至测量电路 208，并能够基于从测量电路208获得的原始传感器值的测量，编程性地计算指示气体的一个或多个过程变量。在一个实施例中，测量电路 208被配置为接收由传感器210生成的信号信息，并且视情况可以包括一个或多个合适的模数转换器以及线性化电路和/或合适的过滤器。

图3是根据本实用新型实施例的现场可替换的过滤组件的图解视图。在一个实施例中，过滤组件300被配置为根据入侵防护标准保护气体传感器(例如图1所示的气体传感器102)免受湿气和碎屑的影响。在一个实施例中，过滤组件300被配置为留出气体的从外部环境到气体传感器的专用通道，同时禁止湿气和/或碎屑的通过。在一个实施例中，过滤组件300被配置为与气体传感器外壳(例如图1所示的气体传感器外壳104)无需工具地(tool-lessly)耦接。在一个实施例中，过滤组件300包括过滤外壳310，其具有被配置为将过滤组件300耦接至气体传感器外壳的闩锁功能302。此外，过滤外壳310可以包括对准结构30 6，其配置为在将过滤组件300与气体传感器外壳耦接之前将过滤组件 300与气体传感器外壳对准。

过滤组件300可以包括布置在过滤组件300的中心处或中心附近的过滤元件308。过滤组件300还可以包括垫圈312，使得垫圈312的至少一部分被放置在过滤元件308上方。在一个实施例中，过滤元件308 包括被配置为留出气体的通道的可渗透材料。在一个实施例中，过滤元件308包括疏水的可渗透材料。在一个实施例中，当使用闩锁功能3 02将过滤组件300耦接至气体传感器外壳时，过滤元件308和垫圈312 变成压缩的，在过滤外壳310和气体传感器外壳之间形成密封。在一个实施例中，只要过滤组件300耦接至气体传感器外壳，该压缩提供IP6 6等级密封，同时仍然允许气体传感器根据已知行业标准作出响应。

在一个实施例中，闩锁功能302可以包括倒“U”形的主体314以及突起304。在一个实施例中，突起304被配置为由气体传感器外壳中的接纳部分接纳，并且在被接纳时，将过滤组件300与气体传感器外壳耦接。如示例性地示出的，过滤组件300包括由附图标记302一般性地表示的三个闩锁功能，然而，在其他实施例中，明确地预期根据本实用新型实施例可以使用任意合适数量的闩锁功能。

在一个实施例中，闩锁功能302允许过滤组件300与气体传感器外壳无需工具的耦接。例如但不限于，在施加插入力时，闩锁功能302 可以闩锁至气体传感器外壳上的接纳部分，其中，将过滤组件300固定到气体传感器外壳上，而不需要任何工具。在一个实施例中，然后，通过压缩闩锁功能302并将过滤组件300从气体传感器外壳拉出，可以手动从气体传感器外壳移除过滤组件300。

在使用一个或多个闩锁功能302将过滤组件300耦接至气体传感器外壳之前，对准结构306可以定向过滤组件300，使得该一个或多个闩锁功能302对于气体传感器外壳而言处于正确定向。这在一个实施例中确保可以安装过滤组件300，而不存在损坏气体传感器和/或气体传感器外壳的风险。在一个实施例中，对准结构306包括过滤外壳310的侧壁内的凹槽，并且被配置为与气体传感器外壳上的对应对准部分对准并且轴向地接纳该气体传感器外壳上的对应对准部分。在一个实施例中，对准结构306和对应对准部分之间的对准确保过滤组件300在处于适当的旋转定向时耦接至气体传感器外壳。在一个实施例中，适当的旋转定向是当气体传感器外壳和过滤组件300相对于彼此适当地定向时。在一个实施例中，对应的对准部分可以包括被配置为要由对准结构306轴向地接纳的轴向脊。然而，在其他实施例中，对准结构306 可以包括被配置为与气体传感器外壳上的对应对准部分对准的任意其他区别标记、凹槽或突起。

在其他实施例中，特定对准结构306可以是特定类型的过滤组件300所独有的。例如但不限于，这可以包括具有唯一对准结构的过滤组件300，该唯一对准结构指示过滤组件300被配置为与特定类型的气体传感器一起使用。例如但不限于，过滤组件300可以具有唯一的对准结构306，该唯一对准结构306指示过滤组件300被配置为与烃类气体传感器一起使用，或者过滤组件300被配置为与非烃类气体传感器一起使用。在一个实施例中，这确保过滤组件300仅与适当的对应气体传感器一起使用。

图4A和图4B是根据本实用新型实施例的与气体传感器模块对准的过滤组件的图解视图。

图4A示出了与气体传感器模块408对准的过滤组件400。在一个实施例中，气体传感器模块408包括气体传感器外壳412内的气体传感器 (未示出)。在一个实施例中，如图4A和图4B所示，过滤组件400使用直线插入操作耦接至气体传感器外壳412，使得减轻对气体传感器或气体传感器外壳412(通常以常规的螺纹设计出现)的任何潜在的损坏。在一个实施例中，直线插入操作包括将过滤外壳410的对准结构406与气体传感器外壳412上的对应对准部分418对准，并且在大致由箭头42 0所示的方向上施加插入力，使得过滤组件400的闩锁功能402闩锁至接纳部分416。例如，图4A示出了将对准结构406与对应对准部分418进行对准，并且图4B示出了在施加插入力之后耦接至气体传感器外壳412 的过滤组件400。如本文所使用的，直线插入操作旨在表示在操作期间两个组件不相对于彼此旋转。这是有利的，原因在于它防止了可能损坏压缩密封的旋转。

在一个实施例中，闩锁功能402包括具有突起404的倒“U”形主体414。在一个实施例中，突起404被配置为当在大致由箭头420所示的方向上施加插入力时由气体传感器模块408的接纳部分416分别接纳。在一个实施例中，对准结构406是被配置为与对应对准部分418接触的凹槽。在一个实施例中，对应对准部分418包括轴向脊。在一个实施例中，过滤组件400使用直线插入操作无需工具地耦接至气体传感器外壳 412。

图4B示出了在将插入力420施加到过滤组件400使得过滤组件400 耦接至气体传感器模块408之后的气体检测设备。如示例性地示出的，闩锁功能402的突起404由气体传感器外壳412的接纳部分416分别接纳。此外，气体传感器模块408的对应对准部分418由过滤组件400的对准结构406接纳。在一个实施例中，通过闩锁功能402的压缩以及随后将过滤组件400从气体传感器模块408拉出，可将过滤组件400从气体传感器模块408手动移除，而不需要使用工具。

图5是示出根据本实用新型实施例的将过滤组件安装至气体传感器模块的流程图。方法500可有助于在不需要工具或必须螺纹连接(t hread)过滤器的一部分(其可能导致气体传感器模块损坏)的情况下安装过滤组件。方法500开始于框502，在框502中，用户将过滤组件的对准结构与气体传感器模块上的对应对准部分对准。虽然方法500可以由用户执行，但也明确地预期在其他实施例中，在制造期间自动执行方法500。在一个实施例中，对准结构包括如框504所示的凹槽，其被配置为接纳气体传感器模块上的对应对准部分。在一个实施例中，凹槽特定于对应对准部分，使得过滤组件仅在对准结构与对应对准部分对准之后才耦接至气体传感器模块。在一个实施例中，这确保了在施加插入力之前过滤组件处于正确的旋转定向。在一个实施例中，如框 506所示，对准结构包括视觉指示器。在一个实施例中，视觉指示器可以包括过滤组件上的颜色或图案。

在框510处，用户确定过滤组件的对准结构与气体传感器模块上的对应对准部分对准。在一个实施例中，如框512所示，确定可以包括视觉指示。视觉指示可以包括例如当对准结构与气体传感器模块上的对应对准部分对准时形成的激励(actuated)光或图案。在另一实施例中，如框514所示，确定可以包括旋转停止点。当过滤组件相对于气体传感器模块旋转时，一旦对准结构和对应对准部分对准，旋转停止点就可以结束过滤组件的旋转运动。此外，在其他实施例中也可以想到其它检测机制。

在框520处，用户向过滤组件施加插入力，使得过滤组件变得与气体传感器模块耦接。在一个实施例中，如框522所示，插入力被施加到过滤组件，直到过滤组件的闩锁功能闩锁至气体传感器模块的气体传感器外壳。在一个实施例中，当将闩锁功能机械闩锁至气体传感器外壳时，过滤组件被牢固地紧固到气体传感器模块。在另一实施例中，当过滤组件耦接至气体传感器模块时，如框524所示，过滤组件的对准结构接纳气体传感器模块的对应对准部分。在一个实施例中，如框52 6所示，过滤组件插入气体传感器模块中是在没有任何工具的情况下完成的。在一个实施例中，如框528所示，根据本文讨论的方法将过滤组件插入气体传感器模块中确保不存在对气体传感器的损坏。

因此，方法500允许用户安装过滤组件，而不必遵循需要大量时间或多种工具的特定协议。

虽然已经参照优选实施例对本实用新型进行了描述，本领域技术人员将会认识到的是，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以实现形式和细节上的修改。