CN101310235B - 带有过压通气孔的过程变送器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有过压通气孔的过程变送器，该过程变送器(102)外壳(112)上具有过压通气孔(160)，用来连接到工业过程和用于测量过程变量。变送器(102)包括带有＝腔体(146)的外壳。还包括位于所述腔体(146)中的隔板，用来把腔体(146)分为第一腔体和第二腔体并且在它们之间形成密封；所述第一腔体中包括压力传感器；一过程联结用于将该腔体(146)连接到工业过程。过压通气孔(160)用于将腔体(146)中的过压释放到变送器外壳之外，所述过压通气孔包括一个用来探测过压通气孔状态的传感器。

Description

带有过压通气孔的过程变送器
技术领域
本发明涉及工业过程中使用的现场设备，尤其涉及用于传输监视或者控制工业过程的过程变量的变送器。
背景技术
通常情况下，电子现场设备(比如过程变送器)在监控工业过程操作中使用，比如在炼油厂、化学处理厂、纸张加工厂、生物化学工厂、医药厂以及食品和饮料厂等工厂中。用于监控工业过程的过程变送器可以测量压力、流量、储罐中液位或物质水平、温度及振动等。此外，用于工业过程控制的现场设备还可能包括分析电子仪器、诊断电子仪器，以及其它用于过程检测的电子仪器，甚至电子，液压和气动驱动仪器。
过程变送器通常放置于有液体、灰尘、潮湿以及有各种工业污染物的地方。在有些情况下，还可能放在有处理液体，如酸性溶液或者碱性溶液的地方。液体也可包括用于清洗工厂设备的液体喷雾。液体有可能滴到、溅到或喷洒到过程变送器及其电子连接装置上。另外，环境中的灰尘、潮湿和液体有可能污染并降解劣化过程变送器的电路和它的其它电子连接装置中的电路。
为了保护过程变送器的电路免受环境的影响，通常将变送器壳密封。密封的布置应符合防爆标准，以减少易燃物质着火的可能性。于2000年7月18号公布Frick等人的美国专利(专利号：6,089,097)描述了一种过程变送器结构，此专利描述了一个内部安全栅。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于传输监视或者控制工业过程的带有过压通气孔的过程变量的变送器，为过程变送器的密封变送器壳提供一个过压通气孔。在一种配置中，变送器连接至工业过程并测量一个过程变量。此变送器包含一个带有空腔的外壳。通过配置一个过程联结来把空腔和工业过程连接在一起。并通过一个过压通气孔来将腔体中的过压导出到变送器外壳之外。
为达到上述目的，本发明通过了一种连接到工业过程的用于测量过程变量的变送器，包括：
包含有腔体的变送器外壳，所述腔体配置有用来测量过程变量的测量电路；
包括位于所述腔体中的隔板，用来把腔体分为第一腔体和第二腔体并且在它们之间形成密封；
所述第一腔体中包括压力传感器；
过程联结，用来把所述腔体连接到工业过程；以及
过压通气孔，用来把所述第一腔体中的过压释放到变送器的周围环境中；所述过压通气孔包括一个用来探测过压通气孔状态的传感器。
此外，根据本发明的一个实施例，所述测量电路位于所述第二腔体中。
此外，根据本发明的一个实施例，述隔板带有所述测量电路。
此外，根据本发明的一个实施例，所述测量电路连接到一个两条线组成的过程控制环。
此外，根据本发明的一个实施例，所述变送器电路完全由两条线组成的过程控制环供电。
此外，根据本发明的一个实施例，该变送器包括压力传感器和过压通气孔之间连接的放气管道。
此外，根据本发明的一个实施例，所述过压通气孔延伸到变送器外壳之外，并包括一两者之间的防火密封。
此外，根据本发明的一个实施例，过压通气孔包括一个可变形部件，其在所述腔体中有过压时会变形，还包括一个位于所述腔体和变送器外壳之间的放气通道。
此外，根据本发明的一个实施例，所述测量电路被连接到所述用来探测过压通气孔状态的传感器，并在检测到过压情况时有输出。
本发明还提供了一种用于控制测量过程变量的工业过程测量变送器过压的方法，包括：
提供一包含有腔体的变送器外壳，该腔体配置有用来测量过程变量的测量电路；
利用隔板将所述腔体分为第一腔体和第二腔体并且在它们之间形成密封；
在所述第一腔体中设置压力传感器；
把所述腔体耦合到工业过程；
提供一过压通气孔，且所述过压通气孔包括一个用来探测过压通气孔状态的传感器；
把所述第一腔体中的过压释放到变送器外壳之外的外部环境中。
此外，根据本发明的一个实施例，所述测量电路位于所述第二腔体内。
此外，根据本发明的一个实施例，所述隔板带有所述测量电路。
此外，根据本发明的一个实施例，所述测量电路被连接到一个由两条线组成的过程控制环。
此外，根据本发明的一个实施例，包括由两条线组成的过程控制环供电的变送器供电电路。
此外，根据本发明的一个实施例，包括一个所述用来探测过压通气孔状态的压力传感器连接到所述过压通气孔的放气管道。
此外，根据本发明的一个实施例，所述过压通气孔包括一个可变形部件，它在腔体内有过压时会变形，还包括一个位于腔体和变送器外壳之间的放气通路。
此外，根据本发明的一个实施例，所述用来探测过压通气孔状态的压力传感器在检测到过压情况时提供输出信号。
附图说明
图1是按照本发明的一个实施例所作的现场设备的简化框图。
图2是图1中的变送器的一个简化截面图。
图3是图1中的变送器的一个更为详细的截面图。
图4A是按照本发明一个实施例作的过压通气孔在正常操作过程中的侧面截面图。
图4B是图4A在发生过压情况时的过压通气孔的侧面截面图。
具体实施方式
如背景部分所述，过程变送器用于在工业过程中用于与过程耦合，并对变量进行测量。其中，过程变量包括压力、温度、流量等。过程变送器通常包含一个密封的变送器壳或者带有传感器和过程变送器电路的外壳。在过程变送器的一种配置中，用一个隔板来把变送器外壳的空腔分为第一空腔和第二空腔。此配置在名称为“采用集成电路卡作环境和电磁/射频干扰防护器件的现场组件”(申请人：Kelly M.Orth和Chad Mc Guire，申请日期：2004年9月16日)的共同专利申请中(申请号10/942,340)中进行了描述，本申请参考了此专利的全部内容。在此配置中，隔板可以用做第一个腔体和第二个腔体之间的密封。然而，如果变送器中的一个器件出了问题，并且导致过程压力直接作用于其中的一个腔体，则这个压力有可能穿过隔板密封并进入第二个腔体。这种情况是需要避免的，例如，在第二个腔体含有额外的电路时。本发明为腔体提供一个过压通气孔来将第一个腔体中的过压导出到变送器壳外。这样就减轻了作用于隔板密封上的压力，因此减小了压力穿透隔板密封并到达第二个腔体的可能性。
图1展示了按照本发明的一个实施例作的过程变送器系统100的简化框图。过程变送器102被连接到处理管道段104来测量与处理管道段104中的液体的参数或者过程变量。过程变送器102通过现场布线108耦合到控制中心106。通常情况下，现场布线包括电源线、地线和通讯连接线。现场布线108可能包含两条或者两条以上的线。在另一种实施例中，现场布线108提供了电源线和地线，但是变送器102和控制中心106之间的通讯是无线通讯(没有显示)。在一个特定的配置中，现场布线108包括两条已知类型的过程控制环线。示例的过程控制环线包括使用4至20毫安信号进行通讯的，或者使用数字通讯协议如HART通讯协议(一种现场通讯协议)进行通讯的等。在这种配置中，变送器中的电路完全由两条过程控制环线进行供电。
通常情况下，变送器102包括一个带有盖112的外壳110。外壳110通过密封的基座或者过程联结114来耦合到管道段104。过程联结114可以连接到一个连接法兰或者由用户提供的其它附加装置来完成特定的安装。为了打开机壳110并把变送器壳110中的电子器件连接到控制中心106上，在壳体110上通过一个布线导管116来为现场布线108提供一个开口。
图2是按照本发明的一个实施例作的过程变送器102的一个简化截面图。变送器102通常包含一个内部带有腔体的变送器外壳112。隔板144位于腔体142内并将腔体142分成第一腔体146和第二腔体148。隔板144提供腔体146和148之间的密封。
在图2的配置中，在过程联结114处，所述第一腔体146把一个工业过程耦合到一个过程压力。一个过程变量传感器150和传感器电路152位于所述第一腔体146内。例如，传感器150可以是一个压力传感器，用为接收过程压力并为传感器电路152提供和过程压力相关的电信号输出。测量电路156位于所述第二腔体148内，用于把和感应到的压力相关的信号输出到过程控制环108。在一种配置中，隔板144由用于带有测量电路156的电子电路板构成。在题为“采用集成电路卡组件作环境和电磁/射频干扰防护的现场组件”的共同专利申请中(专利号10/942,340，申请日期：2004年9月16日，申请人：Kelly M.Orth和Chad M.McGuire)讨论了此实例中的隔板144的配置。
在本发明中，一个过压通气孔160被放置在所述第一腔体146和变送器外壳112中并延伸到所述第一腔体146和外壳112的外部。当腔体146和周围环境之间的压力差超过一个预先设定的阈值时，过压通气孔160将把腔体146和变送器外壳112的外围环境耦合在一起。例如，可以把预先选定的阈值设置成小于腔体146中引起密封隔板144失效的压力。
图3是过程变送器102的一个比图2更为详细的截面图。在图3的配置中，隔板144也也带有测量电路156。一个终端块162和测量电路156耦合并在其上携带终端164。终端164用于把测量电路156耦合到过程控制环108。
在图3中，密封170用来密封位于腔体146和148之间的隔板144。密封方法可以是任何合适的方法或者技术，用来为腔体146和148之间的隔板提供密封。
在图3中，放气管道172用来把传感器150连接到过压通气孔160。在这个配置中，过压通气孔160有两个功能：作为传感器150的正常通风和作为腔体146的过压通气孔。压力传感器150通过主密封174来耦合到过程流体。例如，主密封可以一端由带有过程流体的隔离隔膜，另一端由载有隔离流体176的毛细管178组成。当压力作用于毛细管时，此压力被传递给隔离流体176和压力传感器150。一个过程接口180，比如歧管或者类似的东西，用来将过程联结114耦合到工业过程。例如，可用歧管将变送器102连接到过程管道。
在图3的配置中，过压通气孔160引入了两个防火通路182A和182B到腔体146。防火通路182B由通气孔自身提供；防火通路182A在通气孔160耦合到壳112的地方引入。防火通路182A和182B安装时必须符合相应的防火要求。图4A和4B是过压通气孔160的侧面截面图。在图4A中，显示了在正常工作状态中的过压通气孔160。在图4B中，显示了在过压放气状态的过压通气孔160。过压通气孔160包括一个中心插件184，它伸展到由通气罩186保护的外壳112。一个密封联结188把放气管道172连接到过压通气孔160。防火通路182B包括一个穿越插件184的开口，它可用合适的方法(如烧结)来密封到密封联结188上。位于插件184和外壳112之间的防火通路182A也可以用合适的方法密封。另外，插件184能被旋入壳体112内的螺孔中，配备了一个出气盖190来防止防火通路182B被堵塞或者挡住，以及减少在清洗过程中水直接冲击造成的影响。
在图4A中，放气管道172的作用在于通过防爆通路182B把图3中的传感器150的过压释放到周围环境中。然而，在围栏146内发生过压情况时，在放气管道172和密封联结188之间形成了一个开口191，如图4B所示。这样就形成了放气通路192，此通路通过防火通路182B，由第一个腔体146到外部环境。可以通过调整放气管道172和密封联结188之间的密封强度来控制在放气通路192处的过压情况。
在一种配置中，过压通气孔160可以把发生一次以上的过压排放出去。然而，在另一种配置中，一旦有过压发生就被排放掉，则第一个腔体146和周围环境之间的过压通气孔160将一直保持开通状态。在另一个例子中，一个传感器194连接到测量电路156，并且提供一个用来指示过压通气孔160的状态或者情况的输出信号。例如，可以用一个信号来指示位于第一个腔体146和周围环境之间的过压通气孔160已经打开，或者以前被打开过。此信息可以通过过程控制环108传递，以便通知操作员需要维修保养。此信息也可用于警告过程流体已经放气到周围环境中。过压通气孔160可由任何合适的物质组成。例如，放气管道172可以用过压时可弯曲或被压缩的非金属管来组成。
尽管介绍时本发明采用的实例为最佳实例，但本领域的技术人员可在不违背本发明的精神和范围的前提下，在形式上和细节上做修改。虽然在次介绍的具体配置中采用了一个隔板来把变送器壳分成第一腔体和第二腔体，一种配置可以没有隔板并且变送器可以只包括单一腔体。过压通气孔可以包括任何配置，并不限于以上描述的具体配置。比如，另一个示例配置可以是弹簧加载的锁定球检测阀门。对于某一装置，过压通气孔的布置最好能符合防火标准和防爆标准。

Claims (17)

1.一种连接到工业过程的用于测量过程变量的变送器，其特征在于：包括：
包含有腔体的变送器外壳，所述腔体配置有用来测量过程变量的测量电路；
包括位于所述腔体中的隔板，用来把腔体分为第一腔体和第二腔体并且在它们之间形成密封；
所述第一腔体中包括压力传感器；
过程联结，用来把所述腔体连接到工业过程；以及
过压通气孔，用来把所述第一腔体中的过压释放到变送器的周围环境中；所述过压通气孔包括一个用来探测过压通气孔状态的传感器。
2.如权利要求1所述的连接到工业过程的用于测量过程变量的变送器，其特征在于：所述测量电路位于第二腔体中。
3.如权利要求1中所述的连接到工业过程的用于测量过程变量的变送器，其特征在于：所述隔板带有所述测量电路。
4.如权利要求1中所述的连接到工业过程的用于测量过程变量的变送器，其特征在于：所述测量电路连接到一个两条线组成的过程控制环。
5.如权利要求4中所述的连接到工业过程的用于测量过程变量的变送器，其特征在于：所述变送器电路完全由两条线组成的过程控制环供电。
6.如权利要求1中所述的连接到工业过程的用于测量过程变量的变送器，其特征在于：包括压力传感器和过压通气孔之间连接的放气管道。
7.如权利要求1中所述的连接到工业过程的用于测量过程变量的变送器，其特征在于：所述过压通气孔延伸到变送器外壳之外，并包括一两者之间的防火密封。
8.如权利要求1中所述的连接到工业过程的用于测量过程变量的变送器，其特征在于：过压通气孔包括一个可变形部件，其在所述腔体中有过压时会变形，还包括一个位于所述腔体和变送器外壳之间的放气通道。
9.如权利要求1中所述的连接到工业过程的用于测量过程变量的变送器，其特征在于：所述测量电路被连接到所述用来探测过压通气孔状态的传感器，并在检测到过压情况时有输出。
10.一种用于控制测量过程变量的工业过程测量变送器过压的方法，其特征在于：包括：
提供一包含有腔体的变送器外壳，该腔体配置有用来测量过程变量的测量电路；
利用隔板将所述腔体分为第一腔体和第二腔体并且在它们之间形成密封；
在所述第一腔体中设置压力传感器；
把所述腔体耦合到工业过程；
提供一过压通气孔，且所述过压通气孔包括一个用来探测过压通气孔状态的传感器；
把所述第一腔体中的过压释放到变送器外壳之外的外部环境中。
11.如权利要求10中所述的方法，其特征在于：所述测量电路位于所述第二腔体内。
12.如权利要求10中所述的方法，其特征在于：所述隔板带有所述测量电路。
13.如权利要求10中所述的方法，其特征在于：所述测量电路被连接到一个由两条线组成的过程控制环。
14.如权利要求13中所述的方法，其特征在于：包括由两条线组成的过程控制环供电的变送器供电电路。
15.如权利要求10中所述的方法，其特征在于：包括一个所述用来探测过压通气孔状态的压力传感器连接到所述过压通气孔的放气管道。
16.如权利要求10中所述的方法，其特征在于：所述过压通气孔包括一个可变形部件，它在腔体内有过压时会变形，还包括一个位于腔体和变送器外壳之间的放气通路。
17.如权利要求10中所述的方法，其特征在于：所述用来探测过压通气孔状态的传感器在检测到过压情况时提供输出信号。
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