CN101375133B - 用于控制工业过程的发送器 - Google Patents

Abstract

一种针对工厂加工流体感知物理变量的发送器，其特征在于，该发送器包括至少一个用于容纳传感器的中空主体；和用于与需要感知其物理变量的加工流体直接或间接接口的体部，所述接口体部连接到所述主体并具有整体结构，该整体结构的形状使得其具有至少一个用于容纳分隔器体部的内壳体和至少一个适合在其外表面处可操作地耦接到流体容器的端部法兰，所述外表面与所述内壳体隔开一定距离，并借助连接通道与所述内壳体连通。

Description

用于控制工业过程的发送器

技术领域

本发明涉及用来控制工业过程中的物理变量的那种发送器，具有改善的结构和特征，更具体地说，本发明涉及具有集成过程接口的发送器。

背景技术

已知在工业过程控制系统中，为了感知/测量加工流体的一个或多个物理变量，即绝对、相对或差分压力、流动和液面等，广泛使用利用了压力传感器的专用发送器，实际上，这样使得易于从一个或多个相对、差分或绝对压力测量值得到相对于受控加工流体其他物理变量的那些更难于直接变送的测量值。

根据常见实施方式，目前已知的压力发送器包括主体或变送器体部，其形状适合容纳执行变送的部件，具体地说，该主体包括容纳压力传感器的测量舱和用于处理来自压力传感器的信号的适当主电路。一般地说，发送器体部组装在主体上，该发送器体部分成两个室，分别容纳其他部件，诸如用于现场观察感知到的变量的显示器、用于处理来自主电路的信号并处理与其他发送器或远程控制单元等的通信的辅助电路。

为了实施要求的感知和测量操作，压力发送器设置有其他部件，这些部件必须设置成与加工流体接触，为此，常用发送器包括一个或多个法兰，它们机械地与歧管耦接，加工流体通过歧管与变送器接触。每个法兰还借助螺钉/螺栓和密封件系统连接到压力发送器的主体，以使其中包含的压力不被释放，并且相对密封不发生渗漏，在靠近耦接表面的地方，设置包括专用挠性分隔膜的适当隔板或分隔器单元，该膜定位地让外壁暴露在加工流体中，而内壁液压耦接到压力传感器。

在目前的技术水平下，虽然足以完成所要求的功能，但是已知类型的压力发送器还存在一些缺陷。

具体来说，引起注意的缺陷在于目前的结构，如前所述，从机械的角度来看，该结构因构成部件数目的原因而相对复杂，这不仅影响生产和存放时间和成本，而且影响在操作现场用于装配和安装的时间和成本，原因在于需要相对较多的操作来装配发送器。

另一项影响决策的缺陷涉及每个法兰与发送器主体的机械连接，实际上，实践已经证明，如果这样的操作，特别是对拧紧螺钉和螺栓来说，不能均匀并精确地进行，则在分隔膜处可能产生机械应力，通常称为“干涉应力”。即使这种连接以理想的完美方式实施，在发送器的使用寿命期间，仍然有可能产生机械应力，原因在于变化的环境条件的影响，特别是连接系统不可避免地受到的温度和压力变化。

这种机械应力的强度一般很难在设计阶段预测，并且通常造成压力发送器不精确和测量误差，因为在分隔膜和压力传感器之间可能发生压力变化。通常，这种测量误差的程度并不可忽视，因为发送器通常都要求较高的性能，特别是对于长期的精确性和稳定性来说。因此，为避免这些测量误差，正如所述，装配发送器的操作相对复杂且繁冗。此外，如果在已经安装好的发送器中出现测量误差，通常必须求助于专用的维护操作，这是相当花钱的事，例如，可能需要更换因老化而发生泄漏和下垂(sagging)的密封件。

发明内容

本发明的主要目的是生产一种针对工厂的加工流体感知物理变量的发送器，能够克服前述的缺陷，特别是相对于已知发送器来说，结构简化。

在这一范围内，本发明的目的是生产一种针对工厂的加工流体感知物理变量的发送器，特别是针对弹性分隔膜的干涉效应而言，能显著降低不精确性和测量误差。

本发明的主要目的是生产一种针对工厂的加工流体感知物理变量的发送器，其装配和安装仅需少量的操作。

而且，本发明的另一个目的是生产一种针对工厂的加工流体感知物理变量的发送器，其可靠性高、生产相对容易，而且成本具有竞争力。

本发明的任务以及所述目的和其他目的将由以下所述的一种发送器来实现，该发送器用来针对工厂加工流体感知物理变量，特征在于，该发送器包括至少一个用于容纳传感器的中空主体；和用于与需要感知其物理变量的加工流体直接或间接接口的体部，所述接口体部连接到所述主体并具有整体结构，该整体结构的形状使得其具有至少一个用来容纳分隔器体部的内壳体和至少一个适合在其外表面处可操作地耦接到流体容器的端部法兰，所述外表面定位成与所述内壳体隔开一定距离，并借助连接通道与所述内壳体连通。

附图说明

本发明其他特征和优势将从本发明发送器的优选而非排他性实施例的说明中更为显然，所述实施例以非限制性示例的方式图示在附图中，其中：

图1是局部截面透视图，图示了本发明的发送器；

图2是图1所示发送器的分解透视图；

图3和4是图示本发明的发送器处于两种可能适用的配置时的情形的透视图。

具体实施方式

参照前述附图，根据本发明的发送器，作为整体以数字100表示，包括至少一个中空主体1，用来容纳传感器2，通常是压力传感器；和体部10，用于与需要感知其物理变量的加工流体直接或间接地接口，该接口体部10沿着主体1内表面连接到该主体，优选借助焊接而形成单个机械体部，即不再分开成单独部件(如果不采取实质破坏措施的话)，沿着纵轴线101基本上柱状延伸。

优势在于，接口体部10制作成整体结构，即具有单独结构的一个零件，因此在初始分开的零件之间不存在任何类型的连接部或接合部。

特别是，如图1和2所示，接口体部10形状构造为具有至少一个内壳体11，用来接收分隔膜3，根据众所周知而未详细说明的实施方式，分隔膜3借助专用液压回路4可操作地连接到传感器2，并连接到同样位于该内壳体11中的分隔器体部5，即焊接到其上级边缘。

接口体部10的整体结构还具有至少一个端部法兰12，该法兰适合于以其外表面13可操作地耦接到流体容器，正如以下所述，该流体可以是需要感知其物理变量的加工流体，或者其他流体。外表面13，在实践中表示并形成发送器和加工过程的物理接口，限定为与内壳体11隔开一定距离，并优选借助连接通道14设置成与其连通，所述连接通道优选沿着发送器100纵向延伸方向(实践中沿着轴线101)基本上直线延伸。

根据发送器100的特别优选实施例，并且如图2较佳地示出，其中发送器一些部件的一部分被局部略去，以使图示更为清晰，接口体部10具有整体结构，构造地具有两个内壳体11，每个内壳体用于接收对应的分隔膜3；和两个端部法兰12，每个法兰具有外表面13，该外表面适合于可操作地耦接对应的流体容器，两个端部表面13都与各内壳体11隔开一定距离，并且借助对应的连接通道14设置成与其连通。

优选接口体部10构造地使两个法兰12各自具有导管15，该导管横向于对应的连通通道14定位，并将后者设置成与接口体部外部连通，优选导管15至少局部设置有螺纹，以便与专用排放阀连接，排放阀在图3和4中例如用附图标记20表示。

此外，每个端部法兰12包括至少一个固定孔16，其基本上与各连通通道14对准并与之连通，固定孔的入口限定在对应的外表面13上，固定孔16适合于耦接对应的流体容器。具体来说，每个孔可以与需要感知其变量的加工流体的歧管连接，所述歧管在图4中以附图标记30表示，从而在体部10和加工过程之间提供直接接口。还可以选择，如图1示意性示出，孔16各自耦接到毛细管31，该毛细管连接到远程分隔器32并且其中包含适当的流体，即不可压缩流体，诸如与液压回路4中包含的类型相同的硅油。这样，就使远程分隔器32与需要感知变量的加工流体直接接口，因此在体部10和加工流体之间建立了间接操作接口。

接口体部10还构造地使每个端部法兰包括至少一个盲孔17，这些盲孔适合与其他部件耦接，这些其他部件诸如加工流体的闭合阀，在图3中以附图标记40表示；或者发送器的支撑固定支架，在图4中以附图标记50表示。具体来说，在图1的实施例中，每个法兰12包括两个盲孔17，它们的入口限定在外接口表面13上，使这两个孔17相对于对应的连通通道14定位在彼此相对的侧部，而且轴线彼此平行并且平行于连通通道14。此外，除了两个盲孔17之外，或者取代这两个盲孔，每个端部法兰12可以包括盲孔18，如图3所示，该盲孔18的入口位于法兰的侧表面上，且定位成轴线横向于对应的连通通道14或发送器10的延伸轴线101。如图4所示，可以使用两个分别定位在对应法兰上的孔18来耦接支撑支架50。

优选，发送器100包括第一构形容器21，该容器容纳在主体10内侧并搁置在其承载表面22上，具体来说，第一容器21(图2中局部略去以示清晰)，利用其构形，包围传感器2并在其周围限定适当的支撑表面23，具有优势的是，包括第一电路且可操作地耦接于传感器2的第一板24定位在所述支撑表面23上。该第一电路在实践中形成发送器的主电子件，其主要目的是处理来自传感器2的电信号，例如将其从变换为具有一定持续时间的数字信号。

根据本发明的发送器100还包括第二杯状容器25，该容器定位成倒置并且至少局部容纳在主体1内侧，具体来说，第二容器25搁置在限定于主体1内侧的抬高部件6上并面对第一容器23，从而界定内部空间，以容纳至少第二板27。第二板27包括第二电路，该第二电路形成发送器的辅助电子件，主要用于将来自主电子件的具有一定持续时间的信号转换为输出场信号。此外，用于信号处理部件的电力布线、用于与内部显示器以及任选的外部显示器等连接的端子块28可以具有优势地设置在第二板27上。还可以选择，将辅助电路和端子块适当地分布到两块板上，将这两块板容纳在第二容器25内。

穿过在主体1上设置的两个孔19中的一个孔的适当布线将该发送器可操作地连接到外侧。

最后，该发送器包括机盖7，其拧在主体1上，如图1和2所示，该机盖具有带螺纹的侧壁8，该侧壁与主体1的侧壁耦接；和抬高的部件9，其从侧壁18向外侧横向延伸，并且抵靠主体1的对应边缘。侧壁8的高度可以适当变化，以便满足配合其他部件诸如显示器的需求。密封件33定位在机盖7和主体1之间，防止杂质和流体渗入发送器。

已经在实践中见证了根据本发明的发送器如何完全完成任务和实现预定目标，而且相对于现有技术提供了一系列的优势。实际上，从整体来看以及就其至少一些结构元件来说，发送器100相对于已知发送器都具有极其简单的结构，并且性能有所改善。

具体来说，由于接口体部10具有特别构造的整体结构，所以能消除已知方案中惯常存在的机械耦接区域，并且已经发现，这些机械耦接区域是不精确性以及技术缺陷的温床，这样就能避免求助于密封件、螺钉和螺栓以及相关的上紧操作，已经说了，这些操作对整个发送器形成弱临界点。这样，可以减小所需部件的总体数目，减少装配操作，提高总体可靠性并且显著提高机械性能，诸如，提高了相对于内压力的极限强度。此外，由于接口体部10的专用形状以及其上各个入口的位置，发送器可以耦接到不同的部件、支架、阀等，并且可以在不改动具体结构的情况下，不区分水平位置(图3)或垂直位置(图4)地装配。

主体10焊接连接到接口体部10的连接方式进一步加强了这些优势，这样能获得单体、机械上稳定的结构，其部件不分开，不需要与现有技术方案中常见的传统机械装置诸如螺钉和螺栓耦接的耦接区域。

最后，但决不是不重要，由于各种内部部件特别是容器21和25以及相关的板的形状、位置和相互耦接，发送器100作为整体具有极其紧凑的结构，其中各种部件叠置而且尽可能利用了可用的空间。此外，最敏感的部件诸如传感器2以及设置在板上的电路，位于适当闭合并受保护的环境中。

如此构造的发送器可以进行各种改动和变形，它们全部落入本发明构思的范围之内。例如，容器21(和容器25一样)可以具有不同形状，只要其与要求实现的功能相适应即可，并且可以制成一件式或者制成两个分开的零件，都用金属或塑料制成，或者一个用金属制成而另一个用塑料制成。可以改动至少一些设置在接口体部10上的孔/通道的位置，例如孔18和导管15可以彼此平行延伸，等等。

此外，全部部件都可以由其技术上等同的元件替换，在实践中，在上述可预见的应用场合的范围内，材料类型、尺寸可以根据需要以及技术发展情况而定。

Claims (11)

1.一种用于针对工厂的加工流体感知物理变量的发送器(100)，所述发送器包括：至少一个用于容纳传感器(2)的中空的主体(1)；和用于与需要感知其物理变量的加工流体直接或间接地接口的接口体部(10)，所述接口体部连接到所述主体并具有整体结构，该整体结构的形状使得其具有至少一个用于容纳分隔膜(3)的内壳体(11)和至少一个适合在端部法兰(12)的外表面(13)处可操作地耦接到流体容器的端部法兰(12)，所述外表面(13)定位成与所述内壳体隔开一定距离，其特征在于，所述外表面(13)至少借助连接通道(14)与所述内壳体中的分隔膜连通，所述连接通道(14)沿着发送器(100)的纵向延伸轴线(101)直线延伸。

2.如权利要求1所述的发送器，其特征在于，所述接口体部包括：两个内壳体(11)，这两个内壳体(11)各自用来接收分隔膜(3)；和两个端部法兰(12)，这两个端部法兰各自具有适于可操作地与对应流体容器耦接的外表面(13)，每个所述端部法兰(12)的外表面(13)定位成与各内壳体隔开一定距离，并借助对应的连接通道(14)与各内壳体连通。

3.如权利要求1所述的发送器，其特征在于，所述主体(1)和所述接口体部(11)彼此焊接在一起。

4.如权利要求1所述的发送器，其特征在于，所述接口体部具有一对导管(15)，该对导管各自横向设置，并将相应的连接通道(14)与所述接口体部外侧连通。

5.如权利要求2所述的发送器，其特征在于，每一个所述端部法兰包括一毛细管(31)的至少一个固定孔(16)，该毛细管连接到与需要感知其变量的加工流体接口的远程分隔器(32)，所述固定孔的入口限定在所述端部法兰(12)的对应外表面(13)上，基本上与各连接通道(14)对准且与其连通。

6.如权利要求2所述的发送器，其特征在于，每一个所述端部法兰包括需要感知其变量的加工流体的歧管的至少一个固定孔，该固定孔的入口限定在所述端部法兰的对应外表面上，基本上与各连接通道对准并与其连通。

7.如权利要求2所述的发送器，其特征在于，每一个所述端部法兰包括至少一个盲孔(17)，该盲孔适合能够与其他部件耦接。

8.如权利要求7所述的发送器，其特征在于，每一个所述端部法兰包括两个盲孔(17)，该两个盲孔的入口限定在所述外表面(13)上，所述两个盲孔相对于对应的连通通道(14)定位在彼此相对的侧部，并且具有彼此基本上平行并平行于所述通道的轴线。

9.如权利要求7所述的发送器，其特征在于，每一个所述端部法兰包括盲孔(18)，该盲孔具有位于端部法兰的侧表面上的入口，且该盲孔定位成使得其轴线横向于对应的连通通道。

10.如权利要求1所述的发送器，其特征在于，所述发送器包括第一构形容器(21)，该第一构形容器容纳在所述主体内部并搁置在限定于所述接口体部上的承载表面(22)上，所述第一构形容器包围所述传感器(2)并在其周围限定支撑表面(23)，包括可操作地耦接到所述传感器的第一电路的第一板(24)位于所述支撑表面上。

11.如权利要求10所述的发送器，其特征在于，所述发送器包括第二杯状容器(25)，该第二杯状容器倒置定位并搁置于在所述主体内部限定的边缘(6)上，所述第二杯状容器界定内部空间，用于至少容纳第二板(27)，该第二板包括第二电路和/或连接端子块(28)。

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