CN1041353C - 带消焰联管箱的组合式变送器 - Google Patents

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Abstract

带消焰联管箱(16)的变送器(8)利用膜片(44)感测过程流体的压力。膜片将其外表面上的压力传给填充流体(50)。压力传感器(18)感测填充流体的压力，产生代表过程流体压力的输出。联管箱包括空腔(48)和从空腔延伸到锥形开孔(56)的通道(54)，通道具有邻近锥形开孔而形状可容纳通向传感器的入口管(52)的第一部分(58)和通向空腔其形状可隔离火焰的第二部分(70)。填充流体填充空腔、通道和入口管，用压入锥形开孔中的锥形密封件(60)密封。

Description

带消焰联管箱的组合式变送器
本发明涉及接合到过程压力管线的带消焰或淬熄联管箱的组合式压力变送器。
在压力变送器外部的大气中或在由变送器的压力传感器感测的过程流体中经常存在可燃混合物。各种不同的保护方式减少了由于变送器内部可燃气体的着火而引燃变送器外部可燃混合物的可能性。例如，变送器盖子安装了火焰淬熄螺纹，当气体从变送器泄出时，火焰淬熄螺纹将着火气体冷却到低于引燃变送器外部可燃混合物所需的温度。
一些变送器装备了多重保护装置，以便在一种保护装置失效或损坏后减少引燃变送器外部可燃混合物的可能性。在某些应用中，希望有一条火焰淬熄路径，使得即使在圆环之类弹性密封件和隔离膜片之类薄箔阻挡层损坏或拆除以后，以及在隔离流体泄出和焊缝失效之后，该路径也能将可燃混合物的着火有效地保持在变送器座罩以内。
在Walish等人转让给本申请的受让人的美国专利4,970,898中展示了一种变送器，其中一个插塞包括一个充有液体的通道，通道的形状能淬熄火焰。
一些压力变送器利用一种组合式构造，如Frick等人同样转让给本申请的受让人的美国专利4,833,922中公开的变送器，其中利用一个锥形机械密封件将从隔离器来的过程流体接合到通向压力传感器的管子。
本发明提供一种用于感测过程流体压力的变送器。变送器中包容一个压力传感器，用于产生代表压力的输出。变送器内部有一个联管箱，该联管箱包括一个位于外表面上的空腔和一个从空腔延伸到联管箱内表面上的锥形开孔的通道。通道包括一个邻近锥形开孔而其形状可以容纳通向传感器的入口管的第一部分和一个向空腔开口的隔离火焰的第二部分。一个柔性的隔离膜片被密封到联管箱上，以盖住空腔。膜片将作用在膜片外表面上的过程流体的压力传递到填充在空腔、通道和入口管中的基本上不可压缩的填充流休。压力传感器感测由作用在隔离器膜片上的压力产生的填充流体的压力。
一个锥形密封件被压入联管箱与传感器交界处的入口管用围的锥形开孔中，以便密封填充流体。通道的隔离火焰的第二部分的形状可以提供火焰隔离，以便对围绕入口管的锥形密封件和入口管的内部进行与过程流体的火焰隔离。
图1是按照本发明所述的一种用于感测绝对压力或线性压力的压力变送器的截面图。
图2是图1中所示的火焰隔离装置的放大图。
图3是图1中所示的管子夹紧装置的顶视图。
图4是按照本发明所述的一种用于差示压力变送器的联管箱的截面图。
参考图1，压力变送器8包括一个用于连接到过程流体管线上的消焰联管箱16。变送器8包括一个具有几个开孔的座罩10，这些开孔由导线盖12和电子线路盖14及联管箱16封住。变送器8包容一个产生代表压力的输出的压力传感器18，后者具有连接到第一电路板22上的输出引线20，第一电路板22包括处理传感器信号用的电路。电路板22的引线24通过可以转动的耦合器26连接到电路板28上。电路板28包括产生一个代表压力的输出信号的电路，该输出信号通过密封的馈通件30连接到导线室32中。导线室32接受从密封的导管入口36来的环形电路引线34。环形电路引线34连接到密封的馈通件30上，以接受传送的输出信号。壁38将导线室32与传感器室40密封地隔开。
盖子12和14、联管箱16、导管入口36与座罩10的螺纹结合部为火焰淬熄的结合部，用于包容可能发生在变送器内室32和40内的着火。这种火焰包容与压力传感器18是隔开的。
参考图2，隔离膜片44的外表面42接受从变送器外部的过程流体来的压力。虽然图中没有表示，但这种过程流体可以通过各种法兰盘或接头接到变送器上。隔离膜片44是柔性的，将由过程流体压力产生的力传递到隔离流体的隔离器内表面46上。隔离膜片44的外部周缘密封地焊接到空腔48上方的联管箱16上，以便将过程流体与空腔48的内部隔离。空腔48填充一种基本上不可压缩的隔离流体50，如硅油，后者接受由隔离膜片44传递来的压力。
参考图1和图2，联管箱16中的通道54从空腔48延伸到变送器8内部联管箱16上的锥形开孔56。通道54的第一部分58的形状可以容纳通向压力传感器18的入口管52的端部59。同时称作填充流体的隔离流体50填充空腔48、通道54和入口管52，从而特隔离器内表面46上的压力传递到压力传感器18上。锥形密封件60被压入锥形开孔56；以密封入口管52的周围并防止填充流体50的泄漏。锥形密封件60通常包括较软的材料60A和较硬的垫板60B，以迫使较软的材料紧密地靠在入口管52上。一种半柔性的材料62被注入在压力传感器18上，以填充传感器周围的空隙和联管箱16的内腔，以便当材料62定形后可以形成防震结构。材料62示意地表示在图1中。如图所示，材料62最好只按对角线填充联管箱16，填在入口管上面和传感器18周围的一半，使材料62不接触导线20。
如图2和图3所示，板64向下压在锥形密封件60上，以保持密封。板64相对端部上的螺柱66向着联管箱内部的台阶面夹住板64。板64压在密封件60的较硬材料60B上，并迫使较软的材料60A在入口管52的上面和开孔56的周围密封。这将保证填充流体50不会通过锥形开孔56逸出。
传感器室40包含传感器用的激励的电子元器件和导线。因为变送器外部的过程流体可以是一种可燃气体，所以内室40最好即使在故障状态下也能与过程流体隔离，这些故障状态如隔离膜片44破裂，填充流体50泄出，以及密封件60或压力传感器18破裂。另外，希望有一种与机械连接或焊接无关的防火连接，以便在故障状态期间使变送器内部的传感器18与火焰隔离。通道54的第二部分70置于空腔48和锥形密封件60之间，并且在变送器和传感器18内部与变送器外部之间形成隔离火焰的路径。通道第二部分70的延伸通过联管箱16的一个没有机械连接或焊接的部分。此外，通道第二部分70的形状可以提供火焰隔离，从而使入口管52周围的锥形密封件60与过程流体相隔离。如图所示，通道第二部分70通常是一根直径很小的管子，使得当火焰沿通道第二部分运动时火焰不能维持。
新型的机加工如放电机加工使得可以在通道第二部分70中加工直径更小的孔，这使得第二部分70所需的长度减到最小。为了改善液压的时间响应，第二部分70的长度要小。在一种实施例中，第二部分70的长度约为8.1mm，直径约为0.34mm。
因为通道54的第二部分70使传感器室40与过程流体火焰隔离，所以传感器18不需要单独的火焰隔离。相反，变送器8特别是联管箱16的实际构造提供了火焰隔离保护作用。因此，变送器8中可以安装许多种传感器，如固态计量压力传感器，同时仍然保持火焰隔离保护作用。因为从外部到传感器的唯一火焰路径要通过通道54的第二部分70，还因为通道是通过整体的单件构造而不是由多个部件或构件制成的，所以通道54更为可靠，成本放益更大，而且不需要单独检验。此外，本发明允许传感器18和电子线路中的能量水准处于或高于过程流体的着火势能。而且，如果在传感器18或传感器室40的电路中产生火花，那么通道54将保护过程流体不接触火焰。
参考图4，本发明的另一个优选实施例是一种差示压力变送器80。变送器80中包括与图1中例示的变送器8的座罩、盖子和电子线路相似的部件，但没有图示。图4中例示了差示压力变送器80的联管箱部分82的截面图。变送器80包括一个差示压力传感器84，后者提供一个代表过程流体中的两个不同压力之间的压差的输出。两根通向传感器的入口管52A和52B从压力传感器84的相对两端向外伸出。在差示压力变送器中实质上重复了在图2中例示的变送器8的火焰淬熄部分。第一通道54A容纳入口管52A的一个端部并从差示传感器84的一端向下延伸到空腔48A，第二通道54B容纳入口管52B的一个端部并从差示传感器84的另一端向下延伸到空腔48B。两个实质上与变送器8的膜片44相同的隔离膜片44A和44B分别密封地焊接到空腔48A和48B上方的联管箱82上。膜片44A将从作用在其外表面42A上的过程流体来的压力传递到一种填充到空腔48A、通道54A和入口管52A中的基本上不可压缩的隔离流体50上。同样，膜片44B将从作用在其外表面42B上的过程流体来的压力传递到一种填充到空腔48B、通道54B和入口管52B中的隔离流体50上。差示传感器84感测从入口管52A来的传感器开孔处的隔离流体50和从入口管52B来的传感器开孔处的隔离流体50之间的压差。差示压力变送器80还包括两个锥形开孔56A和56B、两个锥形密封件60A和60B、两个第一部分58A和58B以及通道54A和54B的隔离火焰的第二部分70A和70B，它们的功能实质上如上面变送器8的火焰淬熄部分中所述。同样，板64A和64B分别向下压在锥形密封件60A和60B上，以固定密封件。这样，外表面42A上过程流体的压力和外表面42B上过程流体的压力之间的压差被感测，而变送器80，包括差示压力传感器84的所有内部电子元器件，都与膜片44A外面的过程流体和膜片44B外面的过程流体相隔离。
虽然本发明的说明参考了优选实施例，但熟悉该技术的普通技术人员将会认识到，在形式和细节方面可以作出变化而并不偏离本发明的实质和范围。

Claims (10)

1.一种感测过程流体压力用的变送器(8)，包括：
感测装置(18，84)，它安置在变送器(8，80)内，用于提供一个代表压力的输出；
一个联管箱(16，82)，它具有一个在外表面上的空腔(48，48A，48B)和一个从空腔(48，48A，48B)延伸到变送器(8，80)内部的开孔(56，56A，56B)的通道(54，54A，54B)，该通道具有一个邻近开孔(56，56A，56B)而其形状可以容纳通向感测装置的入口管(52，52A，52B)的第一部分(58)和一个通向所述空腔的第二部分(70，70A，70B)；
一个膜片(42，42A，42B)，它将作用在膜片(42，42A，42B)外表面上的过程流体的压力传递到隔离膜片(42，42A，42B)内表面(46，46A，46B)的基本上不可压缩的填充流体上，所述填充流体填充所述空腔(48，48A，48B)、通道(54，54A，54B)和入口管(52，52A，52B)，而填充流体的压力受感测装置(18，84)的感测；
其特征是，所述开孔(56，56A，56B)是锥形开孔(56)，并且一个密封件(60)设在围绕入口管(52，52A，52B)的锥形开孔(56)中，用于密封入口管(52，52A，52B)，以保持填充流体，通道(54，54A，54B)的第二部分(70，70A，70B)被成形为可以提供火焰隔离，以便对围绕入口管(52，52A，52B)的密封件(60，60A，60B)和入口管(52，52A，52B)的内部进行与过程流体的火焰隔离。
2.如权利要求1所述的变送器，其特征是：通道(54，54A，54B)的第二部分(70，70A，70B)为直径小于0.45mm的管状。
3.如权利要求2所述的变送器，其特征是，通道(54，54A，54B)的第二部分(70，70A，70B)的长度大于6mm。
4.如权利要求1所述的变送器，其特征是，通道(54，54A，54B)在空腔(48，48A，48B)和锥形密封件(60，60A，60B)之间的联管箱(16，82)中不存在连接的结合部。
5.如权利要求4所述的变送器，其特征是，联管箱(16，82)由一整块材料制成。
6.如权利要求1所述的变送器，其特征是，变送器(8，80)是一种具有与第一膜片(60A)相似的第二膜片(60B)的差示压力变送器(80)，联管箱(82)具有分别与第一空腔(48A)和第一通道(54A)相似并与它们隔开的第二空腔(48B)和第二通道(54B)，感测装置(84)还包括一个第二入口管(52B)，第二通道(54B)由第二锥形密封件(60B)密封，而第二通道(54B)具有一个隔离火焰的第二部分(70B)，使得两个隔离火焰部分(70A，70B)将两个锥形密封件(60A，60B)与过程流体隔离。
7.如权利要求1所述的变送器，其特征是还包括：
一个变送器座罩(10)，它结合到联管箱(16)上，使得联管箱(16)和变送器座罩(10)之间形成一个空间，以包容感测装置(18)，而通道(54)的隔离火焰的第二部分(70)使包容感测装置(18)的空间与过程流体相隔离。
8.如权利要求7所述的变送器，其特征是还包括：
多个盖子(12，14)，所述盖子(12，14)和联管箱(16)封闭座罩(10)的外部开孔。
9.如权利要求8所述的变送器，其特征是还包括：
盖子(12，14)、联管箱(16)和座罩(10)处的螺纹结合部，以提供可将着火包容在座罩(10)内部的淬熄火焰的能力。
10.如权利要求1所述的变送器，其特征是还包括：
将密封件(60，60A，60B)推入入口管(52，52A，52B)周围的锥形开孔(56，56A，56B)以固定密封件用的装置。
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