CN104515643B

CN104515643B - 用于压力变送器的隔离系统

Info

Publication number: CN104515643B
Application number: CN201410044885.5A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·C·海德克; 埃里克·彼得森
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2034-02-07
Also published as: EP3049782B1; US9588003B2; CN203688140U; JP2016532852A; EP3049782A1; US20150082892A1; CN104515643A; WO2015048495A1; JP6420325B2; EP3049782A4

Abstract

本发明公开一种用于压力变送器的隔离系统，包括在变送器内部的端口、传感器管和填充管。传感器管被连接到该端口，以将穿过变送器主体的通道流体地连接到压力传感器。传感器管包括设置在该端口中的第一端。该第一端具有第一横截面面积。填充管在变送器的内部并且连接到该端口，以流体地连接到通道。填充管包括设置在该端口中的第二端。填充管的第二端具有小于传感器管的第一横截面面积的第二横截面面积。

Description

用于压力变送器的隔离系统

技术领域

本发明总体上涉及一种用于工业生产过程的压力变送器。特别地，本发明涉及一种在压力变送器中使用的隔离系统。

背景技术

压力变送器中的隔离系统使用相对惰性的隔离液体，该隔离液体将来自过程流体的压力耦合到压力传感器。这是必要的，因为压力传感器一般不被设计成能承受与过程流体直接接触。柔性隔离膜片将通常是硅油的隔离液体与过程流体隔开。填充有该硅油的管和通道被用于将压力从隔离膜片耦合到压力传感器。隔离系统防止过程流体接触压力传感器和干扰压力传感器的操作。

油填充管和通道保持窄，以减少在隔离系统中使用的油的量，并且限制由于油的热膨胀和收缩引起的压力影响。然而，窄的通道可能限制油的流动并且减缓压力传感器的响应。期望隔离系统具有低的隔离液体体积，但是其不抑制压力传感器的快速响应。

发明内容

本发明的一个实施例是一种用于压力变送器的隔离系统，包括在送器内部的端口、传感器管和填充管。传感器管被连接到所述端口，以将穿过变送器主体的通道流体地连接到压力传感器。传感器管包括设置在所述端口的第一端。第一端具有第一横截面面积。填充管在压力变送器的内部并且连接到所述端口，以流体地连接到所述通道。填充管包括设置在所述端口中的第二端。填充管的第二端具有小于传感器管的第一横截面面积的第二横截面面积。

本发明的另一个实施例是一种压力变送器，包括变送器主体、隔离膜片、压力传感器、填充管和隔离液体。变送器主体包括围绕凹陷的隔离凸缘，所述凹陷通过穿过压力变送器的通道流体地连接到在压力变送器内部的端口。隔离膜片包括被密封到隔离凸缘的膜片边缘。压力传感器通过传感器管流体地连接到所述通道。填充管在压力变送器的内部并且流体地连接到所述通道。隔离液体在传感器管、填充管、通道、以及隔离膜片和传感器主体之间的凹陷内。填充管适于将隔离液体密封在压力变送器内。传感器管包括设置在所述端口中的第一端。填充管包括设置在所述端口中的第二端。传感器管的第一端具有第一横截面面积，填充管的第二端具有第二横截面面积，并且第一横截面面积大于第二横截面面积。

附图说明

图1是图示包括隔离系统的压力变送器的示意性横截面图。

图2A和2B图示具有“D”形端部的管。

图3示出在变送器主体的共用圆形端口中连接在一起的两个“D”形管端。

图4以图形方式示出传感器管横截面面积和隔离系统的时间响应之间的关系。

图5示出在变送器主体的共用圆形端口中连接在一起的直径不相等的两个管。

具体实施方式

本发明的实施例提供一种适用于工业压力变送器的隔离系统。实施本发明的隔离系统采用本发明的对压力变送器的改进，所述压力变送器包括成形为在单个端口中安装在一起的油填充管和传感器管，如在转让给Rosemount公司的美国专利6，662，662“PRESSURETRANSMITTER WITH IMPROVED ISOLATOR SYSTEM”中所描述，通过引用将其并入本文。

在本发明的实施例中，通过将传感器管和油填充管的总横截面面积的大部分分配到传感器管来改进隔离系统。在不增加端口的尺寸或在端口中填充的油的数量的情况下，更大的传感器管横截面面积减小了通过传感器管的流阻(flow impedance)。结果，在操作中，在隔离膜片处的压力变化和在传感器处检测到的压力变化之间的响应时间没有明显地被端口内的传感器管端所减缓。相对较小的油填充管横截面面积增加了通过油填充管的流阻并且增加了使用油填充隔离系统所需要的时间。然而，这不值得关注，因为油填充过程只发生在生产压力变送器的过程中。

图1图示包括隔离系统的压力变送器的横截面示意图。如图1所示，压力变送器10包括变送器主体12、隔离系统14、压力传感器16、传感器输出线路18、变送器电路20和变送器线路22。隔离系统14包括隔离凸缘(isolator rim)24、凹陷(concavity)26、通道28、隔离膜片30、端口32、传感器管34和填充管36。隔离膜片30包括膜片边缘38。传感器管34包括第一端40。填充管36包括开口端44和第二端42。

凹陷26形成在变送器主体12的外部中，限定隔离凸缘24。端口32在变送器10的内部并且通过穿过变送器主体12的通道28流体地连接到凹陷26。在隔离膜片30的周边处的膜片边缘38优选地通过焊接被密封到隔离凸缘24，在凹陷26和隔离装置隔膜30之间形成空间。传感器管34的第一端40和填充管36的第二端42两者都设置在端口32中，如参考图3描述如下。端口32优选是圆形的(如图3中所示)并且在变送器10内突起到变送器主体12之外，以形成凸台。传感器管34将压力传感器16流体地连接到通道28。

隔离液体46填充隔离系统14中的通道，包括传感器管34、填充管36、通道28、隔离膜片30和变送器主体12之间的凹陷26、和压差传感器16内的内部通路(未示出)。填充管36在制造过程中最初具有被暂时连接到填充歧管(未示出)的开口端44。填充歧管被连接到真空泵，并且用来抽空隔离系统14中的通道，使得在这些通路中没有一丝空气或水分的残留。接着，填充歧管用来供给填充在隔离系统14中的通道中的大量隔离液体46。隔离液体46典型地是具有低的可压缩性的脱气硅油，以便它能够准确地传递压力。在隔离系统14被填充有隔离液体46之后，填充管36被夹紧关闭，并且然后在开口端44处被钎焊或焊接关闭。

在图1的实施例中，压力变送器10是差压变送器，从而压力传感器16是通过两个相似或相同的隔离系统14接收压力的差压传感器。如图1所示，压力P₁处于较高压力，压力P₂处于较低压力。隔离膜片30能够响应于压力偏转，从而将与压力P₁，P₂相关的压力施加到通道28中。压力传感器16通过传感器管34接收来自端口32的压力。压力传感器16在连接到变送器电路20的两条线路18上产生单独的压力输出信号。变送器电路20在线路22上产生表示P₁和P₂之间的压力差的变送器输出。

图2A和2B图示能够适用于传感器管34的第一端40和填充管36的第二端42的具有“D”或半圆形端的管。图2A是管端视图，图2B是管侧视图。如图所示，大致圆筒形管48具有已经被扭曲、成形或型锻成具有大致平坦侧面52和大致半圆形侧面54的大致“D”形形状的端50。

图3示出如参考图2A和2B描述的并且在变送器的共用圆形端口中连接在一起的两个“D”形管端。如图3所示，传感器管34的第一端40和填充管36的第二端42在延伸穿过端口32的孔中被带到一起。第一端40和第二端42具有“D”或半圆形状，当在各自的平坦侧面上被放置在一起时，形成装在端口32中的大致圆形的横截面。如上文参考图1所述，端口32优选地突起到变送器本体12之外以形成凸台。这是为快速钎焊提供较低的热质量。钎焊预成型件或焊料膏56填充在第一端40、第二端42和端口32之间的间隙中。各种公知的铜焊、锡焊或焊接工艺可以用来完成这种连接。在该连接已经冷却之后，如上所述由隔离液体46填充包括第一端40的传感器管34和包括第二端42的填充管36。

传感器管34的第一端40具有第一横截面面积A1。填充管36的第二端42具有第二横截面面积A2。在本发明的所有实施例中，第一横截面面积A1大于第二横截面面积A2。这可以通过比率R进行说明，比率R被定义为第一横截面面积A1与第一横截面面积A1和第二横截面面积A2的总和的比率。因此，本发明的所有实施例都具有大于50％的比率R。当然，由于制造公差，本发明的实施例包括明显大于50％的R值，即大于52％。

在本发明的实施例中提供的性能改善在图4中图示。图4中曲线C以图形方式示出R和隔离系统响应时间之间的关系。如图所示，在R减小时，特别是在50％以下时，隔离系统响应时间增加并且对R中的变化的响应时间的灵敏度是比较大的。这可能会导致过程变送器不能如锁需要的那样尽可能快地指示压力变化，并且在生产的过程中变送器的性能有较大的变化。相反，当R明显增加到50％以上时，隔离系统14的响应时间减少到由在隔离系统14中别处的限制确定而不是由横截面积A1确定的水平。此外，当曲线C变平时，对R中的变化的响应时间的灵敏度变得相对小。在极端情况下，即R大于90％的情况下，横截面积A2可能变得太小而不能可靠地填充油。因此，本发明的实施例优选地具有52％和90％之间的R。进一步地，期望提供额外的制造余量，以确保下述情况具有非常高的可能性，即全部压力变送器10体现本发明且不会导致填充管不能够被可靠地填充或隔离系统具有等于或低于50％的R。因此，产生具有介于约60％和约80％之间的R的本发明的实施例可能是更优选的。为了实现本发明的过程变送器10的生产中的最大一致性，可能最优选的是具有约67％的R，即在65％和69％之间的R。

一起考虑图1，2A，2B，3和4，通过将传感器管34在第一端40处的横截面面积A1和填充管36在第二端42处的横截面面积A2的总和的大部分分配到横截面面积A1来改进隔离系统14。所得到的较大的横截面面积A1减少通过传感器管34的流阻，而没有增加端口32的尺寸或端口32中隔离液体46的量。其结果是，在操作中，在隔离膜片30处的压力变化和在压力传感器16处的压力变化的检测之间的响应时间没有被传感器管34的第一端40的阻抗明显地减缓。在第二端42处的相应较小的油填充管截面积A2增大了通过填充管36的流阻，并且增加由隔离液体46填充隔离系统14所需的时间。然而，这不是间题，因为油填充过程只在压力变送器10的制造过程中发生一次。此外，通过将第一端40和第二端42两者都安装到端口32中，不需要否则分别地容纳传感器管34和填充管36将需要的额外端口，降低了制造成本和减少了在隔离系统14中的隔离液体46的量。

图5示出本发明的另一种实施例，包括在变送器的共用圆形端口中连接在一起的直径不等的两个圆形管端。如在图5中所示，传感器管34’的第一端40’和填充管36’的第二端42’在端口32中被带到一起。第一端40’和第二端42’具有当放在一起时安装在端口32内的圆形形状。钎焊预成型件或焊料膏焊56填充在第一端40’、第二端42’和端口32之间的间隙中。各种公知的铜焊、锡焊或焊接工艺可以用来完成种这个连接。在该连接已经冷却之后，如上所述由隔离液体46填充包括第一端40’的传感器管34’和包括第二端42’的填充管36’。

第一端40’具有第一横截面面积A1’。第二端42’具有第二横截面面积A2’。如本发明的所有实施例一样，第一横截面面积A1’大于第二横截面面积A2’。与前面的实施例相反，示于图5中的实施例要求明显更多的焊料膏56来填充第一端40’、第二端42’和端口32之间的较大间隙。然而，圆形端形状可以比在图3中所示的“D”形状被更容易地获得和在尺寸上被控制。其它方面，本实施例具有上文参考图1，2A，2B，3和4描述的实施例的全部优点。

虽然以上描述实施例图示用于差压变送器，本领域技术人员应理解，本发明包括用于可能采用隔离系统的其它压力变送器的实施例，例如，绝对压力变送器或表压力变送器。也可以理解，也可以使用其它形状以将传感器管和填充管安装到公用端口中，只要传感器管的端部的横截面面积大于填充管的端部的横截面面积。例如，矩形形状的管端可以在共用矩形端口中配合在一起。本领域技术人员还将理解，可以使用各种公知的隔离液体。

本领域的普通技术人员将会理解的是，本发明提供了许多优点和好处。本发明的实施例提供隔离系统，其具有低的隔离液体体积，但是其不抑制该压力传感器的快速响应。通过将传感器管和油填充管的总横截面面积的大部分分配到传感器管，通过传感器管的流阻减小，而没有增加端口的尺寸或填充在端口中的油的量。其结果是，在操作中，在隔离膜片处的压力变化和在传感器处的压力变化的检测之间的响应时间没有被端口内的传感器管端明显地减缓。避免使用从填充管到凹陷的一个单独通道和从传感器管到凹陷的另一个单独通道。此外，通过将传感器管和填充管安装到单个端口中，不需要否则分别地容纳传感器管和填充管将需要的额外端口。其结果是，与所使用的隔离液体的量一样，制造成本降低，改进温度性能。

虽然已经参照示例性实施例描述本发明，本领域技术人员可以理解，在不偏离本的范围的情况下可以做出各种改变并且等同物可以取代其元件。此外，可以进行许多修改以使本发明的教导适应特定的情况或材料而不偏离其基本范围。因此，其意图是，本发明并不限于被披露的特定的实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的全部实施例。

Claims

1.一种用于压力变送器的隔离系统，所述隔离系统包括：

在压力变送器内部的端口；

传感器管，该传感器管连接到所述端口，以将穿过变送器主体的通道流体地到压力传感器，传感器管包括设置在所述端口中的第一端，该第一端具有第一横截面，第一横截面垂直于传感器管的纵向轴线；和

在变送器内部的填充管，填充管连接到所述端口以流体地连接到所述通道，填充管包括设置在所述端口中的第二端，该第二端具有第二横截面，第二横截面垂直于填充管的纵向轴线，第二横截面面积小于传感器管的第一横截面面积，其中第一横截面面积在第一横截面面积和第二横截面面积的总和的60％和80％之间。

2.根据权利要求1所述的隔离系统，还包括：

围绕在变送器主体中的凹陷的隔离凸缘，该凹陷流体地通过所述通道流体地连接至在压力变送器内部的所述端口；

隔离膜片，包括被密封到隔离凸缘的膜片边缘；和

隔离液体，该隔离液体填充传感器管、填充管、所述通道、以及在隔离膜片和传感器主体之间的凹陷；填充管适于将隔离液体密封在压力变送器内。

3.根据权利要求1所述的隔离系统，其中第一横截面面积是第一横截面面积和第二横截面面积的总和的约67％。

4.根据权利要求1所述的隔离系统，其中所述第一端和所述第二端具有是“D”形形状和半圆形形状中的至少一种的横截面形状。

5.根据权利要求1所述的隔离系统，其中所述第一端和所述第二端具有圆形的横截面形状。

6.根据权利要求1所述的隔离系统，其中所述第一端和所述第二端被钎焊到该端口中。

7.一种压力变送器，包括：

变送器主体，包括围绕一凹陷的隔离凸缘，所述凹陷通过穿过变送器主体的通道流体地连接到在压力变送器内部的端口；

隔离膜片，包括被密封到隔离凸缘的膜片边缘；

压力传感器，通过传感器管流体地连接到所述通道，所述传感器管包括设置在所述端口中的第一端；

在压力变送器内部的填充管，该填充管流体地连接到所述通道并且适于密封压力变送器内的隔离液体，该填充管包括设置在所述端口中的第二端；和

在传感器管、填充管、所述通道、以及隔离膜片和传感器主体之间的凹陷内的隔离液体；

其中，传感器管的第一端具有第一横截面，第一横截面垂直于传感器管的纵向轴线，填充管的第二端具有第二横截面，第二横截面垂直于填充管的纵向轴线，并且第一横截面面积大于第二横截面面积，其中第一横截面面积在第一横截面面积和第二横截面面积的总和的60％和80％之间。

8.根据权利要求7所述的压力变送器，其中第一横截面面积是第一横截面面积和第二横截面面积的总和的约67％。

9.根据权利要求7所述的压力变送器，其中所述第一端和所述第二端具有是“D”形形状和半圆形形状中的至少一种的横截面形状。

10.根据权利要求7所述的压力变送器，其中所述第一端和所述第二端被钎焊到该端口。

11.根据权利要求7所述的压力变送器，其中所述端口是突起的凸台。

12.根据权利要求7所述的压力变送器，其中该压力变送器是差压变送器，并且压力传感器是包括第二传感器管和第二填充管的差压传感器。

13.一种用于压力变送器的隔离系统，所述隔离系统包括：

围绕在变送器主体中的凹陷的隔离凸缘，该凹陷通过穿过压力变送器的通道流体地连接到在该压力变送器内部的端口；

隔离膜片，包括被密封到隔离凸缘的膜片边缘；

将所述通道流体地连接到压力传感器的传感器管；

在压力变送器内部的填充管，该填充管流体地连接到所述通道；和

隔离液体，该隔离液体填充传感器管、填充管、所述通道、以及隔离膜片和传感器主体之间的凹陷；填充管适于将隔离液体密封在压力变送器内；

其中，传感器管包括设置在所述端口中的第一端，填充管包括设置在所述端口中的第二端，传感器管的第一端具有第一横截面，第一横截面垂直于传感器管的纵向轴线，填充管的第二端具有第二横截面，第二横截面垂直于填充管的纵向轴线，并且第一横截面面积大于第二横截面面积，其中第一横截面面积在第一横截面面积和第二横截面面积的总和的60％和80％之间。

14.根据权利要求13所述的隔离系统，其中传感器管的第一端和填充管的第二端具有是“D”形形状和半圆形形状中的至少一种的横截面形状。

15.根据权利要求13所述的隔离系统，其中第一横截面面积是第一横截面面积和第二横截面面积的总和的约67％。