CN1050441A - 带有火焰隔离塞的压力传感器 - Google Patents

Abstract

一种输出信号指示管线内和外部大气压力之间 压差的压力传感器，其壳体内部安装检测元件的空腔 里，装有一个堵块，它包括一个安装检测元件空腔和 一个可与管线连接的接头。为传递工艺过程压力到 检测元件上去，采用一种隔离膜片作用于充满检测元 件空腔的一种不可压缩介质，后者通过一个具有火焰 淬熄功能的造型的路径传递压力，在检测元件和工艺 流体管线之间实现火焰隔离。这种火焰隔离塞，易于 装拆，即使在隔离膜片或组合焊缝损坏失效时，仍具 有真正的安全性。

Description

本项发明属于供传感器壳体使用的限制或熄灭火焰的塞头。

易燃混合气体常常出现在压力传感器外部的大气或者流体工质内，这种流体工质是被传感器内的压力检测元件所检测的。许多保护类型都可以减少传感器内部易燃气的燃火点燃传感器外部易燃混合气的可能性。当前，传感器的通孔和孔盖都这样制作，当传感器壳体内的燃烧气体排出时，要将其冷却到低于点燃传感器外部易燃混合气所需的温度。当传感器内的燃烧气体流经狭窄通路，如传感器壳体和孔盖之间的凸缘和螺纹时，它们将被冷却。当高热气体沿通路流动时，热量从火焰传导至构成通路的侧壁。如果通路足够狭窄，由火焰传导至壳体和孔盖的热量，要大于由火焰所产生的热量，因而火焰前峰被冷却。如果通路还足够长，则火焰前峰可能被冷却到足以熄灭火焰的低温度，因而可以防止燃着的气体进一步沿通路流动並点燃传感器外部的易燃混合气。

在单个传感器内，可以采用多种保护设施，这样，即使一种保护损坏或失效时，另一种保护装置仍然可以减少点燃传感器外部易燃混合气的可能性。在某些应用场合，甚至在弹性密封垫圈，如O型圈，和薄金属箔隔片，如隔离膜片已经损坏或拆去，或者在隔离流质已经泄漏，或者在焊缝已经失效的情况下，希望熄灭火焰的路径能够有效地把可燃气的点燃限制在传感器的壳体内。

因为有必要将检测元件暴露于流体工质的压力之下，而在使用计示压力传感器的情况下，也有必要将检测元件置于传感器外部的大气压力之下，所以在传感器内部和外部进行火焰隔离就成了一个重要的问题。这里的检测元件包含在故障状态下能够产生火花的电路。在传感器壳体内的检测元件和传感器外部之间一般都设置有熄灭火焰的路径，但是现有的技术方案，如采用1级螺纹，在实际使用中，难于将检测元件固定就位，并且制造费用昂贵。

这样，有必要提供一种容易制造和成本低的检测元件的安装结构，这种安装结构可以使检测元件暴露于被检测的压力之下，而同时给出一种简单而经济的装置，用来把可燃气的点燃限制在检测元件的空腔内。

本项发明属于压力传感器的火焰隔离器。如图所示，传感器给出一个输出信号，该输出信号显示压力管路和传感器外部大气之间的压差。传感器包含壳体，该壳体构成围绕圆孔轴线的孔壁，而圆孔伸至在壳体内所形成的内空腔。空腔内的电路控制传感器的输出信号。与电路耦合的压力检测元件将检测出压差。插入压力传感器壳体上圆孔内的塞头用来固定检测元件，并且形成一个通路，该通路的形状使检测元件与连接于塞头外端的压力管路之间可以隔离火焰。圆孔内的塞头有一个伸出的接头，该接头在塞头的末端与压力管路相连接。塞头还有一个容纳检测元件的检测元件空腔。塞头或接头内的隔离膜片，借助于塞头内构成的第一通路内的隔离流体，将管路的压力耦合至检测元件。第一通路所具有的形状，可以阻止火焰沿通路运动，这样，在隔离膜片失效和隔离流体流失的情况下，使检测元件与压力管路之间可以隔离火焰。

塞头上有一位于圆孔内的圆柱面，该圆柱面被放置得紧靠着限定圆孔的侧壁。在最佳实施例中，塞头的圆柱面和相邻的孔壁形成一个间隙，并且把此间隙的形状做得能够阻止火焰通过，这样，可使任何燃烧气体的火焰与大气相隔离。

在另一最佳实施例中，塞头上设置有将检测元件与大气相连通的第二通路。第二通路的形状要做得能够阻止火苗通过，这样，就使检测元件与大气之间可以隔离火苗。第二通路借助于间隙接通至大气。

图1为一常用的传感器壳体的剖视图，该壳体包含根据本项发明制作的塞头和传感装置。

图2为用在图1上传感器壳体内的塞头和检测元件的放大纵剖视图。

图3为根据本项发明制作的改进型塞头的剖视图。

常用的传感器壳体用10表示，它含有本体11，本体内设有第一电路室12和接线端子板室13。接线端子板室上装有带螺纹的端盖14，以便接近安装在端子板16上的接线螺钉15。

在电路室内的电路用20表示。电路可以为常规的电路，例如目前常用的，在这个技术领域内为人熟知的双线传感器上的电路。

传感器的壳体含有一个由壳体壁所限定的圆孔或通孔22，由此孔通向电路室，而通孔22通向套管23的内部。套管23的内表面制有安放塞头组件25的螺纹24。该塞头组件包含套管状接头26，该接头上有一与套管23内表面上的1级内螺纹相配合的螺纹端颈27。套管23的螺纹24和塞头26的螺纹端颈27是1级螺纹，可以形成紧配合，以保证沿其接合处有一个确定的限制火苗的路径。这种螺纹的制作是昂贵的，因此，使用这种螺纹的地方应当减至最少数量。滚销30被安置得穿过套管23的径向小孔，并伸入凹槽31，为塞头组件25提供一个防止转动的止销。

套管状接头26具有一个小直径的内端和用32表示的内通路，小直径内端位于通孔22的内部，内通路包括阻挡环34以上的通路部分，而阻挡环规定在套管状接头26的长度大约中间的地方。内通路部分33的大小要能容纳隔离堵块35，该隔离堵块的着周边有一O型密封圈36，因此可以密封住通路部分33的内部。构成通路33的接头26的内表面加工得非常精确，而隔离堵块35的外表面也是精确加工的，两个表面之间保留的最大间隙为0.004英寸。这个间隙可以形成熄灭火苗的路径，该路径的形状具有足够的长度和适当的间隙来限制或熄灭有可能从电路室12排至外部的火苗。

在图1上可以看出，隔离堵块35成为检测组件40的一部分。隔离堵块35用适当的周边焊缝42固定在检测元件的支承堵块41上。检测元件的支承堵块41呈圆柱形，并且装入壳体壁上的通孔22内，大约在支承堵块的中间断面处，沿着周边有一O型密封圈43，用来将通孔22与电路室12隔离开来。支承堵块41在对着隔离堵块35的端部制作有适当的凹孔，用44表示。凹孔44有一支持面，用此面支持硅片薄膜式压力检测元件45。可以用合适的固定材料46将检测元件的基体固定在检测元件支承堵块41的表面上。检测元件的基体上有一薄膜片47，该薄膜片被支持在基体上，用来检测出现在凹孔或小室44内的压力。

小孔50设置在硅片45基体的后面，并且与小直径的圆孔51相通，圆孔直径的最大值为0.015英寸，并且该圆孔沿径向向外延伸至间隙52，此间隙界于检测元件支承堵块41的外表面和圆孔22的表面之间，并且与藉以安装接头26的螺纹24相通。

检测元件支承堵块41上设有一对圆孔53，它们用来安装引线57和充油管55，而充油管也起另一根引线的作用。隔离堵块35正对着阻挡环34的端面上复盖有一个柔性的隔离膜片35A，其周边与隔离堵块35的周边焊接。并且隔离膜片35A的内侧与隔离流体的小直径（0.015英寸）通路35B相通，而通路35B与凹孔或小室44连通。

小室44，通路35B和薄膜35A的内边，通过金属导管35充以合适的硅油，该金属导管被放入一个圆孔53，并且用适当的材料56固定在该圆孔内。导管55是金属的，并且具有空心部，为了用硅油充填绝缘通路35B，薄膜35A的内部和小室44，可以通过导管的空心部填充硅油，此后，导管的端部被密封或堵死，以保持硅油不外泄。导管55用合适的导线与检测薄膜片47的一侧相连接，并且导管55还用来将电信号传送至电路20。在另一圆孔53中装有一条适宜的导线57，并且用材料58，如某种绝缘材料，将该导线固定在适当的位置。电线57也与电路20和检测元件相连接。通孔或圆孔51实际上绕过通孔53，因为圆孔51不与小室44相通，虽然在图2上，为了方便起见，把圆孔51以局部剖面形式与相邻的通孔53画在一起。

小直径的通孔35B和51用适宜的电火花加工来制造，这样可使圆孔保持有很小的和精确的尺寸。

检测组件40要适当地焊在隔离堵块35上，如图42那样，根据所述，该检测组件还要用焊缝41A焊在套管状接头26上，这样，当套管状接头26以其螺纹拧入壳体套管23的内部时，就组成可以安装就位的塞头部件25。堵块41带有座在接头26端面上的台肩表面41B。台肩41B形成装入内孔部分33内的短端颈41C。焊缝42沿着端颈41C的周边。

套管状接头26的下部60在其内部制有标准管螺纹，用来与工艺过程的压力管路或压力源的压力接头相连。套管状接头26伸出套管23的那一部分的外表面可以做成六方形，这样，可以用扳手拆掉和安装该套管状接头。

因为传感器有可能在含有易燃混合气的环境中使用，并且传感器包含难以进行适当保护的地方，如检测元件的安装室，所以能否充分熄灭火苗就成为一个问题。隔离堵块35和隔离膜片35A必须暴露于流体工质的压力之下来进行检测，并且，即使在隔离膜片35A，例如已经损坏或断裂，或者焊缝42和41A已经失效的情况下，必须有充分熄灭火苗的路径。这样的保护在本装置中可以用低成本的方式加以设置。

隔离塞头或隔离堵块35与内孔33之间的0.004英寸的间隙，沿着塞头长度约1/2英寸就可形成这样一种形状的路径，该路径可以冷却燃烧的气体，并且在火苗从传感器壳体内部沿排出通路向外窜出至大气之前被熄灭。此外，通路35B由于其直径小和有足够的长度（根据所述，在0.52英寸的范围内），所以也形成熄灭火苗的路径，这样，如果隔离膜片35A断裂，隔离流体损失掉，以及在检测元件室44内的火花点燃起火苗，则在火苗到达通路35B的外端之前就能被冷却和熄灭。

通路51也具有适当的尺寸，以保证使压力检测元件45后面的深孔50有经过间隙52，然后再经过螺纹24通至大气的通气孔道，螺纹24是熄灭火苗的1级螺纹。螺纹作为熄灭火苗的路径是特别理想的，因为它们可以给出大的横断面积以进行排气，并且还可以阻止污物的堵塞。

万一焊缝42失效，可以想像到，在小室44内易燃气体被点燃的情况下隔离堵块35可能从套管状接头26的中央通孔或通路32被吹出，然而阻挡环34的设置，可以保证使堵块35和内孔部分的通孔33之间0.004英寸的间隙，即使在焊缝42失效的情况下也仍将存在，隔离堵块也仍将被阻挡环保持在安全的部位。

内孔部分60带有螺纹接头，该螺纹接头可以沿通孔22和套管23内孔的中心轴线连接至压力管路，以上两孔是同轴的。来自接到套管状接头26的管路中的压力，向隔离膜片35A供给压力，这样，由于在隔离堵块35上的通路35B内充满了不可压缩的流体，所以工艺管路里的压力将耦合至检测元件45。

检测元件的支承堵块41构成塞头组件25的一部分，并且具有一个形成间隙52的圆柱表面，该间隙所具有的形状可以冷却火焰，并且同1级螺纹24一起，还可将检测元件的空腔50和电路室12与大气相隔离。此外，小直径通路51在大气压力空腔50和大气之间，通过间隙52和螺纹24，保持火苗隔离的通道。

在图3上表示出本项发明的改进型结构，如同在本发明的第一种结构中那样，改进型结构也有同样的限制火苗的能力。图上示出传感器壳体11的一部分，并且在本发明的这种结构中，设置有通孔22，以及带有内螺纹24的套管23。如同前面所说明的，传感器当然在电路室12内装有电路。

塞头组件80包括套管状接头81，接头具有带螺纹的外端82，此外端与套管23内部的螺纹24相配合，这样可以随意地将塞头组件80拧入套管23或者从其中移出。滚销30也被装入凹槽83，以防止套管状接头81松脱。

接头81的内部通路84具有一个精确制作的内孔部分85，在其中放置隔离堵块86。隔离堵块86的外表面和内孔部分85的内表面之间的间隙要保持在0.004英寸的范围内（直径相差），并且该间隙所具有的路径长度在1/2英寸的范围内。

阻挡环87设置在内孔部分85的下缘，并且其内径小于隔离堵块86的外径。

隔离堵块86在其端部与阻挡环87相邻处有一薄的柔性隔离膜片86A，该隔离膜片封闭充满绝缘流质的通路86B，并且如下所述，通路86B还是限制火苗的通路。隔离堵块86上有一O型密封圈88，用作隔离堵块86与内孔部分85表面之间的密封。

工艺过程的压力的检测组件89包括压力检测元件的支承堵块90，该支承堵块90在与隔离堵块86相对的端部开有凹槽91。作为检测组件89的一部分的检测元件支承堵块90以焊缝91A焊接在隔离堵块86上以组成一个组件，并且沿周边密封住凹孔91。凹槽91是检测元件的安装槽，在凹槽的内面上安装合适的压力检测元件92。凹槽91构成一个与通路86B相通的小室。膜片86A的内部，凹孔91和通路86B都填充以硅油或其它合适的不可压缩的流体。另外，设置有充油通路94与凹槽91相通。在将上述流体充满检测元件隔离小室91和通路86B以后，用带有合适的小堵块96的球形止回阀95，将通路94关闭。

大气压力小室98设置在检测元件膜片部分110远离开绝缘堵块86的另一侧。小室98用限制火苗的小直径通路100与间隙101连通，该间隙处于圆孔22的内表面和检测元件支承座块90的外表面之间。为了形成经过螺纹24通向大气的熄灭火苗的路径，间隙101是按一定尺寸精确加工的，直径的总差大约为0.004英寸。小孔100制作成具有适当的大小和长度，也形成一个通向间隙的熄灭火苗的路径。还应当注意到，检测元件支承堵块90用适当的焊缝102焊接在套管状接头81上。

在本发明的这种结构内，引线103接到检测元件92上，并且穿过合适的通路104伸向外部。检测元件92以其边缘安装在凹槽91的内端面上，并且在通过隔离膜片86A作用的压力相对于小室98内的大气压力之间的压差的作用下，膜片110将发生变形。

利用普通螺纹，将合适的压力管路的管接头105拧入套管状接头81的带有螺纹部分的内孔106，向薄膜86A供给工艺过程流体的压力，这样再通过通路86B和小室91内的不可压缩的流体的传递，将压力传至压力检测元件92的薄膜部分110。利用O型密封圈112，在检测元件支承座块90外表面相对于内孔或通孔22的内表面之间实现密封。

此外，在每一实施例中，检测元件的凹槽或空腔91，在其中可能发生易燃气体着火，要通过限制火苗的路径连接到通往周围的可能是易燃环境的所有出口路径上。限制火苗的路径包括普通的1级螺纹24与隔离堵块86的外表面和内孔部分85的表面之间的环状空间，1级螺纹24具有大的路径长度和小的间隙，而环状空间所具有的间隙大约为0.004英寸，其路径长度大约为1/2英寸。如果焊缝91A失效，并且出现了来自小室91的火苗，向大气窜动，则这个通路将通向大气。阻挡环87可保持隔离堵块86在内孔部分85内，这样，限制火苗的路径被维持住，而与上述焊缝的失效无关。

通路36B，即通向凹槽91的隔离流体的通路，具有小直径（0.015英寸）和足够的长度，这样，如果膜片86A损坏和隔离流体流失，则通路36B可将趋于穿过通路36B窜向大气的火苗熄灭。

大气压力小室98通过熄灭火苗的通路100连通至大气，通路100所具有的形状（直径0.015英寸）足以使火苗熄灭，如同检测元件支承座块90的外表面与内孔22之间的间隙101所具有的形状能使火苗熄灭那样。

这样，选取通过隔离堵块86并且把工艺过程流体的压力传到检测元件的路径具有提供熄灭火苗特性的外形，以及选取提供大气压力至这种检测元件的路径具有熄灭火苗的外形，利用以上两点传感器可以制作成为真正安全的。传感器壳体盖帽14上的普通螺纹也可以形成熄灭火苗的路径。利用较宽的通路充以烧结或多孔材料也可以形成熄灭火苗的形状。

所给出的塞头组件提供一种低成本和安全的而且不含大量高成本螺纹联接的检测元件的安装塞头，在焊缝或隔离膜片失效的情况下，可以保持住熄灭火苗的路径，使塞头组件成为真正安全件。

虽然根据提出的实施例对本项发明做了说明，但是技术熟练的工作者将判明，在不脱离这项发明的精神实质和范围的情况下，可以在结构和细节上做某些改动。

Claims (8)

1、一种给出一输出信号，指示管路和传感器外部大气之间的压差的传感器，包含：

壳体，此壳体构成围绕圆孔轴线的孔壁，而圆孔伸至在壳体内所形成的内空腔；

空腔内控制输出信号的电路；

与电路相耦合用来检测压差的检测元件；以及

圆孔内的塞头，该塞头含有安装检测元件的检测元件空腔，在塞头末端沿塞头轴线与管路相连接的接头，以及隔离膜片，借助于塞头内的第一通路中的流体由此膜片将管路压力耦合至检测元件，第一通路所具有的形状使检测元件与管路之间可以隔离火焰。

2、换权利要求1的传感器，其特征在于，塞头有一位于圆孔内的邻近壳体壁的圆柱面，该圆柱面与圆孔壁间形成一个间隙，此间隙所具有的形状使电路与大气之间可以隔离火焰。

3、按权利要求2的传感器，其特征在于，塞头有一个将检测元件接通至大气的第二通路，第二通路制作成这样的形状，该形状使检测元件与大气之间可以隔离火焰。

4、按权利要求3的传感器，其特征在于，第二通路借助于间隙与大气相通。

5、按权利要求1的传感器，其特征在于，所谓的接头是一个套管状接头，该套管状接头含有内孔，安装在该内孔内构成该塞头一部分的第一堵块，该堵块封闭住第二堵块上的检测元件空腔，并且有一个安装在其上的隔离膜片和在其中的第一通路，第一堵块和内孔之间的间隙所具有的形状使管路间火焰隔离。

6、按权利要求5的传感器，其特征在于，套管状接头的内孔含有一个位于第一堵块和工艺过程流体之间的阻挡环，如果第一堵块与第二堵块分离，并且不再封闭检测元件空腔时，该阻挡环可以保证使第一堵块保留在内孔里。

7、按权利要求1的传感器，其特征在于，塞头包含具有内孔的接头，第一隔离堵块，在一端有一检测元件空腔的第二检测元件安装堵块，第一隔离堵块焊接在第二堵块上，并且封闭住检测元件空腔，第一堵块装入内孔以构成一个围绕第一堵块的通路，该通路所具有的形状使得第一堵块和第二堵块之间的接合处与外部之间可以隔离火焰。

8、按权利要求7的传感器，在其中，接头有一端面，而检测元件安装堵块有一限定的台肩，该台肩构成一个装入内孔的端颈，并且台肩安装在端面上。

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