CN105784262A - 具有氢吸气剂的压力变送器 - Google Patents

Abstract

一种用于测量过程流体的压力的过程变量变送器，包括：传感器模块；形成在传感器模块中的压力入口；位于该压力入口中的隔离膜；压力传感器；以及隔离管，所述隔离管包含用于将与过程流体有关的压力从隔离膜传递到压力传感器的填充流体。放置吸氢剂材料，使其与隔离膜和压力传感器之间的填充流体接触，以从填充流体中移除氢。

Description

具有氢吸气剂的压力变送器

本申请是申请日为2012年9月14日的中国专利申请“具有氢吸气剂的压力变送器”(申请号：201210341974.7)的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于测量工业过程中的过程流体的压力的压力变送器。更具体地讲，本发明涉及减小氢对压力变送器的性能的不利影响。

背景技术

过程压力变送器用在用以感测过程环境内的压力(绝对压力、计量压力、或差压)的各种应用中。另外，过程压力变送器可以用于从两个明显不同的点，例如，沿储液罐在不同高度处的感测差压，以及提供对罐内的流面的指示。在一些配置中，柔性的薄隔离膜和填充流体将压力变送器的压敏元件与过程流体隔开。当施加过程压力时，压力变送器的隔膜移位。该移位与压力有关，并且被电气转换为合适的电流、电压或者数字输出信号，如(高速可寻址远程转换器)。

为了确保在压力变送器内感测到的压力是对过程压力的精确表示，重要的是：填充流体是不可压缩的。尽管这是相对直观的设计标准，但是已经知道某些类型的油随着时间的过去会跑气或者在其内产生气泡。通常，这些问题通过下述方式来解决：选择很高质量的填充流体；预处理填充流体以降低其随着时间过去可能跑气的程度；以及其他代价相对高的技术。尽管采取了减小跑气的各种步骤并且所得效果增加了压力变送器的生产成本，但是填充流体中的气体的不利影响仍然是压力变送器中的问题。

压力变送器填充流体中的气体的一个根源是渗透隔离膜的氢原子。在所有晶体中，一些晶格点未被占用。这些未被占用的点称为空位。如果相邻点上的原子之一跳进空位，则称该原子已经通过空位机制发生扩散。这种扩散类型允许氢原子渗透隔离膜。因为变送器隔膜很薄，渗透穿过隔膜的氢原子可以联合以形成分子态的氢。因为分子态的氢太大不能反向渗透穿过隔膜，所以其被捕获并且形成填充流体中的气泡。这些气泡可能严重地影响变送器性能。

为了减小氢气对压力变送器性能的影响，通常小心地防止在可能产生原子态的氢的领域中放置不同金属。在存在诸如水之类的电解液的情况下，将镉和镀镉部件放在靠近高镍合金，例如，SST或合金C-276的位置，可能导致会释放原子态的氢的NiCad电池效应。于是，原子态的氢会渗透薄的隔膜。通常，在存在原子态的氢的应用中，可以选择不易渗透的材料。包含大量镍的材料较容易渗透。升高的温度也增大了渗透率。

用金来电镀压力变送器通用的某些合金，例如，合金-400，提供了抵抗氢渗透的防护，同时提供了合金-400的抗蚀性。然而，由于与金关联的成本升高，这种减小氢渗透的技术会显著增加生产压力变送器的成本。

如上面讨论的，除了氢渗透之外，氢还可能由于来自SST铸件的跑气形成气泡。这在模块铸件没有退火时会是严重问题。它对于高温高真空应用而言也是问题。对跑气的共同解决方案是烘烤变送器部件。这增加了成本，但是更重要的是，烘烤时间需要判断。氢始终会产生跑气，因此仅在烘烤足够长的时间使得任何进一步的跑气不会显著影响性能时才能理想地完成了烘烤。然而，确定正确的烘烤时间可能是困难的。

上述讨论仅是针对一般的背景信息提供的，并且不是旨在用作确定任何要求保护的主题的范围的辅助。

发明内容

一种用于测量过程流体的压力的压力可变变送器包括：传感器模块；传感器模块中形成的压力入口；位于该压力入口中的隔离膜；压力传感器；以及隔离管，其包含用于将与过程流体有关的压力从隔离膜传递到压力传感器的填充流体。放置吸氢剂材料，使吸氢剂材料其与隔离膜和压力传感器之间的填充流体接触，以从填充流体中移除氢。

提供该发明内容和摘要部分，以用简化形式介绍在下面的具体实施方式部分中进一步描述的概念的精选。该发明内容部分不是旨在标识要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不是旨在用作确定任何要求保护的主题的范围的辅助。

附图说明

图1示出了具有根据示例实施例构建的压力变送器的压力测量系统。

图2是图1的压力变送器的示出变送器特征的示意侧视图。

图3是图2的变送器的传感器模块的横截面图。

图4示出了具有与填充流体混合的吸氢剂材料的第一实施例的传感器模块的隔离管部分的示意图。

图5示出了在靠近隔离膜的位置处与填充流体接触地放置吸氢剂材料的第二实施例的传感器模块的隔离管部分的示意图。

图6示出了在靠近隔离膜的位置处与填充流体接触地放置吸氢剂材料的第三实施例的传感器模块的部分的示意图。

图7示出了在隔离管区域中放置吸氢剂材料的第四实施例的传感器模块的部分的示意图。

图8示出了在隔离膜上涂上吸氢剂材料的第五实施例的传感器模块的部分的示意图。

具体实施方式

在详细说明本发明的任何实施例之前，应该理解本申请的发明不限于在下面的描述中阐述的或者在附图中示出的组件的结构和布置的细节。本发明能够实现为其他实施例并且以各种方式来实现和完成。而且，应该理解，本文使用的措词和术语是出于描述的目的，而不应该视为限制。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用旨在表示包含其后列出的项及其等价物以及其他项。除非另有规定或限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变型被广泛地使用，并且包含直接和间接安装、连接、支撑以及耦合。此外，“连接的”和“耦合的”不限于物理或机械连接或耦合。

在各种公开的实施例中，在变送器的隔离膜的填充流体侧向过程压力变送器添加吸氢剂。如本文所使用的，吸气剂或吸气剂材料旨在表示具有固化、吸收或者以其他方式从填充流体中移除气态氢的能力的任何结构或物质。尽管可以使用各种形式的吸气剂材料，在一些实施例中，出于与压力变送器填充流体兼容的原因，在示例性实施例中预期使用聚合物吸氢剂，例如，可从VacuumEnergyInc.公司商业获得的那些聚合物吸氢剂。在U.S.专利No.5,837,158和6,063,307中公开了已知聚合物吸气剂的其他示例。在各种实施例中，吸氢剂材料的放置允许通过消除已经普遍使用的成本高昂的金电镀而在一些情况下降低制造过程压力变送器的成本。在这些实例或其他实例中，公开的实施例因为降低或消除了氢气的不利影响，从而提供了实现更佳性能或更耐用的过程压力变送器的可能性。

图1总体示出了压力测量系统32的环境。图1示出了包含流体的过程管道30，该流体在压力下耦合到用于测量过程压力的压力测量系统32。压力测量系统32包括连接到管道30的脉冲管道34。脉冲管道34连接到过程压力变送器36。诸如孔板、文氏管、测流嘴等等之类的主元件33在脉冲管道34的管子之间的过程管道30中的位置处接触过程流体。当流体流经主元件33时，主元件33引起流体中的压力改变。

变送器36是接收通过脉冲管道34的过程压力的压力测量器件。变送器36感测差分过程压力，并且将其转换成标准化的传输信号，该标准化的传输信号是过程压力的函数。尽管参考测量差分过程压力的变送器36描述了示意性实施例，但是公开的实施例不限于测量差分过程压力的变送器，因此可以将变送器36考虑成具有隔离膜和填充流体系统的任何的过程压力变送器。

过程环路38从控制室40向变送器36提供电力信号，并且提供双向通信，并且能够根据众多过程通信协议来构建。在示出的示例中，过程环路38是双线环路。在正常操作期间，双线环路被用于以4-20mA的信号来传输对变送器36的所有电力以及对变送器36的所有通信和来自变送器36的所有通信。控制室40包括电压源46，该电压源46对变送器36和串联电阻44供电。在另一示例配置中，环路38是无线连接，其中可以在点对点配置、网格网络、或者其他配置中无线地发送和接收数据。

图2示意性地示出了变送器36的一个实施例，其具有传感器模块52和变送器电子模块136。传感器模块52包括外壳152和底座54，在其中部署了传感器板156、压力传感器56、隔离管93和94以及传感或隔离膜90。变送器电子模块136包括外壳164、盖子166、显示器盖子168、输出接口170以及变送器电路172。在图1示出的管道30中的主元件33的任一侧产生压力P₁和P₂。

传感器板156和传感器56安装在传感器模块52的外壳152内。传感器模块52的外壳152通过例如螺纹连接连接到电子模块136的外壳164。类似地，盖子166和168通过螺纹连接连接到外壳164，其形成火焰淬火密封件，如本领域中已知的，用以防止外壳164内的火焰逸出。输出接口170和变送器电路172安装到变送器电子模块136的外壳164，并且能够一起形成一个或多个电子板。

在示出的实施例中，传感器56是基于电容的差压单元，其具有部署在一对电极板之间的传感膜。在一个实施例中，传感器56是金属隔膜型的传感器，如授予Frick等人的美国专利No.6,295,875(其被转让给明尼苏达州的EdenPrairie市的RosemountInc公司)中所描述的那些传感器。传感器56利用隔离管93和94连接到底座54，在隔离管93和94中部署了液压填充流体。隔离膜90将隔离管93和94内的填充流体与过程流体的压力P₁和P₂隔开。通过底座54内的隔离膜90感测过程流体以及隔离管93和94内的液压填充流体，传感器56感测压力P₁和P₂的改变，其被作为差压ΔP。然而，如上文描述的，所公开的实施例不限于该差压测量配置。

图3是示出更多细节的传感器模块52的横截面视图。如图3中所示，隔离管93通过底座54连接到差压传感器56。类似地，隔离管94通过底座54也连接到差压传感器56。在所公开的实施例中，对氢气泡的形成的解决方案利用了在压力变送器的填油系统内部的一个或多个位置添加吸氢剂或吸氢剂材料。消除因渗透造成的氢可以提供压力变送器的性能，和耐用性，并且有可能能够消除昂贵的金电镀，该金电镀有时被用于减少氢气形成。在公开的实施例中，允许氢渗透过隔离膜90，但是然后从隔离膜与压力传感器56之间的填充流体中吸收氢。对于跑气造成的氢，吸气剂也能够消除或减少烘烤的程度。

参考图4，示出了根据第一实施例的传感器模块的一部分。示出了隔离管94和隔离膜90的一部分。应该理解，隔离管93和对应的隔离膜90可以与管94和示出的隔离膜90相同，并且下面的描述可以应用于两个隔离管。

在图4示出的实施例中，隔离管94中填充了填充流体202，该填充流体202本身包括混合有吸气剂材料的硅油。在该实施例中，填充流体202自身包含吸氢剂材料，以从封闭系统中移除氢。在这种实施例的一个示例中，高粘度液体或凝胶聚合物吸气剂材料(例如可从VacuumEnergyInc.公司商业获得的吸气剂材料)与硅油填充流体混合，以形成吸氢剂填充流体202。在其他实施例中，精细粉末吸气剂材料与硅油混合并且散布在全部硅油中，以形成吸氢剂填充流体202。尽管填充流体202被描述为位于隔离管94内，流体202的部分将在管94外部，并且与隔离膜90接触。该方案的一个优点是吸气剂材料能够从填油系统中的任何点吸收氢。然而，因为硅油与大多数添加剂不能混合，该解决方案在一些情况下不是优选的。此外，除了可能不利地影响硅油的性能之外，还可能不利地影响其他因素，如电介质常数、电介质稳定性、以及温度影响。

现在参考图5，示出了备选实施例，其中添加作为靠近隔离膜90且与油体接触的单独固体件的吸气剂材料。在一个示例性实施例中，吸气剂材料222沉积在或插入底座54的靠近隔离膜的材料中形成的腔体或凹槽220。尽管吸气剂材料222被示出为位于矩形凹槽220中的矩形块，但是吸气剂材料和/或凹槽可以是各种形状和几何体。例如，图6示出了位于凹槽230内的吸气剂材料232，使得其形成在隔离管94的两侧，并且基本覆盖隔离膜90的区域。此外，吸气剂材料222不一定位于凹槽内。相反，在一些实施例中，吸气剂材料沉积在底座54的表面上，附着到底座54的表面或者固定到底座54的表面，与隔离膜90与传感器56之间的油体接触。

现在参考图7，示出了一个实施例，其中吸气剂材料235沉积或形成在隔离管94上。例如，吸气剂材料235可以是涂在或沉积在隔离管94上的薄膜吸气剂材料的形式，使得其直接接触管94。隔离管93可以类似地包括吸气剂材料235。

现在参考图8，示出了另一实施例，其中吸气剂材料240涂在隔离膜90的背侧(与填充流体接触的那侧)。例如，吸气剂材料240可以是厚度够薄的薄膜吸气剂材料，使其不干扰隔膜90上的压力的传递。该实施例的一个可能优点是对隔膜添的吸气剂材料添加隔离了隔膜选择的选项。因此，其他设计方面不受影响。在隔离膜90上涂上吸气剂材料240的实施例可以包括基本覆盖整个隔膜的涂层，以及仅覆盖隔膜的一个或多个部分但留有隔膜的其他部分不涂的涂层。

尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解在不偏离本发明的精神和范围的情况可以做出形式和细节方面的修改。

Claims (9)

1.一种用于测量过程流体的压力的过程变量变送器，包括：

传感器模块；

至少一个压力入口，形成在所述传感器模块中，并且可耦合与过程流体有关的压力；

隔离膜，位于所述至少一个压力入口处；

压力传感器，与所述隔离膜有间隔地隔开；

隔离管，包含用于将与过程流体有关的压力从所述隔离膜传递到所述压力传感器的填充流体；以及

吸氢剂材料，与所述隔离膜和所述压力传感器之间的填充流体相接触地放置，以从填充流体中移除氢，

其中所述吸氢剂材料包括放置在所述隔离管中与填充流体接触的吸氢剂材料。

2.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中所述吸氢剂材料还包括与所述填充流体混合的吸氢剂材料。

3.根据权利要求2所述的过程变量变送器，其中所述填充流体包括硅油。

4.根据权利要求3所述的过程变量变送器，其中所述与所述填充流体混合的吸氢剂材料包括高粘度液体或凝胶聚合物吸气剂材料。

5.根据权利要求3所述的过程变量变送器，其中所述与所述填充流体混合的吸氢剂材料包括与硅油混合的粉末吸气剂材料。

6.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中所述吸氢剂材料还包括与所述填充流体接触的分离的吸气剂材料固体块。

7.根据权利要求6所述的过程变量变送器，其中所述分离的吸气剂材料固体块与所述隔离膜相邻放置。

8.根据权利要求7所述的过程变量变送器，其中所述传感器模块还包括凹槽，所述凹槽被放置来保持所述分离的吸气剂材料固体块与所述隔离膜相邻。

9.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中放置在所述隔离管中的所述吸氢剂材料是在所述隔离管中形成的薄膜吸气剂材料。