CN106289347A - 具有密封的互连系统的接线盒 - Google Patents

Abstract

用于工业过程中的过程变量变送器包括具有形成在其中的空腔的壳体。壳体具有将空腔分成第一空腔和第二空腔的屏障。优选地，第一空腔中的测量电路被构造成用于测量工业过程的过程变量。接线盒组件被定位在第二空腔中。接线盒组件与壳体形成密封，从而在屏障和接线盒组件的电路板之间形成第三空腔。

Description

具有密封的互连系统的接线盒

背景技术

本发明涉及一种工业过程控制或监控系统。特别地，本发明涉及一种过程变量变送器，所述过程变量变送器被构造成用于在该系统中感测过程变量。

过程变量变送器用于工业过程控制环境中，以监控过程变量。该变送器联接到过程流体并且提供与过程相关的测量值。过程变量变送器可以被构造成监控与过程工厂中的流体相关的一个或多个过程变量，所述过程工厂诸如为，浆料、液体、蒸汽和气体化学制品、纸浆、石油、气体、制药、食物和其它流体加工工厂。示例性的被监控的过程变量包括压力、温度、流量、液位、酸碱性、电导率、混浊度、密度、浓度、化学成分或流体的其它属性。通常地，过程变量变送器位于远程位置处，通常在场地中，并且向诸如控制室的集中位置发送信息。过程变量变送器感测各种应用中的过程变量，包括石油和天然气精炼厂、化学制品存储罐区或化学制品加工工厂。在许多示例中，这要求过程变量变送器定位在严酷的环境中。

一些类型的过程变量变送器包括分成两个分离的隔间的壳体。一个隔间容纳电路，并且另一个隔间容纳用于联接到过程控制回路的接线盒。一种这样的构造被示出在美国专利No.5,546,804中。

发明内容

用于工业过程中的过程变量变送器包括具有形成在其中的空腔的壳体。壳体具有将空腔分成第一空腔和第二空腔的屏障。优选地，第一空腔中的测量电路被构造成测量工业过程的过程变量。接线盒组件被定位在第二空腔中。接线盒组件与壳体形成密封，从而在屏障和接线盒组件的电路板之间形成第三空腔。

本发明内容和摘要被提供以便以简化形式介绍构思的选择，其将在下文的具体实施方式中进一步描述。本发明内容和摘要并不意在标示被要求保护的主题的关键的特征或必要特征，也不意在被用作帮助确定要求保护的主题的范围。

附图说明

图1是现有技术的过程变量变送器的简化方块图，所述现有技术的过程变量变送器具有包括形成在其中的两个空腔的壳体。

图2是根据一个示例性实施例的过程变量变送器的简化方块图，所述过程变量变送器包括形成在接线盒中的空腔。

图3是图2的过程变量变送器的部分的侧视剖视图，示出了密封到过程变量变送器的壳体中的屏障的接线盒。

图4A是图2的接线盒的分解图并且图4B是图2的接线盒的组装视图，其中示出了金属杯状物。

图5A是电连接器组件的分解视图，并且图5B是电连接器组件的组装视图，电连接器组件延伸通过图2的屏障。

图6A是正视平面图，并且图6B是侧视立体剖视图，示出了安装在变送器壳体的屏障中的连接器组件。

图6C是侧视剖视图，示出了安装到屏障并且电连接到电连接器组件的接线盒。

图7是过程变量变送器的侧视剖视图，并且图8是根据另一示例性实施例的接线盒的立体剖视图。

具体实施方式

提供了一种具有多隔间壳体的过程变量变送器，其中接线盒具有密封的隔间。在一个实施例中，护罩构件被密封到电路板，从而消除了对电路板的灌封的需要。护罩构件被密封到壳体。该构造允许较大开口，通过所述较大开口可以与电子器件进行连接。电子器件可以被定位在护罩构件内部，以保护电子器件免于水分、污染物和灌封应力的影响。所产生的电子器件的隔间的灵活性提供了增加的模块性，允许高效的设计和生产。

典型的过程变量变送器的一个构造设置有两个隔间。一个隔间载有接线盒(未密封侧)，并且另一个隔间在密封环境中容纳电子器件。如图1所示，在过程变量变送器10的该构造中，壳体12包括屏障14，从而形成未密封隔间16和密封隔间18。未密封隔间载有接线盒20，并且密封隔间载有特征板(即，测量电路等)22以及过程变量传感器24。虽然接线盒隔间16可以被壳体盖密封，但是接线盒隔间16仍然可以通过导管暴露给外侧环境，导管载有至壳体的电线或其它附件。冷凝水和其它污染物还可以蓄积在接线盒隔间16中。

在一种现有技术的构造中，螺纹馈通RFI滤波器用于提供穿过屏障14的电连接。另一构造使用密封板以及密封锥。接线盒20被包封在灌封材料中(“被灌封”)以保护电子部件免受污染物和水分影响。这限制了可以在接线盒20上使用的部件的类型，因为由于灌封的机械作用，因而部件必须是物理坚固的。结果，接线盒16通常地仅是穿过装置。变送器的功能可以通过改变接线盒20和/或特征板22以被改变。

包括使用RFI滤波器、灌封混合物、密封锥、橡胶保护罩等的上述各种构造可能是昂贵的并且难以生产。灌封过程是污秽的和劳动密集的，并且可以潜在地导致较高的变化性和较长的滞留时间。此外，当温度从一个极端至另一个极端时，灌封混合物可以损坏部件或使部件从电路板脱离。在安装过程中，如果不小心地安装，则螺纹馈通RFI滤波器易于开裂。

图2是过程变量变送器100的简化方块图，所述过程变量变送器具有形成在其中的空腔，空腔被分成第一(电子器件)密封空腔104和第二(接线盒)未密封空腔106。在图2的构造中，接线盒108在接线盒108中形成密封隔间108’。接线盒连接到特征板110和过程变量传感器112。接线盒108的密封隔间108’优选地被制成减小成本和部件复杂度的单个组件。

图2还图示了电连接到接线盒108的示例性双线过程控制回路114。双线过程控制回路可以是根据工业标准，并且用于传输与过程变量变送器100的被感测的过程变量相关的信息，以及接收功率以驱动过程变量变送器100的电路。一种这样的通信标准是标准，其中模拟电流强度用于表示过程变量。除模拟电流强度外，数字信号还可以被调制以传输额外信息。双线过程控制回路还可以用于向过程变量变送器100发送信息。还可以使用包括那些根据现场总线标准的其它类型的过程控制回路。此外，过程控制回路114可以是无线过程控制回路，在无线过程控制回路中信息被无线地传输。一种这样的无线通信协议是根据IEC62591的通信协议。接线盒108不限于这些类型的连接，并且可以包括其它类型的电连接或部件。示例包括MODBUS串行协议连接或用于提供功率和通信的、成模拟格式和数字格式二者的其它类型的连接。传感器还可以被包括在接线盒108中，所述传感器例如为温度传感器，例如，RTD或热电偶。该温度传感器可以用在用于感测温度的装置以及用于测量压力的装置中。也可以包括其它类型的传感器。

图3是根据一个示例性构造的过程变量变送器100的一部分的放大剖视图。如图3所示，屏障120将壳体102的内空腔分成密封的电子器件空腔104和未密封的接线盒空腔106。接线盒108包括接合到护罩构件124的密封电路板122。在本实施例中，护罩构件优选地形成金属杯状物。金属杯状物124在屏障120处通过O型环密封件126被密封到壳体102。电路板122可以通过任何适当的密封技术，包括通过焊接形成的密封件，被密封到金属杯状物124。在该构造中，被承载在电路板122上的可选择的电力部件130被容纳在接线盒108的密封空腔108’中。连接器安装组件134被安装在电路板122上并且载有电连接器132。安装组件134可以例如由塑料等制成。被图示的为螺旋端子的电连接器132，然而，可以使用任何类型的连接器。通常地，这些连接器132用于连接到这样的部件，所述部件在诸如过程控制回路114之类的过程变量变送器的外部。连接器组件150将电路板122电连接到特征板110。

图4A是根据一个实施例的接线盒108的分解图，并且图4B是根据一个实施例的接线盒108的组装视图。如图4A和4B所示，金属杯状物124包括形成在其中的孔或开口138。孔138包括唇缘140，唇缘140抵靠图3示出的O型环126密封。电插头146被承载在电路板122上并且可通过孔138被触及。返回参照图3，电连接器组件150延伸通过屏障120，并且载有连接到插头146中的导体的电导体。

图5A是根据一个实施例的电连接器组件150的分解图，并且图5B是根据一个实施例的电连接器组件150的组装视图。组件150包括由壳体部分160A和160B形成的壳体，壳体部分中承载多个销导体162。壳体部分160A、B可以被构造成通过扣合锁定机构而组装，或可以被接合，或可以使用一些其它的连接技术。在本实施例中，锁定特征165被承载在壳体160A、B上，并且操作成将连接器组件150锁定到图3示出的屏障120中。销导体162被支架164相对于彼此保持到位。该构造允许导体相对于壳体160A、B和屏障120“浮动”，从而允许一些相对于连接器组件150未对准的公差。销导体162在特征板110和接线盒108输入端的电路板122之间提供电连接，如图3所示。电连接可以是任何类型的电连接。示例包括诸如4-20mA信号等的过程控制回路输出，所述过程控制回路输出还可以载有数字信息。还可以设置两个线路板之间的可选择的电力连接或可选择的通信。可以设置部件之间的其它电连接。此外，还可以包括备用的或不用的电插销。

图6A是过程变量变送器100的正视平面图，并且图6B是过程变量变送器100的侧视立体剖视图，示出了安装在屏障120中的电连接器组件150。图6A和6B还图示了环形凹槽170，环形凹槽170承载O型环126(如图3所示)并且被构造成用于接收图4A和4B图示的唇缘140。图6C是过程变量变送器100的侧视剖视图，示出了安装在壳体102中并且密封到壳体102的屏障120的接线盒108。

在上述实施例中，图4A、B图示的金属护罩(杯状物)124可以被焊接到电路板122，从而代替现有技术构造中的灌封材料。这保护电子部件免受位于变送器壳体中的屏障的“未密封侧”上的水分和污染物的影响。穿过屏障120的电连接可以是标准的插孔和销构造。例如可以使用被承载在接线盒108的电路板122上的电路部件130以执行RFI滤波。用于电连接的销被容纳在筒盒150中，筒盒150扣合进入电子装置壳体102的屏障部分中。如果销被损坏，则筒盒可以被容易地在现场更换，并且筒盒被设计成允许销“浮动”，从而允许较大的未对准，而不会在电连接器上施加过大的应力。当接线盒108被插入壳体102中时，接线盒108被图3图示的O型环密封件126密封，并且导体销162与被承载在接线盒108的电路板122上的连接器组件146电接触。通过对孔138的边缘的O型环密封，金属护罩的内部成为壳体102的密封侧104的延伸部。这增加了可获得以进行对部件的电连接的选择的数量，并且还减少了制造成本。由于灌封材料不再是必须的，因而在接线盒108上可以承载更复杂的和/或更精细的电路，所述电路使用可以被灌封材料损坏的部件。

图7是过程变量变送器100的侧视剖视图，并且图8是接线盒108的立体剖视图，示出了另一示例性实施例。在图7和8中，之前讨论的类似部件的编号已经被保持不变。在图7的构造中，壳体102中的屏障120包括接收接线盒108的护罩构件或金属杯状物124的孔。在该构造中，O型环126在壳体102的隔间或空腔104、106之间设置密封。采用了一体的销对准方法，其中，电导体180被电连接到接线盒108的电路板122并且通过安装件182被相对于金属杯状物124保持到位。电导体180插进被安装到特征板110的连接插头184中。

本文中示出的构造在用于过程变量变送器中的各种电路之间提供增加的模块性。例如，与端子相关联的电路可以被定位成非常接近接线盒108的电路板122上的端子。根据需要通过仅换出接线盒108，可选择的特征可以被添加到过程变量变送器。示例性接线盒选择包括没有附加特征的基本选择、其中设置有温度测量电路的构造、其中设置有通信电路的构造等。在一个构造中，接线盒108载有用于与图2示出的过程变量传感器112联接的所有电子电路，从而消除了特征板110。

在多个构造中，密封的电子器件隔间被设置在接线盒组件中，接线盒组件保护在未密封的端子隔间中操作的敏感电子器件。密封的电子器件隔间包括电路板，以分离端子侧(未密封侧)与电子部件(密封侧)以及连接到电路板的金属护罩或“杯状物”，以在接线盒抵靠壳体的屏障安装时为电子器件提供密封隔间。可以使用易于被焊接的合金，或镀有可焊接的涂层的金属以形成金属护罩，或用在其上具有可焊接表面的包层或结合材料制成金属护罩。密封的电子器件隔间在金属护罩和电子器件壳体之间包括密封件，以允许电连接通过到壳体的密封侧。可以使用任何适当的技术，例如本文中讨论的径向O型环，以设置金属护罩和电子器件壳体之间的密封件。经过一段时间后，并且暴露到极端环境下，密封件也应该优选地保持其密封能力。该构造消除了用于隔间密封的额外部件，例如密封板、螺纹RFI滤波器、焊接滤波器管和/或垫板保护罩(ceiling boots)，从而减少成本。在一些构造中，金属杯状物包括足够大的开口，以容纳不同类型的连接件，包括多个销、电缆、柔性电路等，同时仍然保持环境密封。开口允许标准的连接器提供具有大量电导体的紧凑构造。在密封隔间位于接线盒中的情况下，被保护的装入物允许辅助功能被添加到装置并且通过被限定的接口被连接到主要的电子器件。此外，使用限定的接口允许通过代替具有不同辅助功能的不同接线盒以提供产品选择，以形成更加可配置的装置。提供至接线盒108的电连接的销筒盒可以更换以在有限空间中提供不同功能。在一个实施例中，销筒盒允许电导体的“销栈”浮动，从而允许连接器之间的未对准，而不会在连接器或其它部件上施加应力。可以设置连接器对准特征，连接器对准特征形成在接线盒组件中并且直接地连接到特征板。该连接器对准特征可以被构造成提供自由浮动的头部组件以允许部件之间的一些未对准。本文中讨论的杯状物或护罩124可以由包括金属化聚合物的任何材料制成。

虽然已经参照优选的实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到可以在没有脱离本发明的精神和范围的情况下对形式和细节进行改变。虽然图2示出了传感器112，但是在一些构造中，传感器112是可选择的。传感器112可以是任何类型的过程变量传感器，包括压力传感器、温度传感器等。图2图示的连接件114还可以包括至外部传感器的连接件，所述外部传感器例如为外部温度传感器、压力传感器或其它的过程变量传感器。外部传感器可以与可选择的传感器112结合使用。例如，单个的外部温度传感器可以用于感测外部温度。在压力感测系统中，可以用外部压力传感器以获得过程流体的温度，例如，以用于确定质量流或仅提供次要的过程变量。外部压力传感器可以用于电子远程密封构造等中，在该构造中，远程压力可以被感测以便例如用于确定槽或其它容器中的过程流体的液位。通过接线盒和特征板之间的电连接输送的通信信号可以是例如，过程变量变送器中的电路之间的诸如使用UART、I2C等的内部通信，以及例如根据协议的过程通信。

Claims (29)

1.一种用于工业过程中的过程变量变送器，包括：

壳体，所述壳体具有形成在其中的空腔，所述壳体包括将所述空腔分成第一空腔和第二空腔的屏障；

在所述第一空腔中的测量电路，所述测量电路被构造成测量工业过程的过程变量；和

在第二空腔中的接线盒组件，所述接线盒组件与所述壳体形成密封，在所述屏障和所述接线盒组件的电路板之间形成第三空腔。

2.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中：

所述接线盒组件包括护罩构件，所述护罩构件被布置成限定第三空腔。

3.根据权利要求2所述的过程变量变送器，其中：

所述护罩构件包括金属护罩。

4.根据权利要求2所述的过程变量变送器，包括：

在所述护罩构件和所述过程变量变送器的壳体之间的密封件。

5.根据权利要求4所述的过程变量变送器，其中：

所述密封件包括O型环。

6.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中：

所述电路板在第三空腔中载有至少一个电路部件。

7.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中：

所述接线盒组件包括用于联接到双线过程控制回路的多个端子。

8.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中：

所述过程控制回路用于提供电力以驱动过程变量变送器。

9.根据权利要求2所述的过程变量变送器，包括：

电导体，所述电导体至少部分地设置在屏障中，并且延伸进入第三空腔中，以将电路板电连接到测量电路。

10.根据权利要求9所述的过程变量变送器，其中：

所述护罩构件包括形成在其中的孔，其中电导体延伸穿过所述孔。

11.根据权利要求9所述的过程变量变送器，其中：

所述导体传送电力。

12.根据权利要求9所述的过程变量变送器，其中：

所述导体传送通信信号。

13.根据权利要求12所述的过程变量变送器，其中：

所述通信信号符合双线过程控制回路通信标准。

14.根据权利要求12所述的过程变量变送器，其中：

所述通信信号用于过程变量变送器的部件之间的通信。

15.根据权利要求9所述的过程变量变送器，其中：

所述导体被布置成用于补偿未对准。

16.根据权利要求15所述的过程变量变送器，其中：

未对准出现在所述电路板和所述测量电路之间的连接中。

17.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中：

所述屏障包括开口，并且接线盒对于所述开口是密封的。

18.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中：

所述电路板载有温度传感器。

19.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中：

所述电路板载有通信电路。

20.根据权利要求2所述的过程变量变送器，其中：

所述护罩构件被焊接到电路板。

21.根据权利要求1所述的过程变量变送器，包括：

所述电路板和所述测量电路之间的至少一个电连接件。

22.根据权利要求21所述的过程变量变送器，其中：

所述至少一个电连接件延伸穿过屏障。

23.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中：

所述接线盒包括用于对准壳体的对准特征。

24.根据权利要求1所述的过程变量变送器，包括：

第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和第二端盖被构造成用于封闭壳体的相应的第一空腔和第二空腔。

25.根据权利要求1所述的过程变量变送器，包括：

过程变量传感器，所述过程变量传感器联接到测量电路以用于测量过程变量。

26.根据权利要求9所述的过程变量变送器，其中：

所述连接器安装到屏障。

27.根据权利要求9所述的过程变量变送器，其中：

所述连接器被安装到所述接线盒组件。

28.根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中：

所述电路板载有被构造成联接到外部温度传感器的温度测量电路。

29.根据权利要求27所述的过程变量变送器，其中：

所述电路板包括用于补偿测量值的温度传感器。