CN110987283A - 具有带类金刚石碳涂层的密封件的过程压力变送器 - Google Patents

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Abstract

过程压力变送器系统包括过程压力变送器壳体、过程压力变送器壳体中的过程压力传感器、过程压力变送器壳体中的凸缘面和凸缘面上的隔离膜片。第一毛细管通道将第一填充流体从隔离膜片运送到过程压力传感器。过程密封膜片耦合到工业过程的过程流体。第二毛细管通道将第二填充流体从过程密封膜片运送到隔离膜片。类金刚石碳(DLC)涂层涂覆过程密封膜片。

Description

具有带类金刚石碳涂层的密封件的过程压力变送器
本申请是2014年6月30日递交的中国专利申请申请号为：201410306576.0，发明名称为“具有带类金刚石碳涂层的密封件的过程压力变送器”的专利申请的分案申请。
背景技术
本发明涉及过程控制工业。更具体地，本发明涉及用于将过程控制仪器耦合到过程的隔离膜片或密封件。
例如压力变送器的一些类型的过程控制仪器具有通过填充流体流体地耦合到隔离膜片的压力传感器。隔离膜片包括称为"远程密封件"或"膜片密封件"并且将压力传感器与被感测的腐蚀性过程流体隔离的子组件部分。压力被从隔离膜片通过基本不能压缩的并且填充两侧的腔的填充流体和毛细管(或如果密封件直接地安装到仪器则是通孔)传送到传感器。毛细管通常地是柔性的并且可以延伸数米。过程介质接触将被施加的压力传送到设置在变送器壳体中的压力传感器的远程隔离膜片。
通常地，隔离膜片和远程密封件的任何过程润湿部件由耐腐蚀的材料制成，使得过程介质不损坏膜片。在本领域还已知的是，在隔离膜片上提供涂层，以保护隔离膜片免受由于与过程流体接触的侵蚀。然而，需要持续改进隔离膜片保护。
发明内容
过程压力变送器系统包括过程压力变送器壳体、过程压力变送器壳体中的过程压力传感器、过程压力变送器壳体中的凸缘面和凸缘面上的隔离膜片。第一毛细管通道将第一填充流体从隔离膜片运送到过程压力传感器。过程密封膜片耦合到工业过程的过程流体。第二毛细管通道将第二填充流体从过程密封膜片运送到隔离膜片。类金刚石碳(DLC)涂层涂覆过程密封膜片。
提供本发明内容和摘要从而以简化的形式介绍将在下文详细描述的构思的选择。本发明内容和摘要不意图确定要求保护的主题的关键特征或本质特征，它们也不意图被用于帮助确定要求保护的主题的范围。
附图说明
图1是显示根据本发明的具有远程密封件的变送器的简化示意图。
图2A是沿着图2B中标记2A--2A的线截得的、现有技术的远程密封件的侧面剖视图。
图2B是图2A中的现有技术的远程密封件的底部平面图。
图2C是图2A的现有技术的远程密封件的顶部平面图。
图3是显示包括耦合到远程密封件的压力变送器的压力变送器系统的简化示意图。
图4A、4B和4C是剖视图，示例了施加到隔离膜片的类金刚石碳(DLC)涂层的示例性构造。
图5是显示包括类金刚石碳(DLC)涂层和中间层的过程膜片的一部分的放大剖视图。
具体实施方式
本发明涉及用于将过程变量变送器耦合到工业过程流体的膜片密封件。膜片密封件包括被涂有类金刚石碳(DLC)以保护隔离膜片免受由于与工业过程流体接触的损坏的隔离膜片。图1示出过程变量变送器11的远程密封件12。远程密封件12连接到壳体14中的变送器膜片。远程密封件12包括壳体17并且构造成用于耦合到过程流体16。
根据一个实施例，变送器11测量过程介质16的压力。远程密封件12包括接触过程介质16的薄的柔性的膜片18。密封件12还包括与膜片18一起限定腔20的背板19。毛细管22将腔20耦合到设置在变送器壳体14中的压力传感器28，该耦合经由变送器壳体膜片25和将膜片25与传感器28连接的密封流体系统进行。密封流体系统以及腔20和毛细管22由适当的流体填充，用于将过程压力传送到传感器28。流体可以包括硅酮、油、甘油和水、丙二醇和水、或优选基本地不能压缩的任何其他的适当的流体。
从过程介质16施加过程压力时，膜片18移动流体，因而将被测量的压力从远程密封件12通过板19中的通道并且通过管22传送到压力传感器28。所产生的施加到可以是基于电容的压敏元件的压力传感器28的压力促使这种电容作为介质16处的压力的函数而改变。传感器28还可以根据其他已知的感测原理操作，例如应变仪技术。变送器壳体14中的电路将电容电子地转换成与过程压力有关的通过电线对30的线性4-20mA变送器输出信号。可以使用包括其中数字信息被调制成4-20mA电流的
Figure BDA0002319706430000031
通信协议、Foundation Fieldbus或Profibus通信协议等的任何适当的通信协议。还可以通过使用无线通信技术实施过程控制回路30。无线通信技术的一个例子是根据IEC62591的
Figure BDA0002319706430000032
通信协议。
图2A是远程密封件50的侧面剖视图，图2B是远程密封件50的底部平面图并且图2C是远程密封件50的顶部平面图。远程密封件50称为"带凸缘的等高设计"，并且包括密封件壳体52。远程密封件50还包括液压流体(填充流体)填充端口54、仪器连接件56、和通过TIG焊件60焊接的柔性膜片58。被提供的表面62是环状形状并且围绕膜片58延伸。螺栓孔64用于将壳体52连接到，例如，填充过程流体的箱。
通常地，壳体52由不锈钢形成并且具有大约1英寸的厚度。壳体52以一定方式被加工以被焊接到圆形金属膜片58。垫圈表面62也加工在壳体52上。膜片58通常是可以通过压模切割和成形的箔膜片。
图3是显示其中过程压力传感器28被设置在过程压力变送器壳体14中的压力变送器系统10的简化块状图。如图3所示，隔离膜片25承载在壳体14的凸缘面80上。第一毛细管通道82运送隔离填充流体并且从膜片25延伸到压力传感器28。过程膜片密封件18连接到过程流体，并且第二毛细管通道22运送第二填充流体并且从过程密封膜片18延伸到隔离膜片25。当压力被施加到膜片18时，膜片18弯曲。这促使压力通过第二填充流体传送到隔离膜片25。随后，隔离膜片25弯曲并且促使压力传送到毛细管通道82中的填充流体。这压力可以由压力传感器28根据已知的技术感测到。变送器电路88用于感测被施加的压力并且将涉及被施加的压力的信息通信到另一个位置。
图4A、图4B和图4C是显示密封件12的示例性构造的侧面剖视图。在图4A和4B中，类金刚石碳(DLC)涂层90被施加到膜片18的外表面。在图4A的构造中，DLC涂层90仅覆盖膜片18。该构造将保护膜片18免受磨损。这种构造可以减少成本并且简化制造。进一步，在该构造中，可以在涂层程序出现之后进行用于将膜片18焊接到远程密封件12的凸缘面94的焊接92。这简化制造过程。
图4B示出另一个示例性构造，其中DLC涂层90在包括表面94的全部润湿表面上延伸。这对可能接触过程流体的密封件12的所有表面提供耐腐蚀性。
图4C是另一个示例性构造，其中DLC涂层90设置在膜片18的内表面上。该构造对于防止氢通过膜片18渗透是有用的。在这种构造中，涂层90在将膜片18焊接到凸缘面94之前被施加到膜片18。
可以使用任何适当的技术沉积DLC涂层90。例如，可以使用物理气相沉积技术沉积涂层。例如，可以使用过滤阴极真空弧沉积设备(FCVA)沉积DLC涂层90。在这种装置中，电弧被施加到阴极材料，促使该材料汽化和电离。磁性过滤场用于过滤蒸汽，并且磁性集中场用于将所形成的碳等离子体集中到真空腔中的膜片18的表面上。可以按所期望沉积各种类型的类金刚石碳。
图5是膜片18的一部分的放大剖视图。如图5所示，中间层100沉积在膜片18和DLC层90之间。可以选择中间层以促进DLC层90附着到膜片18。中间层100可以构造成用于改善膜片18的表面粗糙度并且提供具有在膜片18和DLC涂层90的热膨胀系数之间的热膨胀系数的过渡层。进一步，中间层100可以在沉积过程中保护膜片18的材料并且改善最终结构的耐腐蚀性。例如，可以在DLC层90中形成销孔。类似地，可以在沉积过程中在膜片18中形成销孔。中间层100在该过程中保护膜片18。可以根据需要选择中间层100。在一个构造中，层100包括钛。然而，其他的示例材料包括钽、铬、或陶瓷材料。
可以使用不同类型的类金刚石碳涂层制造层90。在一个示例实施例中，DLC层90包括含有a-C:H类金刚石碳的类金刚石碳涂层。在另一个优选的实施例中，涂层包括ta-CDLC。
虽然已经参照优选的实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员将认识到可以在没有脱离本发明的实质和范围的情况下进行形式和细节上的改变。远程密封件可以是除本文中那些具体地描绘的构造之外的构造。例子包括带凸缘的密封件类型，例如等高凸缘密封件、伸出的带凸缘的密封件或饼状密封件。其他的构造包括螺纹密封件(RTW)、管子接头密封件、化学T字形密封件、螺纹管安装密封件、鞍状和流动通过密封件等。毛细管通道22可以是细长的，如图1所示，或，在另一个示例性构造中，可以相对较短，借此变送器直接安装到密封件。在一个构造中，膜片18包括不锈钢。其他的示例材料包括
Figure BDA0002319706430000051
钽、钛、镍200/201、合金400(MonelTM)、合金625和600(铬镍铁合金TM)、超级双相不锈钢2507、锆、金、银、铂、镍基合金、难熔金属和贵金属。在一个构造中，任何焊接在沉积DLC涂层之前执行。这确保焊接过程不损伤DLC涂层。可以根据需要选择DLC涂层的厚度。例如，厚度可以在0.5和5μm之间。在一些构造中，只要其满足应用要求优选较薄层。虽然示出了单个的中间层，但是可以按所期望使用任何数量的中间层。

Claims (26)

1.一种过程压力变送器系统，包括：
过程压力变送器壳体；
过程压力传感器，所述过程压力传感器在过程压力变送器壳体中；
凸缘面，所示凸缘面在过程压力变送器壳体中；
隔离膜片，所述隔离膜片在凸缘面上；
第一毛细管通道，所述第一毛细管通道将第一填充流体从隔离膜片运送到过程压力传感器；
过程密封膜片，所述过程密封膜片构造成耦合到工业过程的过程流体；
第二毛细管通道，所述第二毛细管通道将第二填充流体从过程密封膜片运送到隔离膜片；和
类金刚石碳(DLC)涂层，所述类金刚石碳(DLC)涂层涂覆过程密封膜片，
中间层，所述中间层设置在类金刚石碳涂层和过程密封膜片之间以保护所述过程密封膜片的材料和提高类金刚石碳涂层和过程密封膜片的整体结构的耐腐蚀性。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述类金刚石碳包括ta-C。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述类金刚石碳包括a-C:H。
4.根据权利要求1所述的系统，包括焊接部，所述焊接部将过程密封膜片连接到所述密封件凸缘面，其中所述类金刚石碳涂层还在所述过程密封膜片和过程流体之间涂覆焊接部。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述中间层包括钛。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述中间层包括钽。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述中间层包括铬。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述中间层包括陶瓷。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述类金刚石碳涂层被施加到过程密封膜片的外表面。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述类金刚石碳涂层被施加到过程密封膜片的内表面。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述过程密封膜片被携带在远程密封件中并且所述类金刚石碳涂层在远程密封件的表面上延伸。
12.一种将过程压力变送器耦合到工业过程流体的压力的方法，包括：
将类金刚石碳(DLC)涂层施加到过程密封膜片；
放置过程密封膜片以与工业过程流体接触；
将中间层施加在类金刚石碳涂层和过程密封膜片之间以保护所述过程密封膜片的材料和提高类金刚石碳涂层和过程密封膜片的整体结构的耐腐蚀性；
将从工业过程流体施加到过程密封膜片的压力通过毛细管通道耦合到隔离膜片；
使用第二毛细管通道将施加到隔离膜片的压力耦合到压力传感器；以及
使用压力传感器测量过程压力。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述类金刚石碳包括ta-C。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述类金刚石碳包括a-C:H。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述中间层包括钛。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述中间层包括钽。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述中间层包括铬。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所述中间层包括陶瓷。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述类金刚石碳涂层被施加到过程密封膜片的外表面。
20.根据权利要求12所述的方法，其中所述类金刚石碳涂层被施加到过程密封膜片的内表面。
21.一种将过程压力变送器耦合到过程流体的远程密封件，包括：过程密封膜片，所述过程密封膜片构造成耦合到工业过程的过程流体；
毛细管通道，所述毛细管通道将填充流体从过程密封膜片运送到远端；和
类金刚石碳(DLC)涂层，所述类金刚石碳(DLC)涂层涂覆过程密封膜片，
中间层，所述中间层设置在类金刚石碳涂层和过程密封膜片之间以保护所述过程密封膜片的材料和提高类金刚石碳涂层和过程密封膜片的整体结构的耐腐蚀性。
22.根据权利要求21所述的远程密封件，其中所述类金刚石碳包括ta-C。
23.根据权利要求21所述的远程密封件，其中所述中间层包括钛。
24.根据权利要求21所述的远程密封件，其中所述类金刚石碳涂层被施加到过程密封膜片的外表面。
25.根据权利要求21所述的远程密封件，其中所述类金刚石碳涂层被施加到过程密封膜片的内表面。
26.根据权利要求21所述的远程密封件，其中所述类金刚石碳涂层在远程密封件的表面上延伸。
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