CN111492217B - 测量元件及包括此种测量元件的测量装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种测量元件(M)和测量装置。该测量元件包括基体(1)、隔片(2)以及防渗透层(4)，隔片固定地连接至基体(1)，并且在隔片(2)与基体(1)之间限定有密封腔(3)。防渗透层(4)布置在隔片的面对密封腔(3)的内侧面(21)上，并且，防渗透层在隔片(2)的内侧面(21)上至少延伸超过隔片与基体之间的连接区域。所述测量装置包括所述的测量元件(M)。

Description

测量元件及包括此种测量元件的测量装置

技术领域

本公开涉及一种测量元件和包括此种测量元件的测量装置。

背景技术

本部分的内容仅提供了与本公开相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。

在例如煤化工、造纸、水泥等行业的工业生产过程中，通常需要获得过程介质(或称为待测量介质)的相关测量参数(例如，压力、压差、液位等)以便更好地进行生产或过程控制。由于此类生产的工况条件的限制(诸如高温、强腐蚀性、高压等)，通常采用远传式测量装置(例如，远传式变送器)来获取待测量介质的相关参数。在此种远传式测量装置中通常包括位于待测量介质的端部处的测量元件。所述测量元件可以包括基体和隔片。在隔片与基体之间限定有密封腔。在密封腔内可以填充有工作流体。从而例如可以通过隔片两侧上的流体压力变化来进行待测量介质的压力测量或监测。

然而，由于很多待测量介质为富氢介质，而待测量介质中的氢会穿过隔片进入密封腔内并聚集造成压力偏差，从而导致测量装置的测量精度不准确，并且在严重情况中，隔片可能鼓胀甚至破裂。

因此，特别期望提供一种改进的测量元件和测量装置。

发明内容

本公开的目的在于提供一种改进的测量元件和测量装置，以实现下述目的中的至少一者：提高测量精度，提高抗磨损能力，提高使用寿命，简化生产流程，节约成本。

根据本公开的一个方面，提供了一种测量元件，包括基体；隔片，所述隔片固定地连接至所述基体，并且在所述隔片与所述基体之间限定有密封腔；以及防渗透层，所述防渗透层布置在所述隔片的面对所述密封腔的内侧面上，并且，所述防渗透层在所述隔片的所述内侧面上至少连续延伸超过所述隔片与所述基体的连接区域。

根据一个实施方式，所述隔片通过电阻缝焊固定地连接至所述基体。

根据一个实施方式，所述隔片通过TIG焊(钨极惰性气体保护焊)和电阻缝焊连接至所述基体，并且，所述电阻缝焊的焊接区域位于所述TIG焊的焊接区域的径向内侧。

根据一个实施方式，所述防渗透层在所述隔片的整个内侧面上延伸。

根据一个实施方式，所述防渗透层在所述隔片上的涂覆厚度小于或等于10微米。

根据一个实施方式，所述隔片上形成有一个或更多个环形折皱部。

根据一个实施方式，所述基体上对应于所述隔片的部分设置有凹入部。

根据一个实施方式，所述基体设置有用于向所述密封腔内填充流体的流体通道。

根据一个实施方式，所述防渗透层为镀在所述隔片的所述内侧面上的镀金层。

根据本公开的另一个方面，提供了一种测量装置，所述测量装置包括上述的测量元件。

根据本公开，通过在隔片上设置防渗透层(例如，镀金层)，防止待测量介质中的物质(例如氢)渗透到密封腔中，从而极大地提高了测量元件和测量装置的测量精度。而且，由于防渗透层被设计成面向密封腔的内侧，防渗透层不直接接触待测量介质，防渗透层不会被待测量介质中的颗粒物刮伤，这提高了产品的抗磨损能力。在保证焊接强度以及质量的前提下，实现了零氢渗透路径的设计，从而提高了产品的使用寿命。此外，由于可以在将隔片连接到基体之前可以在密封隔片上直接设置单侧整体或者局部的防渗透层，因此可以实现安全运输和低库存，节省了大量的费用。而且，由于防渗透层可以仅覆盖隔片，可以极大地降低物料成本。

附图说明

通过以下对附图的描述，本公开的一个或几个实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是根据本公开的一个实施方式的测量元件的立体示意图；

图2是图1的测量元件的剖视图；

图3是图1的测量元件的横截面示意图；

图4是根据本公开的一个实施方式的测量元件的局部剖视图；

图5是根据本公开的一个实施方式的测量元件的局部切面的EDX显微观察图像；以及

图6是根据本公开的一个实施方式的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面对优选实施方式的描述仅仅是示例性的，而绝不是对本公开及其应用或用法的限制。在各个附图中，采用相同的附图标记来表示相同或相应的部件，因此相同部件的构造将不做重复描述。

在本公开的描述中，为描述的便利，以测量待测量介质的压力或压差的远传式测量装置为例对根据本公开的测量元件和测量装置进行描述。然而，可以理解的是，本公开不以下面的优选实施方式所描述的结构和应用为限，本公开可以应用于任何可行的结构或应用中，例如，用于测量粘稠度、液位等。同样地，本公开也不以远传式测量装置为限，本公开也可以应用于任何可行的装置或器件中。

如前所述，在远传式测量装置中通常包括位于待测量介质处的测量元件。此种测量元件可以具有由隔片和基体限定的密封腔。密封腔中可以填充有测量用的流体(或称为工作流体)。远传式测量装置还可以包括位于距测量元件一定距离处的感测组件，在测量过程中，测量元件与待测量介质接触，并将感测到的压力传递给感测组件，从而将测量元件测量的物理量转换为实际所需的数字量。在应用过程中，隔片的背向密封腔的一侧(本文中称为外侧)以及面向密封腔的一侧(类似地称为内侧)分别经受来自待测量介质的压力以及密封腔内的工作流体的压力。隔片将来自测量介质的压力传递给工作流体，然后工作流体将感受到的压力传递给感测元件进行相关的处理。在图6示出的根据本公开的一个实施方式的测量装置的结构示意图中，根据本公开的测量装置可以包括如下面将详细描述的测量元件(如图6中由M所示出的)。

下面就结合图1-图6对根据本公开的测量元件做进一步详细的说明。出于清楚的目的，未对附图中的所有部件进行标记。

图1示出了根据本公开的一个实施方式的测量元件的立体示意图。如图1所示，根据本公开的测量元件可以包括基体1和隔片2，并且，基体1与隔片2均可为钢材质。在本实施方式中，隔片2可以为大致圆形的片状件。隔片2可以通过隔片2的周缘固定地连接在基体1上，使得在隔片2与基体1之间限定出密封腔3(参见图3所示)。密封腔3中可以容置有工作流体。例如，密封腔3中可以填充有油。由此，在应用过程中，隔片2的外侧面22受到测量介质的压力可以产生位移，并可以通过密封腔内的工作流体将此位移传递给感测元件，由此可以提供过程控制所需的压力参数。

如图1至图4所示出的，隔片2可以具有一个或更多个环形折皱部23，使得隔片2可以进行适当的变形或进行局部移位。可替代地，在隔片2具有足够厚度的情况下，隔片2上可以设置一个或更多个凹入部。当然，隔片2上的折皱部或凹入部不以环形为限。

基体1上对应于隔片2的部分可以设置有凹入部15，以便于通过所述隔片2与所述基体1形成密封腔3。

基体1可以进一步连接至远端的感测组件。如图1至图3所示，基体1可以具有法兰部11，在该法兰部11上可以设置有通孔12，连接构件(如连接螺栓)穿过该通孔12。基体1上还可以设置有流体通道13。在应用测量元件之前，可以通过流体通道13向密封腔3内注入工作流体，并在注入完成后封闭该流体通道13。由此，当待测量介质被引导至隔片2的外侧面时，隔片2可以根据隔片2感受到的测量介质的压力进行适当的变形或移位，从而可以进行参数提取或测量。

然而，本发明人发现，由于隔片2通常比较薄，待测量介质中的部分元素或成分(例如氢)可能容易穿过隔片2渗透到密封腔3中，进而可能溶入工作流体中。而且，由于密封腔3的空间相对比较小且是封闭的，氢的渗入会影响密封腔3中的压力，甚至导致隔片2鼓包或破裂，从而影响测量的精确性，甚至导致测量元件的损坏。

为此，本公开提出了设置防渗透结构的解决方案。可以在隔片2上设置防渗透层，从而阻断穿过隔片的渗透路径。对于富含氢的待测量介质来说，可以设置镀金层以防止待测量介质中的氢渗透到密封腔中。在本文中，为便于描述，仅以镀金层作为防渗透层的一个示例来进行描述。对于本领域的技术人员来说，可以根据实际应用的不同而采用不同于金的其它防渗透材料来实现防渗透的目的。

然而，如果将镀金层设置在隔片2的外侧面22上，考虑到有些待测量介质中可能含有大量的固体颗粒(例如纸浆、碎石块、煤渣等)，这些同体颗粒会对隔片上的镀金层进行刮擦。由于隔片2通常比较薄且镀金层质软，所以镀金层很容易被磨损。如此镀金层将失去其预期的效用，导致测量元件(乃至测量装置)的抗磨损能力和使用寿命的降低以及测量精度的降低。此外，此种解决方案需要在隔片2的整个外侧面22以及隔片2与基体1之间的接缝区域周围都镀上金层，这不仅增加了成本，也增加了制造流程，并且不利于后续的运输和保存。

鉴于上述情形，可以将镀金层4设置在隔片2的面对密封腔3的内侧面21上。如此，镀金层4不与待测量介质接触，因此也就不会受到待测量介质中的固体颗粒的影响。

镀金层4可以在隔片2的内侧面21与基体1的对应部分之间至少连续延伸超过隔片2与基体1的连接区域(换句话说，镀金层的外径应至少等于或大于隔片2与基体1的连接区域的外径)，以防止在隔片2与基体1之间的连接区域中导致氢渗透路径。可选地，镀金层4可以全面覆盖隔片2的整个内侧面21。

可以通过电阻缝焊的方式(或者其它不会导致隔片2与基体1之间的连接区域中的镀金层损坏的方式)将隔片2的周缘固定地连接至基体1。

图5示出了根据本公开的一个实施方式的测量元件的局部切面的EDX显微观察图像。从图5中可以看出，由于在隔片2与基体1之间的连接区域中A中存在不间断的金层，因此可以完全阻断密封腔的氢渗透路径，从而可以提高测量的精确性。

可以发现，当通过将在隔片的外侧设置镀金层的示例与根据本公开在隔片的内侧设置镀金层的示例进行比较而进行实际测试时，根据本公开的测量元件的阻氢效果与在隔片的外侧设置镀金层的阻氢效果几乎一致。

由此，根据本公开，由于防渗透层的延伸面积至少覆盖隔片2的内侧面21的位于密封腔3内以及位于隔片2与基体2之间的连接区域中的部分，隔片2外侧的待测量介质中的成分和元素不能通过隔片2渗透到密封腔3中。因此，能够提高测量的精确性。并且由于镀金层位于隔片2的内侧面21上，镀金层不会受到待测量介质的影响，因此提高了测量元件的抗磨损能力和使用寿命。此外，由于可以在组装之前直接对密封的隔片2进行单侧整体镀金或者进行局部镀金，因而可以实现安全运输和低库存，节省了大量的运输和维护成本。而且，由于防渗透层可以仅覆盖隔片，与前面提及的在隔片2的外侧镀金以形成镀金层的解决方案相比，可以极大地降低物料成本。

可选地，可以通过钨极惰性气体保护(TIG)焊(如图4中的B所指示的)或其它固定连接方式将隔片2的周缘固定在基体1上，再通过电阻缝焊或其它可行的连接方式使隔片2进一步与基体1相连接(如图4中的C区域所示出的)。由此，既可以实现隔片2与基体1之间稳定的固定连接，还阻断了可能存在的氢渗透路径。在这种情况下，电阻缝焊的焊接区域位于TIG焊的焊接区域的径向内侧。并且，镀金层4在隔片2的内侧面21上的覆盖范围可以仅延伸超过电阻缝焊的焊接区域。

可以通过电镀工艺或真空镀等常用工艺方式在隔片2的内侧面21上设置镀金层4。镀金层4的厚度以不影响测量精度为宜，例如，镀金层的厚度可以小于或等于10微米，例如镀金层的厚度可以为5微米。相对于通过增加镀层厚度的方式来解决在隔片2的外侧面22上施加镀金层的所产生的问题的技术方案，根据本公开的测量元件和测量装置同样具有测量精确性和成本等方面的优势。

隔片2可以由与基体1的材料相同或不同的材料制成。可选地，隔片2和基体1可以均由不锈钢材料制成。

通过上面的分析可以理解的是，根据本公开的测量元件和测量装置提高了测量的精确性，提高了部件的使用寿命，并且降低了制造和维护成本。

尽管在此已详细描述了本公开的多种实施方式，但是应该理解，本公开并不局限于这里详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离本发明的实质精神和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和改型。所有这些变型和改型均落入本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种测量元件，其特征在于，该测量元件包括：

基体(1)；

隔片(2)，所述隔片(2)固定地连接至所述基体(1)，并且在所述隔片(2)与所述基体(1)之间限定有密封腔(3)，隔片(2)的周缘通过钨极惰性气体保护焊连接到所述基体(1)，然后所述隔片通过电阻缝焊进一步连接至所述基体(1)，使得用于所述电阻缝焊的焊接区域径向地位于用于钨极惰性气体保护焊的焊接区域的内侧；

防渗透层，所述防渗透层布置在所述隔片(2)的面对所述密封腔(3)的内侧面(21)上，并且，所述防渗透层在所述隔片(2)的所述内侧面(21)上连续延伸仅超过用于所述电阻缝焊的焊接区域；

沿着所述隔片的内半径的第一焊缝，所述第一焊缝将所述隔片密封至所述基体；和

沿着所述隔片的外半径的第二焊缝，所述第二焊缝将所述隔片密封至所述基体。

2.根据权利要求1所述的测量元件，其特征在于，所述防渗透层在所述隔片(2)上的涂覆厚度小于或等于10微米。

3.根据权利要求1所述的测量元件，其特征在于，所述隔片(2)上形成有一个或更多个环形折皱部(23)。

4.根据权利要求1所述的测量元件，其特征在于，在所述基体(1)上对应于所述隔片(2)的部分设置有凹入部(15)。

5.根据权利要求1所述的测量元件，其特征在于，所述基体(1)设置有用于向所述密封腔(3)内填充流体的流体通道(13)。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的测量元件，其特征在于，所述防渗透层为形成在所述隔片(2)的所述内侧面(21)上的镀金层(4)。

7.根据权利要求1所述的测量元件，其中，

所述第一焊缝在所述防渗透层上延伸。

8.根据权利要求7所述的测量元件，其中，

所述防渗透层未延伸至所述外半径和所述第二焊缝。

9.一种测量装置，其特征在于，所述测量装置包括根据权利要求1至6中的任一项所述的测量元件。

10.一种制造测量元件的方法，包括：

提供基体，该基体具有形成在该基体中的腔；

提供隔片；

在隔片的内侧面 上施加防渗透层；

用围绕隔片的外半径延伸的第一密封件将隔片密封到基体上，从而密封所述腔，使得防渗透层面向所述腔；以及

用围绕隔片的内半径延伸的第二密封件将隔片密封到基体上，使得第二密封件在防渗透层上延伸，隔片的周缘通过钨极惰性气体保护焊连接到所述基体，然后所述隔片通过电阻缝焊进一步连接至所述基体，使得用于所述电阻缝焊的焊接区域径向地位于用于钨极惰性气体保护焊的焊接区域的内侧，所述防渗透层在所述隔片的所述内侧面上连续延伸仅超过用于所述电阻缝焊的焊接区域。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述第二密封件包括电阻焊缝。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述防渗透层在所述隔片上的涂覆厚度小于或等于10微米。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述隔片上形成有一个或更多个环形折皱部。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述基体设置有用于向所述腔内填充流体的流体通道。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其中，

所述防渗透层包括形成在所述隔片的所述内侧面上的镀金层。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，

所述防渗透层未延伸至所述外半径和所述第二密封件。

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