CN1278102C - 过程变送器及用于将工作压力联接到压力传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量工作压力的过程变送器，其包括：压力传感器；具有与工作流体接触的端面的传感器壳体；用于将来自压力传感器的流体联接到端面的填充流体毛细管；将毛细管中的填充流体与工作流体隔离的隔离膜；将隔离膜连接到端面上的隔膜焊缝；以及隔绝工作流体与传感器壳体的端面的连接，从而将工作流体联接到隔离膜的工作流体密封件，所述工作流体密封件在垂直于端面的平面方向与隔膜焊缝间隔一段距离，以减少由固定力引起的工作流体密封件作用在隔离膜上的应力。本发明还提供一种用于将工作压力联接到压力传感器的方法。

Description

过程变送器及用于将工作压力联接到压力传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种过程控制装置，更具体地说，涉及一种用于将压力变送器联接到工作流体的工作接头。
背景技术
工业工作如炼油厂、化工厂等使用称为“变送器”的远距离传感器检测如压力、温度、流量等各种工作变量。检测的工作变量用于监测和/或控制工作的操作。
检测工作流体压力的变送器使用通常至少与一个隔离膜联接的压力传感器。变送器连接到法兰并包括对准以承接来自法兰通道中的工作流体的开口。隔离膜位于变送器的开口并将压力传感器与要检测的流体隔离。这样可以防止传感器受到工作流体的损坏或腐蚀。压力通过基本不可压缩的隔离的由毛细管通道输送的“填充流体”从隔离膜传递到压力传感器。美国专利No.4,833,109的模块式压力变送器和No.5,094,109的应力隔离减压压力变送器是这种类型压力变送器的实例。
压力变送器通常包括将隔离膜与变送器壳体连接的焊缝。可以采用分别焊接到变送器壳体和隔离膜上的焊环，从而将隔离膜与变送器壳体连接。焊环也用于支撑密封，如O型圈。当变送器通过连接力连接到工作法兰上时，例如如果变送器用螺栓连接到法兰，就将密封件和焊环紧紧地与法兰压合在一起以防止通过开口的工作流体泄露。
将焊环和法兰压紧的连接力可能造成焊环和变送器壳体部分变形或偏斜。此外，连接力会在隔离膜中产生应力并导致隔离膜变形或偏斜。在对压力进行精确地测量时，隔离膜的这种变形或偏斜会导致压力测量中产生不精确的结果。
发明内容
根据本发明的一个方面，其提供一种用于测量工作压力的过程变送器，其包括：
压力传感器；
具有与工作流体接触的端面的传感器壳体；
用于将来自压力传感器的流体联接到端面的填充流体毛细管；
将毛细管中的填充流体与工作流体隔离的隔离膜；
将隔离膜连接到端面上的隔膜焊缝；以及
隔绝工作流体与传感器壳体的端面的连接，从而将工作流体联接到隔离膜的工作流体密封件，所述工作流体密封件在垂直于端面的平面方向与隔膜焊缝间隔一段距离，以减少由固定力引起的工作流体密封件作用在隔离膜上的应力。
根据本发明的另一方面，其提供一种用于测量工作压力的过程变送器，其包括：
压力传感器；
具有与工作流体接触的端面的传感器壳体，所述端面包括用于将端面固定到工作流体连接的固定部分；
将压力传感器联接到端面的填充流体毛细管；
将毛细管中的填充流体与工作流体隔离的隔离膜；
将隔离膜连接到传感器壳体的端面上的隔膜焊缝；以及
设置于临近所述端面的固定部分的工作流体密封件，所述工作流体密封件隔绝工作流体与传感器壳体的端面的连接，从而将工作流体联接到隔离膜；以及
其中隔离膜和焊缝在垂直于端面的平面方向与端面的固定部分间隔一段距离，以减少由固定力引起的从所述端面作用在隔离膜上的应力。
优选地，所述过程变送器包括在传感器壳体的端面上的台阶，其中所述隔离膜和所述焊缝设置在所述台阶上。
优选地，所述密封件环绕台阶的基面延伸。
优选地，所述过程变送器包括环绕所述隔离膜延伸的焊环，其中隔膜焊缝延伸穿过焊环。
优选地，所述过程变送器包括环绕所述密封件延伸以将所述密封件联接到传感器壳体的焊环。
优选地，所述密封件包括O型圈。
优选地，所述端面包括凹面并且所述隔离膜和所述焊缝设置在凹面内。
优选地，所述密封件环绕开口延伸到凹面。
优选地，所述过程变送器还包括：与所述端面间隔一段距离的第二隔离膜和第二焊缝；以及第二工作流体密封件，其中所述变送器设置成测量压差。
根据本发明的再一方面，其提供一种在过程变送器中将工作压力联接到压力传感器的方法，包括步骤：
将隔离膜联接到过程变送器的端面上；
在过程变送器的端面上设置密封件以与工作法兰形成隔绝；以及
在垂直于所述端面的平面方向上使所述密封件与隔离膜间隔一段距离，以减少由固定应力引起的隔离膜的变形。
附图说明
图1是显示根据本发明的一个实施方式具有焊缝和工作流体密封结构的压力变送器的局部截面图。
图2是显示图1变送器的部分放大截面图。
图3是显示图2隔膜焊缝的局部放大图。
图4是显示本发明另一实施方式的局部截面图，其中在台阶上设置有隔膜。
图5是显示距离误差的百分比与扭矩(英寸·磅)的函数曲线图。
图6A和图6B是分别显示本发明一个实施方式中包括其中具有通流孔和塞阀的台阶的侧视图和底面视图。
图7A是显示实施方式中台阶焊接到变送器机身上的侧向截面图。
图7B是显示图7A中的焊缝的放大截面图。
图7C是显示连接到脉冲管的台阶的侧视图。
图8是显示突起接头的侧向截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的压力变送器10，其具有通过传感器壳体14联接到法兰(共面支管)13的变送器机身12。虽然本发明显示了CoplanarTM型的工作法兰，但本发明可以使用任何形式的法兰、支管或其它适用于承接工作流体的接头。传感器壳体14包括压力传感器16，而变送器机身12包括含变送器电路系统20。传感器电路系统18通过通信总线22联接到变送器电路系统20。
变送器电路系统20将与工作流体压力相关的信息发送到工作控制环路23，如4-20mA、HART、Filedbus、Profibus。变送器10将与工作流体压力相关的信息传送到与工作控制环路23联接的控制室25或其它装置(未示出)。工作控制室25设计有电源27和电阻器29。变送器10能完全由从环路23接收的能量进行驱动。
压力传感器16可以是绝对、标准计量或压差传感器。在此实施方式中，压力传感器16为压差传感器，传感器16测量法兰13的通道24中的压力P1和通道26中的压力P2之间的压力差。压力P1通过通道32联接到传感器16。压力P2通过通道34联接到传感器16。通道32延伸穿过接头36和管40。通道34延伸穿过接头38和管42。通道32和34填充有相对不可压缩的流体如油。接头36和38旋进传感器壳体14并在设置有传感器电路系统18的传感器壳体的内部和包含在通道24和26中的工作流体之间设置了一个长灭火通道。
隔膜凹座28和30形成于壳体14的下面部分并与通道24和26联接。隔离膜60和62分别通过焊缝64和66焊接到凹座28和30中的凹面68和70上。根据本发明，工作密封件80和82将壳体14与法兰13隔离并由焊缝64和66形成物理分离。
法兰13通过如螺栓或其它方式固定在壳体14的端端面58上。这种固定会产生施加到壳体14上的固定力并在壳体14上产生应力。应力将会集中在密封件80和82的附近部位。在现有技术的设计方案中，焊缝64和66通常位于靠近密封件80和82的位置。这将使固定的应力直接传递到隔离膜。固定应力也能产生施加到设置在毛细管32和34中的填充流体上的压力。这种施加的压力将使测量的压力产生误差。
采用本发明，密封件80、82和焊缝64、66之间的物理空间减少了从密封件直接传递到焊缝和隔膜60、62的固定应力。另外，任何在壳体14中的固定应力都集中在壳体14的外表面附近，特别是位于端面58周围。当然，因为隔膜60、62与端面58间隔一段距离，也减少了应力。
图2是显示本发明的一个实施方式的壳体14的更具体的截面图，图3是显示图2中一部分的放大截面图。如图3所示，可选择的焊环90环绕隔膜62延伸。可选择的密封焊环92设置有密封件82(参见图2)。图3的放大图示出了穿过焊环90和隔膜62延伸进入壳体14的焊缝66。隔膜62和壳体14之间的较小间隙94充满了上述的隔离/填充流体。
图4是显示壳体14的另一实施方式的局部截面图，其中隔膜60、62分别设置在相对端面58的台阶100和102上。台阶100、102可以通过机加工或附加分离件形成。密封件80和82分别环绕台阶100和102的基面103、105延伸。与如图1-3中的实施方式相同，在图4的实施方式中，隔膜焊缝64、66之间的距离相对于密封件80和82增强了隔膜60、62并减少了施加到隔膜上的固定应力，从而减少了测量误差。此外，因为隔膜60、62位于由固定引起的变形较少的位置，所以，隔膜将经受更少的应力，从而产生更精确的测量结果。
虽然本发明就特定形式的压差传感器进行了说明，但本发明并不局限于这种结构。一般地，本发明包括采用隔膜焊缝或与工作密封件的位置间隔一段距离的其它形式的连接。可以采用任意形式的各种焊接，包括激光和TIG焊接。密封件可以是包括密封垫的O形环或其它形式的密封结构。本发明可以用于任何采用隔离膜的装置或构造中。本发明并不局限于图中所示的压差检测。此外，本发明也能用于无源装置如在电子和传感器电路系统中与隔膜间隔一段距离的远距离密封件。
图5是说明在图4中用单个螺栓将法兰连接到壳体14上与传统现有技术的结构比较的距离误差的百分比与扭矩(英寸·磅)的函数曲线图。在百分比与扭矩(英寸·磅)的函数曲线中，与零值现有技术方案相比，此创造性结构显示出系数为10的改进技术效果。
图6A和图6B是分别显示一个实施方式中的台阶的侧视图和底面视图，其中台阶153包括可以单独使用或组合使用的可选择关闭的阀150和通流阀152。采用这种实施方式，可以阻塞或接通工作流体而不用另外的支管。在这样的实施方式中，阻塞阀150包括构成阻塞延伸穿过台阶153的孔154的部件。同样，通流阀152设置为孔154提供出口。在这样的实施方式中，隔离膜必须凹进在孔154内。孔154必须旋制有螺纹以便旋进标准螺纹管。
图7A和图7B分别显示类似于图6A和6B在焊缝160处将台阶155焊接到壳体14上的另一实施方式的侧向截面图和放大截面图。
图7C是显示图7A实施方式的侧视图，其中台阶155通过螺纹配合166联接到脉冲管164。脉冲管164设置有联接到工作流体的接头。当然，也可以采用不是脉冲管的技术连接到工作中。
图8是显示实施方式中突起接头170联接到壳体14的视图。在这些实施方式中，可以采用焊接、螺纹或其它固定方式。密封表面176设置在接头174内以与工作管联接。
虽然本发明已经参考优选实施方式进行了具体说明，但是应当认为本领域的熟练技术人员可能在此基础上做出各种变更而不会脱离由权利要求所限定的发明保护范围和主题精神。虽然图示示出了具有两个工作接头的变送器，但本发明包括单个接头在内的任意数量的接头。本发明的台阶或凹面在工作流体密封和隔膜焊缝之间形成间距以减少由固定力引起的应力。

Claims (13)

1.一种用于测量工作压力的过程变送器，其包括：
压力传感器；
具有与工作流体接触的端面的传感器壳体；
用于将来自压力传感器的流体联接到端面的填充流体毛细管；
将毛细管中的填充流体与工作流体隔离的隔离膜；
将隔离膜连接到端面上的隔膜焊缝；以及
隔绝工作流体与传感器壳体的端面的连接，从而将工作流体联接到隔离膜的工作流体密封件，所述工作流体密封件在垂直于端面的平面方向与隔膜焊缝间隔一段距离，以减少由固定力引起的工作流体密封件作用在隔离膜上的应力。
2.一种用于测量工作压力的过程变送器，其包括：
压力传感器；
具有与工作流体接触的端面的传感器壳体，所述端面包括用于将端面固定到工作流体连接的固定部分；
将压力传感器联接到端面的填充流体毛细管；
将毛细管中的填充流体与工作流体隔离的隔离膜；
将隔离膜连接到传感器壳体的端面上的隔膜焊缝；以及
设置于临近所述端面的固定部分的工作流体密封件，所述工作流体密封件隔绝工作流体与传感器壳体的端面的连接，从而将工作流体联接到隔离膜；以及
其中隔离膜和焊缝在垂直于端面的平面方向与端面的固定部分间隔一段距离，以减少由固定力引起的从所述端面作用在隔离膜上的应力。
3.根据权利要求1或2所述的过程变送器，包括在传感器壳体的端面上的台阶，其中所述隔离膜和所述焊缝设置在所述台阶上。
4.根据权利要求1或2所述的过程变送器，其特征在于所述密封件环绕台阶的基面延伸。
5.根据权利要求1或2所述的过程变送器，其特征在于包括环绕所述隔离膜延伸的焊环，其中隔膜焊缝延伸穿过焊环。
6.根据权利要求1或2所述的过程变送器，其特征在于包括环绕所述密封件延伸以将所述密封件联接到传感器壳体的焊环。
7.根据权利要求1或2所述的过程变送器，其特征在于所述密封件包括O型圈。
8.根据权利要求1或2所述的过程变送器，其特征在于所述端面包括凹面并且所述隔离膜和所述焊缝设置在凹面内。
9.根据权利要求8所述的过程变送器，其特征在于所述密封件环绕开口延伸到凹面。
10.根据权利要求1或2所述的过程变送器，其特征在于包括与所述端面间隔一段距离的第二隔离膜和第二焊缝；以及第二工作流体密封件，所述变送器设置成测量压差。
11.一种在过程变送器中将工作压力联接到压力传感器的方法，包括步骤：
将隔离膜联接到过程变送器的端面上；
在过程变送器的端面上设置密封件以与工作法兰形成隔绝；以及
在垂直于所述端面的平面方向上使所述密封件与隔离膜间隔一段距离，以减少由固定应力引起的隔离膜的变形。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于使密封件与隔离膜间隔一段距离的步骤包括在所述端面的凹面内设置隔离膜的步骤。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于使密封件与隔离膜间隔一段距离的步骤包括在所述端面的台阶上设置隔离膜的步骤。
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