CN202304873U - 具有可更换模块的测量变送器和可更换模块 - Google Patents

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Abstract

提供了一种测量变送器，包括主外罩体，所述主外罩体具有由第一封盖封闭的第一空腔和由第二封盖封闭的第二空腔。所述第一空腔中的测量电路部件包括穿过所述主外罩体延伸到所述第二空腔中的接触器的电源和维护通信导线。可更换模块插入所述第二空腔中的接触器中，所述可更换模块包括主电池和维护通信连接器。通过移除所述第二封盖，暴露所述维护通信连接器，以连接到维护设备。还提供了在工业过程中与测量变送器一起使用的可更换模块。

Description

具有可更换模块的测量变送器和可更换模块
技术领域
本实用新型涉及无线测量变送器和可更换模块，且具体地涉及具有可被远程设置的电路设置的无线测量变送器，该远程设置是通过使用接线连接到便携式维护设备(比如手持通信器)的临时连接进行的。 
背景技术
电路设置的设置有时发生在可能出现爆炸性、腐蚀性或二者兼而有之的空气的工厂环境中。当移除无线测量变送器封盖以执行电路设置或其他维护操作时，可能将测量电子装置暴露在空气中，导致电子装置的恶化或损坏，或冒着在爆炸性空气中出现电火花的风险。当移除无线变送器封盖以更换主电池时，也存在在爆炸性空气中出现电火花的风险。 
对于一些现有的测量变送器，为了安全地执行维护操作，可能需要额外的步骤，比如将设备与过程断开连接，并将其移到安全的区域。 
实用新型内容
一种在工业过程中用于测量过程变量的测量变送器，包括：外罩部件，所述外罩部件包括主外罩体，所述主外罩体具有由第一封盖封闭的第一空腔和由第二封盖封闭的第二空腔；所述第一空腔中的测量电路部件，包括穿过所述主外罩体延伸到所述第二空腔中的接触器的电源和维护通信导线；过程变量传感器，连接到所述测量电路；以及可更换模块，插入所述第二空腔的接触器中，所述可更换模块包括主电池和维护通信连接器，通过移除所述第二封盖，暴露所述维护通信连接器，以连接到维护设备。 
在根据本实用新型的测量变送器中，所述测量电路部件包括无线天线，以及所述无线天线放射无线通信信号通过所述第一封盖和所述 外罩部件中的至少一个。 
在根据本实用新型的测量变送器中，所述第一封盖包括对于所述无线通信信号透明的塑料树脂。 
在根据本实用新型的测量变送器中，所述无线通信信号包括WirelessHART通信信号。 
在根据本实用新型的测量变送器中，所述主外罩体包括密封，所述密封将所述电源和维护通信导线密封在所述主外罩体的内部通道中。 
在根据本实用新型的测量变送器中，所述可更换模块包括凸起到所述第二空腔之外的夹紧套，使得能够通过移除所述第二封盖来接近所述夹紧套以便拉动，以抽出所述可更换模块。 
在根据本实用新型的测量变送器中，所述第二封盖包括封盖空腔，在安装了所述第二封盖时，所述维护通信连接器和所述夹紧套凸起到所述封盖空腔中。 
根据本实用新型的测量变送器还包括在所述可更换模块和所述第二封盖之间压缩的弹簧。 
在根据本实用新型的测量变送器中，所述可更换模块包括凸起的对准凸块，以及所述第二空腔包括对准槽，所述对准槽与所述对准凸块对准，以控制在将所述可更换模块插入所述第二空腔的接触器中时的对准。 
一种在工业过程中与测量变送器一起使用的可更换模块，其特征在于，包括：模块连接器接触器组，包括适于与无线测量变送器连接的维护通信接触器和供电接触器；模块外壳，包括适于与所述无线测量变送器中的对准槽接合的对准凸块，使得所述模块连接器接触器组与无线测量变送器接触器组对准；维护通信连接器，适于连接到测试钩；主电池，连接到所述供电接触器；以及导线，将所述维护通信连接器连接到所述维护通信接触器。 
在根据本实用新型的可更换模块中，所述模块外壳包括固定所述主电池的内部筋。 
在根据本实用新型的可更换模块中，使用固定所述主电池的灌注 混合物来填充所述模块外壳。 
在根据本实用新型的可更换模块中，作为能够与所述可更换模块的其他部分分离的组件，所述主电池是能够移除且能够更换的。 
在根据本实用新型的可更换模块中，所述主电池包括单个电池单元。 
在根据本实用新型的可更换模块中，所述主电池包括多个电池单元。 
在根据本实用新型的可更换模块中，将所述模块连接器接触器组定位在印刷布线板上。 
附图说明
图1A、1B是无线测量变送器的上部(图1A)和下部(图1B)的分解图。 
图2是图1A、1B的无线测量变送器的一部分的横截面图。 
图3是连接到测量传感器和手持维护设备的无线测量变送器的示意图。 
图4A、4B是示例可更换模块的分解图。 
图5是可更换模块的备选实施例的前视图。 
图6示出了限制器电路。 
具体实施方式
在下述实施例中，公开了一种在工业过程中使用的包括可更换模块的无线测量变送器。可更换模块包括向无线测量变送器供电的主电池，且还包括维护通信连接器。在一个配置中，主电池是不可充电的可抛弃式电池。可更换模块滑入无线测量变送器的主外罩体中的楔式(keyed)空腔。维护通信连接器从空腔中突出，以在维护操作期间与测试钩方便连接。将测量电路部件安装在分离密封的第一空腔中。 
第一空腔可以在进行维护操作和电池更换时保持对周围工业空气的密封。可以通过将第一封盖从第一空腔上移除来执行维护操作，同时不需要将测量电路部件暴露在周围可能受到污染或爆炸性的工业空 气中。 
在一些实施例中，测量电路部件包括无线天线，且无线天线放射无线通信信号通过第一封盖和外罩，第一封盖和外罩由对于无线通信信号透明的材料(比如塑料树脂)形成。在其他实施例中，无线通信信号包括工业通信协议，比如WirelessHART。 
图1A、1B是无线测量变送器100的上部(图1A)和下部(图1B)的分解图。无线测量变送器100包括外罩部件102，外罩部件102包括部分102A、102B、102C。外罩部件102具有主外罩体102B(图1A、1B中都示出了)、第一封盖102A和第二封盖102C。主外罩体102B包括由第一封盖102A封闭的第一空腔104。主外罩体102B包括由第二封盖102C封闭的第二空腔106。封盖102A和102C是通过与主外罩体102B上的配对螺纹进行接合的螺纹来装入的。使用两个封盖102A、102C允许通过移除第二封盖102C进行维护操作(例如，主电池更换、设置调整)，同时不将置于第一空腔104中的电子组件暴露在周围工业环境的污染中，且同时不将第一空腔暴露在空气或周围工业环境中。 
根据一个实施例，第一封盖102A由电绝缘且对于无线通信信号的传输实质上透明的材料(比如塑料树脂)形成。 
无线测量变送器100包括测量电路部件108。将测量电路部件108置于第一空腔104中。测量电路部件108通过螺丝(比如螺丝110)固定到主外罩体102B上。测量电路部件108包括在主外罩体102B中的内部通道114中延伸到第二空腔106的接触器116的电源和维护通信导线112。根据一个实施例，通过螺丝118将接触器116(图1A)固定在第二空腔106中的固定位置(图1B)。根据另一实施例，通过被铸模为主外罩体102B的一部分的柱体(未示出)将接触器116(图1A)固定在第二空腔106中的固定位置，且在该实施例中不需要螺丝118。将柱体融化以使他们变型，从而固定接触器116。根据一个实施例，将内部通道114密封，以提供在打开电池隔层时对环境的屏障。 
无线测量变送器100具有可更换模块120。可更换模块120插入第二空腔106的接触器116中。可更换模块120包括主电池150(图2 所示)。可更换模块120还包括凸起到第二空腔106之外的维护通信连接器122。通过移除第二封盖102C，可以接近维护通信连接器122，用于连接到外部维护设备(图1A、1B中未示出，图3中示出)。根据一个实施例，可更换模块120包括限制器电路152。下面通过图6更详细描述的示例来更详细地描述限制器电路152。 
根据一个实施例，可更换模块120具有夹紧套(gripping ring)124，夹紧套124凸起到第二空腔106之外，使得通过移除第二封盖102C，可以接近夹紧套124，用于握住并拉动，以从接触器116中抽出可更换模块120。根据一个实施例，夹紧套124适于由人的手的相对手指握住。根据另一实施例，第二封盖102C具有空腔123(图2所示)，当将第二封盖102C安装在主外罩体102B上时，维护通信连接器122和夹紧套124凸起到空腔123中。夹紧套124可以具有任何形状，且不受限于附图所示的形状。根据另一实施例，可更换模块120包括环形推动表面125，该环形推动表面125与一个或多个弹簧127(在图2中也被示出为处于压缩状态)接合。当如图2所示，将第二封盖102C拧入主外罩体102B中时，在推动表面125和第二封盖102C之间压缩弹簧127。根据一个实施例，弹簧127是波簧(wave springs)。根据另一实施例，弹簧127是Belleville washer弹簧。夹紧套124凸起以保护维护通信连接器122免受机械损伤。夹紧套124与弹簧127对准以便于安装。弹簧127向模块提供保持互联的管脚和插槽不彼此相对移动的力。将弹簧127制造为提供比由于震动而造成的最大期望加速度下的电源模块的质量所产生的力更大的力。 
根据一个实施例，可更换模块120具有一个或多个凸起的对准凸块126，且第二空腔106具有与对准凸块126接合的一个或多个对准槽128，以在将可更换模块插入第二空腔106的接触器116中时控制对准。 
根据一个实施例，无线测量变送器100具有测量传感器130。测量传感器130通过螺帽134和密封环132连在主外罩体102B上。根据另一实施例，将测量传感器130刚性安装在过程导管(比如管道、阀门或罐)上，且测量传感器130支撑无线测量变送器100的重量， 并作为无线测量变送器100的固定件(mounting)。维护通信连接器122适于连接到测试钩，测试钩连线到可以用于执行维护功能(比如对无线测量变送器100进行测试和编程)的外部维护设备(图1A、1B中未示出)。测量传感器130包括电接触器136，电接触器136电连接到测量电路部件108。根据一个实施例，将电接触器136直接固定到测量电路部件108。根据另一实施例，将电接触器136通过引线电连接到测量电路部件108。在一个实施例中，测量传感器130是声学传感器。在另一实施例中，测量传感器130是压力传感器。 
根据一个实施例，无线测量变送器100用测量传感器130感测工业过程变量，且测量传感器130经由电接触器136向测量电路部件108提供表示工业过程变量的电信号。测量电路部件108包括由可更换模块120中的电子电池单元(cell)或电池(battery)供电的电子测量电路140。测量电路部件108包括向位于远处的控制系统(图1A、1B未示出)提供控制信息的无线通信的天线142。天线142放射信号通过对于无线通信信号透明的第一封盖102A和外罩102B。 
图2是图1A、1B的无线测量变送器的一部分的横截面图。可更换模块120安装在第二空腔106中。第二空腔106由第二封盖102C所封闭。在第二封盖102C和可更换模块120的模块外壳158上的推动表面125之间压缩弹簧127。 
可更换模块120具有插入第二空腔的接触器116中的模块接触器154。可更换模块120包括在为了维护操作而移除第二封盖102C时凸起到第二空腔106的边缘160之外的主电池150和维护通信连接器122。在移除第二封盖102C的情况下，可使用测试钩来接近维护通信连接器122，以连接到维护设备。可以在不从接触器116中抽出可更换模块120的情况下，接近维护通信连接器122以进行电连接。从而在维护操作期间，无线测量变送器100由主电池150供电 
图3是连接到测量传感器130以及手持维护设备160的无线测量变送器100的示意图。无线测量变送器100包括电测量电路140和无线天线142。 
电测量电路140包括转换器电路162。转换器电路162从测量传 感器130接收表示从工业过程164感测到的过程变量的电输出。根据一个实施例，测量传感器130感测温度(除了过程变量之外)，且转换器电路162根据过程变量和温度来诊断过程状态。转换器电路162向维护通信电路172提供表示过程状态的输出。维护通信电路172将过程状态传输给无线天线142。无线天线142将过程数据无线传输给控制或监视工业过程164的工业过程控制系统166。根据一个方面，测量传感器130是声学传感器，且过程状态包括取决于声学级别和温度的组合的蒸汽管道的操作状态，例如：普通蒸汽管道操作、蒸汽管道的塞紧状态(plugged state)、或蒸汽管道中的泄漏状态。 
电测量电路140包括已存储的设置168。已存储的设置168可以是例如：过程变量范围设置、校准数据设置、无线频率设置或控制电测量电路140的操作的其他设置。根据一个实施例，可使用通过无线天线142从工业过程控制系统166接收的命令来远程调整已存储的设置168。根据另一实施例，可使用通过可更换模块120从手持维护设备160接收的命令，来远程调整已存储的设置168。使用测试钩174、176，将维护设备160连接到通信连接器122，且通过可更换模块120中的布线170将通信连接器122连接到电测量电路140中的维护通信电路172。根据一个实施例，使用HART通信协议来传输维护通信。通过布线178来连接可更换模块120中的主电池150，以向电测量电路140供电。 
图4A、4B是示例可更换模块200的分解图。可更换模块200包括插入到第二空腔106(图1A、1B)的接触器116(图1A)中的模块接触器254，以与测量电路部件108(图1A)进行电连接。模块接触器254由密封257环绕。模块接触器254安装在印刷布线板255上。印刷布线板255经由引线251连接到主电池250。印刷布线板255经由引线253连接到维护通信连接器252。可更换模块200包括向测量电路部件108供电的主电池250。根据一个实施例，主电池250具有一个或多个电池单元。可更换模块200包括维护通信连接器252，维护通信连接器252可通过测试钩(图4A、4B中未示出)连接到维护设备(图4A、4B中未示出)。 
可更换模块200包括模块外壳258。模块外壳258包括与对准槽128(图1A、1B)接合的对准凸块256，以控制将接触器254插入接触器116(图1A)的对准。模块外壳258包括夹紧套254，可接近夹紧套254(通过移除图1B中的第二封盖102C)以握住并拉出，以将可更换模块200从接触器116(图1A)中抽出。 
可更换模块200具有连接到模块外壳258的模块帽260。根据一个实施例，用灌注混合物(potting compound)等来填充模块外壳258中的空隙空间，且在使用了灌注混合物之后，用密封环262来覆盖模块帽262。在模块外壳258上贴上标签264，用于识别并指示主电池250的过期日期。在一个实施例中，在帽260周围安装O形环。这形成了在图1B中空腔106的底部的密封。该密封为导线提供了对进入空腔106的水或污染物的防护。 
图5示出了可更换模块500的备选实施例。在可更换模块500中，作为可与可更换模块500的其他部分分离的组件，可以移除并更换主电池502。主电池502包括主电池连接器504。主电池连接器504与模块连接器506配对。模块连接器506包括锁508，并与电缆510连接，该电缆510将主电池502与可更换模块500中的布线连接。可更换模块500具有维护通信连接器512。如图5所示，维护通信连接器512适于连接到测试钩514、516，测试钩514、516连接到手持便携式维护设备(图5中未示出)。 
在上述实施例中，可更换模块120、200、500是本质安全的，且可以在污染的环境中进行更换，且不需要将整个测试变送器从爆炸性环境中移走。将主电池装入保护性外罩158中，在掉落时，保护性外罩158保护主电池150不会破裂，且提供本质安全。可更换模块适合在Division 1和Zone 0区域中使用。可以将可更换模块携带到Class 1或Zone 0区域，而不需要动火许可(hot work permit)。 
可以使用具有10年或更长寿命的电池，且在该长时间段上，主电池接触器可能受到摩擦腐蚀，除非将主电池接触器加以固定以抵抗震动。使用弹簧127减少了在可更换模块120和主外罩体102B之间的震动运动，使得减少摩擦腐蚀，以允许使用10年或更久。可以在不违 反本质安全要求的情况下，在爆炸性工业空气中更换可更换模块。弹簧127向模块提供了保持互联的管脚和插槽不彼此相对移动的力。将弹簧127制造为提供比由于震动而造成的最大期望加速度下的电源模块的质量所产生的力更大的力。 
图6示出了限制器电路520的示例。根据一个实施例，限制器电路520驻留在可更换模块(图2中可更换模块120中的限制器电路152)的电路板上。限制器电路520耦合到多个电池单元540、542，多个电池单元540、542如图6所示电串联。限制器电路520包括耦合到电池540、542的端点(terminations)522、524。优选地，在限制器电路520中的组件和电路板导线之间的间隔符合本质安全间隔要求。如图6所示，限制器电路520包括两个主部分。 
从端点522、524到划分线526的第一部分实质上提供了低压断电(low voltage cutoff)功能。来自管理电路528的输出在电池电压降到大约4伏特的阈值之下时，驱动场效应晶体管(FET)530提供断路。两个电池组(cell battery pack)540、542初始提供大约7.2伏特。因此，当电池组540、542的电压降到阈值之下时，由于FET 530提供的开路，将电池组540、542有效地与现场设备端子544、546断开连接。 
在划分线526和划分线532之间的电路520的第二部分提供了电流限制电路，其帮助保护保险丝534避免经受过量电流。电流限制电路保护保险丝534在高于熔断电流极限(例如，0.25安培)但是低于满足本质安全要求的电流极限的电流时不被烧断。电流限制电路在可更换模块是一次性使用(非可维护、非可再使用)模块时特别有用，因为烧断的保险丝将要求在有用的电池寿命结束之前更换整个可更换模块。限制器电路520在由于串联使用多个电池单元而产生较高电池电压时是特别有用的。 
可更换模块提供了适合在工业环境中使用的鲁棒的、抵抗恶劣影响的组件。可更换模块装配在被封闭的防水空腔中，以避免损害。根据一个实施例，模块外壳可以包括内部筋(rib)等来固定主电池，而不需要使用灌注混合物。根据另一实施例，O形环密封可以用于允许 热膨胀且提供密封。根据另一实施例，封盖可以具有作为锯齿螺纹(buttress thread)的螺纹，以提供出众的蠕变阻力(creep resistance)。 
尽管已结合优选实施例描述了本实用新型，本领域技术人员将认识到在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下可以对形式和细节作出改变。 

Claims (16)

1.一种在工业过程中用于测量过程变量的测量变送器，其特征在于，所述测量变送器包括：
外罩部件，包括主外罩体，所述主外罩体具有由第一封盖封闭的第一空腔和由第二封盖封闭的第二空腔；
测量电路部件，位于所述第一空腔中，所述测量电路部件包括穿过所述主外罩体延伸到所述第二空腔中的接触器的电源和维护通信导线；
过程变量传感器，连接到所述测量电路；以及
可更换模块，插入所述第二空腔的接触器中，所述可更换模块包括主电池和维护通信连接器，通过移除所述第二封盖，暴露所述维护通信连接器，以连接到维护设备。
2.根据权利要求1所述的测量变送器，其中，所述测量电路部件包括无线天线，以及所述无线天线放射无线通信信号通过所述第一封盖和所述外罩部件中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的测量变送器，其中，所述第一封盖包括对于所述无线通信信号透明的塑料树脂。
4.根据权利要求2所述的测量变送器，其中，所述无线通信信号包括WirelessHART通信信号。
5.根据权利要求1所述的测量变送器，其中，所述主外罩体包括密封，所述密封将所述电源和维护通信导线密封在所述主外罩体的内部通道中。
6.根据权利要求1所述的测量变送器，其中，所述可更换模块包括凸起到所述第二空腔之外的夹紧套，使得能够通过移除所述第二封盖来接近所述夹紧套以便拉动，以抽出所述可更换模块。
7.根据权利要求6所述的测量变送器，其中，所述第二封盖包括封盖空腔，在安装了所述第二封盖时，所述维护通信连接器和所述夹紧套凸起到所述封盖空腔中。
8.根据权利要求1所述的测量变送器，还包括在所述可更换模块和所述第二封盖之间压缩的弹簧。
9.根据权利要求1所述的测量变送器，其中，所述可更换模块包括凸起的对准凸块，以及所述第二空腔包括对准槽，所述对准槽与所述对准凸块对准，以控制在将所述可更换模块插入所述第二空腔的接触器中时的对准。
10.一种在工业过程中与测量变送器一起使用的可更换模块，其特征在于，包括：
模块连接器接触器组，包括适于与无线测量变送器连接的维护通信接触器和供电接触器；
模块外壳，包括适于与所述无线测量变送器中的对准槽接合的对准凸块，使得所述模块连接器接触器组与无线测量变送器接触器组对准；
维护通信连接器，适于连接到测试钩；
主电池，连接到所述供电接触器；以及
导线，将所述维护通信连接器连接到所述维护通信接触器。
11.根据权利要求10所述的可更换模块，其中，所述模块外壳包括固定所述主电池的内部筋。
12.根据权利要求10所述的可更换模块，其中，使用固定所述主电池的灌注混合物来填充所述模块外壳。
13.根据权利要求10所述的可更换模块，其中，作为能够与所述可更换模块的其他部分分离的组件，所述主电池是能够移除且能够更换的。
14.根据权利要求10所述的可更换模块，其中，所述主电池包括单个电池单元。
15.根据权利要求10所述的可更换模块，其中，所述主电池包括多个电池单元。
16.根据权利要求10所述的可更换模块，其中，将所述模块连接器接触器组定位在印刷布线板上。
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