CN209372095U - 工业过程变送器和压力变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开工业过程变送器和压力变送器。所述工业过程变送器包括壳体、传感器电路、变送器电路和辐射屏蔽件。传感器电路容纳在壳体中，并且被配置为感测过程参数并生成指示所感测的过程参数的传感器输出。变送器电路容纳在壳体中，并配置成将感测的过程参数传送到外部单元。辐射屏蔽件基本围绕壳体的容纳传感器电路的一部分，并且屏蔽传感器电路以免受伽马辐射的影响。

Description

工业过程变送器和压力变送器

技术领域

本公开的实施例涉及用于工业过程变送器的辐射屏蔽件。

背景技术

在工业环境中，控制系统用于监视和控制工业和化学过程的库存等。通常，控制系统使用分布在工业过程中的关键位置处的工业过程变送器来执行这些功能。这些变送器包括过程测量变送器，其被配置为使用一个或多个传感器感测过程的参数，例如压力、温度、液位、流量和其它的过程参数。

工业过程变送器可能需要承受恶劣的环境条件。核设施可在具有低水平背景辐射的区域中使用工业过程变送器。如果没有适当的保护，传感器及其电路暴露于这种辐射会导致过程参数测量误差和变送器过早失效。

实用新型内容

本公开的实施例涉及一种用于工业过程变送器的辐射屏蔽件，更具体地，涉及包括该辐射屏蔽件的工业过程变送器。工业过程变送器的一个实施例包括壳体、传感器电路、变送器电路和辐射屏蔽件。传感器电路容纳在壳体中，并且被配置为感测过程参数并生成指示所感测的过程参数的传感器输出。变送器电路容纳在壳体中，并配置成将感测到的过程参数传送到外部单元。辐射屏蔽件基本围绕壳体的容纳传感器电路的一部分，并且屏蔽传感器电路以免受伽马辐射的影响。在一些实施例中，变送器是压力变送器，传感器电路包括配置成感测过程的压力的压力传感器。

另一个实施例涉及一种压力变送器，其包括壳体、传感器电路、变送器电路和辐射屏蔽件。壳体包括传感器壳体和附接到传感器壳体的变送器壳体。在一个实施例中，传感器壳体的第一端包括带螺纹的颈部，该颈部被接纳在变送器壳体的带螺纹的承接部中。传感器电路包括配置成感测过程的压力的压力传感器。变送器电路容纳在变送器壳体中，并配置成将感测到的压力传送到外部单元。辐射屏蔽件基本围绕传感器壳体，并且屏蔽传感器电路以免受伽马辐射的影响。

提供本实用新型内容是为了以简化的形式介绍一些构思，这些构思将在下面的具体实施方式中进一步描述。本实用新型内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中提到的任何或所有缺点的实施方式。

附图说明

图1是根据现有技术的示例性工业过程测量系统的简化图。

图2和图3分别是根据本公开的实施例的示例性工业过程变送器的简化侧视图和分解图。

图4是根据本公开的实施例的示例性过程变送器的等距视图。

图5是根据本公开的实施例的图4的过程变送器的大致沿线5-5截取的侧剖视图。

图6和图7分别是根据本公开的实施例的示例性过程变送器的等距视图和局部剖视图。

图8是根据本公开的实施例的示例性过程变送器的等距视图。

图9是根据本公开的实施例的图8的过程变送器的大致沿线9-9截取的侧剖视图。

图10和图11分别是根据本公开的实施例的示例性辐射屏蔽件的顶部和底部等距视图。

图12是根据本公开的实施例的示例性工业过程变送器的简化图。

图13是根据本公开的实施例的示例性工业过程变送器的等距视图。

图14是根据本公开的实施例的工业过程变送器的电路的简化框图。

具体实施方式

在下文中参考附图更充分地描述本公开的实施例。使用相同或相似的参考字符标识的元素指的是相同或相似的元件。然而，本公开的各种实施例可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文提出的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开彻底和完整，并且将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。

图1是根据现有技术的示例性工业过程测量系统100的简化图。系统100用于处理材料，以将材料从较低价值的状态转换成更有价值和有用的产品，例如石油、化学品、纸张、食品等。例如，炼油厂执行可以将原油加工成汽油、燃料油和其它石化产品的工作过程。

系统100可以包括工业过程变送器102和过程接口104，过程接口104将变送器102联接到包含在过程容器106中的过程材料。过程容器106可以是管道(图1)、罐或其它过程容器。接口104可包括：歧管108，其用于控制变送器102和过程容器106之间的流体通路；过程连接件110，其直接联接到过程容器106；和/或其它传统的过程接口部件。

变送器102包括壳体112，壳体112容纳传感器电路114和变送器电路116，如图2和图3所示，图2和图3分别是根据本公开的实施例的示例性工业过程变送器102的简化侧视图和分解视图。传感器电路114被配置为使用合适的过程参数传感器来测量容器106中包含的过程材料118的参数。示例性过程参数传感器包括：用于测量过程材料118的绝对压力的绝对压力传感器；用于测量过程材料118内的压差的差压传感器；用于测量过程材料118的温度的温度传感器；用于测量过程材料118(例如，诸如在罐内)的液位的液位传感器；用于测量过程材料118的流量的流量传感器；以及可以适用于测量工业过程的参数的其它传感器。

变送器电路116可以被配置为对传感器电路114供电，将由传感器电路114感测或测量的过程参数传送到外部控制或监视单元120(图1)，并执行其它传统的变送器功能。单元120可以远程地位于控制室121中。变送器电路116可以通过合适的物理通信链路(例如双线控制回路122(图1))或者无线通信链路促进与单元120的数据通信。

可以根据传统的模拟和/或数字通信协议，在控制回路122上执行单元120和变送器102之间的通信。在一些实施例中，控制回路122包括4-20毫安控制回路，在该控制回路上，过程参数信息可以根据传统的模拟通信协议通过流过控制回路122的回路电流I的电平表示。变送器102还可以由电流I供电。示例性数字通信协议包括将数字信号调制到双线控制回路122的模拟电流电平上，例如根据通信标准。也可以采用其它纯数字技术，包括FieldBus和Profibus通信协议。

变送器电路116还可以被配置为使用传统的无线通信协议与单元120无线通信。例如，变送器102可以被配置为实现无线网状网络协议，例如(IEC 62591)或ISA 100.11a(IEC 62734)，或其它无线通信协议，例如WiFi、LoRa、Sigfox、BLE。

传感器电路114可以包括易受伽马辐射照射影响的电子器件。通常，传感器电路114可能因伽马辐射照射而随着时间推移劣化，导致不准确的过程参数测量。例如，由于传感器电路114暴露于伽马辐射，因此由传感器电路114执行的过程参数测量会随时间漂移。

本公开的实施例涉及辐射屏蔽件130，其基本围绕壳体112的一部分并且被配置为屏蔽传感器电路114以免受伽马辐射影响。图4至9是根据本公开的实施例的示例性工业过程变送器102与示例性辐射屏蔽件130的组合的等距视图和剖视图。

在一些实施例中，辐射屏蔽件130包括用于阻挡伽马辐射的一种或多种辐射屏蔽材料，例如铋和/或钨。辐射屏蔽材料可以采用填充有铋和/或钨的聚合物的形式。因此，辐射屏蔽件130操作以在变送器102会暴露于伽马辐射的环境中延长传感器电路114和变送器102的可靠寿命。

在一些实施例中，壳体112包括容纳传感器电路114的传感器壳体112A，以及容纳变送器电路116的变送器壳体112B。传感器壳体112A和变送器壳体112B使用任何合适的技术联接在一起。在一个实施例中，传感器壳体112A包括沿着变送器102的中心轴线134彼此移置的相对端部131和133。例如，端部133可包括基部137，以用于安装到过程接口106的部件。端部131可包括颈部132，颈部132沿着中心轴线134延伸并被接收在变送器壳体112B的承接部136(图3)内。颈部132和承接部136可各自带螺纹，以允许壳体112A和112B拧在一起。用于电力和数据通信的布线(未示出)可以通过颈部132在传感器电路114和变送器电路116之间延伸。

在一些实施例中，辐射屏蔽件130聚焦于为传感器壳体112A和封装的电路114提供屏蔽，并且基本不延伸到变送器壳体112B之上。这减小了辐射屏蔽件130的尺寸和重量，并降低了其成本。在一些实施例中，辐射屏蔽件130可以延伸到变送器壳体112B的邻近传感器壳体112A的一部分(例如变送器壳体112B的包含承接部136的一部分)之上，如图2所示。

壳体112通常由钢形成，并提供对伽马辐射的一些衰减。因此，由于壳体112和过程接口104的厚度，壳体112沿着中心轴线134提供相对高程度的伽马辐射屏蔽。因此，变送器102最容易受到沿着倾斜或垂直于中心轴线134的轴线行进的伽马辐射的影响。

在一些实施例中，辐射屏蔽件130包括一个或多个侧壁138，侧壁138沿着中心轴线134延伸并且被构造为屏蔽传感器电路114以免受在倾斜或垂直于中心轴线134的方向上行进的伽马辐射的影响。侧壁138的数量取决于在垂直于中心轴线134的平面中截取的屏蔽件130的横截面形状。例如，当横截面形状是圆柱形时，屏蔽件可包括单个圆柱形侧壁138，如图4至9所示。然而，辐射屏蔽件130的横截面形状可以采用其它形式，例如多边形，从而产生多个侧壁138。

在一些实施例中，辐射屏蔽件130的内腔141的内表面140基本顺应传感器壳体的外表面，如图3至9中大致所示。图10和图11是图8和图9的示例性辐射屏蔽件的顶部和底部等距视图。如图11所示，辐射屏蔽件130的内表面140可以成形为遵循图8和图9的传感器壳体112A的外表面142的轮廓，其减小了辐射屏蔽件130和传感器壳体112A之间的间隙。辐射屏蔽件130的内表面140的顺应形状导致在变送器102的振动期间在屏蔽件130和传感器壳体112A之间的相对移动减小，这可以导致噪声的降低并减少屏蔽件130和传感器壳体112A的损坏。

辐射屏蔽件130的顺应形状还简化了辐射屏蔽件130在变送器102上的安装。例如，辐射屏蔽件130的重量可以用于将辐射屏蔽件固定到传感器壳体112A，而不需要其它紧固件。

当变送器壳体112B与传感器分离时，辐射屏蔽件130可以安装在传感器壳体112A之上。辐射屏蔽件130的在端部146处通往内腔141的开口144(图11)布置在传感器壳体112A之上。当腔141的内表面140顺应传感器壳体112A时，可能需要相对于传感器壳体112A调节屏蔽件130绕中心轴线134的角度取向，以使屏蔽件130的内腔141完全接纳传感器壳体112A。在一些实施例中，屏蔽件130包括位于端部150处的开口148，传感器壳体112A的颈部132延伸穿过开口148。然后，通过将颈部132接纳在承接部136中，可以将变送器壳体112B附接到传感器壳体112A。

在一些实施例中，辐射屏蔽件130仅覆盖传感器壳体112A的上部分，例如从端部131处的颈部132的基部到不包括端部133的位置，如图2、图4和图5所示。因此，传感器壳体112A的端部133延伸穿过辐射屏蔽件130的开口144。在其它实施例中，辐射屏蔽件130延伸到传感器壳体112A的基部137之上，例如图2中的虚线指示的，并且如图8和图9中所示。因此，辐射屏蔽件130可以沿着中心轴线134延伸到端部133并围绕基部137。

在一些实施例中，辐射屏蔽件130包括槽154，槽154大体沿着中心轴线134延伸并由相对的面156和158限定，如图10和图11所示。在一些实施例中，槽154允许辐射屏蔽件130在不移除变送器壳体112B的情况下安装到完全组装的变送器102上。例如，辐射屏蔽件130可以弯曲以扩展槽154或扩展面156、158之间的间隙，并使辐射屏蔽件130围绕完全组装的变送器102的传感器壳体112A滑动。管夹或其它合适的紧固件可以用于将辐射屏蔽件130固定到变送器102上。因此，槽154允许以最小的努力安装辐射屏蔽件130。槽154还可以减小屏蔽件130的热膨胀和收缩期间可能在辐射屏蔽件130中产生的应力。作为替代，辐射屏蔽件130可以形成为两个零件，并围绕传感器壳体112A组装。

将参考图12和图13描述辐射屏蔽件130的另外的实施例，图12和图13分别是根据本公开的实施例的具有辐射屏蔽件130的示例性工业过程变送器102的简化图和等距视图。根据该实施例，辐射屏蔽件130附接到传感器壳体112的基部137所附的过程接口104。在一个示例中，基部137联接到过程接口104的凸缘160，辐射屏蔽件130例如通过螺栓162附接到凸缘160。在一些实施例中，辐射屏蔽件130不直接联接到变送器102的壳体112。

在一些实施例中，辐射屏蔽件130的内腔141不顺应传感器壳体112A，如图12所示。这允许屏蔽件130与各种变送器102和传感器壳体112A一起使用。

辐射屏蔽件130的厚度、特别是一个或多个侧壁138的厚度，以及相应的屏蔽件材料可以选取为提供所需水平的辐射屏蔽。例如，当辐射屏蔽件130由钨形成并且具有1英寸的厚度时，屏蔽件130可以提供高达62％的伽马辐射衰减。这种屏蔽可以将变送器102的寿命延长两倍于没有辐射屏蔽件130的变送器102的寿命。较厚的屏蔽件130可以产生更大的伽马辐射衰减，但是需要权衡增加的重量和成本。

由于希望保护传感器电路114以免受倾斜于中心轴线134行进的伽马辐射，所以一个或多个侧壁138的厚度可以大于垂直于中心轴线134延伸的屏蔽件的壁的厚度。例如，辐射屏蔽件130可以包括颈部166，颈部166大致垂直于中心轴线134延伸并且具有比一个或多个侧壁138的厚度小的厚度，如图2和图12所示。相对于其中所有壁具有相同或相似的厚度的屏蔽件130的形式，使用垂直于中心轴线134延伸的较薄壁减小了辐射屏蔽件130的重量和成本。

图14是根据本公开的实施例的工业过程变送器电路的简化框图。如上所述，变送器包括：传感器电路114，其用于测量或感测过程的参数(例如，压力，温度，流量等)；和变送器电路116，其可以为传感器电路114供电并将传感器电路114感测到的过程参数传送到外部单元120(图1)，例如。

传感器电路114包括：过程参数传感器170，例如压力传感器(即，绝对压力传感器或差压传感器)；温度传感器；液位传感器；流量传感器；或用于测量过程参数的其它传感器。传感器电路114还可以包括测量电路172，其处理来自传感器170的指示所感测的过程参数的传感器输出174。例如，测量电路172可以将传感器输出174转换成变送器电路116期望的形式。

变送器电路116可以包括控制器176、存储器178、数模转换器(DAC)180和通信电路182。控制器176可以表示一个或多个处理器(即，微处理器，中央处理单元等)，其控制变送器102的部件以响应于指令的执行来执行本文描述的一个或多个功能，所述指令可以本地存储在非暂时性计算机可读介质或存储器178中。在一些实施例中，控制器176的处理器是一个或多个基于计算机的系统的部件。控制器176可包括一个或多个控制电路、基于微处理器的引擎控制系统、一个或多个可编程硬件部件，例如现场可编程门阵列(FPGA)，它们用于控制变送器102的部件以执行本文描述的一个或多个更多功能。控制器176还可以表示其它的传统工业过程变送器电路。

控制器176可以使用DAC180以将来自测量电路172的数字信号184转换为使用通信电路182传送到单元120的模拟信号，例如通过调节回路电流I以指示由传感器170感测的过程参数的值而通过双线过程控制回路122传送，例如。控制器176还可以使用传统技术通过通信电路182从单元120接收通信。

尽管已经参考优选实施例描述了本公开的实施例，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。

Claims (21)

1.一种工业过程变送器，其特征在于，所述工业过程变送器包括：

壳体；

传感器电路，所述传感器电路被容纳在所述壳体中，并且被配置为感测过程参数并产生指示所感测的过程参数的传感器输出；

变送器电路，所述变送器电路被容纳在所述壳体中，并且被配置为将所感测的过程参数传送到外部单元；和

辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件基本围绕所述壳体的容纳所述传感器电路的一部分，所述辐射屏蔽件被配置为屏蔽所述传感器电路以免受伽马辐射的影响。

2.根据权利要求1所述的工业过程变送器，其特征在于，所述辐射屏蔽件包括铋或钨。

3.根据权利要求1所述的工业过程变送器，其特征在于，所述辐射屏蔽件具有与所述壳体的所述一部分的外表面顺应的内壁表面。

4.根据权利要求1所述的工业过程变送器，其特征在于，所述壳体包括容纳所述传感器电路的传感器壳体和容纳所述变送器电路的变送器壳体，所述变送器壳体从所述传感器壳体沿着中心轴线移置。

5.根据权利要求4所述的工业过程变送器，其特征在于，所述辐射屏蔽件包括沿着所述中心轴线延伸并围绕所述传感器壳体的至少一个侧壁，所述辐射屏蔽件被配置为屏蔽所述传感器电路以免受在与所述中心轴线倾斜的方向上行进的伽马辐射的影响。

6.根据权利要求5所述的工业过程变送器，其特征在于，所述辐射屏蔽件包括沿着所述中心轴线延伸的槽和在所述槽的相对侧上的端面。

7.根据权利要求4所述的工业过程变送器，其特征在于，

所述传感器壳体的第一端包括沿着所述中心轴线延伸的颈部；并且

所述辐射屏蔽件包括第一开口，所述颈部延伸穿过所述第一开口。

8.根据权利要求7所述的工业过程变送器，其特征在于，

所述传感器壳体的所述颈部包括带螺纹的外表面；并且

所述变送器壳体包括带螺纹的承接部，所述承接部接收所述颈部的所述带螺纹的外表面。

9.根据权利要求7所述的工业过程变送器，其特征在于，

所述传感器壳体包括第二端，所述第二端从所述第一端沿着所述中心轴线移置；并且

所述辐射屏蔽件包括第二开口，所述第二端延伸穿过所述第二开口。

10.根据权利要求7所述的工业过程变送器，其特征在于，

所述传感器壳体包括第二端，所述第二端从所述第一端沿着所述中心轴线移置；并且

所述辐射屏蔽件沿着所述中心轴线延伸到所述第二端。

11.根据权利要求7所述的工业过程变送器，其特征在于，

所述工业过程变送器包括凸缘，所述凸缘附接到所述传感器壳体的从所述第一端沿着所述中心轴线移置的第二端；并且

所述辐射屏蔽件附接到所述凸缘。

12.根据权利要求7所述的工业过程变送器，其特征在于，所述传感器电路被配置为感测从包括压力、温度、流量和液位的组中选择的过程参数。

13.根据权利要求7所述的工业过程变送器，其特征在于，所述传感器电路包括压力传感器。

14.根据权利要求13所述的工业过程变送器，其特征在于，所述传感器电路包括测量电路，所述测量电路被配置为接收来自所述压力传感器的输出信号，并产生指示由所述压力传感器感测到的压力的压力输出。

15.根据权利要求1所述的工业过程变送器，其特征在于，所述辐射屏蔽件包括围绕所述壳体的所述一部分组装的两个零件。

16.一种压力变送器，其特征在于，所述压力变送器包括：

壳体，所述壳体包括传感器壳体和附接到所述传感器壳体的变送器壳体，所述传感器壳体的第一端包括带螺纹的颈部，所述颈部被接纳在所述变送器壳体的带螺纹的承接部中；

传感器电路，所述传感器电路被容纳在所述传感器壳体中，并包括被配置为感测过程的压力的压力传感器；

变送器电路，所述变送器电路被容纳在所述变送器壳体中，并配置成将感测到的压力传送到外部单元；和

辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件基本围绕所述传感器壳体，并且被构造为屏蔽所述传感器电路以免受伽马辐射的影响。

17.根据权利要求16所述的压力变送器，其特征在于，

所述传感器壳体从所述变送器壳体沿着中心轴线移置；并且

所述辐射屏蔽件包括沿着所述中心轴线并围绕所述中心轴线延伸的至少一个侧壁，所述辐射屏蔽件被配置为屏蔽所述传感器电路以免受在与所述中心轴线倾斜的方向上行进的伽马辐射的影响。

18.根据权利要求16所述的压力变送器，其特征在于，所述辐射屏蔽件包括铋或钨。

19.根据权利要求16所述的压力变送器，其特征在于，所述辐射屏蔽件具有与所述传感器壳体的外表面基本顺应的内表面。

20.根据权利要求16所述的压力变送器，其特征在于，

所述传感器壳体包括第一端和第二端，所述第二端从所述第一端沿着所述中心轴线移置；并且

所述辐射屏蔽件包括第二开口，所述第二端延伸穿过所述第二开口。

21.根据权利要求16所述的压力变送器，其特征在于，

所述传感器壳体包括第一端和第二端，所述第二端从所述第一端沿着所述中心轴线移置；并且

所述辐射屏蔽件沿着所述中心轴线延伸到所述第二端。