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TECHNISCHER HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Druckgeber des Typs, die zur Druckmessung eines
Prozeßfluids
verwendet werden. Genauer gesagt, die Erfindung betrifft eine Kupplung,
die zum Anschluß des
Druckgebers an ein Prozeßfluid
benutzt wird.
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Geber
werden zur Überwachung
des Zustands industrieller Prozesse durch Messung von Prozeßvariablen
wie z. B. Druck, Temperatur und Durchfluß verwendet. Druckgeber messen
den Druck eines Prozeßfluids
(Gas oder Flüssigkeit)
und übertragen
Daten, die sich auf den gemessenen Druck beziehen, über einen
Prozeßregelkreis
zu einem Fernsteuerungsraum.
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Es
gibt zwei allgemeine Typen von Druckgebern. Differenzdruckgeber
messen die Druckdifferenz zwischen zwei Prozeßdrücken und benötigen zwei
Anschlüsse
an das Prozeßfluid
(siehe z. B. US-A-4 993 754). Der zweite Druckgebertyp mißt einen
absoluten (auf Vakuum bezogenen) Druck oder einen Überdruck
(bezogen auf Umgebungsdruck) des Prozeßfluids und benötigt eine
einzelne Verbindung zum Prozeßfluid
(siehe z. B. US-A-5
731 522 und EP-A-0 701 113).
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Bestimmte
Absolutdruck- oder Überdruckgeber
weisen eine Inline- bzw. Reihenkonfiguration auf, in der ein einzelner
Druckgeber, eine Trennmembran und eine Prozeßkupplung Inline- bzw. in Reihe geschaltet
sind. Herkömmlicherweise
werden Inline Überdruck-
und Absolutdruckgeber mit Hilfe einer Gewindekupplung mit dem Prozeßfluid verbunden. Die
Gewindekupplung des Gebers wird auf ein Gewinderohr mit standardisierter
Konfiguration aufgeschraubt. Das Rohr ist mit dem Prozeß verbunden, beispielsweise
mit einer Prozeßrohrleitung.
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Die
zum Ankoppeln von Absolut- oder Überdruckgebern
an Prozeßausrüstung verwendeten
Gewindeanschlüsse
können
eine Quelle von Prozeßlecks
sein.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Inline Druckgeber zum Erfassen eines Prozeß-Absolutdrucks oder -Überdrucks eines Prozeßfluids
wird unter Verwendung eines gewindelosen Anschlusses an einen Prozeß angeschlossen.
Der Geber umfasst einen Drucksensor, der den Prozeßdruck erfaßt, und
eine Geberschaltung, die ein Ausgangssignal liefert, das in Beziehung
zu dem erfaßten
Prozeßdruck
steht. Eine einzelne Trennmembran trennt das Prozeßfluid von
dem Drucksensor. Ein Gebergehäuse
umfasst den Drucksensor, die Geberschaltung und die Trennmembranbaugruppe.
Eine Inline Prozeßkupplung
ist an das Gehäuse
angeschweißt,
das ein Montageelement mit einer im wesentlichen ebenen Montagfläche, einer
im allgemeinen auf die Trennmembranbaugruppe ausgerichteten Bohrung
und mindestens zwei durchgehenden Schraubenlöchern aufweist, die sich im
allgemeinen parallel zu der Bohrung erstrecken. Die Montagefläche des
Montagelements weist rund um die Bohrung eine Aussparung auf, um
eine Dichtung zum Abdichten gegen einen Rohrverteiler aufzunehmen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1A zeigt
eine Seitenansicht eines Druckgebers mit einer erfindungsgemäßen, Inlineprozeßkupplung.
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1B zeigt
eine Seitenansicht des um 90° gedrehten
Druckgebers von 1A.
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2 zeigt
eine Unteransicht eines Montageelements des Druckgebers.
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3 zeigt
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Druckgebers
und eines mit Ventil versehenen Verteilers.
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4A zeigt
eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Inlinekupplung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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4B zeigt
eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Inlineprozeßkupplung,
in der eine Bohrung der Kupplung ein Innengewinde aufweist.
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4C zeigt
eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Inlineprozeßkupplung
mit Gewindeschraublöchern.
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5 zeigt
eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht, die ein Entlüftungsventil
darstellt.
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6 zeigt
eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht, die ein Absperrventil
darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1A zeigt
eines Seitenansicht eines Inline-Druckgebers 10,
der ein Gebergehäuse 12 aufweist,
das mit einer Inline- bzw. Reihenprozeßkupplung 14 verbunden
ist. Die Inlineprozeßkupplung 14 weist
ein Montageelement 16 mit einer Montagefläche 18 auf,
die so gestaltet ist, daß sie
eine Prozeßkupplung
(in 1A nicht dargestellt) abdichtet und dadurch den
Druckgeber 10 mit einem Prozeßfluid verbindet.
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Das
Montageelement 16 weist eine Bohrung 20 auf, die
sich von der Montagefläche 18 zu
einer Trennmembranbaugruppe 30 erstreckt und Prozeßfluid von
der Montagefläche 18 zur
Trennmembranbaugruppe 30 befördert. (Siehe die gestrichelten
Linien in 1A). Die Trennmembranbaugruppe 30 weist
eine Trennmembran auf, die das Prozeßfluid von dem in einer Trennkapillare 32 beförderten Trennfluid
trennt. Die Trennkapillare 32 ist mit einem Drucksensor 34 verbunden.
Der Sensor 34 ist so konfiguriert, daß er einen Absolutdruck (bezogen
auf Vakuum) oder einen Überdruck
(bezogen auf Atmosphärendruck)
mißt und
ein elektrisches Ausgangssignal 36 zur Geberschaltung 38 liefert.
Vorzugsweise ist die Geberschaltung 38 so konfiguriert,
daß sie
ein Ausgangssignal, beispielsweise auf dem Zweidraht-Prozeßregelkreis 40,
liefert, das den erfaßten Druck
anzeigt. Der Prozeßregelkreis 40 kann
bekannten Standards entsprechen, wie z. B. HART, Fieldbus usw. In
einer Ausführungsform
ist das Gebergehäuse 12 mit
Endkappen 42 verschlossen.
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Die
Inlineprozeßkupplung 14 ist,
beispielsweise mit einem Verbindungsstück 50, fest mit einem Gebergehäuse 12 verbunden.
In einer Ausführungsform
weist das Verbindungsstück 50 eine
Schweißverbindung
auf.
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1B zeigt
eine Seitenansicht des Druckgebers 10, der bezüglich der
in 1A dargestellten Orientierung um 90° um seine
Achse gedreht ist. 2 zeigt eine Unteransicht des
Montageelements 16 und zeigt vier Schraubenlöcher 60,
die in gleichen Abständen
von der Bohrung 20 angeordnet sind und sich im allgemeinen
parallel zu der Bohrung 20 erstrecken. Nach einem Aspekt
weist das Montageelement 16 mindestens zwei Schraubenlöcher in
gleichem Abstand von und auf gegenüberliegenden Seiten der Bohrung 20 auf.
In einer bestimmten Konfiguration sind je zwei gegenüberliegende
Schraubenlöcher 60 in
einem Abstand von 4,13 × 10–2 m
(1,626 Zoll) voneinander angeordnet und haben einen Durchmesser
von 1,11 × 10–2 m
(7/16 Zoll) und 7,9 Gewindegänge
pro cm (20 Gewindegänge
pro Zoll). Die Schraubenlöcher 60 können mit
Gewinde versehen sein, so daß sie
keinen Gegenbolzen erfordern, oder gewindelos sein. In dieser Ausführungsform
hat die Bohrung 20 einen Durchmesser von 9,53 mm (0,375
Zoll) und ist von einer Aussparung 70 mit einem Durchmesser
von 1,86 cm (0,734 Zoll) umgeben. Die Aussparung 70 ist
so konfiguriert, daß sie eine
Dichtung mit einer Fläche 106 (in 2 nicht dargestellt)
aufnimmt.
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Das
Montageelement 16 hat vorzugsweise eine ausreichende Dicke,
um erheblichen Prozeßdrücken zu
widerstehen und das Gewicht des Gebers 10 zu tragen. Entsprechend
sind die Inlineprozeßkupplung 14 und
ihr Verbindungsstück 50 zum
Gebergehäuse 12 vorzugsweise
von ausreichender Stärke,
um das Gewicht des Gebers 10 zu tragen.
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3 zeigt
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Druckgebers 10 und
eines Ventilrohrverteilers 100. Der Ventilrohrverteiler 100 weist
ein Einlaßelement 102 auf,
das so konfiguriert ist, daß es
mit einem Prozeßgefäß, wie z.
B. einer Prozeßrohrleitung,
verbunden ist. Der Rohrverteiler 100 ist eine normale Rohrverteilerkupplung,
die beispielsweise zum Anschluß an
einen koplanaren (TM) Differenzdrucksensor benutzt wird. Ein Bohrung 103 erstreckt
sich durch den Rohrverteiler 100 und durch das Einlaßelement 102 zu
einem Auslaßelement 104.
Das Auslaßelement 104 weist
eine Auslaßfläche 106 auf,
die so gestaltet ist, daß sie
mit der Montagefläche 18 des
Montageelements 16 zusammenpaßt. Durch die Auslaßfläche 106 gehen
Schraubenlöcher 108 hindurch
und sind für
die Aufnahme von Schrauben 110 gestaltet. Die Schraubenlöcher 108 sind
so konfiguriert, daß sie
auf gegenüberliegende Schraubenlöcherpaare 60 im
Montageelement 16 ausgerichtet sind. In der in 3 dargestellten
Ausführungsform
sind die Schrauben 110 mit Gewinde versehen und so gestaltet,
daß sie
in die Schraubenlöcher 60 eingeschraubt
werden.
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In
einer in 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform
kann der Geber 10 um 90° gedreht werden,
so daß das
zweite Paar einander gegenüberliegender
Schraubenlöcher 60 auf
die Schraubenlöcher 108 ausgerichtet
wird. Die Auslaßfläche 106 weist
eine ringförmige
Aussparung 116 auf, die sich um die Bohrung 103 herum
erstreckt und so konfiguriert ist, daß sie auf die in 2 dargestellte
Aussparung 70 der Montagefläche 18 ausgerichtet
ist. Die Dichtung 72 ist so gestaltet, daß sie in
eine Aussparung 116 paßt,
um dadurch eine Dichtung um die Bohrung 103 und die Bohrung 20 herum
zu bilden.
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Der
Ventilrohrverteiler 100 weist ein Absperrventil 120 auf,
das mit dem Ventilgriff 122 verbunden ist, der so konfiguriert
ist, daß er
die Bohrung 103 selektiv sperrt und dadurch das Prozeßfluid absperrt. Wenn
das Prozeßfluid
abgesperrt ist, kann der Druckgeber 10 aus dem Ventilrohrverteiler 100 entfernt
werden. Wie weiter unten diskutiert, können in der Inlinekupplung 14 Absperr-
oder Entlüftungsventile
vorgesehen werden.
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4A zeigt
eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht der Inlinekupplung 14. 4A veranschaulicht
deutlicher die Lage der Trennmembran 30 und der Kapillare 32. 4B zeigt
eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer Inlinekupplung 150 gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
In der Ausführungsform
von 4B weist die Bohrung 20 ein Gewinde 152 auf,
so daß sie
wahlweise mit einer Gewindekupplung nach dem Stand der Technik verbunden werden
kann. 4C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Inlinekupplung 160, in der das Montageelement 162 dicker
als das Montageelement 16 ist. Schraubenlöcher 164 sind
mit Gewinde versehen und so konfiguriert, daß Schrauben eingeschraubt werden
können.
Die Schraubenlöcher 164 gehen
nicht ganz durch das Element 152 hindurch.
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5 zeigt
eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Inlinekupplung 180 gemäß einer weiteren
Ausführungsform,
die ein Ablaß-
oder Entlüftungsventil 182 aufweist,
das sich in die Bohrung 20 erstreckt. Das Ablaßventil 182 dient
zum Ableiten von Prozeßfluid,
beispielsweise um Luft aus der Prozeßkupplung auszuspülen.
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6 zeigt
eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Inlineprozeßkupplung 190 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel.
In 6 weist die Kupplung 190 ein Absperrventil 192 auf, das
so konfiguriert ist, daß es
die Bohrung 20 selektiv absperrt. Dadurch wird verhindert,
daß Druck
an die Membran 30 angelegt wird. Zu beachten ist, daß die Ventile 182 und 192 beide
in der gleichen Inlineprozeßkupplung
eingesetzt werden können,
so daß die Inlineprozeßkupplung
sowohl ein Absperrventil als auch ein Ablaßventil aufweist.