JP2003532865A - 圧力送信機内の熱処理装置 - Google Patents

圧力送信機内の熱処理装置

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Abstract

(57)【要約】 圧力送信機内の熱処理装置を提供する。 【解決手段】圧力送信機（20,21,60,150,190,200,201）は、熱抵抗（66）を提供する外壁（64,154）を有する送信機ハウジング（22,62,152）を有する。外壁 （64,154）は、第１の端部（70）の等温アイランド（68,156）から、第２の端部（74）のヒートシンクアイランド（72,159）に延びる。等温アイランド（68,156）は、流体インレット（38,76,158,202）、圧力 および温度のセンサ（34,78,164；42,80,166）を含む。ヒートシンクアイランド（72,159）は、電気コネクタの外部シェル（104,170）に熱を吸い込ませる一次熱負荷装置（40,41,110,174）を含む。コネクタ（102,168）、接点（24,26,108,172）は、送信機によって制御される電流、一次熱負荷装置（40,41,110,174）によって伝導される電流の一部分を伝達する。回路基板（120,176）は、圧力を表すために電流を制御する。高精度、温度補償された電流出力が圧力を表す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 本発明は、産業流体処理施設内の流体圧力を測定するために用いられる圧力送
信機に関する。特に、本発明は、前述のような圧力送信機の熱処理装置に関する
。
【０００２】 圧力送信機は、プロセス流体温度や周囲の空気温度の変化、またさらに送信機
ハウジング上への降雨に起因する温度変化が存在する時に、不要な出力変化を有
することが知られている。 特に、局部的に制限された内部動力の消失による暖
機エラーは、瞬間的な状態の熱の条件および固定的な状態の段階の熱の条件のど
ちらにおいてでも修正することは難しい。
【０００３】 高精度の圧力送信機においては、これらの出力変化は、温度補償によって電子
工学的に制御され、ねじ付き頚部で結合された比較的に大きな表面領域を有する
２分割送信機ハウジングを用いることによって機械的に制御される。ねじ付き頚
部は圧力センサと流体隔離部を、電流出力を制御する回路内で生成される熱から
分離し、かつ熱的に隔離する。
【０００４】 高精度回路、センサ、および隔離部はより小型化されている。圧力センサおよ
び流体隔離部を、回路によって生成される熱から分離するためのねじ付き頚部を
必要としない、単式ハウジング内に収容された、前記のように小型化された高精
度の送信機が所望されている。
【０００５】 しかしながら、より狭いハウジング表面領域を有するような、小型ハウジング
においては、熱を消散させるという熱の問題を処理するのは困難である。 熱の
問題は、センサおよび隔離部が熱消散出力回路部品に非常に接近していることに
よっても発生する。単式の小型化されたハウジング内に収容された、高精度で、
温度補償された圧力送信機を提供する方法および装置が必要とされている。
【０００６】 発明の概要 本発明による圧力送信機は、熱抵抗を提供する外壁を有する小型送信機ハウジ
ングを含む。外壁は、ハウジングの第１の端部の等温アイランドを、ハウジング
の第２の端部のヒートシンクヒートアイランドから分離する。
【０００７】 等温アイランドは、流体インレット、前記インレットから流体圧力を検出する
ための圧力センサ、および温度センサを含む。
【０００８】 ヒートシンクヒートアイランドは、外部シェルを有する電気コネクタおよび接
点を有する貫通孔（フィードスルー）を含む。ヒートシンクアイランドはまた、
外部シェルに熱を吸い込ませる一次熱負荷装置を含む。接点は、送信機によって
制御される電流を伝える。その電流の大部分は、正常な動作条件下で、一次熱負
荷装置によって伝導される。
【０００９】 圧力送信機は、温度補償された、高精度な圧力示数を提供するために電流を制
御する。
【００１０】 図面の簡単な説明 図１は、圧力送信機の第１の実施例の概念的な回路図である。 図２は、圧力送信機の第２の実施例の概念的な回路図である。 図３は、圧力送信機の第３の実施例の概念的な熱の伝達図である。 図４は、差圧送信機の第１の実施例の斜視図である。 図５は、差圧送信機の第２の実施例の正面の断面図である。 図６は、図５の線６−６に沿って切られた側面の断面図である。 図７は、単式インレット圧力送信機の第１の実施例の斜視図である。 図８は、単式インレット圧力送信機の第２の実施例の正面の断面図である。 図９は、図８の線９−９に沿って切られた側面の断面図である。 図１０は、温度センサの温度追跡を示す。
【００１１】 図示された実施例の詳細な説明 本発明においては、小型圧力送信機が、小型送信機ハウジングを用いて２つの
ヒートアイランドを作り出すことによって提供され、該小型送信機ハウジングは
また、前記ヒートアイランド間に熱抵抗を提供する働きをする。ハウジングの外
壁は、送信機の出力電流の一部を伝える一次熱負荷装置から、圧力センサおよび
流体圧力インレットを熱的に分離する。 圧力センサおよびインレットは、ヒー
トアイランドの１つを形成し、測定された圧力は温度補償されることができるよ
うに、圧力センサの温度を測定するのに用いられる温度センサを含む。他方のヒ
ートアイランドは、電気貫通コネクタの外部シェルに熱を吸い込ませる一次熱負
荷装置によって創り出されるヒートシンクアイランドである。単式の小型化され
たハウジングは、高精度の電流出力を提供する送信機全体を覆うために用いられ
る。
【００１２】 すなわち、単式小型ハウジングが用いられるので、センサと回路部品との間に
は、高精度の電流出力を制御する時に熱を生じるような、ねじ付き頚部は不要で
ある。例えば、本発明では、高さが約１２．４ｃｍ（４．８８インチ）で、幅が
約６．１ｃｍ（２．４インチ）の単式インレット送信機用に、単式小型ハウジン
グが用いられることが可能である。さらに、高さが約１１．７ｃｍ（４．６イン
チ）で、幅が約７．６ｃｍ（３．０インチ）の二重インレット送信機用に、単式
小型ハウジングが用いられることもできる。
【００１３】 図１は、小型圧力送信機２０を概略的に示す。圧力送信機２０は、送信機２０
のセンサおよび 回路の両方を包囲する単式小型送信機ハウジング２２を有する
。送信機２０は、１つ以上の圧力センサ３４で１つ以上の圧力を受信する、１つ
以上のインレット３８を有する。圧力センサ３４は、電気容量型または圧力抵抗
型の圧力センサであってよい。 温度センサ４２は、温度補償に備えて圧力セン
サ３４に熱的に結合される。インレット３８、圧力センサ３４、および温度セン
サ４２は、図３〜図９に関連してより詳細に説明されるように、「等温アイラン
ド」を形成するために熱的に結合される。
【００１４】 送信機２０は、接点２４、２６での圧力を示す高精度の電流出力Ｉを提供する
。 本明細書において使用される「高精度」という語句は、±０．４％の総出力
誤差または周囲の温度の摂氏±２８度（華氏±５０度 ）の変化を有する送信機
を意味する。
【００１５】 電気貫通コネクタ接点２４、２６は、送信機２０を、 電源３０とコントロー
ラまたは表示器である負荷装置３２とを含む外部電流ループ回路２８に結合する
ために用いられる。ループ２８内の電流Ｉは、接点２４、２６を通過し、圧力を
表すために送信機２０によって制御される大きさの４−２０ｍＡのアナログ電流
を含むことができる。送信機はまた、ハート（HART）、ファンデーション（Foun
dation）フィールドバス、またはプロセス制御産業において既知の他の双方向性
デジタル通信ループプロトコルを用いて、アナログループ電流上に、圧力および
他のパラメータを表すデジタル信号を重畳することができる。あるいはまた、送
信機は、４ｍＡのような、固定された大きさにループ電流を保持することができ
、また複数の送信機が１つの電流ループに接続される「多重落下（multidrop）
」と呼ばれる配列において、重畳された信号は、圧力およびその他の情報と通信
することができる。送信機２０は、ループ電流Ｉによって励起されるのが望まし
い。
【００１６】 接点２４、２６は、一次熱負荷装置４０用のヒートシンクとして役立つ金属製
外部コネクタシェル（図１に図示されず）を通過する。一次熱負荷装置４０は、
図示されるように、バイポーラ電力トランジスタであるか、またはＦＥＴや固体
スイッチなどの他の様式の電流制御装置であってよい。一次熱負荷装置４０は、
ループ電流Ｉの第１の部分の流れを制御する。
【００１７】 一次熱負荷装置４０およびコネクタシェルは、熱的に結合されて、 図３〜図
９に関連してより詳細に説明されるような「ヒートシンクアイランド」であるヒ
ートアイランドを形成する。
【００１８】 送信機変換回路４４は、図示されるように、圧力センサ３４および温度センサ
４２に結合される。変換回路４４は、インレット３８での温度補償された圧力示
数を計算する。変換回路４４は、これらの計算を実施する際に、ループ電流Ｉの
第２の部分を消費する。変換回路４４はまた、一次熱負荷装置４０を通過するル
ープ電流の第１の部分の大きさを測定するために抵抗４７に結合される。変換回
路４４は、総電流Ｉが所望の大きさとなるように、トランジスタ４８を制御し、
次いで、一次熱負荷装置４０を制御する出力を、ライン４６上に提供する。トラ
ンジスタ４８は、一次熱負荷装置４０より小さな熱を消散し、二次熱負荷装置を
構成する。４−２０ｍＡループの場合、電流Ｉの所望の大きさは、重畳されたデ
ジタル信号付または無しの、圧力を表す可変アナログ量である。多重落下ループ
の場合、電流Ｉの所望の大きさは、アナログの固定値に重畳されたデジタル信号
を有する、アナログの固定値である。
【００１９】 変換回路４４は、熱生成を低減するために、埋め込み型低電力ＭＯＳマイクロ
プロセッサおよび低電力ＭＯＳデルタ−シグマ・アナログ／デジタル変換器を含
むのが望ましい。
【００２０】 送信機２０はまた、逆磁極保護を提供するゼナーダイオード５０、および、電
源３０が稼動される時に、一次熱負荷装置４０の導通を瞬間的に遅らせるような
トランジスタ５２を含む。変換回路４４、トランジスタ４８、ゼナーダイオード
５０、およびトランジスタ５２は、回路基板（図１に図示されず）上に配置され
る。
【００２１】 図３〜図９に関連して、より詳細に説明されるように、小型送信機ハウジング
２２は、圧力センサ３４に、より接近した位置に一次熱負荷装置４０を配置させ
る。前記の、より接近させた配置のために、熱の暖機効果によって送信機の高精
度が破壊される可能性がある。しかしながら、小型送信機ハウジング２２は、該
ハウジングの一方の端部上のヒートシンクアイランドと、該ハウジングの他方の
端部上の等温アイランドとの間に熱抵抗を提供する外壁で形成される。ヒートシ
ンクアイランドと等温アイランドとは、外壁によって熱的に十分に分離されるた
め、寸法的に接近しているにもかかわらず、高精度を回復する。
【００２２】 熱抵抗は、１つ以上の技術によって、外壁内で増やされる。 熱の壁は、小型
送信機ハウジング２２の長軸にできるだけ長く沿うのが望ましい。熱の壁は、薄
い断面を有するのが望ましい。熱の壁は、ステンレス鋼合金やプラスチック樹脂
のような比較的に低い熱伝導率を有する材料で形成されるのが望ましい。熱の壁
はまた、その有効な熱の伝導長を増大するために、ふいご型の渦巻きを含むのが
良い。熱の壁はまた、熱の流れを促すために、放射状または多面体の形状を有す
るフィン、ピン、スプラインを形成するように、送信機の外壁から外側に延びる
延長された部分を含むのが良い。
【００２３】 図２には、図１の送信機２０と類似の送信機２１が図示され、同じまたは類似
の特徴を示すために、図１および図２において、同じ符号が用いられる。図２に
おいては、ゼナーダイオード５０、トランジスタ５２、ダーリントン（darlingt
on ）トランジスタ４９、および抵抗４７が、接点２４、２６の周囲の電気コネ
クタシェルに熱を吸い込ませる一次熱負荷装置４１内に納められている。熱を吸
い込ませる部品の数が、その適用の必要性に従って、図１に示されるような単一
部品４０から、図２に示されるような多数の部品まで変化可能なことを、同業者
は理解するであろう。
【００２４】 図３には、小型送信機熱処理システムの熱の離散模式を図示するために、断面
にわたって重畳される、熱の結節（丸、正方形、星形の印）および熱抵抗（ジグ
ザグの印）を用いて、小型圧力送信機６０の断面が概略的に図示される。図１お
よび図２に示される電気回路トポロジは、例えば、図３に示されるような熱的配
置で表わされることができる。
【００２５】 小型圧力送信機６０は、熱抵抗６６を提供する外壁６４を含む小型送信機ハウ
ジング６２を有する。外壁６４は、ハウジング６２の第１の端部７０内に形成さ
れる等温アイランド６８を、ハウジング６２の第２の端部７４内に形成される熱
のヒートシンクアイランド７２から分離する。
【００２６】 等温アイランド６８は、流体インレット７６、流体インレット７６から圧力を
受信する圧力センサ７８および温度センサ８０を含む。典型的には、流体インレ
ット７６は、シリコンオイルのような隔離流体を介して、圧力を圧力センサ７８
に結合する流体隔離ダイヤフラムを含む。インレット７６の熱量８２、圧力セン
サの熱量８４、温度センサの熱量８６、および小型ハウジングの第１の端部を形
成する金属ブロック９０の相対的に大きな熱量８８は全て、等温アイランド６８
を形成するために、相対的に低い熱抵抗８９、９１、９２、９４によって、熱的
に密接に結合される。等温アイランド６８内の部品は全て、ほぼ同じ温度であり
、その温度は、温度センサ８０によって感知される。これにより、関連する回路
が、温度センサ８０によって感知された温度に基づいて、出力電流の電子工学的
温度補償を提供できるようになる。等温アイランド６８は、熱抵抗９６、９８に
よって、与えられた加圧プロセス流体のプロセス温度１００に熱的に結合される
。プロセス温度１００は、小型送信機の熱量と比較して非常に大きいかまたは無
限の熱量として模型化されることができる。特別な適用において必要ならば、等
温アイランド６８が、フランジ、マニホールド、または遠隔シールの使用によっ
て、プロセス温度１００から、効果的に熱的に結合を弱められるか、または隔離
されることができることを、同業者は理解するであろう。
【００２７】 ヒートシンクアイランド７２は、外側にねじの付いた外部シェル１０４を有す
る電気コネクタ１０２、および接点１０８を有する貫通接続１０６を含む。ヒー
トシンクアイランド１０２はまた、外部シェル１０４に熱を吸い込ませる一次熱
負荷装置１１０を含む。接点１０８の内の２つは、送信機６０によって制御され
る電流Ｉを伝え、電流Ｉの一部は、一次熱負荷装置１１０によって通電される。
一次熱負荷装置１１０は、電気のｉ2Ｒ損失による熱の流れ１１２（星印で表さ
れる）を送信機６０に提供する。熱の流れ１１２は、ヒートシンクアイランド７
２を形成するための相対的に小さな熱抵抗１１６によって、小型送信機ハウジン
グ６２の第２の端部の熱量１１４に熱的に結合される。
【００２８】 ヒートシンクアイランド７２は、相対的に大きい外壁の熱抵抗６６によって等
温アイランド６８に結合され、そのことよって、ヒートシンクアイランド７２は
、等温アイランド６８との熱的な結合を弱められる。ヒートシンクアイランド７
２は、 熱的に、周囲の温度１１８に結合されるので、熱は、周囲の環境の中へ
発散されることができる。
【００２９】 送信機６０が、一定期間停止された後初めて励起されるとき、ヒートシンクア
イランド７２の温度は、相対的に急速に上昇するが、等温アイランド６８は、外
壁の熱抵抗６６によって提供される、かなり小さい熱結合によって、緩慢に、か
つ弱くこの変化に応答する。
【００３０】 送信機６０はまた、圧力センサ７８、温度センサ８０、および一次熱負荷装置
１１０に電気的に結合された回路基板１２０を含む。回路基板は、インレット７
６での圧力を表す、温度補償された高精度の電流を提供するために、接点１０８
の出力電流Ｉを制御する。回路基板１２０は、相対的に大きな熱抵抗１２２、１
２４、１２６によって、等温アイランド６８およびヒートシンクアイランド７２
に結合される熱量１２１を有する。送信機６０は、外壁６４の内側の熱の隔離を
高めるために、空気、乾燥窒素、または絶縁性の繊維や泡で満たされることがで
きる。
【００３１】 回路基板１２０内で生成される熱は、外壁６４の案内で周囲環境に伝導され、
外壁６４から周囲環境１１８へ対流によって発散される。しかしながら、回路基
板からの熱の流れは、一般的に外壁６４を横切り、壁は、この横断方向において
は、相対的に良好な熱伝導を提供する。つまり、外壁６４は、その長さ方向に沿
っては熱の結合が小さく、かつ横断方向においては良好に熱を伝達する。
【００３２】 流体インレット７６はまた、熱いプロセス流体を受け取るのに適合された遠隔
シールを形成するように広げられることができるので、インレット７６は、熱い
プロセス流体 （図示されず）から熱的に隔離される。
【００３３】 図４は、差圧送信機１５０の１つの実施例の、部分的には断面の斜視図である
。送信機１５０は、熱抵抗を提供する外壁１５４を有する小型送信機ハウジング
１５２を含む。外壁１５４は、ハウジングの第１の端部に形成された等温アイラ
ンド１５６を、ハウジングの第２の端部に形成された、熱のヒートシンクアイラ
ンド１５９から分離する。等温アイランド１５６は、隔離ダイヤフラム１６０を
含む２つの共面流体インレット１５８（そのうちの１つは、図４の図示から隠さ
れる）と、流路内に密封された隔離流体１６２とを含む。等温アイランド１５６
はまた、流体インレット１５８からの差圧を受信する容量型差圧センサ１６４を
含む。等温アイランド１５６はまた、容量型圧力センサ１６４上に装着された温
度センサ１６６を含む。
【００３４】 ヒートシンクアイランド１５９は、ネジを切られた外部シェル１７０を有する
電気コネクタ１６８、接点１７２を有する密封された貫通接続、および外部シェ
ル１７０に熱を吸い込ませる一次熱負荷装置１７４を含む。接点１７２は、送信
機１５０によって制御される電流を流し、該電流の一部は一次熱負荷装置１７４
によって通電され、制御される。
【００３５】 回路基板１７６は、圧力センサ１６４、温度センサ１６６、および一次熱負荷
装置１７４に、電気的に接続される。回路基板１７６は、温度補償された、高精
度な圧力の示数を提供するために、接点１７２上の電流を制御する。
【００３６】 小型圧力送信機１５０はまた、一次熱負荷装置１７４をコネクタシェル１７０
に熱的に結合するような、熱導電性埋込合成物１７８（破線で示される）を含む
。熱導電性埋込合成物１７８は、電気的に絶縁しているので、ピン１７２をショ
ートさせない。一次熱負荷装置１７４は、熱伝達を増進するために、コネクタシ
ェル１７０内の少なくとも一部分に配置される。所望されるならば、一次熱負荷
装置１７４の平坦な熱伝達表面へ熱伝達を良好に行なうために、平坦なボスまた
はポケット１８０が、コネクタシェル１７０の内部に形成されるかまたは施され
ることができる。本質的に安全であることを望まれる電気的隔離、または不爆発
性の回路を提供するために、電気的隔離層が、平坦なボスまたはポケット１８０
上に、または一次熱負荷装置１７４の熱伝達表面上に形成されることができる。
セラミック熱拡散機、シリコンパッド、および金属性リングのような熱伝達装置
もまた、熱伝達を増大するために用いられることができる。
【００３７】 図４に示されるように、熱的に隔離している埋込合成物１８２が、 第１の等
温アイランド１５６の少なくとも一部分に渡ってハウジング１５２内に配列され
ることができる。さらに、熱的に隔離しているプラスチック樹脂の囲み１８４が
、第１の等温アイランド１５６の少なくとも一部分の周りに配列される。囲み１
８４は、対流、伝導、または放射による熱の流れを制限し、送信機１５０内での
熱処理を補助する。熱の囲み１８６はまた、回路基板１７６上に設けられ。
【００３８】 ハウジング１５２は、第１の端部から第２の端部へと延びている中心軸１８８
を有する。回路基板１７６は、中心軸を横切るように配置され、第２の等温アイ
ランドを形成している。回路基板上の温度は、その中心軸を横切る配置のために
、より一定になる傾向がある。熱源から回路基板への熱の流れは、回路基板の平
坦な表面に対して直角であり、均等に分配される傾向がある。回路基板１７６は
、電流に必要とされる断面積の少なくとも１．２５倍の断面積を有する電流移送
導体を含む。導体は、図１に図示される二次熱負荷装置４８のような、回路基板
１７６上の二次熱負荷装置に熱的に結合される。導体の増大された断面積は、回
路基板１７６全体の温度をより一定にする傾向があり、二次熱負荷装置４８から
熱を伝導して逃るのを助ける。 回路基板導体は、銅、アルミニウム、または銀
で形成されるのが望ましく、電気的遮蔽のために含まれる「グランド面（ground
plane）」と呼ばれる導体を含むことができる。回路基板はまた、熱伝導率を増
大するためにセラミック基板を用いて形成されることができる。
【００３９】 図５および図６は、差圧送信機１９０の他の実施例を図示し、図６は、図５の
線６−６に沿った断面図である。図５および図６に示される差圧送信機１９０は
、図４の差圧送信機１５０と類似であり、図４内の要素と類似かまたは同一の、
図５および図６内の要素を同一にするために、同じ符号が用いられる。図５およ
び図６では、ハウジングは、溶接継手１９２で溶接される。回路基板１７６は、
囲み１８４、１８６内の適切な場所にぱちんと収まり、囲み１８４、１８６は、
溶接の前および溶接の間に、ハウジング部品を軸合せするための軸合せ装置とし
て役立つ。ボルト穴１９４は、フランジ、マニホールド、あるいは遠隔シールを
、送信機の底面上の共面インレット１５８にボルト締めするために提供される。
ねじ付き取付け部品１７０は、送信機１９０に、オプションの配線ハウジング（
ここには図示されず）を追加するための支持部として役立つ。オプションの配線
ハウジングは、コネクタシェル１７０に吸い込まれた熱を周囲環境へ発散するよ
うに役立つことができる。管１９６は、気密に密封された、小型の高精度の差圧
送信機１９０を提供するために、管を密封する前に漏れを検査するために電気貫
通コネクタ内に設けられている。
【００４０】 図７は、単式ねじ付きプロセス流体インレット２０２を有する小型圧力送信機
２００の実施例の斜視断面図を示す。圧力送信機２００は、インレット２０２で
の絶対圧力（ＡＰ）またはゲージ圧力（ＧＰ）のどちらかを感知することができ
る。図７に示される単式インレット圧力送信機２００は、図４に示される差圧送
信機１５０と類似であり、 図４内の要素と類似または同一の図７内の要素を同
一にするために、同じ符号が用いられる。回路基板１７６は、前述のように、回
路基板に高められた熱伝導率を提供するように、回路電流要求量を超える増大さ
れた厚さを有するプリント回路導体２０４を含む。送信機２００はまた、銅のよ
うな高い熱伝導率を有する材料で形成され、圧力センサ１６４と隔離装置ダイヤ
フラム１６０との間の熱抵抗を低減する、金属製の「スパイク（spike）」２０
６を含む。金属製のスパイク２０６は、送信機２００の下端部に等温アイランド
を形成するのを助ける。
【００４１】 図８および図９は、単式プロセスインレット圧力送信機２１０の、ゲージ圧力
の実施例を示し、図９は、図８の線９−９に沿った一般的な断面図である。図８
および図９に示される、単式プロセスインレットのゲージ圧力送信機２１０は、
図７に示される送信機２００と類似であり、図４〜図７内の要素と類似または同
一の、図８および図９内の要素を同一にするように、同じ符号が用いられる。図
８に示されるように、送信機２１０は、ゲージ圧力を測定することができるよう
にするために、図８および図９の圧力センサ１６４の「背面側（back side）」
に接続されているガス抜き（vent）２１２を含む。
【００４２】 図１０は、圧力センサ（圧力センサ３４、７８、または１６４のような）上に
装着された温度センサ（温度センサ４２、８０、または１６６のような）のため
の温度追跡の時間グラフ２２０を図示する。時間グラフ２２０では、水平軸２２
２は時間を示す。垂直軸２２４は送信機の周りの周辺温度を示す。垂直軸２２６
は送信機内の圧力センサの温度を示す。垂直軸２２８は、圧力センサの温度と圧
力センサ上に装着された温度センサの温度との温度差を示す。時間ｔ＝０のとき
、２３０で、周辺温度に摂氏１０度の変化が突然に起こる。圧力センサの温度は
、２３２で示されるように、この突然の変化に応答して、緩やかに、そして最終
的には、２３４に示されるように、温度が同じ摂氏１０度になるように変化する
。しかしながら、温度センサは、圧力センサの熱量に比べて非常に小さな熱量し
か持たない。温度センサは、圧力センサと熱的に密接に接触している。温度セン
サは、圧力センサの温度と非常に近い軌跡を追う。２３６に示されるように、非
常に短い時間間隔の間に、温度差が僅かに大きくなる。２３６での温度差の最大
ピークは、 およそ摂氏０．１度程度である。温度補償は、温度移送イベント中
でさえも、実際は実施されることができるので、ピークを小さく維持することが
、送信機の良好な伝達熱性能を確実にするのを助ける。
【００４３】 本発明を好ましい実施例によって説明してきたが、本発明の精神や範囲を逸脱
することなく詳細や形式上の変更が可能なことを当業者は理解するであろう。容
量型圧力センサ以外の圧力センサ、例えば、抵抗型ひずみゲージが用いられるこ
とができる。それらの場合においては、単式センサが、圧力および温度出力を提
供するであろう。１つの実施例に図示された要素は、他の図示された実施例に適
用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１０】 温度センサの温度追跡を示す。
【符号の説明】
６０……小型圧力送信機、 ６２……小型送信機ハウジング、 ６４……外壁
、 ６６，９１，９２，９４，９６，９８，１１６，１２２，１２４，１２６…
…熱抵抗、 ６８……等温アイランド、 ７０……ハウジング６２の第１の端部
、 ７２……ヒートシンクアイランド、 ７４……ハウジング６２の第２の端部
、 ７６……流体インレット、 ７８……圧力センサ、 ８０……温度センサ、
８２，８４，８６，８８，１１４，１２１……熱量、 ９０……金属ブロック
、 １００……プロセス温度、 １０２……電気コネクタ、 １０４……外部シ
ェル、 １０６……貫通接続、 １０８……接点、 １１０……一次熱負荷装置
、 １１２……熱の流れ、 １１８……周囲環境、 １２０……回路基板、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 オース，ケリー，エム． アメリカ合衆国 55124 ミネソタ州、ア ップル バレイ、ハイビュー ドライブ 15621 (72)発明者 ブレッケン，ジェフリー，シー． アメリカ合衆国 55423 ミネソタ州、リ ッチフィールド、ウェスト セブンティー スリー ワンハーフ ストリート 201 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB01 BB03 CC60 DD20 EE11 EE25 FF02 GG11 GG25

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１のヒートアイランド内の圧力センサを第２のヒートアイラ
    ンド内に含まれる熱を発生する電子回路から熱的に分離する、単式ハウジング内
    の、少なくとも、第１および第２のヒートアイランドを具備し、 第１のヒートアイランドが、流体インレット、前記流体インレットから圧力を
    受信するように構成された圧力センサ、および圧力センサの温度を感知する温度
    センサを含み、かつ 第２のヒートアイランドが、外部シェルを有する電気コネクタ、接点を有する
    貫通接続、該外部シェルに熱を吸い込ませる一次熱負荷装置、送信機出力電流を
    通電するように構成された接点を含み、送信機出力電流の一部分が該一次熱負荷
    装置によって通電されるように構成されたことを特徴とする小型化された圧力送
    信機。
  2. 【請求項２】 さらに、一次熱負荷装置を外部シェル熱的に結合する、熱伝導
    性埋込合成物を含む請求項１の小型化された圧力送信機。
  3. 【請求項３】 熱伝導性埋込合成物が電気的に隔離されている請求項２の小型
    化された圧力送信機。
  4. 【請求項４】 一次熱負荷装置が、外部シェル内の少なくとも一部分に配置さ
    れる請求項１の小型化された圧力送信機。
  5. 【請求項５】 さらに、外部シェルの内部に形成される平坦なボスを含み、電
    気的に隔離し、熱伝導性の平坦な層をその上に有し、その平坦な層が一次熱負荷
    装置上に応答的に噛み合う請求項４の小型化された圧力送信機.
  6. 【請求項６】 さらに、外部シェル内に形成され、一次熱負荷装置を受け取る
    のに適合された形状を有するポケットを含む請求項１の小型化された圧力送信機
    。
  7. 【請求項７】 熱伝導性埋込合成物、セラミック熱拡散機、シリコンパッド、
    および金属製のリングの組から選択される熱伝達装置によって、一次熱負荷装置
    が外部シェルに熱的に結合される請求項１の小型化された圧力送信機。
  8. 【請求項８】 第１のヒートアイランドの少なくとも一部分に渡って、ハウジ
    ング内に配置された熱的に隔離する埋込合成物を含む請求項１の小型化された圧
    力送信機。
  9. 【請求項９】 さらに、第１のヒートアイランドの少なくとも一部分の周囲に
    配置された熱絶縁するプラスチック樹脂の囲みを含む請求項１の小型化された圧
    力送信機。
  10. 【請求項１０】 ハウジングが第１の端部から第２の端部へ延びる中心軸を有
    し、電子回路が中心軸を横切って配置される回路基板を含む請求項１の小型化さ
    れた圧力送信機。
  11. 【請求項１１】 回路基板が二次熱負荷装置を含む請求項１０の小型化された
    圧力送信機。
  12. 【請求項１２】 回路基板が、電流に必要な断面領域の少なくとも１．２５倍
    の断面領域を有し、かつ二次熱負荷装置に熱的に結合される電流伝達伝導体を含
    む請求項１１の小型化された圧力送信機。
  13. 【請求項１３】 回路基板がセラミック基板を含む請求項１１の小型化された
    圧力送信機。
  14. 【請求項１４】 送信機が回路基板上に配置された二次熱負荷装置を含む請求
    項１の小型化された圧力送信機。
  15. 【請求項１５】 送信機出力電流が、小型化された圧力送信機を励起する４−
    ２０ｍＡループ電流である小型化された圧力送信機。
  16. 【請求項１６】 圧力送信機が分岐送信機であり、送信機出力電流が、固定励
    起電流成分、重畳デジタル電流成分、および圧力を表す重畳されたデジタル成分
    を含む請求項１の小型化された圧力送信機
  17. 【請求項１７】 ハウジングがステンレス鋼合金で形成される請求項１の小型
    化された圧力送信機。
  18. 【請求項１８】 ハウジングが、第１および第２の端部で増大される厚みを有
    し、壁全体に沿って厚みが低減される請求項１７の小型化された圧力送信機。
  19. 【請求項１９】 さらに、ハウジングが送信機から外側に伸びる表面である外
    部熱除去部を含む請求項１の小型化された圧力送信機。
  20. 【請求項２０】 インレットが、熱いプロセス流体を受け取るように適合され
    た遠隔シールであり、熱いプロセス流体から熱的に隔離される請求項１の小型化
    された圧力送信機。
  21. 【請求項２１】 インレットが流体隔離部を含む請求項１の小型化された圧力
    送信機。
  22. 【請求項２２】 熱抵抗を提供し、ハウジングの第１の端部内に形成される等
    温アイランドをハウジングの第２の端部内に形成されるヒートシンクアイランド
    から隔離するような外壁を有する送信機ハウジング、 流体インレット、流体インレットから圧力を受信するように構成された圧力セ
    ンサ、および温度センサを含む等温アイランド、 外部シェルを有する電気コネクタ、送信機によって制御される電流を伝達する
    ように構成される接点を有するフィードスルー、および外部シェルに熱を沈み込
    ませる一次熱負荷装置、電流の一部分が有する一次熱負荷装置によって伝導され
    ているヒートシンクアイランド、および 圧力および温度のセンサおよび一次熱負荷装置に電気的に結合され、温度補償
    された、高精度な圧力の示数を提供する電流を制御するために構成された回路基
    板を含む小型化された圧力送信機。
  23. 【請求項２３】 一次熱負荷装置が、少なくとも一部分的にコネクタシェル内
    に配置される請求項２２の小型化された圧力送信機。
  24. 【請求項２４】 さらに、コネクタシェル内部に形成された平坦なボスを含み
    、電気的には隔離され、熱伝導性の、一次熱負荷装置上の応答的な平坦な表面と
    噛み合う平坦な層をその上に有する請求項２３の小型化された圧力送信機。
  25. 【請求項２５】 さらに、第１の等温アイランドの少なくとも一部分の周りに
    配置された、熱的に隔離されているプラスチック樹脂の囲みを含む請求項２２の
    小型化された圧力送信機
  26. 【請求項２６】 ハウジングが、第１の端部から第２の端部へと伸びる中心軸
    を有し、回路基板が前記中心軸を横切って配置されて、第２の等温アイランドを
    形成する請求項２２の小型化された圧力送信機。
  27. 【請求項２７】 回路基板が二次熱負荷装置を含む請求項２６の小型化された
    圧力送信機。
  28. 【請求項２８】 回路基板が、電流に必要な断面領域の少なくとも１．２５倍
    の断面領域を有し、二次熱負荷装置に熱的に結合される電流伝達伝導体を含む請
    求項２７の小型化された圧力送信機。
  29. 【請求項２９】 送信機が第２の等温アイランド内に配置された二次熱負荷装
    置を含む請求項２２の小型化された圧力送信機
  30. 【請求項３０】 制御される電流出力が、小型化された圧力送信機を励起する
    ４−２０ｍＡのループ電流である請求項２２の小型化された圧力送信機。
  31. 【請求項３１】 圧力送信機が多重落下送信機であり、制御される電流が、固
    定された励起電流成分、重畳されたデジタル電流成分、および圧力を表す重畳さ
    れたデジタル成分を含む請求項２２の小型化された圧力送信機
  32. 【請求項３２】 ハウジングがステンレス鋼合金で形成される請求項２２の小
    型化された圧力送信機。
  33. 【請求項３３】 第１の端部に流体インレット、第２の端部に接点および外部
    コネクタシェルを有する電気フィードスルー、インレットとコネクタシェルとの
    間に延びる全外壁、および第１の端部から第２の端部へ延びる中心軸を有するハ
    ウジング、 流体的にインレットおよび温度センサに結合され、流体インレットおよび温度
    センサと熱的に接触する圧力センサを有するハウジング内に配置された変換器、 前記変換器に電気的に接続され、接点に結合され、圧力を表す制御された電流
    出力を有し、中心軸を横切って配置される回路基板、および 制御された電流の一部分を伝達し、コネクタシェルに熱を沈み込ませるトラン
    ジスタであって、全壁が前記変換器をトランジスタから熱な結合を弱めるのに十
    分な長さを有する、小型化された圧力送信機。
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