JP2012529057A - 工業プロセス制御システムにおける使用のための圧力トランスミッタ - Google Patents

Abstract

工業プロセスにおいてプロセス流体の圧力を計測するための圧力トランスミッタ（１０）は、加圧に関する出力を有する圧力センサ（１６）を含む。圧力センサ（１６）に結合された計測回路（１８、２０）が、感知された圧力に関するトランスミッタ出力を提供するように構成されている。開口（４８、５２）を中に有する圧力結合面（６０）が、加圧を圧力センサ（１６）に伝達するように配設されている。圧力結合面（６０）に当接するフランジ面（６２）を有する圧力結合フランジ（１３）が、プロセス流体を圧力結合面（６０）の開口（４８、５０）に運ぶように構成されている。圧力結合面及びフランジ面全体における荷重力の分散を制御するための特徴が提供されている。

Description

発明の背景
本発明は工業プロセス圧力トランスミッタに関する。より具体的には、本発明は、工業プロセスのプロセル流体への圧力トランスミッタの結合に関する。

流体などを生成又は移送するために使用される工業プロセスをモニタリングし、制御するために工業プロセス制御システムが使用されている。そのようなシステムにおいては、一般に、温度、圧力、流量などのような「プロセス変量」を計測することが重要である。そのようなプロセス変量を計測し、計測されたプロセス変量に関する情報を中央制御室のような中央の場所に送り返すためにプロセス制御トランスミッタが使用されている。

一つのタイプのプロセス変量トランスミッタが、プロセス流体の圧力を計測し、計測された圧力に関する出力を提供する圧力トランスミッタである。この出力は、圧力、流量、プロセス流体の液位又は他のプロセス変量であることができる。トランスミッタは、計測された圧力に関する情報を中央制御室に送り返すように構成されている。送信は一般に、２線式プロセス制御ループを介するものであるが、ワイヤレス技術をはじめとする他の通信技術を使用することもできる。

圧力トランスミッタは、プロセス結合を介してプロセス流体に結合されなければならない。たとえば、プロセス流体は、工業プロセスにおいて使用される成分、たとえば天然ガス、オイルなどを含むことができる。これらの材料のいくつかはきわめて高い圧力下にあることがある。これらの高い圧力が、圧力トランスミッタをプロセスに結合するために使用される「フランジ」又は取り付け具を通して、圧力トランスミッタと工業プロセスとの間の漏れを招くおそれがある。

圧力トランスミッタとプロセス流体との間の改善された結合の必要性が常にある。

工業プロセスにおいてプロセス流体の圧力を計測するための圧力トランスミッタは、加圧に関する出力を有する圧力センサを含む。圧力センサに結合された計測回路が、感知された圧力に関するトランスミッタ出力を提供するように構成されている。開口を中に有する圧力結合面が、加圧を圧力センサに伝達するように配設されている。圧力結合面に当接するフランジ面を有する圧力結合フランジが、プロセス流体を圧力結合面の開口に運ぶように構成されている。圧力結合面及びフランジ面全体における荷重力の分散を制御するための特徴が提供される。

本発明のトランスミッタ及びフランジの断面図である。 図１のトランスミッタ及びフランジの分解斜視図である。 他の例示的実施態様のフランジの斜視図である。 他の例示的実施態様のトランスミッタの圧力結合面の下方斜視図である。 本発明のガスケット又はシールを示す例示的実施態様の側面図である。 可変性の面積を有するガスケット又はシールを示すフランジの平面図である。 一つのピースで形成されたガスケット又はシールの平面図である。

「発明の背景」で述べたように、圧力トランスミッタとプロセス流体との間の改善された結合の必要性が常にある。一部の条件下、圧力トランスミッタとプロセス流体との間の結合は動作条件にとって不十分であり、そのことがプロセス流体の漏れを生じさせるおそれがある。圧力トランスミッタにおいて、トランスミッタを流体に結合するための一般的な形態は、配管がねじ込まれるフランジを利用する。配管は、プロセス流体をたとえばプロセスパイプに結合する。フランジは、圧力トランスミッタがボルト締めされる実質的に平坦な接合面を提供する。しかし、一般的な設置において、ボルト締めの力はフランジ面全体で一貫しないで分散ことがわかった。これが、特定の条件下、プロセス流体がフランジと圧力トランスミッタとの間の接合面から漏れることを許すおそれがある。

本発明は、外方に、すなわち取り付け力の方向に湾曲又は他の手法で突出するフランジ及び／又はトランスミッタ構造を提供することにより、このプロセス流体の漏れに対応する。フランジとトランスミッタとの間に取り付け力が加わると、その突出が、取り付け力をより広い区域により均等に分散させる手法でフランジ／トランスミッタ接合面を撓ませる。取り付け力をより広い区域により均等に分散させることにより、フランジとプロセストランスミッタとの間に改善されたシールが提供される。この改善されたシールが、圧力トランスミッタとフランジとの間の漏れの危険性を減らす。

図１は、トランスミッタハウジング１２、結合フランジ又はマニホルド１３及びセンサボディ１４を有する本発明の例示的な圧力トランスミッタ１０を示す。本発明は、Coplanar（商標）フランジを有するものとして示されるが、本発明は、プロセス流体を受けるように適合された任意のタイプのフランジ、マニホルド又は他のカップリングとで使用することができる。センサボディ１４は圧力センサ１６を含み、トランスミッタハウジング１２はトランスミッタ回路２０を含む。センサ回路１８が通信バス２２を介してトランスミッタ回路２０に結合されている。トランスミッタ回路２０は、２線式プロセス制御ループ２３（又は回路）のような通信リンクを介してプロセス流体の圧力に関する情報を送出する。トランスミッタ１０は、場合によっては、制御ループ２３を介して制御装置２５によって完全に給電されることもできる。また、ワイヤレス技術をはじめとする他の通信技術を使用することもできる。

トランスミッタのこの例示的実施態様においては、圧力センサ１６が、フランジ１３の通路２４内の圧力Ｐ１とフランジ１３の通路２６内の圧力Ｐ２との差を計測する。圧力Ｐ１は通路３２を介してセンサ１６に結合される。圧力Ｐ２は通路３４を介してセンサ１６に結合される。通路３２はカップリング３６及び管４０内を通って延びている。通路３４はカップリング３８及び管４２内を通って延びている。通路３２及び３４は、オイルのような相対的に非圧縮性の流体で満たされている。カップリング３６及び３８はセンサボディ１４に取り付けられ、センサ回路１８を担持するセンサボディの内部と通路２４及び２６内に収容されたプロセス流体との間に長い消炎経路を提供する。

通路２４は、センサボディ１４内の開口２８に隣接して配置されている。通路２６は、センサボディ１４内の開口３０に隣接して配置されている。ダイアフラム４６が開口２８内に配置され、通路２４に隣接してセンサボディ１４に結合されている。通路３２はカップリング３６及びセンサボディ１４内を通ってダイアフラム４６まで延びている。ダイアフラム５０が、通路２６に隣接してセンサボディ１４に結合されている。通路３４はカップリング３８及びセンサボディ１４内を通ってダイアフラム５０まで延びている。

動作中、トランスミッタ１０がフランジ１３にボルト締めされると、図１に示すような加えられる取り付け力Ｎのせいで、フランジ１３がシール４８及び５２を押す。シール４８は、開口２４及びダイアフラム４６に隣接してセンサボディ１４に着座し、プロセス流体が通路２４及び開口２８からフランジ１３を通り抜けて外部環境に漏れることを防ぐ。同様に、シール５２は、開口２６及びダイアフラム５０に隣接してセンサボディ１４に結合され、プロセス流体が通路２６及び開口３０からフランジ１３を通り抜けて外部環境に漏れることを防ぐ。以下さらに詳細に説明するように、センサボディ１４の圧力結合面６０又はフランジ１３のフランジ面６２（図２〜４を参照）の少なくとも一方は、取り付け力の方向に湾曲又は他の手法で突出している。

図２は、一つの例示的実施態様のトランスミッタ１０及びフランジ１３の分解斜視図を示す。図２の実施態様において、フランジ１３は、フランジ面６２がフランジ１３の一つの軸に沿って湾曲する二次元的湾曲を有するものとして示されている。図２は、フランジ１３及びトランスミッタ１０を、それらの間に取り付け力が加えられていない「非荷重」状態で示す。しかし、設置されるときに、フランジ１３は、フランジ１３の取り付け穴８０内に延び、センサボディ１４のボルト穴８４にねじで受けられる取り付けボルト８２によってセンサボディ１４に取り付けられる。これが、図１に示す取り付け力Ｎを面６０と面６２との間に加える。図２は四つのボルトを示すが、任意の数又は配置を使用することができる。さらには、フランジ１３をセンサボディ１４に取り付け、それにより、フランジ１３及びセンサボディ１４に「荷重」するための他の取り付け技術を用いることもできる。フランジ面６２の幾何学形状が、フランジ１３の四隅のボルト８２によって加えられる締め付け力の分散を改善する。この形状がばね要素として作用し、ボルト予荷重を増す。ひとたび荷重力が加えられると、フランジ面６２及び圧力結合面６０は、互いに合致する傾向を示し、図１に示すような実質的に連続的な面を形成する。接合面は実質的に平坦であってもよいし、何らかの他の輪郭を有してもよい。

図３は、フランジ面６２の湾曲が三次元的である、フランジ１３の他の例示的実施態様の斜視図である。この例において、湾曲は、フランジ面６２の全面に広がる球形を有する。この形状もまた、締め付け力をより均一に分散させるように作用する。しかし、この形状において、取り付け力は、フランジ面６２の両方の軸に沿ってより均等に分散される。図３に示すように、フランジ１３は非荷重状態にある。十分に大きな荷重力（取り付け力）がセンサボディ１４に加えられると、面６０と面６２との間の接合面は、図１に示すように実質的に連続的になる。図２に示す形状において、圧力トランスミッタ１０の圧力結合面６０もまた、湾曲した輪郭を有するように構成されることができる。これは、フランジ１３の湾曲とは別であってもよいし、それに加わるものであってもよい。

図４は、そのような、圧力結合面６０が湾曲している形状を示すトランスミッタ１０の下方斜視図である。フランジ１３が面６０に対して十分に荷重されると、面６０および６２は合致し、図２に示すもののような連続面を提供する。面６０だけが湾曲している場合でも、荷重状態においてフランジ面６２の輪郭が湾曲し、面６０に合致しようとすることが留意される。理由は、フランジ１３はセンサボディ１４よりも剛性が低く、面６０がその元の形状を維持しようとする一方、面６２は面６０の輪郭に合わせて撓む傾向にあるからである。

図５は、本発明の他の例示的実施態様の側面図及び平面図である。図５においては、傾斜付きシール１００がフランジ１３とセンサボディ１４との間に配置されている。傾斜付きシール１００は、図６に示す開口２４及び２６の周囲に延びている。シール２４及び２６は、従来のシールであることもできるし、たとえば、ＰＴＦＥのような材料が溝内に保持されている「閉じ込めガスケット」を含むこともできる。同じく図６には、フランジ１３の中央領域の近くに配置されたさらなる取り付け穴８１が示されている。図６に示す同様な手法で、シール又はガスケット１００は、開口２４及び２６の周囲で可変性である区域を有する。この区域の可変性が荷重力を望みどおりに分散させる。他の例示的実施態様において、ガスケット又はシール１００は均一であるが、それが配置される溝が可変性の深さを有して所望の荷重分散を達成する。

図７は、二つの開口２４及び２６の周囲に嵌るように配設され、ボルト穴８１によって整列状態に保持される一つのガスケット又はシール１０２が使用されている他の例示的実施態様の平面図である。上記描写において、ガスケット又はシール１００は、従来のガスケット材料を含むこともできるし、「閉じ込めガスケット」を形成するために使用することができる材料、たとえばＰＴＦＥを含むこともできる。

フランジ又はセンサボディのいずれか又は両方が湾曲した輪郭を有するように作られることができるが、いくつかの形態においては、一方又は他方のコンポーネントが湾曲していることが好ましいかもしれない。たとえば、フランジに対する小さな変更を使用して、既存のトランスミッタボディとでレトロフィットさせることができる。他方、いくつかの形態においては、センサボディ１４を所望の形状に機械加工するほうがより簡単であるかもしれない。機械加工に加えて、フランジ１３又はトランスミッタボディはまた、所望の輪郭を有するための手法で鋳造することもできる。緩やかな湾曲を有する輪郭が示されているが、本発明は、所望の輪郭を使用することができ、輪郭は、特定の面の表面全体で均一でなくてもよい。これは、取り付け力をフランジと圧力トランスミッタとの間でより均等に分散するように構成されることができる。荷重（取り付け）力を加えるものとしてボルトが示されているが、任意の取り付け技術を使用することができる。さらには、フランジ及びトランスミッタボディの四隅に四つのボルトが示されているが、所望により、任意の数のボルト又は取り付け装置を使用し、配設することができる。いくつかの形態において、これはまた、フランジの中心の近くに位置し、結合力をより均等に分散させることを支援するさらなる中心線ボルトの必要性をなくすことができる。本明細書において使用される「フランジ」とは、圧力トランスミッタをプロセス流体に結合する際に使用される任意のコンポーネントをいい、図示する特定のフランジ形態に限定されるものではない。さらには、二つの圧力カップリングが示されているが、本発明は、圧力トランスミッタのための任意の数の圧力カップリングとで使用することができる。

好ましい実施態様を参照しながら本発明を説明したが、当業者は、本発明の本質及び範囲を逸することなく、形態及び詳細における変更を加えることができることを理解するであろう。

Claims (40)

1. 工業プロセスにおいてプロセス流体の圧力を計測するための圧力トランスミッタであって、
   加圧に関する出力を有する圧力センサと、
   加圧に関するトランスミッタ出力を提供するように構成され、圧力センサに結合された計測回路と、
   加圧を圧力センサに伝達するように配設され、内部に開口を有する圧力結合面と、及び
   プロセス流体を圧力結合面の開口に運ぶように構成され、圧力結合面に当接するフランジ面を有する圧力結合フランジと、を含み、
   圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方が、圧力結合面及びフランジ面の他方に向かう方向に突出するように湾曲しており、圧力結合面を圧力結合フランジに取り付けるための取り付け力の適用が、圧力結合面及びフランジ面の湾曲する一方を、圧力結合面及びフランジ面の他方の形状に合致するように変形させる圧力トランスミッタ。
2. 圧力結合フランジと平面的な圧力結合面との間に取り付け力を加えるように構成された取り付け機構を含む、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
3. 十分な取り付け力が圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方を付勢して、圧力結合面及びフランジ面の他方に合致させる、請求項２記載の圧力トランスミッタ。
4. 湾曲が、取り付け力を、圧力結合面とフランジ面との間の接合面の区域全体に実質的に均等に分散させる、請求項２記載の圧力トランスミッタ。
5. 圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方がフランジ面を含む、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
6. 圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方が圧力結合面を含む、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
7. 圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方がフランジ面及び圧力結合面を含む、請求項１記載の圧力トランスミッタ。
8. 取り付け力を加えられたときに、圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方が実質的に平坦となる、請求項２記載の圧力トランスミッタ。
9. 湾曲が、圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方に加えられる取り付け力の方向への湾曲である、請求項２記載の圧力トランスミッタ。
10. 取り付け力が、圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方の縁の近くで加えられる、請求項９記載の圧力トランスミッタ。
11. 取り付け機構が、フランジ面及び圧力結合面の四隅それぞれの近くに配設されている、請求項１０記載の圧力トランスミッタ。
12. 取り付け機構が四つのボルトを含む、請求項１１記載の圧力トランスミッタ。
13. 工業プロセスへのプロセス流体の圧力を計測するための圧力トランスミッタを結合する方法であって、
    圧力トランスミッタ内の圧力センサにおいて加圧を受けることと、
    フランジ面を有し、プロセス流体を圧力トランスミッタの圧力結合面の開口に運ぶように構成された圧力結合フランジを、圧力結合面に結合し、圧力結合面に当接させることと、
    圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方に対し、圧力結合面をフランジ面に取り付けるために取り付け力が加えられたときに圧力結合面及びフランジ面の他方に合致するように変形する湾曲を提供することと、を含む方法。
14. 圧力結合フランジと平面的な圧力結合面との間に取り付け力を加える、請求項１３記載の方法。
15. 湾曲が、取り付け力を、平面的な圧力結合面とフランジ面との間の接合面の区域全体に実質的に均等に分散させる、請求項１４記載の方法。
16. 圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方がフランジ面を含む、請求項１３記載の方法。
17. 圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方が圧力結合面を含む、請求項１３記載の方法。
18. 圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方がフランジ面及び圧力結合面を含む、請求項１３記載の方法。
19. 取り付け力を加えられたときに、圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方が実質的に平面的となる、請求項１４記載の方法。
20. 湾曲が、圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方に加えられる取り付け力の方向への湾曲である、請求項１４記載の方法。
21. 取り付け力が、圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方の縁の近くで加えられる、請求項１４記載の方法。
22. プロセス流体を計測するための圧力トランスミッタの圧力結合面に結合するように構成された圧力結合フランジであって、
    プロセス圧力を、フランジを介して圧力トランスミッタの圧力結合面まで運ぶように構成され、内部に形成された少なくとも一つの通路と、
    圧力トランスミッタの圧力結合面に当接し、少なくとも一つの通路の周囲に圧力トランスミッタとでシールを形成するように構成されたフランジ面と、及び
    非荷重状態にあるときにはフランジ面の縁を圧力結合面から離間させ、圧力トランスミッタの圧力結合面に対して取り付け力が加えられたときにはフランジ面を変形させて実質的に平面にする、圧力結合面に対して凸状であるフランジ面における湾曲と、を含む圧力結合フランジ。
23. 湾曲が、取り付け力を、圧力結合面とフランジ面との間の接合面の区域全体に実質的に均等に分散させる、請求項２２記載の圧力結合フランジ。
24. 取り付け力をフランジに加える複数のボルトを中に受けるように構成された、フランジの縁の近くに配設された複数のボルト穴を含む、請求項２２記載の圧力結合フランジ。
25. 工業プロセスにおいてプロセス流体の圧力を計測するための圧力トランスミッタであって、
    加圧に関する出力を有する圧力センサと、
    加圧に関するトランスミッタ出力を提供するように構成され、圧力センサに結合された計測回路と、
    加圧を前記圧力センサに伝達するように配設された、開口を中に有する圧力結合面と、
    プロセス流体を圧力結合面の開口に運ぶように構成され、圧力結合面に当接するフランジ面を有する圧力結合フランジと、及び
    圧力結合面及びフランジ面に合致するように変形して、圧力結合面とフランジ面との間に加えられる荷重力の分散を変化させる面を有し、圧力結合面とフランジ面との間に配置されたシールと、を含む圧力トランスミッタ。
26. 圧力結合フランジと平坦な圧力結合面との間に取り付け力を加えるように構成された取り付け機構を含む、請求項１９記載の圧力トランスミッタ。
27. 取り付け力が、圧力結合面及びフランジ面の少なくとも一方の縁の近くで加えられる、請求項２５記載の圧力トランスミッタ。
28. 取り付け機構が、フランジ面及び圧力結合面の四隅それぞれの近くに配設されている、請求項２７記載の圧力トランスミッタ。
29. 特徴が傾斜を含む、請求項２５記載の装置。
30. 特徴が可変区域を含む、請求項２５記載の装置。
31. フランジを通過して圧力結合面まで延びる第一及び第二の開口を含み、シールが第一及び第二の開口の周囲に延びている、請求項２５記載の装置。
32. シールがフランジ中の少なくとも一つのボルト穴と整列している、請求項３１記載の装置。
33. シールが閉じ込めガスケットを含む、請求項２５記載の装置。
34. 工業プロセスへのプロセス流体の圧力を計測するための圧力トランスミッタを結合する方法であって、
    圧力トランスミッタ中の圧力センサにおいて加圧を受けることと、
    フランジ面を有し、プロセス流体を圧力トランスミッタの圧力結合面の開口に運ぶように構成されている圧力結合フランジを、圧力結合面に結合し、圧力結合面に当接させることと、及び
    圧力結合フランジと圧力結合面との間に、それらの間に荷重力が加えられたときに、加えられる荷重力の下で変形して、荷重力をフランジ面と圧力結合面との間で均等に分散させる面を有するシールを配置することと、を含む方法。
35. 圧力結合フランジと平面的な圧力結合面との間に取り付け力を加えることを含む、請求項３４記載の方法。
36. 特徴が傾斜を含む、請求項３４記載の方法。
37. 特徴が可変区域を含む、請求項３４記載の方法。
38. フランジを通過して圧力結合面まで延びる第一及び第二の開口を含み、シールが第一及び第二の開口の周囲に延びている、請求項３４記載の方法。
39. シールがフランジ中の少なくとも一つのボルト穴と整列している、請求項３９記載の方法。
40. シールが閉じ込めガスケットシールを含む、請求項２５記載の方法。

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