JP2014508302A - プロセストランスミッターのための火炎防止器 - Google Patents

Abstract

プロセス変数を感知するためのプロセストランスミッターは、トランスミッターハウジング、センサー、トランスミッター回路、通路および火炎防止器を含む。トランスミッターハウジングは、内部空間を有する。センサーは、その内部空間に配置され、工業プロセスのプロセス変数を感知し、センサー信号を生成する。トランスミッター回路は、その内部空間に配置され、センサーに接続する。通路は、センサーと連通し、トランスミッターハウジングの内部空間を通って延在する。通路は、第１の断面プロファイルを有する。火炎防止器は、通路に配置される。火炎防止器は、第１の断面プロファイルと異なる第２の断面プロファイルを有する。火炎防止器は、通路の第１の断面プロファイルの断面積よりも小さい断面積を有する経路を通路の内部に形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は一般に、工業プロセス制御システムで使用される工業プロセストランスミッターに関する。とりわけ、本発明は、工業プロセストランスミッターのための火炎防止器に関する。

プロセス計器は、工業プロセスで使用されるプロセス流体の圧力、温度、流量およびレベルなどのプロセスパラメーターを監視するために使用される。例えば、プロセストランスミッターは典型的には、様々な生産ラインに沿って種々のプロセスパラメーターを監視するために工業製造施設で複数の場所において用いられる。プロセストランスミッターは、プロセスパラメーターの物理的変化に応答して電気出力を生成するセンサーを含む。例えば、圧力トランスミッターは、送水管、薬品タンク等でのプロセス流体の圧力の関数として電気出力を生成する圧力トランスデューサーを含む。各プロセストランスミッターはまた、トランスミッターおよびプロセスパラメーターをローカルにまたは遠隔で監視できるようにセンサーの電気出力を受け取って処理するためのトランスミッター電子装置も含む。ローカルに監視されるトランスミッターは、プロセストランスミッターの場所で電気出力を示すＬＣＤスクリーンなどの表示部を含む。遠隔で監視されるトランスミッターは、電気出力を制御ループまたはネットワークを介して制御室などの中央監視所在地に送る電子装置を含む。そのように構成されると、プロセスパラメーターは、自動化されたスイッチ、バルブ、ポンプおよび他の同様の構成要素をプロセス制御システムおよび制御ループに含むことによって制御室から調節することができる。

トランスミッター内のセンサーは、監視されているプロセス流体の物理的変化に応答する。例えば、圧力トランスミッターで使用される圧力センサーは、ダイヤフラムまたはキャパシタプレートなどの可撓性のセンサー素子を含む。センサー素子は通常は、プロセス流体圧力をセンサーに伝える簡単な油圧システムを介してプロセス流体に接続される。油圧システムは、密封通路を含み、その中でセンサー素子が、第１の端部に配置され、可撓性の隔離ダイヤフラムが、第２の端部に配置されてプロセス流体と接触する。密封通路は正確な量の油圧流体で満たされ、プロセス流体は隔離ダイヤフラムに影響して、この油圧流体はセンサー素子の位置を調整する。プロセス流体の圧力が変化するにつれて、センサー素子の位置が変化し、結果的に比例した変化が圧力センサー信号に生じる。

工業プロセストランスミッターはしばしば、発火する可能性を有する様々なガスまたは化合物が存在する環境を有する施設で使用される。例えば、トランスミッターはしばしば、天然ガス処理工場または水素ガスが使用される施設で作動される。あるいは、工業プロセストランスミッターは、それ自体可燃性であるプロセス流体を監視するために使用されることもある。施設の全体的安全操業を確実にするために、工業プロセストランスミッターは、火炎がトランスミッターを通り抜けられないように防爆性または難燃性であることが認証されている。例えば、トランスミッター内の電子装置はスパークを発生し、施設の環境でのガスまたは油圧通路が破裂した際のプロセス流体に引火することもある。それ故に、トランスミッターの内部を外部環境に接続するすべての通路は、その通路を通って移動する火炎を消すまたは消火するように構成されることを確実にすることが望ましい。

Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ Ｉｎｃ．、Ｅｄｅｎ Ｐｒａｉｒｉｅ、ＭＮに譲渡されたウォリシュ（Walish）他の特許文献１に記載されているような、難燃性密封油圧通路のための従来構成は、フランジまたはプラグなどのトランスミッター構成要素を通る長く狭い円筒状の経路の機械加工を含む。フランジまたはプラグは通常は、難燃性の経路を提供するために必要とされる適切な長さに見合う厚さを有するステンレス鋼のスラブを含む。難燃性経路は一般的には、通路の直径に対する長さの比（Ｌ／Ｄ）、ならびに通路の面積に対する周囲長の比（Ｐ／Ａ）の関数である。しかしながら、適正なＬ／Ｄ比は通常は、フランジまたはプラグの厚さを、構造のため通常必要とされるものより大きくする。さらに、このような厚いスラブを通るそのような小さい径の機械加工のために、放電加工（ＥＤＭ）が、しばしば使用される。しかしながら、ＥＤＭ作業は、スラグ層を生成し、それは、スラブのリキャスト物質から成る、穴を覆う物質の層を含む。スラグは、汚れており、除去するのが困難である。スラグはまた、湿気も内部に保持し、それは、例えばセンサーの誘電体を変性して圧力トランスミッターおよび油圧システムの動作を妨げることもある。ＥＤＭプロセスはまた、ドリル加工などの従来の機械加工プロセスと比べて高価でもある。

米国特許第４，９７０，８９８号

従って、工業プロセストランスミッターでの改善された難燃性経路、とりわけより清浄で、より小さく、より安価な難燃性経路が要求されている。

本発明は、プロセス制御システムでプロセス変数を感知するためのトランスミッターのためのものである。プロセストランスミッターは、トランスミッターハウジング、センサー、トランスミッター回路、通路および火炎防止器を含む。トランスミッターハウジングは、内部空間を有する。センサーは、この内部空間に配置され、工業プロセスのプロセス変数を感知し、センサー信号を生成する。トランスミッター回路は、この内部空間に配置され、センサーに接続する。通路は、センサーと連通し、トランスミッターハウジングの内部空間を通って延在する。通路は、第１の断面プロファイルを有する。火炎防止器は、通路に配置される。火炎防止器は、第１の断面プロファイルと異なる第２の断面プロファイルを有する。火炎防止器は、通路の第１の断面プロファイルの断面積よりも小さい断面積を有する経路を通路の内部に形成する。

制御室、プロセス流体源および本発明の火炎防止器が使用されるインラインプロセストランスミッターを含むプロセス制御システム概略図を示す図である。 油圧隔離経路で使用される本発明の火炎防止器を備える分離プラグを有する図１のプロセストランスミッターの部分断面図を示す図である。 図２の付記Ａで示す隔離プラグおよび隔離ダイヤフラムの拡大図を示す図である。 図２の断面３Ｂ−３Ｂで見た、六角形火炎防止器が挿入された隔離経路の端面図を示す図である。 図３Ｂの付記Ｂで示す隔離経路および六角形火炎防止器の拡大図を示す図である。 溝付き火炎防止器が挿入された隔離経路の拡大端面図を示す図である。 葉状突出部のあるらせん状火炎防止器が挿入された隔離経路の側断面を示す図である。 図６の隔離経路およびらせん状火炎防止器の端部断面図を示す図である。

図１は、プロセストランスミッター１２、制御室１４およびプロセスパイプ１６を含むプロセス制御システム１０を示す。プロセストランスミッター１２は、制御ループ１８を通じて制御室１４に接続され、ブラケット２０を通じてプロセスパイプ１６に接続される。パイプ１６内の流体などのプロセス流体の圧力は、プロセス接続部２２を通じてトランスミッター１２に流体的に接続される。制御室１４は、制御ループ１８を介して電源２４からトランスミッター１２に電力を供給する。制御ループ１８はまた、通信システム２６がデータを制御室１４からトランスミッター１２に送り、データをトランスミッター１２から受け取ることを可能にする。様々な実施形態では、制御ループ１８および通信システム２６は、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバスなどのデジタルネットワークプロトコル、または４〜２０ｍＡのＨＡＲＴ（登録商標）システムなどのアナログネットワークプロトコルを介して動作する。他の実施形態では、トランスミッター１２および制御室１４は、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）などの無線ネットワークを介して通信する。なお他の実施形態では、トランスミッター１２の出力は、有線または無線によって圧力トランスミッター１２と連結する携帯用インテロゲータデバイスによって、またはトランスミッター１２のハウジング内に配置されるローカルディスプレイによって読み取ることができる。プロセストランスミッター１２は、プロセス流体のプロセス圧力Ｐ₁と大気の圧力Ｐ_Aとの間の圧力差を感知し、次いで制御ループ１８を介して電子信号を制御室１４に伝えるゲージ圧力センサーを含む。

圧力トランスミッター１２は、トランスミッター回路２８、センサー３０、基準経路３２、隔離経路３４、隔離ダイヤフラム３６、ハウジング３８、可撓性のセンサー素子４０および火炎防止器４２を含む。トランスミッター回路２８は、当技術分野で周知の任意の適切な手段を使用して制御ループ１８およびセンサー３０に電気的に接続される。トランスミッター回路２８は、圧力センサー３０によって感知された圧力を表す電気信号を制御室１４もしくはハウジング３８内に配置されたＬＣＤスクリーンなどのローカルディスプレイに、または両方に制御ループ１８を介して送るための構成要素および電子装置を含む。回路２８はまた、センサー３０の出力を制御ループ１８と互換性があるフォーマットに整える。センサー３０およびトランスミッター１２から受け取るデータに基づいて、制御室１４は、制御ループ１８かまたは別の制御ループを通じてプロセスパラメーターを調整することができる。例えば、制御室１４は、適切なアクティブ制御バルブを調整することによってパイプ１６内のプロセス流体の流れを調整することができる。

圧力センサー３０は、ハウジング３８の内部を通って延在する通路に接続される。基準経路３２は、大気圧Ｐ_Aが可撓性のセンサー素子４０に接触できるようにセンサー３０をハウジング３８の外部に接続する。隔離経路３４は、プロセス圧力Ｐ₁が油圧充填流体を通じて可撓性のセンサー素子４０に接触できるようにセンサー３０をハウジング３８の外部に接続する。火炎防止器４２は、火炎がハウジング３８の内側または外側へ移動するのを防止するためにハウジング３８の内部の通路内に配置される。図示する実施形態では、火炎防止器４２は、隔離経路３４に配置される。他の実施形態では、火炎防止器４２は、基準経路３２またはトランスミッター１２内にある他の通路に配置される。

センサー３０は、可撓性のセンサー素子４０を有する圧力センサーを含む。一実施形態では、可撓性のセンサー素子４０は、従来技術で周知の容量性圧力センサーを含む。例えば、容量に基づく圧力センサーセルは、Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ Ｉｎｃ．、Ｅｄｅｎ Ｐｒａｉｒｉｅ、ＭＮに譲渡されたフリック（Frick）他の米国特許第６，２９５，８７５号に記載されている。別の実施形態では、可撓性のセンサー素子４０は、従来技術で周知の歪みゲージセンサーを含む。例えば、歪みゲージ圧力センサーセルは、Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ Ｉｎｃ．、Ｅｄｅｎ Ｐｒａｉｒｉｅ、ＭＮに譲渡されたモーザー（Moser）他の米国特許第５，７０９，３３７号に記載されている。可撓性のセンサー素子４０は、基準経路３２を通ってセンサー３０に与えられる大気圧Ｐ_Aに応答して動く。可撓性のセンサー素子４０はまた、隔離経路３４および接続部２２を通ってセンサー４０に与えられるプロセス圧力Ｐ₁にも応答して動く。一実施形態では、接続部２２は、プロセスマニホールドを通ってプロセスパイプに接続するためのインパルスパイプを含む。もう１つの実施形態では、接続部２２は、リモートシールアセンブリに接続するためのキャピラリーを含む。

隔離経路３４は、第１の端部でセンサー３０におよび第２の端部で分離隔膜３６に流体的に結合される通路を含む。隔離ダイヤフラム３６は、カップリング４４の近くでハウジング３８に接続されるプラグに取り付けられる。カップリング４４の外部は、トランスミッター１２がパイプ１６によって支持されるようにブラケット２０に結合する。カップリング４４の内部は、プロセス流体を隔離ダイヤフラム３６に流体的に接続するために接続部２２に接続されるカップリングに結合する。隔離経路３４には、油圧通路を形成するためにセンサー充填流体を供給される。充填流体は、圧力Ｐ₁を隔離ダイヤフラム３６からセンサー３０に伝えるために実質的に非圧縮性である。充填流体は通常シリコーンオイル油圧流体から成り、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｍｉｄｌａｎｄ、ＭＩから市販されるようなＤＣ２００（登録商標）、ＤＣ７０４（登録商標）またはＳｙｌｔｈｅｒｍ ＸＬＴ（登録商標）シリコーンオイルなどである。。しかしながら、他の流体もまた、使用される。充填流体は、センサー３０内の可撓性のセンサー素子４０の位置を変位させ、それは、センサー３０が生成する圧力電気信号を変化させ、これがプロセス圧力Ｐ₁の変化を示す。

基準経路３２は、筐体３８の外部をセンサー３０内の可撓性のセンサー素子４０に接続する。基準経路３２は、大気圧Ｐ_Aをトランスミッター１２の外側から可撓性のセンサー素子４０に伝える。同様に、大気圧Ｐ_Aは、隔離経路３４に接続された圧力源に作用し、その結果外気圧の変化は、センサー素子４０の両面に等しく作用する。センサー３０は、プロセス流体と大気圧との間の差圧を感知し、ゲージ圧力測定値をもたらす。それ故に、隔離経路３４および基準経路３２は、プロセス流体および大気圧をセンサー３０と油圧的に連結させ、その場合Ｐ₁は通常、高圧側とされ、Ｐ_Aは通常、低圧側とされる。

隔離経路３４は、防炎特性をトランスミッター１２に与える。火炎防止器４２は、トランスミッター１２の防炎特性の性能および製造容易さを改善する。火炎防止器４２の使用は、隔離経路３４の製造を、安価な従来の機械加工技術を使用して行うことを可能にし、あまりきれいでない作業も避けることができる。火炎防止器４２は、棒材またはワイヤーなどの一般的な材料から作ることができる。図２〜７を参照して説明するように、火炎防止器４２は、従来の消炎経路と比べて、隔離路３４の断面積および表面積を増加させるように成形することができ、この際、隔離経路３４内の油圧流体の性能を阻害することなくまたはトランスミッター１２の難燃性の性能を損なうことなく隔離経路３４を通る１つ以上のより細い通路も作製することができる。

図２は、油圧隔離経路３４で使用される火炎防止器４２を有する隔離プラグ４６を持つプロセストランスミッター１２の部分断面図を示す。圧力センサー３０は、可撓性のセンサー素子４０、ヘッダー４８、充填チューブ５０、電気導線５２およびキャップ５４を含む。トランスミッターハウジング３８は、導管コネクタ５６Ａおよび５６Ｂを含み、その中に制御ループ１８のワイヤーが延在し、トランスミッター電子装置２８（図１）に接続する。プラグ４６は、隔離経路３４、通気孔５８および吸気口６０を含む。隔離経路３４は、端面４６Ａと４６Ｂとの間のプラグ４６の長さＬに渡って長手方向に延在する。それ故に、端面４６Ａと端面４６Ｂとの間の距離は、プラグ４６の長さＬとなっている。一実施形態では、長さＬは、約１インチ（約２．５４ｃｍ）である。隔離経路３４は、第１の端部でセンサー素子４０へ開口し、第２の端部で隔離ダイヤフラム３６へ開口している。通気孔５８は、プラグ４６中に延在し、第１の端部でセンサー３０の基準経路３２へ開口し、第２の端部で吸気口へ開口している。カップリング６２は、プラグ４６に溶接され、接続部２２（図１）は、カップリング６２にねじ込まれている。

プラグ４６は、トランスミッター１２のトランスミッター構成要素として使用されるように成形されたスラブ材料を含む。説明する実施形態では、スラブ材料は、ハウジング３８およびカップリング６２と接続されるインライン圧力センサーで使用されるプラグとして成形される。他の実施形態では、スラブ材料は、差圧トランスミッターで使用すべきアイソレーターフランジのように成形される。例えば、本発明はまた、２つの油圧通路を備える共平面フランジを有する差圧トランスミッターなどの、複数の火炎経路を有するプロセストランスミッターに含まれてよい。なお他の実施形態として、本発明は、リモートシールアセンブリで使用されてよい。スラブは、耐久性かつ耐食性の材質で形成される。様々な実施形態で、プラグ４６は、ステンレス鋼またはＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）から成る。

可撓性のセンサー素子４０は、プラグ４６にマウントし、ヘッダー４８で覆われて、端面４６Ａに溶接される。プラグ４６は、センサー３０がハウジング３８内に位置するようにコネクタ４４にねじ込まれる。電気導線５２は、センサー３０から筐体３８中に延在してトランスミッター電子装置２８に接続する。充填チューブ５０は、油圧流体を隔離経路３４に導入できるようにセンサー３０から延在する。エポキシ樹脂のポッティングコンパウンドなどのキャップ５４は、端面４６Ａで筐体３８内にセンサー３０を密封する。カップリング６２は、端面４６Ｂの近くでプラグ４６に溶接される。

大気圧Ｐ_Aは、コネクタ４４とプラグ４６との間の間隙を通ってトランスミッター１２に入る。大気圧Ｐ_Aは、吸気口６０、通気孔５８および基準経路３２を通って移動して可撓性のセンサー素子４０に作用する。コネクタ４４、吸気口６０、通気孔５８および基準経路３２は、汚染物質および他の残渣がセンサー３０に入るのを防止する蛇行経路を形成する。通気孔５８は、消炎経路としての機能を果たす。図示する実施形態では、通気孔５８は、ヘッダー４８と入口６０との間の距離に基づく直径サイズを有する。例えば、当技術分野で周知であるように、約７以上の長さ対直径比（Ｌ／Ｄ）は、十分な消炎特性を提供する。したがって、火炎は、トランスミッター筐体３８の内側かまたは外側で生じるとき、通気孔５８を通って移動するのを妨げられる。

カップリング６２から導入されるプロセス流体からのプロセス圧力Ｐ₁は、隔離ダイヤフラム３６に作用する。プロセス圧力Ｐ₁は、圧力をダイヤフラム３６に及ぼし、ダイヤフラムはさらにその圧力を隔離経路３４内の油圧充填流体を通じて可撓性のセンサー素子４０に伝える。隔離経路３４および火炎防止器４２は、消炎経路を形成する。図示する実施形態では、隔離経路３４は、大きいサイズの穴として提供され、その中に異なる形状の火炎防止器４２が挿入されて、小さいサイズの消炎経路を形成する。火炎防止器４２は、隔離経路３４内の空間を占有して隔離経路３４の全断面積を低減する。火炎防止器４２は、隔離経路３４のそれと異なる断面プロファイルを有するが、これは火炎防止器４２が隔離経路３４内に保持されることを可能にし、油圧流体もまた阻害されずに通過することを可能にする。

図３Ａは、図２の付記Ａで示すような、プラグ４６および隔離ダイヤフラム３６の拡大図を示す。図３Ｂは、図２の断面３Ｂ−３Ｂで見た、隔離経路３４に挿入された六角形火炎防止器４２を有する端面４６Ｂの端面図を示す。アイソレーター面６６を示すために、図３Ｂでは隔離ダイヤフラム３６は削除されている。図３Ａおよび３Ｂを一緒に説明する。アイソレーター面６６は、隔離ダイヤフラム３６が曲がるための空間を提供するために、端面４６Ｂに対してプラグ４６内部へくぼんだ面を含む。アイソレーター面６６は、回旋部６８およびアイソレーター縁部７０を含む。回旋部６８は、従来技術で周知のように、隔離ダイヤフラム３６に合わせて支持するコルゲーションを含む。しかしながら、回旋部６８は、他の実施形態では省略されてもよい。アイソレーター縁部７０は、アイソレーター表面６６のエッジの周りに延在するフランジを含み、そのフランジに隔離ダイヤフラム３６が溶接されるかあるいは結合される。隔離経路３４は、アイソレーター表面６６の中へ延在し、プラグ４６の長さＬ（図２）を完全に通り抜けて延在する。火炎防止器４２は、隔離経路３４に挿入されて実質的に長さＬにわたって延在する。図４で見やすく示されているように、火炎防止器４２は、隔離経路３４内に挿入されて、より小さい消炎経路となる複数の油圧流体通路を明確にする。

図４は、図３Ｂの付記Ｂで取り上げるような、隔離経路３４および六角形火炎防止器４２の拡大図を示す。隔離経路３４は、直径Ｄ₁の内壁７２を含む。火炎防止器４２は、外壁７４を含み、それは、パネル７６Ａ〜７６Ｆおよびエッジ７８Ａ〜７８Ｆを含む。パネル７６Ａ〜７６Ｆは、直径Ｄ₂を有する円に外接する。火炎防止器４２は、内壁７２と外壁７４との間に通路８０Ａ〜８０Ｆを形成するように隔離経路３４に収まる。このような通路を形成するために、隔離経路３４および火炎防止器４２の断面プロファイルは異なっている。図示する実施形態では、隔離経路３４は、円形の断面プロファイルを有し、火炎防止器４２は、六角形の断面プロファイルを有する。隔離経路３４は、プラグ４６を通って一様にかつ直線的に延在する。火炎防止器４２は、隔離経路３４を通って直線的にかつ一様に延在する。火炎防止器４２は、隔離経路３４内を同軸的に延在する。そのため、隔離経路３４、火炎防止器４２および通路８０Ａ〜８０Ｆの断面プロファイルは、図示する実施形態については長さＬ（図２）にわたって一様である。

隔離経路３４は、ドリル加工などの従来の機械加工技術を使用して形成される。ドリル加工の後、隔離経路３４は、機械加工作業で残った潤滑油または残渣を除去するために、任意の従来方法を使用して洗浄される。隔離経路３４は洗浄され、隔離経路３４に後で導入される油圧流体の汚染を防止する。この汚染はセンサー３０（図２）の動作に影響を及ぼすこともある。一実施形態では、火炎防止器４２は、一般的な市販の材料で形成される。説明する実施形態では、火炎防止器４２は、約０．１２５インチ（約３．１７５ｍｍ）の内幅（Ｄ₂）を有する３０３ステンレス鋼六角プラグを含む。六角プラグは、使用する挿入プロセスに応じて、随時焼きなましまたは冷間加工されてもよい。

火炎防止器４２が、隔離経路３４に対して固定された関係で保持または維持されるように、火炎防止器４２は、任意の適切な方法を使用して隔離経路３４に挿入される。一実施形態では、火炎防止器４２は、隔離経路３４に圧入され、それは、少なくとも２つの方法で実施することができる。最初に、火炎防止器４２は、ある長さが隔離経路３４から突き出る状態で隔離経路３４に圧入され、火炎防止器４２および端面４６Ｂが一緒に成形されて回旋部６８を形成できるようにしてよい。機械加工の後、回旋部６８は、例えば熱的加工法または砥粒フロー加工または圧力フラッシュ加工を使用してバリ取りされる。次に、火炎防止器４２は、回旋部６８が機械加工された後に、端面４６Ｂの奥に後退するように隔離経路３４に圧入されてもよい。このような例としては、隔離経路３４は、約０．１３６インチ（約３．４５ｍｍ）の直径を有する＃２９ドリルビットを使用してドリル加工される。

別の実施形態では、火炎防止器４２は、隔離経路３４内に位置するようにかしめ加工される。例えば、火炎防止器４２が隔離経路３４内に配置決めされた状態で、ストップ／バックリベット打ち技術が、火炎防止器４２を適所に保持するために使用され、一方空気圧リベット打ちまたは油圧プレス技術が、火炎防止器４２を押し込むために使用される。そのような例では、隔離経路３４は、約０．１４０５インチ（約３．５６９ｍｍ）の直径を有する＃２８ドリルビットを使用してドリル加工される。圧入およびかしめ挿入の両方の技術では、火炎防止器４２は、隔離経路３４内で圧迫状態にされ、その結果火炎防止器４２は、ねじ山などの他の機構の助け無しに摩擦で適所に保持される。しかしながら、さらに他の実施形態として、火炎防止器４２は、図６および７を参照して説明するように、隔離経路３４にねじ込まれてもよい。さらに他の実施形態では、火炎防止器４２は、従来技術を使用して隔離経路３４に熱的にはめ込まれてよい。例えば、隔離経路３４は、火炎防止器４２を挿入する前に加熱されて広げられてよく、それによって内壁７２が外壁７４の周りで収縮することを可能にする。

いずれの実施形態でも、エッジ７８Ａ〜７８Ｆは、内壁７２と係合して火炎防止器４２を隔離経路３４内に固定する。この係合は、隔離経路３４をいくつかの小さい経路に分割する。図４で分かるように、火炎防止器４２の断面積は、隔離経路３４の断面積の大部分を占有し、それによって隔離経路３４内で油圧流体に利用できる全体の流路を低減する。個々のより小さい経路は、消炎特性を有する。例えば、隔離経路３４の長さＬ（図２）に基づいて、通路８０Ａ〜８０Ｆのそれぞれは、隔離経路３４を通って移動する火炎を消化することになる。図４で分かるように、内壁７２と外壁７４との間の距離は、隔離経路３４に直交する単一面内で個々の通路８０Ａ〜８０Ｆ内で変化して、火炎防止器４２を適所に保持し、油圧流体の流れを可能にする可変ギャップ距離を提供する。

火炎防止器４２および隔離経路３４は、トランスミッタープラグおよびフランジで使用される従来の消炎経路に優る改善を提供する。例えば、１インチ（約２．５４ｃｍ）の長さＬを有する従来のプラグ４６は通常は、約０．２０インチ（約５．０８ｍｍ）の穴径を有する円形消炎経路を使用することになる。これは、約０．０００３１平方インチ（約０．２ｍｍ²）の断面積および約０．０６３インチ（約１．６ｍｍ）の周囲長という結果になる。これは、表１で集約するように、約２００ｉｎ／ｉｎ²の周囲長対面積比（Ｐ／Ａ）をもたらす。

０．１４インチ（約３．５６ｍｍ）［Ｄ₁］の穴に挿入された０．１２５インチ（約３．１８ｍｍ）［Ｄ₂］の六角プラグを使用すると、先述の実施形態は、約０．００２６６平方インチ（約１．７２ｍｍ²）の断面積および約０．８６０インチ（約２１．８４ｍｍ）の周囲長という結果になる。これは、表２で集約するように、約３２２．８ｉｎ／ｉｎ²のＰ／Ａ比をもたらす。

表１−従来の消炎経路

表２−本発明の火炎防止器

表１および２から分かるように、本発明の周囲長対面積比は、従来の消炎経路から６０パーセントを越えて増加する。以下の表３で分かるように、火炎防止器４２および隔離経路３４は、流路の周囲長および断面積の両方を増加させる。それ故に、プロセストランスミッタースラブに、安価かつ清浄に、より大きい穴が機械加工されるにもかかわらず、流路形状は、改善される結果となる。

表３−本発明対従来の火炎経路の面積および周囲長の比

本発明により、火炎防止器のない従来の消炎経路と比べて、火炎経路の面積は、８．５倍増加し、火炎経路の周囲長は、１３．５倍を越えて増加する。これは、種々の態様でトランスミッター１２（図１）の性能を改善する。通路８０Ａ〜８０Ｆによって提供されるような、流路の全断面積の増加は、追加の充填流体が油圧システムに存在することを可能にし、それは、温度に関係したセンサーの性能変化を低減することができる。また、流路の断面積の増加はより大きい表面積を提供し、これを介してプロセス圧力が反応することができるので、センサー応答性を改善することができる。流路の周囲長の増加は、隔離経路３４の消炎性能を改善する。内壁７２および外壁７４は、通路８０Ａ〜８０Ｆを通って移動する火炎の熱を吸収するためにより大きい表面積を提供し、それは、火炎をより速く消失させることを可能にする。

隔離経路３４の断面領域は、多くの小さい経路に分割できるので、隔離経路３４の上に置かれた隔離ダイヤフラム３６（図２）は、火炎防止器４２によってより十分に支持される。したがって、超過圧力に曝された時のような破裂の可能性が低減され、隔離ダイヤフラム３６の耐久性が改善される。さらに、本発明は、それぞれが小さい断面積を有する、複数の細い火炎経路が形成されることを可能にするので、消炎に十分なＬ／Ｄ比となるように、各経路の長さを低減することができる。このようにして、プラグ４６（図２）の長さＬおよびトランスミッター１２（図１）の外形全体のサイズを低減することができる。また、消炎能力に影響を及ぼすことなく隔離経路３４および火炎防止器４２のサイズに基づいて各流路の長さを調整することができることは、コプラナ圧力トランスミッターでのオフセット隔離ダイヤフラムの使用を可能にする。

いくつかの細い、独立した火炎経路は、隔離経路と異なる断面プロファイルを有する火炎防止器を設けることによって形成される。先述の実施形態では、円形の隔離経路で、六角形火炎防止器が用いられている。しかしながら、他の実施形態では、他の多角形、たとえば三角形、長方形、正方形または八角形などの形状の火炎防止器が、円形または他の曲線の隔離経路で用いられて、複数の流路が形成されてよい。なお他の実施形態では、図５を参照して説明するように、従来の消炎経路に似た単一の火炎経路が、隔離経路と異なる断面プロファイルを有する火炎防止器を用いて形成されてもよい。

図５は、溝付き火炎防止器８４が挿入された隔離経路８２の拡大端面図を示す。隔離経路８２は、プラグまたはフランジなどのトランスミッター構成要素を含むスラブ８８の中に延在する、内壁８６を有する円形穴を含む。火炎防止器８４は、溝９２を有する外壁９０を有する円柱体を含む。実際には、火炎防止器８４は、隔離経路８２にきつく嵌め込まれている。しかしながら、図５では分かりやすくするために、火炎防止器８４と内壁８６との間のギャップＧが示されている。図５で分かるように、溝９２があるために、ギャップＧは火炎防止器８４の周囲に沿って変化する。

火炎防止器８４は、所望の溝の形を有するダイスを通してワイヤーまたは棒を引き出すことによって作製できる溝付きピンを含む。図示する実施形態では、火炎防止器８４は、半円形の形をした溝９２を含む。しかしながら、正方形または放物線などの他の特注形状の溝が、使用されてもよい。図示する実施形態では、溝９２は、従来の円形消炎経路の断面に近似して成形されており、溝９２の直径は、約０．０２０インチ（約０．５０８ｍｍ）となっている。このように、従来の消炎特性が、安価で清浄な機械加工作業で達成できる。溝９２の成形の後、火炎防止器８４は、かしめまたは圧入などの任意の従来手段によって経路８２に挿入される。本発明の火炎防止器および隔離経路の他の実施形態は、図６および７を参照して説明するように、変化する断面プロファイルを使用して単一の消炎経路を形成することができる。

図６は、葉状突出部のあるらせん状火炎防止器９６が挿入された隔離経路９４の側断面を示す。図６と一緒に説明される図７は、図６の隔離経路９４およびらせん状火炎防止器９６の端部断面図を示す。隔離経路９４は、プラグまたはフランジなどのトランスミッター構成要素を含むスラブ１００の中に延在する内壁９８を有する円形穴を含む。火炎防止器９６は、外壁１０２およびコイル１０４を有するらせん状体を含む。火炎防止器９６と隔離経路９４との間のギャップは、分かりやすくするために図７では誇張されている。図４および５の実施形態と同様に、内壁９８と外壁１０２との間のギャップ距離は、火炎防止器９６の周囲に沿って変化する。

火炎防止器９６は、通常円柱状のロッドを備え、このロッドにコイル１０４が一体的に巻回されている。火炎防止器９６は、先に説明したかしめまたは圧入技術などによって、適所にしっかりと保持されるように隔離経路９４に挿入される。図７で示すように、内壁９８と外壁１０２の断面プロファイルは異なっている。例えば、内壁９８は、円形の断面プロファイルとなっており、一方外壁９８は、コイル１０４を含むことによって葉状突出部のある断面プロファイルとなっている。変化する断面プロファイルは、隔離経路９４を通って単一の流路を作成する。流路は、外壁１０２の周りにらせん状または渦巻き状に巻き付き、それは、スラブ１００の長さ（例えば、プラグ４６の長さＬ）を増加させることなく消炎経路の有効長を長くする。長くなった流路は、熱を吸収する経路の表面積を増加させることによって隔離経路９４の消炎特性を向上させる。

一実施形態では、火炎防止器９６は、ビスまたはボルトなどの従来のねじ体を含み、その場合コイル１０４は、従来の外側のねじ山を含む。そのような実施形態では、火炎防止器９６は、内壁９８に設けられるはめ合い用の内側のねじ山ねじ込まれてもよい。加えて、図４および５を参照して述べたような、本発明の他の実施形態では、他の断面プロファイルの火炎防止器にねじ山を設けてもよい。例えば、火炎防止器７４のエッジ７８Ａ〜７８Ｆは、内壁７２に設けられる整合用ねじ山と噛み合うようにねじ山を設けてよい。

本発明の隔離経路および火炎防止器の組合せは、以前の火炎防止器および消炎経路に優る利点を達成する。本発明は、製造がより容易であり、より安価である。従来の機械加工作業を、より高価なＥＤＭ法の代わりに使用できる。従来のように機械加工された穴は、通路に閉じ込められるごみおよび遊離した材料の量を低減するより清浄な通路を提供し、それによって充填流体容量の変化などの本来のセンサー性能の問題を低減する。ＥＤＭ法はまた、水分を閉じ込める可能性がある浸透性の穴も生成し、充填流体性能をさらに低下させる。その上、消炎流路の断面積および周囲長を増加させることに加えて、本発明により提供される流路の長さはまた、従来の構造と比べて低減される。

本発明は、実施形態例を参照して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、それの要素について様々な変形がなされ、等価物が置換されてもよいことが当業者には理解されるであろう。加えて、多くの変更が、本発明の本質的範囲から逸脱することなく特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるようになされてよい。従って、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲に入るすべての実施形態を含むことになることを意図している。

Claims (23)

1. プロセス変数を感知するためのプロセストランスミッターであって、
   内部空間を有するトランスミッターハウジングと、
   工業プロセスのプロセス変数を感知し、センサー信号を生成するために前記内部空間に配置されるセンサーと、
   前記内部空間に配置され、前記センサーに接続されるトランスミッター回路と、
   前記センサーと連通し、前記トランスミッター筐体の前記内部空間を通って延在する通路であって、第１の断面プロファイルを有する通路と、
   前記通路に配置される火炎防止器であって、前記第１の断面プロファイルと異なる第２の断面プロファイルを有する火炎防止器と、を備え、
   前記火炎防止器は、前記通路の前記第１の断面プロファイルの断面積よりも小さい断面積を有する経路を前記通路の内部に形成する、プロセストランスミッター。
2. 前記通路と前記火炎防止器との間の距離は、前記通路に直交して延在する単一面内で変化する、請求項１に記載のプロセストランスミッター。
3. 前記第１の断面プロファイルは、前記通路の第１の長さに沿って一様にかつ直線的に延在し、
   前記第２の断面プロファイルは、前記火炎防止器の第２の長さに沿って一様にかつ直線的に延在し、
   前記第１および第２の長さは、同軸である、請求項１に記載のプロセストランスミッター。
4. 前記火炎防止器は、前記通路と係合する、前記火炎防止器の長さに沿って延在する複数の長手方向エッジを含む、請求項１に記載のプロセストランスミッター。
5. 前記火炎防止器は、前記通路の内部をそれぞれが前記通路の前記第１の断面プロファイルの断面積よりも小さい断面積を有する複数の経路に分割する、請求項１に記載のプロセストランスミッター。
6. 前記複数の経路は、前記通路の前記第１の断面プロファイルの表面積および周囲長よりも合計で大きい表面積および周囲長を有する、請求項５に記載のプロセストランスミッター。
7. 前記第１の断面プロファイルは円形からなり、前記第２の断面プロファイルは非円形からなる、請求項１に記載のプロセストランスミッター。
8. 前記第２の断面プロファイルは、多角形である、請求項７に記載のプロセストランスミッター。
9. 前記第２の断面プロファイルは、溝付きプロファイルである、請求項７に記載のプロセストランスミッター。
10. 前記第２の断面プロファイルは、葉状突出部のあるプロファイルである、請求項７に記載のプロセストランスミッター。
11. 前記火炎防止器は、らせん状体を含む、請求項１に記載のプロセストランスミッター。
12. 前記通路は、前記センサーから前記トランスミッターハウジングの外部まで延在する通気経路を形成する、請求項１に記載のプロセストランスミッター。
13. 前記通路は、前記センサーから前記トランスミッターハウジングに取り付けられた隔離ダイヤフラムまで延在して隔離経路を形成し、前記隔離経路はさらに、油圧流体で満たされる、請求項１に記載のプロセストランスミッター。
14. 前記火炎防止器は、ねじ山を使用することなく適所に摩擦で保持されるように前記通路内に圧入される、請求項１に記載のプロセストランスミッター。
15. プロセス流体の圧力を感知するための圧力トランスミッターであって、
    工業プロセスのプロセス変数を感知し、センサー信号を生成するためのセンサーを含むセンサーモジュールと、
    前記センサー信号を処理するために前記センサーに接続されるトランスミッター回路と、
    前記プロセス流体と前記圧力センサーとの間に連通経路を提供する油圧リレーシステムと、を備え、
    前記油圧リレーシステムは、
    前記センサーモジュールまで延在し、内壁を有する通路と、
    前記通路内に配置され、前記通路の前記内壁とともに流路空間を画定する外壁を有する火炎防止器であって、前記内壁と前記外壁との間で変化するギャップ距離を画定するように前記内壁と係合する火炎防止器と、
    前記流路空間内の油圧流体と、
    前記通路の一端に配置される隔離ダイヤフラムと、を含む、圧力トランスミッター。
16. 前記火炎防止器の前記外壁は、
    前記外壁の周りに間隔をおいて設けられた複数の多角形面と、
    前記複数の多角形面の間に介設される複数のエッジとを備え、
    前記複数のエッジは、前記複数の多角形面が前記通路を複数の経路に分割するように前記内壁と接する、請求項１５に記載の圧力トランスミッター。
17. 前記複数の経路のそれぞれの断面積に対する前記通路の長さの比は、消炎経路を形成するのに十分である、請求項１６に記載の圧力トランスミッター。
18. プロセストランスミッターで使用するための火炎防止器を製造する方法であって、
    トランスミッター構成要素となるように、成形されたスラブに貫通穴を機械加工するステップであって、前記貫通穴は、第１の断面プロファイルを有する、ステップと、
    長尺の火炎防止器を前記貫通穴に挿入するステップであって、前記火炎防止器は、前記貫通穴と前記火炎防止器との間に少なくとも１つの経路を画定し、前記火炎防止器が前記貫通穴内の適所に保持されるように前記貫通穴の内面と係合する第２の断面プロファイルを有する、ステップとを含む方法。
19. 前記貫通穴を機械加工するステップは、前記貫通穴をドリル加工するステップを含み、
    長尺の火炎防止器を挿入するステップは、前記火炎防止器を前記貫通穴に圧入するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記貫通穴を機械加工するステップは、前記貫通穴をドリル加工するステップを含み、
    細長い火炎防止器を挿入するステップは、前記火炎防止器を前記貫通穴内の適所にかしめ圧入するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
21. 前記貫通穴の周りに回旋部を形成するように前記スラブを機械加工するステップと、
    前記回旋部をバリ取りするステップとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
22. 前記火炎防止器を挿入するステップの前に前記機械加工された貫通穴を洗浄するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
23. 前記スラブは、前記貫通穴の長さに対応する長さを有し、
    前記貫通穴は、前記スラブの前記長さに見合う火炎防止経路を形成するために前記スラブを通って延在する仮想経路よりも大きい直径を有するように機械加工される、請求項１８に記載の方法。

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