JP2014530363A - モジュール式デュアルコンパートメント温度伝送器 - Google Patents

Abstract

温度伝送器（１００）は、デュアルコンパートメントハウジング（１１２）及びヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュール（１２０）を含む。デュアルコンパートメントハウジング（１１２）は第一のコンパートメント（１１４）及び第二のコンパートメント（１１０）を有する。第一のコンパートメント（１１４）は、端子板において少なくとも一つの導管を通してフィールド配線を受けるように構成されている。第一（１１４）及び第二のコンパートメント（１１６）は、それらの間の電気フィードスルーを除き、切り離されている。ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュール（１２０）が第二のコンパートメント（１１６）中に配置され、第一のコンパートメント（１１４）中の端子板に操作可能に結合されている。

Description

背景技術
プロセス工業は、化学、パルプ、石油、医薬品、食品及び他の加工プラントにおける固形物、スラリー、液体、蒸気及び気体のような物質に関連するプロセス変量をモニタするためにプロセス変量伝送器を用いる。プロセス変量としては、圧力、温度、流量、レベル、濁度、密度、濃度、化学組成及び他の性質がある。プロセス流体温度伝送器が、感知されたプロセス流体温度に関する出力を提供する。温度伝送器出力は、プロセス通信ループを介して制御室に送られることもできるし、プロセスをモニタし、制御することができるような別のプロセス装置に送られることもできる。プロセス流体温度をモニタするために、伝送器は、測温抵抗体（ＲＴＤ）又は熱電対のようなセンサを含む、又はそれに結合されている。

ある特定のタイプの温度伝送器がヘッドマウント温度伝送器として公知である。このような伝送器は一般に、過酷な環境への暴露に備えて堅牢に作られている接続ヘッド又は接続箱を含む。接続ヘッドは、現行のＤＩＮ規格４３ ７２９フォームＢの基準にしたがって設計されることができる。このような設計は、他のプロセス変量伝送器格納装置よりも相対的に小さい。より小さな設計は、混雑した設置環境における伝送器取り付けを容易にする。さらに、より小さな設計はまた、センサプローブに結合される質量をより小さくする。そのような質量減少は、伝送器中で振動損傷が起こる可能性を減らす。

接続ヘッド又は接続箱は、１９９６年付けのＮＥＣ§５００〜５０３に適合した防爆性であることができる。一般に、電子部品モジュールが接続ヘッド内に配置され、ファスナで取り付けられて、高度にモジュール式である伝送器を提供する。そのようなモジュール性は伝送器の構成変更及びメンテナンスを容易にする。そのようなヘッドマウント温度伝送器の一例が、米ミネソタ州ChanhassenのRosemount Inc.から市販されているモデル２４８温度伝送器である。

レールマウント温度伝送器として知られる、もう一つの特定のタイプの温度伝送器がある。レールマウント温度伝送器は、ヘッドマウント温度伝送器と同じ電子部品の多くを含むことができるが、壁又はＤＩＮレールに直接取り付けられるように構成されている。

第三の特定のタイプの温度伝送器は、一般に、電磁干渉の課題を提供する非常に高精度の用途及び／又は環境に特定されている。そのような状況においては、デュアルコンパートメント防爆ハウジングが提供される。一般に、プロセス通信ループ導体のためのフィールド配線及びセンサワイヤが第一のコンパートメント中に提供され、伝送器電子部品が第二のコンパートメント中に提供される。この手法は、第一のコンパートメントと第二のコンパートメントとの間に配置されたＥＭＩ（電磁干渉）フィルタを介してフィールド配線を計測電子部品から隔離するためにデュアルコンパートメントを使用することにより、環境に対する必要な堅牢さを達成する。場合によっては、フィルタは使用されず、導体は単に、第一のコンパートメントと第二のコンパートメントとの間のフィードスルーの中を通過する。デュアルコンパートメント温度伝送器は一般に追加コストを要するが、そのコストは、装置によって提供される極めて高い堅牢さ及び／又は精度によって相殺される。

三つの異なるタイプの温度伝送器の提供は一般に、消費者が、ある特定のタイプを選択し、選択したタイプの性能及び／又はコストの様々な利点／欠点を受け入れることを要求する。異なるタイプの用途及びコスト要件のいくつかを潜在的に橋渡しすることができる温度伝送器製品提供物を提供することは、消費者が、自らの具体的な用途に潜在的により良く適合する製品を選択することを可能にするであろう。

温度伝送器は、デュアルコンパートメントハウジング及びヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールを含む。デュアルコンパートメントハウジングは第一のコンパートメント及び第二のコンパートメントを有する。第一のコンパートメントは、端子板において少なくとも一つの導管を通してフィールド配線を受けるように構成されている。第一及び第二のコンパートメントは、それらの間の電気フィードスルーを除き、切り離されている。ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールが第二のコンパートメント中に配置され、第一のコンパートメント中の端子板に操作可能に結合されている。

従来技術のデュアルコンパートメント温度伝送器の分解図である。 従来技術のヘッドマウント温度伝送器の図である。 ヘッドマウント温度伝送器電子部品の平面図である。 本発明のモジュール式デュアルコンパートメント温度伝送器の分解図である。 本発明の実施態様のアダプタモジュールの斜視図である。 ６Ａ〜６Ｃは、本発明の実施態様にしたがってヘッドマウント温度伝送器をアダプタモジュールに接続する一例を示す。 ６Ａ〜６Ｃは、本発明の実施態様にしたがってヘッドマウント温度伝送器をアダプタモジュールに接続する一例を示す。 ６Ａ〜６Ｃは、本発明の実施態様にしたがってヘッドマウント温度伝送器をアダプタモジュールに接続する一例を示す。 本発明の実施態様のヘッドマウント温度伝送器の一部切欠き斜視図及び底面斜視図を示す。 本発明の実施態様のヘッドマウント温度伝送器の一部切欠き図を示す。

例示的実施態様の詳細な説明
図１は、従来技術のデュアルコンパートメント温度伝送器の分解図である。伝送器１０は、第一の側１４及び第二の側１６を有するデュアルコンパートメントハウジング１２を含む。第一の側１４及び第二の側１６に結合されたそれぞれのカバー１８、２０が伝送器電子部品２２を防爆ハウジング内に封入する。一対の導管入口（一方が参照番号２４で示されている）が、プロセス通信ループのようなフィールド配線へのアクセスを提供する。加えて、一般に、一つ以上の温度センサが導管入口を介して伝送器電子部品２２に結合される。フィールド配線は、導管を通って伝送器１０に入り、第一のコンパートメントの基端１４の中に通過する。このコンパートメント中には、フィールド配線を受け、フィールド配線への確実な電気的かつ機械的接続を形成するための端子板がある。ハウジング１２内の壁が第一のコンパートメントを第二のコンパートメント（中に電子部品モジュール２２がある）から切り離す。壁は、第一のコンパートメントと第二のコンパートメントとの間の電気配線接続を提供するフィードスルーを除き、全く途切れていない。加えて、フィードスルーを通って伝導されるおそれがある電磁干渉を阻止するために、一つ以上の電磁干渉フィルタが設けられている。第二のコンパートメントからの第一のコンパートメントの封止が、ハウジング全体の堅牢さを高めるのに役立ち、さらなる防爆定格、たとえばクラス１、ディビジョン１、グループａのような安全規格との適合を容易にする。

電子部品モジュール２２が、第二のコンパートメントの基端１６内の接点に電気的に結合され、取り付けられた温度センサからプロセス温度計測を得、プロセス通信ループを介してプロセス温度変量出力を生成するようにハードウェア、ソフトウェア又は両方によって構成されている。場合によっては、エンドキャップ２０の窓２８を通して見えるＬＣＤモジュール２６によってプロセス温度出力の外部表示を提供することもできる。

デュアルコンパートメント温度伝送器は一般に、製造者によって提供される最も堅牢かつ高精度のシングルポイント温度計測ソリューションを代表する。これはまた、消費者にとって一般に最もコスト高な温度ソリューションでもある。

もう一つのタイプの温度伝送器がヘッドマウント温度伝送器として公知である。図２は、従来技術のヘッドマウント温度伝送器５０の図である。伝送器５０は、温度感知プローブ５４に結合されたハウジング５２を含み、温度感知プローブは、その中のサーモウェル内に配置された温度センサ５６を有する。温度センサ５６は、導体６０を介してヘッドマウント伝送器電子部品５８に操作可能に結合されている。極めて小さな形状係数を受け入れるために、電子部品５８は一般に、小さな円形パック形装置の形態で提供され、その上面６２で直接的に配線の終端が施されている。プロセス通信ループへの接続は、導管入口６４を介して実施される。

図３は、ヘッドマウント温度伝送器電子部品６２の平面図である。熱電対又は測温抵抗体（ＲＴＤ）のような温度センサに結合するために、様々な端子６０がその上面に提供されている。プロセス通信ループへの電子部品６２の結合は一般に、導管入口６４を通過する端子６６を介して実施される。電子部品６２をハウジング５２内に確保するために複数のファスナ６８が提供されている。温度センサワイヤへのアクセスは一般に中央の開口７０を介して提供される。図２及び３に示す装置は一般に、図１に示す装置よりも実質的に低コストで提供することができる。しかし、図２及び３に示す装置は、一部のプロセス温度計測用途にとって十分に堅牢ではないこともあるし、図１に示す装置よりも電磁干渉を受けやすいこともある。なおさらに、センサ電子部品６２が故障する、又はそれを交換もしくはアップグレードする必要があるならば、一般に、電子部品６２をハウジング５２から取り出すために、すべてのフィールド配線を切り離さなければならない。

図４は、本発明の実施態様のモジュール式デュアルコンパートメント温度伝送器の分解図である。伝送器１００は、図１に関して説明したハウジング１２と実際に同一であってもよいハウジング１１２を含む。伝送器１１２は、プロセス通信導体及び／又はセンサ導体のようなフィールド配線を受け、接続するための第一のコンパートメント１１４を有する。第二のコンパートメント１１６が伝送器電子部品を受け、維持する。しかし、図１に示すモジュール２２のような伝送器電子部品の代わりに、従来技術の電子部品モジュールが電気的接触を形成するのとほぼ同じやり方で第二のコンパートメント１１６内の協働的なピン又は他の適当な導体とで電気的接触を形成するモジュール式アダプタ１１８が提供されている。しかし、これらの電気接続は、その後、ヘッドマウント形状係数温度伝送器電子部品モジュール１２０に電気的に結合するために、モジュール１１８上の適切な位置に取り回される。モジュール１２０は、モジュール１２０がヘッドマウント温度伝送器として機能することを可能にするであろういくつかのねじ端子を含む終端面を含む。伝送器電子部品モジュール１２０は、温度センサの電気的性質を計測し、その指示をプロセス通信ループを介して提供するように構成されている伝送器電子部品を含む。伝送器電子部品モジュール１２０は、好ましくは、すべての適用可能なＤＩＮヘッドマウント格納装置内に収まるようにサイズを決められている。伝送器電子部品モジュール１２０は、ＤＩＮ Ａヘッドマウントアプリケーション内に収まるために、２．４インチ以下の直径を有することが好ましい。さらに、伝送器電子部品モジュール１２０は、ＤＩＮ Ｂヘッドマウントアプリケーション内に収まるために、１．７インチ以下の直径を有することが好ましい。ＤＩＮ規格は、接続ヘッド中の空間制限を規定する公知の規格である。ＤＩＮ規格に関するさらなる情報は、ＤＩＮ４３ ７２９規格を検討することによって見いだすことができる。

アダプタモジュール１１８は、伝送器電子部品モジュール１２０を唯一の回転方向位置に維持するようにサイズ決めされ、配置されたいくつかの形体１２２を含む。本発明の実施態様の一例として、ハウジング１１２は、米ミネソタ州ChanhassenのRosemount Inc.から市販されているモデル３１４４Ｐデュアルコンパートメント圧力伝送器と関連して現在販売されているものと同一であってもよい。加えて、伝送器電子部品モジュール１２０は、モデル６４４温度伝送器と関連して販売されている電子部品モジュールであってもよい。これは一般に、デュアルコンパートメント温度伝送器の従来の電子部品モジュールよりも低コストな装置である。そのうえ、伝送器電子部品モジュール１２０は、フィールド配線を受けるための端子を有するが、そのようなフィールド配線はこれらの端子に結合されない。代わりに、伝送器１００のフィールド配線は、第一のコンパートメント１１４内で施され、フィードスルーを介してアダプタモジュール１１８内の電気接続の中に通される。そして、これらの電気接続は適当なやり方で伝送器電子部品モジュール１２０に結合される。

図５は、本発明の実施態様のアダプタモジュール１１８の斜視図である。アダプタモジュール１１８は、第二のコンパートメント１１６内に取り付けるためのいくつかの取り付け穴１２４を含む。

上述したように、伝送器電子部品モジュール１２０とアダプタモジュール１１８との間の電気的相互接続は、適当なやり方で実施することができる。図６Ａ〜６Ｃは、そのような接続の一例を示す。この例において、電気接続はなおも、伝送器電子部品モジュール１２０の上面にあるねじ端子に対して実施される。しかし、伝送器電子部品モジュール１２０を所定の位置に嵌め込まなければならないため、電気コネクタそのものは、アダプタモジュール１１８の中への伝送器電子部品モジュール１２０の取り付けを受け入れるために、移動可能でなければならない。ひとたび伝送器電子部品モジュール１２０をアダプタモジュール１１８内に取り付けたならば、モジュール１１８のコネクタを所定の位置に戻し、伝送器電子部品モジュール１２０の上面の端子にねじ付ける。図６Ａは、一つのそのような電気カプラ１３０を示し、円１３２内に、係合解除状態にあるコネクタ１３０を示す。図６Ｂは、コネクタ１３０の一部分の実質的に拡大した斜視図を示す。特に、コネクタ１３０は、シャフト１３６が矢印１３８の方向に回動することを許すピボット１３４を含む。これは、伝送器電子部品モジュール１２０をその取り付け位置に嵌め込むとき、Ｃ字形部分１４０が押しのけられることを可能にする。伝送器電子部品モジュール１２０の邪魔にならないように枢動するピンの能力に加えて、ピンはまた、ハウジングの縁を空けておくために、垂直方向に移動することが必要である。図６Ｂに示すピンの区分が垂直移動を可能にする。この区分が、下部が上部よりも高くなるようなテーパ状であるならば、図６Ｃに示すようにピンがねじ付けられたとき、この接合部においてピンの二つの部分の間に電気接続が形成される。ひとたび伝送器電子部品モジュール１２０を正しく取り付けたならば、端子を枢動させてその係合位置に戻し、モジュール１２０のねじ端子と嵌合させる。図６Ｃはそのような状態を示す。

本発明のもう一つの実施態様にしたがって、ベース内に配置された導体を含み、アダプタモジュール１１８中の対応するピンがそのような導体と自動的に嵌合して電気接触を提供するようになっている、新規なヘッドマウント伝送器電子部品モジュール２００を提供することができる。この状況においては、モジュール２００のねじ端子を使用する必要はない。図７は、モジュール２００の一部切欠き斜視図及びその底面斜視図を示す。図８は、本発明の実施態様にしたがって開口２１６内に収められたピン２１２の一部切欠き拡大図を示す。各ねじ端子２１０は、ベース部分２１４の近くに位置する導体２１２に電気的に結合されている。ベース２１４は、好ましくは、導体２１２を相互接続面２１５から本質的に凹ませるためのいくつかの穴又は開口２１６を含む相互接続面２１５を含む。このようにして、導体２１２との電気接続は、相互接続面２１５に設けられた開口２１６を通過してそれぞれの導体２１２と嵌合する適切にサイズ決めされたピンを介してのみ達成することができる。好ましくは、そのような電気接続は、アダプタモジュール１１８の表面に存在し、そこから延びるばね仕掛けの接触ピンを使用して実施される。

熱電対センサの使用中、本発明のいくつかの実施態様に関して生じる一つの問題が起こる。具体的には、その問題は、冷接点温度を正確に計測する本発明の実施態様の能力に関する。一般に、センサ端子の温度を計測するためには、オンボード白金測温抵抗体（ＰＲＴ）が使用される。理想的には、ＰＲＴは、端子接続部にできるだけ近く配置される。図４に示す構成においては、冷接点電圧を補償するために伝送器電子部品モジュール（又はパック）１２０中のオンボードＰＲＴを使用することはできない。理由は、センサ端子接続が、潜在的に異種の金属の接合があるところである、ハウジング１１２の第一のコンパートメント１１４中に設けられるため、センサ端子接続から離れすぎているからである。現在のデュアルコンパートメントハウジングは、白金測温抵抗体を含む端子板を有する。本発明の実施態様にしたがって、デュアルコンパートメントハウジングの端子板の白金測温抵抗体は、そのような構成において使用された場合でもパック１２０が冷接点補償を実行することができるよう、伝送器電子部品モジュール１２０に結合される。なおさらに、パック１２０は、その内部冷接点ＰＲＴを使用不能にし、第一のコンパートメント中に配置された端子板からの外部入力冷接点ＰＲＴを使用するために、ジャンパ、スイッチ又は自動感知回路を含むこともできる。伝送器電子部品モジュール１２０は、それが標準的なアダプタモジュール１１８に接続されているかどうかをオープンセンサ電流パルスによって自動的に検出するように構成されることができる。電子部品パック１２０がアダプタモジュール１１８に接続されていないならば、電流診断は高いインピーダンスを検知し、パックは、それが接続されていないことを知るであろう。診断は、装置が、ユーザの介入なしに、どのＰＲＴを冷接点補償のために使用すべきかを理解することを可能にするであろう。

上記実施態様は、相対的に低コストのヘッドマウント型電子部品モジュールをデュアルコンパートメントハウジングとともに使用して、さらなる堅牢さを提供する、及び／又は電磁干渉への感受性を減らすことを可能にする。本発明の実施態様は、従来のヘッドマウント温度伝送器よりも堅牢であり、かつ、従来のデュアルコンパートメント温度伝送器よりも低廉である装置を提供すると考えられる。

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、本発明の真意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 (14)

1. 第一のコンパートメント及び第二のコンパートメントを有するデュアルコンパートメントハウジングであって、前記第一のコンパートメントが、端子板において少なくとも一つの導管を通してフィールド配線を受けるように構成されており、前記第一及び第二のコンパートメントが、それらの間の電気フィードスルーを除き、切り離されているデュアルコンパートメントハウジング、及び
   前記第二のコンパートメント中に配置され、前記第一のコンパートメント中の前記端子板に操作可能に結合されているヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールを含む、温度伝送器。
2. 前記第二のコンパートメント中に配置され、前記ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールと前記端子板との間に電気的に挿入されたアダプタモジュールをさらに含む、請求項１記載の温度伝送器。
3. 前記アダプタモジュールが、前記第二のコンパートメントによって受けられるようにサイズ決めされ、前記ヘッドマウント温度伝送器を唯一の回転方向位置に維持するように構成された少なくとも一つの位置合わせ形体を含む、請求項２記載の温度伝送器。
4. 前記アダプタモジュールが、前記唯一の回転方向位置に維持されたとき前記ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールと係合するように構成されたいくつかの電気コネクタを含む、請求項３記載の温度伝送器。
5. 前記電気コネクタの少なくとも一つが、前記ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールを通過させることができる係合解除位置と、前記コネクタが前記ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールの上面のねじ端子に結合される係合位置との間で枢動するように構成されている、請求項４記載の温度伝送器。
6. 前記コネクタの少なくとも一つが、前記ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールの、終端面とは反対側の表面の凹みを通してアクセス可能である、請求項４記載の温度伝送器。
7. 前記端子板に結合され、前記ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールに操作可能に結合された、冷接合補償を提供するための測温抵抗体をさらに含む、請求項１記載の温度伝送器。
8. 前記ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールが、前記測温抵抗体の結合を自動的に検出して冷接合補償を提供するように構成されている、請求項７記載の温度伝送器。
9. 前記ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールが、前記測温抵抗体を前記ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールに選択的に結合するための回路を含む、請求項７記載の温度伝送器。
10. 前記ヘッドマウント温度伝送器電子部品モジュールが、電磁干渉フィルタを介して前記端子板に結合されている、請求項１記載の温度伝送器。
11. 複数のねじ端子を含む終端面、
    温度センサの電気的性質を計測し、その指示をプロセス通信ループを介して提供するように構成された伝送器電子部品、及び
    前記終端面上のねじ端子に対応する電気導体にアクセスすることができる少なくとも一つの凹みを有する、前記終端面とは反対側の相互接続面を含む、ヘッドマウント温度伝送器。
12. 円形であり、２．４インチ以下の直径を有する、請求項１１記載のヘッドマウント温度伝送器。
13. １．７インチ以下の直径を有する、請求項１２記載のヘッドマウント温度伝送器。
14. 測温抵抗体の結合を自動的に検出して、外部温度センサに基づく冷接合補償を提供するように構成されている、請求項１１記載のヘッドマウント温度伝送器。

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