JP2016533480A - ２つのコンパートメントハウジングを備えたプロセス変数トランスミッタおよびプロセス変数センサを使用する方法 - Google Patents

Abstract

産業プロセスの制御または監視において用いられるプロセス変数トランスミッタは、その内部に形成されて第１および第２の開口の間に延びた空洞を有するハウジングを含む。トランスミッタはさらに、産業プロセスのプロセス変数を検知するように構成されたプロセス変数センサを含む。回路実装アッセンブリが、前記空洞に取り付けられて当該空洞内で第１及び第２のコンパートメントを定義するように構成され、それらの間にシールを提供する。計測回路は、第１のコンパートメント内で回路実装アッセンブリ上に実装され、プロセス変数センサからプロセス変数信号を受信して出力を提供する。電気接続部は、第２のコンパートメント内で回路実装アッセンブリ上に実装されて計測回路の出力と電気的に接続され、トランスミッタ出力を提供する。

Description

本発明は、産業プロセスの制御または監視システムに関する。特に、本発明はそのようなシステム内でプロセス変数を検知するために構成されたプロセス変数トランスミッタに関する。

プロセス変数トランスミッタは産業プロセスの制御環境において用いられる。そのようなトランスミッタは、プロセスに関連した計測結果を提供するためにプロセス流体に結合される。プロセス変数トランスミッタは、化学、パルプ、石油、ガス、調剤、食物および他の流動性の処理プラントにおけるスラリ、液体、蒸気およびガスなどのプロセスプラント内の流体と関連した１つ以上のプロセス変数を監視するために構成される。監視されるプロセス変数の例には、流体の圧力、温度、流量、量、pH、伝導率、汚濁、密度、濃度、化学組成あるいは他の特性が含まれる。典型的には、プロセス変数トランスミッタは遠隔地の一般的には現場内に設けられ、制御室のような集中化場所へ情報を送る。プロセス変数トランスミッタは、油およびガスの精製所、化学貯蔵タンクファームあるいは化学処理プラントを含む様々な適用内でプロセス変数を検知する。そのため、プロセス変数トランスミッタには厳しい環境に晒されることを要求されることが多い。ある種のプロセス変数トランスミッタは、２つの別々のコンパートメントに分割されたハウジングを有する。一方のコンパートメントは電気回路を含み、他方のコンパートメントはプロセス制御ループに接続される端子ブロックを含む。このような構成の一つが特許文献１に開示されている。図示のように、そのような構成は２つの独立したコンパートメントに分割されたハウジングを有する。

米国特許第５,５４６,８０４号

本発明が提供する産業の制御またはプロセス監視に用いられるプロセス変数トランスミッタは、その内部で第１および第２のハウジング開口の間に拡がった空洞を備えるハウジングを含む。トランスミッタはさらに、産業プロセスのプロセス変数を検知するように構成されたプロセス変数センサを含む。回路実装アッセンブリが空洞内に設けられ、当該空洞内に第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントを設けて各コンパートメント間をシールする。測定回路が回路実装アッセンブリによって第１コンパートメント内に実装され、プロセス変数信号を受け取って出力を提供するように構成される。電気接続は第２コンパートメント内の回路実装アッセンブ上で実現され、測定回路の出力と電気的に接続される。

産業プロセス制御・監視システムを単純化して示した図である。 プロセス変数トランスミッタの一実施形態の分解図である。 トランスミッタを示した図である。 トランスミッタの他の実施形態の断面図である。 トランスミッタの正面の平面図である。 測定回路を更に詳細に示したトランスミッタの概略ブロック図である。

本発明は、２つのコンパートメントに分割されたハウジングを有し、産業プロセスにおいて使用されるプロセス変数トランスミッタを提供する。２つのコンパートメントは、測定回路を実装して２つのコンポーネント間にシールを提供する回路実装アッセンブリにより定義される。
図１は、産業プロセス内でプロセス流体を監視または制御するために用いる産業プロセス制御・監視システム１０を単純化して示した図である。一般的に、プロセス変数トランスミッタ１２は、離れた場所の現場内に設置され、検知したプロセス変数を中央位置制御室１４へ送信する。プロセス変数を送信するために、有線および無線の通信を含む様々な技術が用いられる。１つの一般的な有線通信は２線式プロセス制御ループ１６として知られ、トランスミッタ１２への情報伝送および電源供給の双方に一対の有線ペアが利用される。情報を送信するための１つの技術は、プロセス制御ループ１６に流れる電流を４mAから２０mAの範囲に制御することである。４-２０mAの範囲内の電流値は、プロセス変数に対応する各値にマップされる。デジタル通信プロトコルの例としては、HART（登録商標：標準的な４-２０mAのアナログ信号にデジタル通信信号を重畳して構成される複合的（ハイブリッド）な物理層）、FOUNDATIONTMフィールドバス（１９９２年にISAによって広められた全デジタルの通信プロトコル）、プロフィバス通信プロトコルなどを含む。WirelessHART（登録商標）のような無線通信技術も用いることができる。
１つの具体例では、プロセス変数トランスミッタ１２は、プロセス配管１８内に達するように延びて当該プロセス配管１８内のプロセス流体のプロセス変数を測定するように構成されたプローブ１４を含む。プロセス変数としては、例えば、圧力、温度、流量、レベル、pH、伝導率、汚濁、密度、濃度、化学組成などが含まれる。プロセス変数トランスミッタ１２は、その内部に空洞４０が形成されたハウジング２０を有し、空洞４０は、エンドキャップ２４，２６を受け容れるように構成されたハウジング２０の対向する端部の環状の開口間に拡がっている。エンドキャップ２４，２６はハウジング２０にネジ止めにより結合されている。一実施形態では、トランスミッタ１２はディスプレイ回路２２を含み、エンドキャップ２４により空洞４０内でシールされる。
単一コンパートメント構造のプロセス変数トランスミッタが知られている。このようなトランスミッタは、ターミナル接続を含むハウジング内に設置されたトランスミッタパック上に実装された電子機器モジュールを有する。しかしながら、単一コンパートメント構造では、カバーが取り外されたときに、内部の電子機器や他のデリケイトな構成要素がプロセス環境にさらされてしまう。したがって、いくつかの先行技術の構成は二重コンパートメント構造を採用し、トランスミッタハウジングが隔壁で第１のコンパートメントと第２のコンパートメントとに分割される。隔壁はハウジングと一体化され、ハウジングと共に一つのピースで形成される。

図１に示したように、トランスミッタ１２は、空洞４０内に取り付けられた回路実装アッセンブリ３０を含む。本実施形態では、回路実装アッセンブリ３０は、空洞４０内で第１のコンパートメント５０および第２のコンパートメント５２を定義して各コンパートメント間にシールを提供するターミナルカバー２７を含む。測定回路２３は第１のコンパートメント５０内の回路実装アッセンブリ３０内に実装される。測定回路２３は、プロセス変数センサからプロセス変数信号を受け取って出力を提供するように構成される。複数の電気接続部（図１では、図示省略）が、第２のコンパートメント５２内のターミナルカバー２７上に実装され、例えば、プローブ１４内に実装された温度センサのようなプロセス変数センサと接続するために利用することができる。電気接続部は計測回路２３と電気的に結合され、プロセス制御ループ１６へトランスミッタ出力を提供する。

シールが回路実装アッセンブリ３０の縁部３４とハウジング２０との間に提供され、第１のコンパートメント５０を第２のコンパートメント５２からシールする。シールは回路実装アッセンブリ３０とハウジングとの間に埋められたシールコンパウンドを用いて、あるいは他の技術を利用して形成される。シール部材は、例えばゴムのように気密シールを提供するのに好適な材料から形成される。一実施形態では、シールはハウジング２０の内側周囲に置かれたOリングの代わりを含む。Oリングを利用する構成では、アッセンブリ３０の縁部３４とハウジング２０との間で、ネジ込みのような確実なメカニズムを利用することで適正にシールが保障される。

図２は、プロセス変数トランスミッタ１２の一実施形態の分解図であり、ハウジング２０、ディスプレイ２２およびエンドキャップ２４，２６が回路実装アッセンブリ３０と共に例示されている。図２に示されるように、回路実装アッセンブリ３０は、測定回路２３、表示インターフェースカバー２５およびターミナルカバー２７を含む。ターミナルカバー２７は、コンパートメント５０，５２間に物理的な障壁を提供する。測定回路２３はカバー２５、２７間に挟まれており、第１のコンパートメント５０内に存在する。表示回路２２は、図２に示したように、たとえばプラグ・イン・ディスプレイ・インターフェースカバー２５として構成することができる。例えば、各コンポーネントは、両者間に電気的な通信を提供するための複数のピンコネクタを含むことができ、確実な搭載を保証するために、脚（図２の符号２２Ａ）がターミナルカバー２５内に取り込まれる。ネジ、接着剤あるいは他の結合技術を選択的に利用できるかもしれない。以下に詳述するように、回路実装アッセンブリ３０はフランジ状の構造を有し、ハウジング２０内の空洞を２つの独立したコンパートメント５０，５２に分割するシールを形成する。図２はまた、ターミナルカバー２７上に取り付けられるオプションの過渡電流保護回路２９の一例を示している。回路２９は、たとえばプロセス制御ループや他の接続における過渡電流、および計測回路２３を過渡電流の侵入から保護する。

図３は、トランスミッタ１２を示しており、その差し込み図１００は、回路実装アッセンブリ３０の縁部３４とハウジングの縁部６０との間に形成されたシールを拡大して示している。縁部３４は、キャリアの縁部１０２によりハウジングの縁部６０に対して押し付けられている。差し込み図１００はまた、縁部６０，３４間に設けられたOリングガスケット１０４を示している。図４は、ハウジング縁部６０とアッセンブリ縁部３０との間に設けられた不完全なディスク形状のガスケット１０４が用いられるトランスミッタ１２の他の実施形態の断面図である。加えて、図４には第２のコンパートメント５２（図５）と計測回路２３との間に延びた電気接続部材１０５が示されている。

図５は、コンパートメント５２に設けられた電極１２０を示したトランスミッタ１２の正面の平面図である。電極１２０は回路実装アッセンブリ３０の電極ブロック側のコンパートメント５２に実装され、制御ループ１６と接続するように構成されている。回路実装アッセンブリ３０のこのターミナルのブロック側も、例えばプローブ１４内に実装された温度センサのようなプロセス変数センサ１５４（図５では図示省略）と接続するように構成されたセンサ電極１３０を好ましくは実装する。図５に示した構成では、キャリア３０のターミナルブロック側は、カバー２６を取り外すことによって、計測回路２３や表示回路２２をプロセス環境に晒すことなくコンパートメント５２にアクセス可能である。これにより、コネクタ１２０がプロセス制御ループ１６に接続されるループアパーチャ１３５のみならず、プローブ１４に接続される配線が各電極３０に接続されるセンサアパーチャ１３３へのオペレータのアクセスが許容される。アパーチャ１３３，１３５は、ハウジング２０を貫通する開口として形成される。図５はまた、回路実装アッセンブリ３０をハウジング２０にネジ止めするために用いられるネジ１３２の一例を示している。ネジ１３２は、縁部６０，１０２に取り付け力を作用させ、それによってコンパートメント５０，５２間に気密シールを提供するために用いられる。

図６は、測定回路２３を更に詳細に示したプロセス変数トランスミッタ１２の一実施形態の概略ブロック図である。図６に示したように、測定回路２３は第１のコンパートメント５０内に実装され、メモリ１５２に記憶された指令に従って動作するマイクロプロセッサ１５０を含む。マイクロプロセッサ１５０は、A/D変換器１５６および第２コンパートメント５２内のセンサ端子１３０を介してプロセス変数センサ１５４と接続される。センサ１５４は、たとえば温度センサのような、あらゆる種類のプロセス変数センサであって良い。マイクロプロセッサ１５０は、入出力回路１６０を介して２線式プロセス制御ループ１６および第２のコンパートメント５２内の各端子１２０に接続される。入出力回路１６０も、２線式プロセス制御ループ１６が提供する電力と共に測定回路２２，２３へ供給する電力を発生するように構成されている。

図６に示したように、トランスミッタハウジング２０は回路実装アッセンブリ３０により空洞５０，５２に分割される。端子１２０，１３０は空洞５２に実装され、測定回路２３およびオプションのディスプレイ２２は空洞５０に実装される。先に述べたように、エンドキャップ２６は、オペレータが端子１２０，１３０および空洞５２内にアクセスできるようにトランスミッタハウジング２０から取り外すことができる。このような構造は、例えば、測定回路２３をプロセス変数センサ１５４にセンサアパーチャ１３３を通して接続するためのみならず、トランスミッタ１２を２線式プロセス制御ループ１６にループアパーチャを通して接続するためにも利用される。

本発明が好ましい実施形態を参照して説明されたが、当該技術分野における当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細において変更がなされ得ることを認識するであろう。電子部材実装部は、適宜のあらゆる材料で構成される。一つの固有の実施形態では、回路実装部はプラスチックで構成され、エンドキャップ２４，２６は例えばアルミダイキャストのような金属で構成される。計測回路２３は、オプションのディスプレイ２２に接続されるようにしても良い。このような構成によれば、エンドキャップ２４は、トランスミッタハウジング２０の外側からディスプレイを見られるようにする透明な領域を含むように構成される。回路実装アッセンブリ３０をハウジング２０の内壁へシールするために、Ｏリング、ガスケットあるいはシール用コンパウンドが用いられるものとして説明したが、適宜のあらゆるシール技術が適用可能である。ここで図示した実施形態では、回路実装アッセンブリ３０の周辺縁部１０２がハウジング２０の周辺縁部６０に対して押し付けられることで両者間にシールが提供された。このシールは、液体、塵、埃のような過酷な環境要素が、コンパートメント５０内に実装された回路実装アッセンブリに到達するのを防止する。計測回路２３は、分割したコンポーネント上あるいは回路実装アッセンブリに直接、取り付けることができる。一実施形態では、回路実装アッセンブリ３０を通って延びた電気接続部は、プラスチックでモールドされた真鍮ピンで形成される。この構成では、熱電対センサが採用されるときでも冷接点補償を追加する必要がない。

１２…プロセス変数トランスミッタ，１４…プローブ，１６…プロセス制御ループ，１８…プロセス配管，２０…ハウジング，２２…ディスプレイ回路，２３…測定回路，２４，２６…エンドキャップ，２５…表示インターフェースカバー，２７…ターミナルカバー，３０…回路実装アッセンブリ，３４，６０，１０２…縁部，４０…空洞，５０…第１のコンパートメント，５２…第２のコンパートメント，１０４…Ｏリングガスケット，１２０，１３０…端子，１３２…ネジ，１３３，１３５…アパーチャ，１５４…プロセス変数センサ

Claims (20)

1. 産業プロセスに用いられるプロセス変数トランスミッタにおいて、
   その内部に形成されて第１および第２の開口の間に延びた空洞を有するハウジングと、
   産業プロセスのプロセス変数を検知するように構成されたプロセス変数センサと、
   前記空洞に取り付けられて当該空洞内で第１及び第２のコンパートメントを定義するように構成され、それらの間にシールを提供する回路実装アッセンブリと、
   前記第１のコンパートメント内で前記回路実装アッセンブリ上に実装され、プロセス変数センサからプロセス変数信号を受信して出力を提供する計測回路と、
   前記第２のコンパートメント内で前記回路実装アッセンブリ上に実装されて前記計測回路の出力と電気的に接続され、トランスミッタ出力を提供する電気接続部とを具備したプロセス変数トランスミッタ。
2. 前記回路実装アッセンブリの縁部と前記ハウジングの縁部との間にシールが形成され請求項１のプロセス変数トランスミッタ。
3. 前記回路実装アッセンブリがプラスチックで構成された請求項１のプロセス変数トランスミッタ。
4. 前記回路実装アッセンブリと前記ハウジングとの間に埋められたシール用コンパウンドを更に含む請求項１のプロセス変数トランスミッタ。
5. 前記回路実装アッセンブリと前記ハウジングとの間にOリングを含む請求項１のプロセス変数トランスミッタ。
6. 前記第1のコンパートメント内で前記計測回路に接続されたディスプレイを含む請求項１のプロセス変数トランスミッタ。
7. 前記ディスプレイが前記回路実装アッセンブリに取り付けられた請求項６のプロセス変数トランスミッタ。
8. 前記回路実装アッセンブリをハウジングに対して押し付けるように構成された取り付けネジを含む請求項１のプロセス変数トランスミッタ。
9. 前記第２のコンパートメント内で前記回路実装アッセンブリに実装され、前記計測回路を前記プロセス変数センサと電気的に接続するように構成されたセンサコネクタを含む求項１のプロセス変数トランスミッタ。
10. 前記プロセス変数センサが温度センサを構成する請求項１のプロセス変数トランスミッタ。
11. 前記回路実装アッセンブリとハウジングとの間に設けられて第１のコンパートメントと第２のコンパートメントとの間にシールを提供するように構成されたゴム製ガスケットを含む請求項１のプロセス変数トランスミッタ。
12. 前記ハウジングが、前記第２のコンパートメント内にセンサアパーチャアッセンブルを含む請求項１のプロセス変数トランスミッタ。
13. 産業プロセスにおいてプロセス変数センサを使用する方法において、
    ハウジングの第１および第２の開口の間に延びた空洞を形成し、
    回路実装アッセンブリを前記空洞内に取り付けることにより、当該空洞内に第１及び第２のコンパートメントを定義して両者の間にシールを提供し、
    産業プロセスのプロセス変数をプロセス変数センサで検知し、
    検知されたプロセス変数を第２のコンパートメント内で計測回路に接続された端子から第２のコンパートメント内で受け取り、
    第１のコンパートメント内で前記計測回路と電気的に接続され、第２のコンパートメント内で回路実装アッセンブリに実装された電気接続部を用いてトランスミッタ出力を提供するプロセス変数センサを使用する方法。
14. 前記回路実装アッセンブリとハウジングとの間にガスケットを配置することを含む請求項１３のプロセス変数センサを使用する方法。
15. 前記計測回路にディスプレイを接続することを含む請求項１３のプロセス変数センサを使用する方法。
16. 前記シールを得るために前記回路実装アッセンブリを前記ハウジングに押し付けることを含む請求項１４のプロセス変数センサを使用する方法。
17. 前記第２のコンパートメント内に実装された回路実装アッセンブリ上のコネクタを用いて前記計測回路をプロセス制御ループに接続することを含む請求項１４のプロセス変数センサを使用する方法。
18. 前記第２のコンパートメント内に実装された回路実装アッセンブリ上のコネクタを用いて前記計測回路を前記プロセス変数センサに接続する請求項１３のプロセス変数センサを使用する方法。
19. 産業プロセスにおいて利用されるプロセス変数トランスミッタにおいて、
    ハウジングの第１および第２の開口の間に延びた空洞と、
    前記空洞内で第１及び第２のコンパートメントを定義する回路実装手段と、
    前記回路実装手段を前記ハウジングに対してシールし、それによって第１のコンパートメントを第２のコンパートメントからシールする手段と、
    産業プロセスのプロセス変数を検知する手段と、
    検知されたプロセストランスミッタ変数を第１のコンパートメント内で受け取る手段と、
    第２のコンパートメント内に配置されて前記受け取る手段と接続された電気的接続部を用いてトランスミッタ出力を提供する手段とから構成されたプロセス変数トランスミッタ。
20. 第２のコンパートメント内に配置され、検知する手段に接続するコネクタ手段を含む請求項１９のプロセス変数トランスミッタ。