JP2022548989A - プロセス流体圧力トランスミッタのための高圧カプセル及びヘッダー - Google Patents

Abstract

プロセス流体圧力トランスミッタ（１００）のための圧力カプセル／ヘッダーアセンブリが提供される。アイソレータプラグ（３１４）は、その第一の端部（３１５）に分離ダイアフラム（２０６）を、そして第一の端部（３１５）から間隔をおいて配置された第二の端部（３１７）を有する。アイソレータプラグ（３１４）は、第一の端部（３１５）を第二の端部（３１７）に流体結合する充填流体通路（３１９）を有する。ヘッダー（３１８）は、圧力センサを保持するように構成されている第一の端部、及び第一の端部から間隔をおいて配置された第二の端部を有する。ヘッダー（３１８）は、第一の端部から第二の端部まで延びる少なくとも1つの電気相互接続を有する。二軸支持リング（３２２）は、ヘッダー（３１８）の外表面周りに配置される。二軸支持リング（３２２）及びヘッダー（３１８）は、それらの間にテーパー状の干渉境界面を画定する。ヘッダー（３１８）は、第一の溶接部でアイソレータプラグ（３１４）に溶接され、そして二軸支持リングは、ヘッダー（３１８）の第二の端部から間隔をおいた場所でアイソレータプラグ（３１４）に溶接される。

Description

背景
工業プロセス流体圧力トランスミッタは、化学、パルプ、石油、製薬、食品及び／又は他の流体処理プラントにおいて、スラリー、液体、蒸気又はガスのような工業プロセス流体の圧力を測定するために使用される。工業プロセス流体圧力トランスミッタはしばしば、プロセス流体の近くに、又は野外応用で設置される。しばしば、これらの野外応用は、そのようなトランスミッタの設計者に難題を与える、苛酷かつ変化する環境条件の影響を受ける。

多くのプロセス流体圧力トランスミッタ内の検知要素はしばしば、静電容量に基づく又は抵抗に基づくセンサである。分離ダイアフラムは一般的に、プロセス流体を電気的に活性の検知要素から隔離するために使用され、それによって、時には、刺激が強い、腐食性の、汚れている、汚染されている又は極めて高温になる場合があるプロセス流体が、圧力トランスミッタの電気部品と相互作用するのを防ぐ。

一般的に、プロセス流体は、分離ダイアフラムに対して作用して、ダイアフラムの後ろにある実質的に非圧縮性の充填流体を動かす、またはそうでなければ移動させる分離ダイアフラムの反れを発生させ、それが圧力センサの検知ダイアフラムの付随する動きを発生させる。圧力センサは、加えられる圧力によって変わる静電容量又は抵抗のような電気的特徴を有する。電気的特徴は、プロセス流体圧力に関連する出力信号を提供するために、プロセス流体圧力トランスミッタ内部の測定回路機構を使用して測定される。出力信号はさらに、既知の業界標準の通信プロトコルに従ってフォーマットされ、プロセス通信ループを介して他の野外装置又はプロセスコントローラへ送られることができる。

インラインプロセス流体圧力トランスミッタは一般的に、プロセス流体圧力源に結合され得る単一のプロセス流体圧力入口を有し、そしてプロセス流体圧力の示度を提供する。この示度は、ゲージ示度のような気圧に対するもの、又は絶対圧力測定のような真空に対するものであることができる。高い最大作業圧力（MWP）の影響を受けるインライン圧力トランスミッタは、特有の設計上の難題を提示する。最大作業圧力の単一の適用に耐えることができる構造を単に提供するだけでは、最大作業圧力まで及びそれを超える反復変位による疲労に耐えるのに十分に堅牢でない場合がある。したがって、海底油井及びガス井のような成長する高圧市場にとって、そのような環境におけるより高圧での長時間使用に適したインラインプロセス流体圧力トランスミッタを提供することが望ましい。

概要
プロセス流体圧力トランスミッタのための圧力カプセル／ヘッダーアセンブリが提供される。アイソレータプラグは、その第一の端部に分離ダイアフラムを、そして第一の端部から間隔をおいて配置された第二の端部を有する。アイソレータプラグは、第一の端部を第二の端部に流体結合する充填流体通路を有する。ヘッダーは、圧力センサを保持するように構成されている第一の端部、及び第一の端部から間隔をおいて配置された第二の端部を有する。ヘッダーは、第一の端部から第二の端部まで延びる少なくとも1つの電気相互接続を有する。二軸支持リングは、ヘッダーの外表面周りに配置される。二軸支持リング及びヘッダーは、それらの間にテーパー状の干渉境界面を画定する。ヘッダーは、第一の溶接部でアイソレータプラグに溶接され、そして二軸支持リングは、ヘッダーの第二の端部から間隔をおいた場所でアイソレータプラグに溶接される。

本発明の態様が特に有用であるインラインプロセス流体圧力トランスミッタの概略斜視図である。 本発明の態様が特に適用可能であるインラインプロセス圧力トランスミッタのブロック図である。 従来技術に従うインラインプロセス流体圧力トランスミッタの一部分の概略図である。 本発明の態様に従うインラインプロセス流体圧力トランスミッタのための、高圧カプセル及びヘッダー設計の概略図である。 本発明の態様に従うヘッダー溶接部の断面の拡大概略図である。 本発明の態様に従うポケット深さの関数としての温度のグラフである。 本発明の態様に従うヘッダー溶接部に対して生成された有益なモーメントを例示するヘッダー溶接領域の拡大概略図である。 破損までの予測されるサイクル対本発明の態様に従うカプセルプラグ凹部深さのグラフである。 本発明の態様に従う二軸支持リングの特性を示す断面図である。 本発明の態様に従うＦＥＡ最大主応力対リング干渉のグラフである。 本発明の態様に従う溶接及び機械加工された構成要素についての様々なリング干渉に対する予測される破損までのサイクルのグラフである。 本発明の態様に従うリング溶接部収縮からの圧縮予荷重を例示する概略図である。 本発明の態様に従う接合部干渉の指標として離隔高さを例示する概略断面図である。 本発明の態様に従う０．００１４”から０．００２８”までの範囲の干渉について様々なバースト範囲（ＫＳＩ）を例示する表である。 本発明の態様に従う高圧カプセル及びヘッドを製造する方法の流れ図である。

例示的態様の詳細な説明
図１は、本発明の態様が特に有用であるインラインプロセス流体圧力トランスミッタの概略斜視図である。圧力トランスミッタ１００は、プロセス流体源１０４に結合されるように構成されているプロセス流体コネクタ１０２を含む。コネクタ１０２で導入されるプロセス流体は、プロセス流体を圧力センサから物理的に分離するが、そうでなければプロセス流体圧力をセンサ本体１０６内部に配置された圧力センサへ伝達する、分離ダイアフラムを圧迫する。圧力センサ（図２において図式で示されている）は、電子機器エンクロージャ１０８内の測定回路機構によって測定され、そしてコントローラよる好適な計算を用いてプロセス流体圧力に変換される、静電容量又は抵抗のような電気的特徴を有する。プロセス流体圧力は、導管１１０を通して結合されたワイヤを介するプロセス通信ループを介して伝達される、及び／又はディスプレイ１１２を介して現地で表示されることができる。さらに、いくつかの実施において、プロセス流体圧力は、無線伝達されてもよい。

図２は、本発明の態様が特に適用可能であるインラインプロセス圧力トランスミッタ１００の線図である。トランスミッタ電子機器は、電子機器エンクロージャ１０８内部に配置され、そして通信回路機構１１４、電力回路機構１１８、コントローラ１２２、ディスプレイ１１２及び測定回路機構１２４を含む。

通信回路機構１１４は、電子装置のエンクロージャ１０８内部に配置され、そして有線又は無線接続を介してプロセス通信ループに結合されることができる。プロセス通信ループへの結合によって、通信回路機構１１４は、インラインプロセス圧力トランスミッタ１００が業界標準のプロセス通信プロトコルに従って通信するのを可能にする。そのうえ、いくつかの態様では、トランスミッタ１００は、そのプロセス通信ループへの結合を介して動作のためのすべての必要な電力を受け取ってもよい。したがって、圧力トランスミッタ１００は、「すべてへ」と表示された参照番号１２０で示されているように好適な動作電力をトランスミッタ１００のすべての構成要素へ供給するために、いくつかの態様ではプロセス通信ループに結合される電力モジュール１１８を含む。好適なプロセス通信プロトコルの例は、HART（Highway Addressable Remote Transducer）（登録商標）プロトコル、FOUNDATION（商標）フィールドバスプロトコル、及び他のものを含む。さらに、本発明の態様は、例えばIEC 62591（WirelessHART）に従うもののような、無線プロセス通信を含む。

コントローラ１２２は、測定回路機構１２４はもちろん通信回路機構１１４にも結合され、そして測定回路機構１２４に圧力センサ１２６からのデジタル示度又は測定値を提供させるように構成されている。このデジタル示度は、コントローラ１２２が通信回路機構１１４を介して他の好適な装置に通信するプロセス圧力値を生成するために、処理され、又はそうでなければ操作される。いくつかの態様では、コントローラ１２２は、マイクロプロセッサであってもよい。ディスプレイ１１２のようなローカルディスプレイは、プロセス流体圧力、又は他の好適な量を表示することもできる。

本発明の態様は概して、高圧適用のための現在の技術水準の詳細な分析及び深い理解から生じる。特定された問題に対する種々の解決策のいくつかを説明する前に、まず現在の構造及びそれに対する改善のための条件を説明することが有用であろう。

図３は、従来技術に従うインラインプロセス流体圧力トランスミッタの一部分の概略図である。図３は、プロセス流体入口２０４を通って入るプロセス流体の源に据え付けられる、そうでなければ結合されるように構成されているプロセスコネクタ２０２を有するプロセス部分２００を例示する。プロセス流体は、分離ダイアフラム２０６を圧迫し、そしてプロセス流体の圧力は、分離ダイアフラムの動きを、ひいては通路２０８内部の分離流体の動きを引き起こす。通路２０８は、圧力センサ２１２が内部に存在するチャンバ２１０に流体結合される。したがって、プロセス流体が分離ダイアフラム２０６を圧迫すると、そのような圧力は、充填流体を通じて圧力センサ２１２に伝達され、そこで該圧力が検知される。見ることができるように、アイソレータプラグ２１４は、雄ネジ２１６を介してプロセスコネクタ２０２内部でねじ係合されるように構成されている。

圧力センサ２１２は、ヘッダー２１８に据え付けられる。ヘッダー２１８は、圧力センサ２１２をチャンバ２１０内部に閉じ込めるように、焼きばめプロセスによってアイソレータプラグ２１４内に取り付けられる。最後に、溶接部２２０が、ヘッダー２１８をアイソレータプラグ２１４の上方領域２１５に接着及びシールするために、ヘッダー２１８の端部周りに適用される。以下でより詳細が記載されるように、従来技術の構成に改善を加えることができる。より具体的には、本明細書に提供される態様は、より高い作業圧力範囲を提供するだけではなく、それを製造の容易さ及びより高い内部品質を伴って行う、高圧カプセル及びヘッダー設計の提供を容易にするであろうと考えられる。以下でより詳細に説明されるように、改善は、溶接部疲労及び／又はガラスシール圧縮に対処することができると考えられる。

図３を参照して説明された従来技術の設計は、洗浄性に関して言えば、部分的にはより深いピンウェルのため、難題となる可能性がある。ガラス被覆（glassing）にひびが入った場合、そのようなひびが入ったガラスは、アセンブリから汚染物質を適切に洗浄することをより困難にする。熱焼きばめからの残留応力と組み合わせて溶接部２２０（図３に示されている）を生成するプロセスの間に生じる高い熱応力は、ヘッダーバルク材料において表面ひびの形成をもたらす。そのようなひびの潜在的な生成は、通常、すべての部品がカプセル製造の最後に１００％視覚によって検査されて、酷くひびが入ったいかなるユニットも、再加工される又は廃棄されることなく生産のさらに先に進むのを防ぐ必要がある。溶接プロセスの間に生じる可能性がある別の困難は、ポート（図３に示される充填管２２２のような）をシールするろう付けが、その溶接部への近接に起因して、ろう付けが本質的にはリフローするような温度まで、加熱される可能性があるということである。これは望ましくなく、そしてろう付け接合のための最良の実践であるとみなされない。

先の設計及びそのような設計によって提供される難題の理解の下、本発明の態様は、熱焼きばめ作業をなくすだけでなく、ヘッダーのガラス被覆及び／又はろう付けに有害な影響を及ぼす可能性がはるかに低い場所へ、ヘッダー／アイソレータプラグ溶接部を動かす。

図４は、本発明の態様に従うインラインプロセス流体圧力トランスミッタのための高圧カプセル及びヘッダー設計の概略図である。システム３００は、システム２００といくつかの類似点を有し、そして同様の構成要素は、同様に番号が付されている。示されているように、システム３００は、プロセス流体入口２０４を有するプロセスコネクタ２０２及び分離ダイアフラム２０６を含む。加えて、アイソレータプラグ３１４は、分離ダイアフラム２０６に近接した第一の端部３１５、及び第一の端部３１５から間隔をおいて配置された第二の端部３１７を有する。充填流体通路３１９は、第一の端部３１５を第二の端部３１７に流体結合する。アイソレータプラグ３１４は、アイソレータプラグ２１４（図３に示されている）がプロセスコネクタ２０２と係合するのとほぼ同じ方法で、プロセスコネクタ２０２とねじ係合するように構成されている。しかしながら、ヘッダー３１８がアイソレータプラグ３１４に結合される手法は、図３に示される設計とは有意に異なる。特に、ヘッダー３１８は、アイソレータプラグ３１４の第二の端部３１７に近接したヘッダー溶接部３２０で、アイソレータプラグ３１４に溶接される。一つの態様では、溶接部３２０は、レーザー溶接部である。もう一つの態様では、溶接部３２０は、プロジェクション溶接部であってもよい。さらに別の態様では、溶接部３２０は、レーザー溶接部とプロジェクション溶接部との組み合わせである。好ましくは、溶接部３２０は、完全溶け込み溶接部である。しかしながら、本明細書において記載される態様は、溶接部３２０が部分溶け込み溶接される場合に実施されることもできる。

溶接部３２０は、ヘッダー３１８を一周してアイソレータプラグ３１４にシールする。ゆえに、ヘッダー溶接部３２０は、ヘッダー３１８とアイソレータプラグ３１４との間の境界面を完全に制限する連続溶接部である。溶接部３２０は、二軸支持リング３２２がアセンブリ上に設置される前に生成される。

ヘッダー３１８は、圧力センサがプロセス流体圧力に動作可能に結合されるように、圧力センサを保持する、またはそうでなければ据え付けるように構成されている。ヘッダー３１８はまた、ガラス又は別の好適な高圧材料でシールされた１つ又は複数の高圧電気フィードスルーを含む。さらに、ヘッダー３１８はまた、プロセス流体圧力トランスミッタの組み立ての間に充填流体が通路３１９内に導入されるのを可能にするように構成されている、充填流体通路を含む。

ひとたびヘッダー溶接部３２０が生成されたら、二軸支持リング３２２は、矢印３２６によって示される方向にヘッダー３１８の外径３２４上をスライドされ、次にそれがプラグ３１４に接触するまでヘッダー３１８上で押し下げられる。加えて、誇張された角度３２８によって示されるように、ヘッダー３１８の外径と二軸支持リング３２２の内径との間の境界面は、テーパー状の締まりばめを生成するように構成されており、そして自動ロック式（self-locking）テーパー角度を提供する。一つの態様では、この自己ロック式テーパー角度は、軸方向１フィート当たり半径方向に約１／４インチである。二軸支持リング３２２がヘッダー３１８を覆うように設置されると、支持リング３２２は、溶接部３２０に近接し、かつヘッダー３１８の上部表面から間隔をおいて配置されたリング溶接部３３０でアイソレータプラグ３１４に溶接される。

図５は、ヘッダー溶接部３２０の断面の概略拡大図である。矢印３５０は、応力集中部である溶接部３２０上の部分を示す。加えて、矢印３５２は、大部分の溶接欠陥の場所を示す。ヘッダーは、カプセルプラグに半径方向に溶接され、そして溶接をヘッダーに完全に溶け込ませカプセルプラグ内に入らせるように設計されている。これを達成することによって、溶接部の疲労寿命は、溶接部の根部（溶接溶け込み及び欠陥に起因する高い変動がある場所）を圧縮状態に置くことにより、有意に改善される。これはまた、図３に関して示される設計に広範囲の許容し得る溶接溶け込み（＋／－０．０１０”と比較して、＋／－０．０２０”）を提供することによって、製造に利益をもたらす。さらに、目視検査が、溶接がプラグ特徴部内に溶け込んだかどうかを容易に判断できるように、該設計は、溶接溶け込み検証を容易にすることによって製造を改善する。

溶接プロセスの間の温度曝露を軽減するために、溶接部３２０の配置及びダイポケットの深さＤ１は、熱負荷がセンサ、ろう付け、及びガラス－金属シールのようなシステムの重要構成要素から十分に分離されるように、設計される。Ｄ１ダイポケットによって与えられる製造性の改善を考慮すると、温度は実際には、溶接プロセスの間にかなり大幅に変化されることができる。

図６は、本発明の態様に従うポケット深さの関数としての温度のグラフである。ガラス温度を摂氏３１０度未満に維持したいという要望がある。見ることができるように、これは概して、少なくとも０．１４”のポケット深さが所望の最高ガラス温度を達成するであろうことを示唆する。

図７は、本発明の態様に従うヘッダー溶接部に対して生成された有益なモーメントを例示する、ヘッダー溶接部領域の拡大概略図である。カプセルプラグ設計について、その幾何学が改善されて、ヘッダー及びリングを収容し、そしてアイソレータプラグとヘッダーとの間の空洞の中心にヘッダー－プラグ溶接部を設置することによって疲労寿命を改善する。空洞の中央にアセンブリ溶接部を設置することは、圧力荷重の間に、溶接部の根部で圧縮荷重を生み出し、それによって不完全な溶接溶け込み又は溶接部の根部での空隙もしくは他の非理想性があったとしても作用する設計を生み出す。ボアの直径及び深さを最適化する、又は改善することによって、図７に示されるように、有益なモーメントが誘導される。有益なモーメントは、溶接部の根部を圧縮状態にする矢印３７０によって示される。これは、高圧下の場所３５０（図５に示されている）での溶接部の応力を減少させ、さらに疲労寿命を改善するであろうと考えられる。

図８は、破損までの予測されるサイクル対本発明の態様に従うカプセルプラグ凹部深さのグラフである。図８は、ヘッダー溶接部の疲労寿命（破損までの予測されるサイクルでの）対カプセルプラグ凹部深さを例示する。カプセルプラグ凹部深さを調節することによって、溶接された接合部（典型的には最も弱い連結）の疲労寿命は、有意に改善されることができる。加えて、機械加工された構成要素は、それらの疲労寿命を減少させる可能性もある欠陥について組み立て前に検査されることができる。

図９は、本発明の態様に従う二軸支持リングの特徴部を示す断面図である。本発明の態様の重要な要素の１つは、二軸支持リング３２２の利用である。二軸支持リング３２２は、示されているように、境界面３２７でのテーパー状の圧力ばめを介してヘッダー３１８上に組み立てられ、それは、二軸支持リング３２２とヘッダー３１８との間の密接な接触を確実にする。このタイプのはめあいは、矢印３２９で示されているように、ガラス－シールに追加的圧縮を加えて、加圧された区域が曲がるのを防ぎ、より高いバースト圧力及びより長い疲労寿命の両方を可能にする。例示された態様は、標準的なテーパー角度である１／４インチ／フィートのテーパー角度を使用し、固有の自己ロックを提供する。自己ロック式接合部は、離れるために必要とされる収縮力よりも大きい表面間の摩擦係数の結果である。これが起こるために、７度未満の任意の角度が「自己ロック式」とみなされる。ハウジング内への最終取り付けのために、リング３２２は、その外径上にねじ山３３１を含有し、ねじ山３３１は、カプセルアセンブリをトランスミッタハウジング内に取り付けるために使用される。加えて、図９は、組み立ての間に材料に溝がつく（plowing）のを防ぐように構成されている、半径（radius）の形態のエッジブレーク３３３を有する二軸溶接リング３２２を示す。さらに、溶接リング３２２はまた、ヘッダー３１８の外径よりも大きい内径を有するレリーフ部分３３５を含む。テーパー状の圧力ばめからの干渉は、構造の加圧された空洞に対抗し、そしてガラス－金属シールに追加の支持を提供することによって、高圧能力を可能にするのに役立つ内部圧縮応力を誘起し、それによってより高い圧力が達成されるのを可能にする。ガラス被覆が過度に加圧されるのを防ぐために、リング干渉は、ガラスの引張応力を最大許容引張限界下に保つように設計される。二軸支持リング３２２はまた、テーパーのおかげで、ヘッダー３１８の軸方向に荷重を保持し、さらに溶接部３２０上への応力を減らすことができる。軸方向荷重は、矢印３２３によって示される。

図１０は、ＦＥＡ最大主応力対本発明の態様に従うリング干渉のグラフである。示されているように、プレストレスから０．００２４までの範囲のリング干渉値のすべては、最大許容可能ガラス被覆応力未満である、ＦＥＡ最大主応力をもたらす。したがって、有用な締まりばめは、ガラスに損傷を与える、またはガラスに別様に影響を及ぼすことなく、達成されることができると考えられる。本明細書において記載されるいくつかの態様は、特定の寸法について記載されていることは留意されるべきである。そのような記載は単に、現実世界における例及び構成要素の相対的サイズを例示するためだけに提供されている。当業者は、本発明の本質および範囲を逸することなく、種々の寸法及び形状において変更が加えられ得ることを認識するであろう。

ガラス－金属シールに支持を提供するとともに、二軸リングはまた、内圧に対するヘッダーの曲がりを打ち消すことによって、疲労能力に利益をもたらす。これは、ヘッダー３１８及びヘッダー溶接部３２０の両方における交番応力を減少させる。追加的利益としては、テーパーはまた、外側リング溶接部と内側ヘッダー溶接部との間で共有する、より有効な軸方向荷重を可能にし、さらに上記のような疲労寿命を提供する。

図１１は、ＦＥＡ予測疲労寿命対本発明の態様に従うリング干渉のグラフである。見ることができるように、０．００２４のリング干渉で、溶接部の破損までの予測されるサイクルは、８００，０００サイクルを超える。したがって、本明細書において記載される本発明の態様は、より高い作動圧力を提供するだけでなく、より改善された機能的寿命を有するより堅牢な構造をも提供するであろうことが考えられる。

図１２は、本発明の態様に従うリング溶接部収縮からの圧縮予荷重を例示する概略図である。先に述べたように、本明細書において記載される態様は概して、アイソレータプラグに溶接された二軸リングを提供する。ヘッダー溶接部の軸方向ひずみを内圧から保護することと共に、二軸リングを溶接することはまた、溶接プロセスの後の冷却の間の溶接部３３０の熱収縮に起因して、ヘッダー及びヘッダー溶接部が圧縮状態に予め荷重を加えられることを可能にする。溶接部３２０上のこの圧縮予荷重は、疲労及び高圧保持により多くの追加的利益さえ提供する。図１２は、溶接部３３０の冷却の間の収縮に由来する溶接部３３０上の引張荷重４００を例示する。これは、溶接部３２０上に圧縮荷重４０１をもたらす。

二軸リングは、プロセス接液（process-wetted）構成要素ではないので、NACE要件の対象にならない。そのため、この構成要素は、17-4 PH又はInconel 718のような高強度材料から作られることができる。17-4 PHが使用される場合、H1150熱処理が、最高レベルの耐腐食性、応力腐食割れに対する抵抗性、及び溶接性を提供するために、推奨される。締まりばめから誘起されるフープ応力に耐える能力と共に、２つの合わせ面の間のこの硬度差により、かじり又は脱落がない圧力ばめが可能となる。取り付けの間、材料の脱落のリスクをさらに減少するために、半径又はエッジテーパーのようなエッジブレーク３３３（図９に示されている）が、二軸リング３２２内に機械加工される。２種の軟質材料（３１６Ｌ－３１６）からなる圧力ばめは、激しいかじりにさらされ、結果として、低下した及び損なわれた締まりばめをもたらしたと考えられる。したがって、テーパー角度が僅かに不一致である場合、この硬度差は有益である。なぜなら、より軟質の材料は、より硬質の表面の輪郭に弾性的に一致するであろうからである。

図１３は、本発明の態様に従う接合部干渉の指標としての離隔高さを例示する概略断面図である。本発明の態様のもう一つの利点は、接合部の干渉が、テーパー係合部での離隔高さを測定することによって、容易に推定されることができることである。好ましくは、プラグゲージを使用して、テーパー係合部での二軸支持リングとアイソレータプラグとの間の離隔高さ（間隙）が決定されることができる。図１３は、二軸リング３２２とアイソレータプラグ３１４との間の離隔高さの測定の概略図である。１／４インチ／フィートの標準的テーパーの場合、リングの毎０．１００”ストロークは、０．００２”直径の干渉に等しい。これにより、効果的な干渉の事前知識が得られ、アセンブリを取り付ける前に干渉が所望の範囲内にあるかどうかを決定するために使用されることができる設計の重要な測定基準を提供する。

図１４は、本発明の態様に従う０．００１４”から０．００２８”までの範囲の干渉に対する種々のバースト範囲（KSI）を例示する表である。本発明の態様は、干渉に対する差に関するバースト圧力を決定するために試験された。見ることができるように、最小干渉でさえも、バースト範囲は５０KSIを超える。

図１５は、本発明の態様に従う高圧カプセル及びヘッドを製造する方法の流れ図である。方法５００は、アイソレータプラグ３１４（図４に示されている）のようなアイソレータプラグが、ヘッダー３１８（図４に示されている）のようなヘッダーと一緒に設置されるブロック５０２で始まる。次に、ブロック５０４で、アイソレータプラグ及びヘッダーは一緒に溶接される。この溶接は単に、アイソレータプラグ及びヘッダーを一緒に機械的に固定するだけでなく、それらの間の境界面をシールする。ひとたびヘッダー及びアイソレータプラグが一緒に溶接されたら、方法５００は、リング３２２（図４に示されている）のような二軸支持リングが、ヘッダーの外径上をスライドされる、ブロック５０６に進む。先に述べたように、この境界面は、自己ロック式であるようにテーパー状にされる。一つの態様では、テーパー状の境界面は、１２インチの軸方向変化当たり０．２５インチの半径方向変化を有する。しかしながら、当業者は、本発明の本質および範囲を逸することなくテーパー角度に変更を加えることができると認識するであろう。さらに、二軸支持リング及びヘッダーは、互いに異なる硬度を有するように（材料選択及び／又は熱処理によって）作られることができる。次に、ブロック５０７で、離隔が据え付けられ、必要な量の干渉を確実にする。次に、溶接リングは、離隔高さが減ってゼロになるまで、ヘッダー上で押し付けられる。

次に、ブロック５０８で、二軸溶接リングは、アイソレータプラグに溶接される。

本発明は、好ましい態様を参照しながら説明されたが、当業者は、本発明の本質および範囲を逸することなく、形態および詳細に変更を加えることができることを認識するであろう。先に述べたように、いくつかの態様は、特定の寸法に対して説明された。そのような説明は、現実世界における例及び構成要素の相対的サイズを例示するためだけに提供される。当業者は、本発明の本質および範囲を逸することなく、種々の寸法及び形状に変更を加えることができると認識するであろう。

Claims (24)

1. プロセス流体圧力トランスミッタのための圧力カプセル／ヘッダーアセンブリであって、
   アイソレータプラグであって、その第一の端部に分離ダイアフラムを、そして該第一の端部から間隔をおいて配置された第二の端部を有し、該第一の端部を該第二の端部に流体結合する充填流体通路を有する、アイソレータプラグと；
   圧力センサを保持するように構成されている第一の端部、及び該第一の端部から間隔をおいて配置された第二の端部を有するヘッダーであって、該第一の端部から該第二の端部へ延びる少なくとも１つの電気相互接続を有する、ヘッダーと；
   該ヘッダーの外表面周りに配置される二軸支持リングであって、該二軸支持リング及び該ヘッダーは、それらの間にテーパー状の干渉境界面を画定する、二軸支持リングと、
   を含み、
   該ヘッダーは、第一の溶接部で該アイソレータプラグに溶接され、該二軸支持リングは、該ヘッダーの該第二の端部から間隔をおいた場所で該アイソレータプラグに溶接される、圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
2. テーパー状の干渉境界面が、自己ロック式境界面を生成するように構成されている、請求項１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
3. テーパー状の干渉境界面が、軸方向に１２インチ当たり半径方向に０．２５インチのテーパーを有する、請求項１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
4. テーパー状の干渉境界面が、０．００１５インチ～０．００２４インチの間の干渉を提供するように構成されている、請求項１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
5. 二軸溶接リングは、該二軸支持リングがアイソレータプラグに溶接されるとき、熱負荷をヘッダーから分離するダイポケットを提供するように構成されている、請求項１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
6. ダイポケットが、０．１２インチよりも大きい深さを有する、請求項５記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
7. 二軸溶接リングが、アイソレータプラグの材料硬度とは異なる材料硬度を有する、請求項１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
8. 二軸溶接リングが、組み立ての間に材料に溝がつく（plowing）のを防ぐように構成されたエッジブレークを含む、請求項１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
9. エッジブレークが半径（radius）である、請求項８記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
10. 二軸溶接リングが、ヘッダーを半径方向に圧縮するように構成されている、請求項１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
11. 二軸支持リングが、17-4PHから形成される、請求項１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
12. 二軸支持リングが、条件H1150まで熱処理される、請求項１１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
13. ヘッダーが、316Lステンレス鋼から構築される、請求項１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
14. アイソレータプラグが、316Lステンレス鋼から形成される、請求項１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
15. アイソレータプラグが、合金C-276から形成される、請求項１記載の圧力カプセル／ヘッダーアセンブリ。
16. プロセス流体圧力トランスミッタであって、
    プロセス流体源に結合するように構成されているプロセス流体コネクタを有する、プロセス部分と；
    該プロセス部分にねじ込まれたアイソレータプラグであって、その第一の端部に分離ダイアフラムを、そして該第一の端部から間隔をおいて配置された第二の端部を有し、該第一の端部を該第二の端部に流体結合する充填流体通路内部に配置された充填流体を有する、アイソレータプラグと；
    圧力センサを保持するように構成された第一の端部、及び該第一の端部から間隔をおいて配置された第二の端部を有するヘッダーであって、該第一の端部から該第二の端部まで延びる少なくとも１つの電気相互接続を有する、ヘッダーと；
    ヘッダーの外表面周りに配置される二軸支持リングであって、該二軸支持及びヘッダーは、それらの間にテーパー状の干渉境界面を画定し；
    該ヘッダーは、第一の溶接部で該アイソレータプラグに溶接され、そして該二軸支持リングは、該ヘッダーの該第二の端部から間隔をおいた場所で該アイソレータプラグに溶接される、二軸支持リングと；
    該圧力センサに動作可能に結合され、かつ該圧力センサからの信号に基づいてプロセス流体圧力出力を提供するように構成されている、コントローラと
    を含む、プロセス流体圧力トランスミッタ。
17. 二軸溶接リングが、プロセス流体圧力トランスミッタのセンサ本体内部にあるように構成されている雄ネジが切られた部分を有する、請求項１６記載のプロセス流体圧力トランスミッタ。
18. コントローラが、少なくとも１つの電気相互接続を介して圧力センサに電気的に結合する測定回路機構によって、該圧力センサに動作可能に結合される、請求項１６記載のプロセス流体圧力トランスミッタ。
19. コントローラに結合され、かつプロセス産業通信プロトコルに従ってプロセス流体圧力出力を通信するように構成されている、ループ通信回路機構をさらに含む、請求項１６記載のプロセス流体圧力トランスミッタ。
20. プロセス流体圧力トランスミッタのための圧力カプセル／ヘッダーアセンブリを製造する方法であって、
    圧力センサを保持するヘッダーを提供する工程であって、該ヘッダーは、金属から形成され、かつそれを通過する少なくとも１つの相互接続を有する、工程と；
    第一の端部に分離ダイアフラムを有するアイソレータプラグを提供する工程であって、該アイソレータプラグは、該第一の端部から間隔をおいて配置された第二の端部を有し、該アイソレータダイアフラムは、該第一の端部を該第二の端部に流体結合する充填流体通路を含む、工程と；
    該ヘッダーを、該アイソレータプラグの該第二の端部の近くで該アイソレータプラグに溶接する工程と；
    該ヘッダーの外表面とテーパー状の締まりばめを生成するように構成されている二軸溶接リングを提供する工程と；
    該テーパー状の締まりばめと係合するように、該二軸溶接リングを該ヘッダー周りに設置する工程と、
    該二軸溶接リングを該アイソレータプラグに溶接する工程と、
    を含む、方法。
21. ヘッダーをアイソレータプラグに溶接する工程は、該ヘッダーを該アイソレータプラグにシールする、請求項２０記載の方法。
22. 二軸溶接リングをアイソレータプラグに溶接する工程は、該アイソレータプラグの第二の端部に近接して起こる、請求項２０記載の方法。
23. 二軸溶接リングをアイソレータプラグに溶接した後に、テーパー状の締まりばめの干渉の程度を検査する工程をさらに含む、請求項２０記載の方法。
24. 干渉の程度を検査する工程は、二軸溶接リングとアイソレータプラグとの間の離隔高さを測定することを含む、請求項２０記載の方法。

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