JP3798693B2 - 周囲密封式の計器ループ用アダプタ - Google Patents

周囲密封式の計器ループ用アダプタ Download PDF

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Description

【0001】
発明の分野
本発明は、工業用流体処理プラントで使用するための、流体の特性を測定する送信機などの装置に関するものであって、特に、汚染物質が存在する可能性のある工業環境における計器ループを経由して伝送を実行するような、電気接続式処理送信機に関するものである。
【0002】
背景技術
処理送信機とは、油の精製や化学処理プラントなどにおける工業処理工程のモニタに利用される装置である。圧力送信機のような処理送信機は、一般的に、液体、ほこり、湿気といった様々な産業汚染物質が存在する場所に設置された流体処理プラントに取付けられる。また、その環境によっては、酸性、または、塩基性溶液などの処理用液体が存在する場合もある。前記の汚染液体には、プラント内の機器清掃用のホースによる水飛沫も含まれる。前記処理送信機、および、その電気接続部には、これらの液体が滴ったり、飛び散ったり、しぶきがかかったりすることがあり、また、処理工程の環境内に存在するほこり、湿気、液体によって、処理送信機との電気接続部が汚れたり、劣化してしまう恐れがあるのである。
【0003】
処理送信機は、汚染物質によるループ配線および電気接続部の劣化を防ぐために、通常、密封式電気配管に接続可能で、かつ、密閉された配線区画部に取付けられる。しかしながら、ヘッダ式のコネクタを使用した小型処理送信機には、そのヘッダの露出部分である電気接触ピンを汚染物質から保護するための密閉配線区画部が装備されていない。
【0004】
以上のことから、余分な費用や大げさな配線区画部を必要とせず、処理送信機のヘッダ内の接触ピンと結合可能で、かつ、前記接触ピンおよび配線を汚染物質から保護できるような、保護アダプタが要望されるのである。
本発明の要旨
本発明による周囲密封式電気アダプタは、接触ピン、接触ソケット、および配線を、液体や湿気などの汚染物質から保護する役割をもつ。
【0005】
前記アダプタには、処理送信機ヘッダ内の接触ピンとの接合が可能であるソケットに一端が接続された配線が備わっている。また、前記アダプタは、ヘッダにネジ留め可能なスリーブを装備することが可能である。該スリーブは前記筒状ヘッダと対面するようなリップ片を備えている。
【0006】
前記リップ片と筒状ヘッダの間には、周囲密封する弾性部品とワッシャが圧着されている。このワッシャは、リップ片をネジ締めした際に、そのリップ片に対してスライド移動するワッシャ表面を備えている。前記弾性部分は圧縮されて、その弾性部分と密封面との間に防水性の密閉部分が形成される。
【0007】
前記接触ピン、接触ソケット、および配線端部は、前記弾性部分により効果的に周囲密封されるため、環境汚染物質による汚染から保護されている。
【0008】
図面の簡単な説明
図1は、ヘッダと接触ピンを備えた小型圧力送信機の断面図である。
図2は、ヘッダに取付けられる周囲密封式アダプタの断面図である。
図3は、ヘッダに取付けられる、RFI/EMIフィルタを備えた周囲密封式アダプタの断面図である。
図4は、RFI/EMIフィルタの概略図である。
図5は、滴下シールド部とブーツ延長部を備えたアダプタを示す。
図6は、ケーブルグランドシール部を備えた周囲密封式アダプタを示す。
図7は、標準的コードセット用のコネクタを備えた周囲密封式アダプタを示す。
図8A、8Bは、弾性滴下シールド部を示す。
【0009】
本発明の好適実施例の詳細な説明
本発明による周囲密封式電気アダプタは、処理送信機を、複数の配線をもつ計器回路に接続するものである。弾性部分である周囲密閉部が、ネジ留めされた外部スリーブ上のリップ片と処理送信機のネジ留めされたコネクタヘッダとの間にある配線と取付部を密閉する。スラストワッシャによって、リップ片と弾性部分がスライド移動するので、ネジを締めた際にも弾性部分がねじれることはない。前記弾性部分はネジを締めても平坦さを維持するので、使用環境に存在する汚染物質に対する優れた密封性が達成される。つまり、前記アダプタにより、接触ピン、接触ソケット、および、ループの配線は、処理送信機にかかるしぶきや、滴ったり、飛び散ったりする液体だけでなく、ほこりや湿気といった汚染物質からも保護されるのである。前記アダプタを使用すれば、2線式配線ループやデジタルデータ接続などのあらゆる種類の電気接続が、送信機において可能である。
【0010】
図1は、差圧送信機100の断面図である。この差圧送信機100は、周囲密封式アダプタ(図1には図示しない)を取付けることで、計器回路との接続が可能となる処理送信機の一例である。
前記送信機100は、電気コネクタのヘッダ106に封着する外壁部104を備えた、小型の送信機ハウジング体102を含む。送信機のハウジング体102は、アイソレータ薄板(ダイアフラム)110をもつ共面流体入口部108を2つ備えている。入口部108からの差圧は、流路内に密閉されたアイソレータ流体112によって、送信機100内の容量差圧センサ114へ伝送される。
【0011】
前記送信機100は、筒状の外枠体、つまり、ヘッダ106と、電気接触部、つまり、ピン120の密封絶縁貫通部118とを備えた密封貫通の電気コネクタ116を有する。ヘッダ106は、外側ネジ部107を備える。2つ、または、3つ以上の接触ピン120を通って、送信機100と通信するためのループデータが伝送される。
【0012】
回路基板122は、圧力センサ114に電気的に結合している。この回路基板122は、前記圧力センサ114からのデータを処理し、入口部108の差圧値を伝送するために接触ピン120のループ電流を制御する。前記圧力は、4−20mAアナログ電流で示すこともできるし、あるいは、HART、CAN、基礎フィールドバス(Foundation Fieldbus)、プロフィバス(Profibus)といった周知のデジタルプロトコルや、その他の流体処理制御業界において周知であるデジタル通信プロトコルを使用して表示することも可能である。
【0013】
前記外壁部104は、円形溶着継部124に沿ってヘッダ106と溶着されて、ハウジング体102の内部に密閉された空洞部を形成していることが好ましい。絶縁貫通部118には、小型差圧送信機100内の密閉空洞部126を気密封止できるよう、その毛細管128を密封する前に漏洩検査を行うための毛細管128が装備されている。
【0014】
図1に示す送信機100は小型の送信機なので、工程現場において計器回路に接続するための密閉配線区画部を備えていない。つまり、接触ピン120と絶縁貫通部118は、送信機100の外部に露出しているため、流体処理プラント環境に存在するほこりや湿気、あるいは滴ったり、飛び散ったり、しぶきかかったりする液体などの汚染物質に接触してしまう可能性が高いのである。
【0015】
図2は、図1の送信機100のような処理送信機のヘッダ132に封着させる周囲密封式計器回路アダプタ130の断面図である。アダプタ130には、前記コネクタヘッダ132に内蔵の複数の接触ピン136に噛合するよう設計された複数の電気接触ソケット134が備わっている。コネクタヘッダ132は、その毛細管137を密閉する前に漏洩を検査するための毛細管137も備えている。また、コネクタヘッダ132は、138で処理送信機のハウジング体(図2には図示しない)に溶接されている。前記複数の電気接触ソケット134は、複数配線式計器回路142の対応する第1配線端部140に接続するように設計されている。筒状スリーブ144は、ヘッダ132にネジ留めされる。前記スリーブ144は、ヘッダ132上の密封面148に、弾性ブーツ(保護カバー)150の弾性リム部152を圧付けるためのリップ片を備えている。弾性ブーツ150は、ループ配線142に対して周囲密封されている。なお、弾性ブーツ150は、ループ配線142の形状に沿って型取りされていることが好ましい。弾性ブーツ150は、リップ片146と密封面148との間に、弾性リム部152を形成する。また、少なくとも1つのワッシャ154が、リップ片146と弾性リム部152との間に設置される。弾性リム部152と密封面148との間に周辺密閉を形成するためにスリーブ144をネジ156に締付けた場合に、縁部152がねじれないようにするため、ワッシャ154には、滑らかで、リップ片146に対してスライド移動可能な座金面が備わっている。その結果、弾性リム部152は、均一に圧縮されて、密封面148と連続するような円状密閉部を形成する。
【0016】
前記ワッシャ154は、スラスト座金としても機能できる。ワッシャ154は、前記弾性リム部152へ圧力を均一に分布させる一方で、スリーブ144がネジ留めされる際に、ねじり応力が弾性リム部152に実質的にかからないよう回転方向にスライド移動できる。ある好適実施例での構造では、リップ片146と弾性リム部152との間には、滑らかなスライド面を備えた複数のワッシャ154が取り付けられている。また、随意で、前記ワッシャ154に自動センタリング式ワッシャを採用しても構わない。
【0017】
アダプタ130は、また、電気接触ソケット134の位置を決定し、かつ、支持する剛性の絶縁支持部158を備えている。支持部158の底面にある第1のOリング160と、スリーブ144とヘッダ132の間にある第2のOリング162によって、さらなる防湿密閉が実現される。いくつかの実施例において、前記ワッシャ154、および/または、Oリング162は、分離したものではなく、それ以外の部品と一体形成されている場合もある。
【0018】
図3は、オプション回路164を備えた周囲密封式アダプタ131の断面図である。回路164は、RFI/EMIフィルタなどであって構わない。アダプタ131は図2のアダプタ130と同様のものなので、類似または同一の部品には、図2と同じ参照番号を付けた。アダプタ131では、計器回路142の第1配線端部140が、電気接触ソケット134に直接接続されておらず、RFI/EMIフィルタ164を介して間接的に接触ソケット134と接続している。計器回路142からの信号は、前記RFI/EMIフィルタ164を通過した後、配線141によって電気接触ソケット134へ伝達される。RFI/EMIフィルタ164は、無線周波数ノイズ(RFI)のフィルタ処理、または、電磁妨害ノイズ(EMI)フィルタ処理を実行するための電気部品を備えた回路基板から成る。前記のようなRFI/EMIフィルタ回路の一例を、図4を用いながら以下に詳細に説明する。RFI/EMIフィルタ回路164の周囲には、図示するように弾性のブーツ151が形成されている。好適実施例によっては、前記RFI/EMIフィルタ回路164は、前記弾性ブーツ151に型込め形成されていることもある。
【0019】
図4は、RFI/EMIフィルタ170の電気的概略図である。フィルタ170は、計器回路142に接続しており、また、アダプタ131の複数の接触ピン134にも接続している。フィルタ170は、ローパス周波数、または、バンドパス周波数の特性を備えることが可能である。フィルタ170によって、計器回路142からのより低い周波数の通信信号が、アダプタ131の接触ピン134へ伝送されるのである。しかしながら、より高い周波数のノイズは、フィルタ170によって排除、または、遮断されるため、前記アダプタの接触ピン134まで到達しない。信号電流は、点線172で示した回路経路に沿って、整流器194、誘導子176、抵抗器178、処理送信機、誘導子180、計器回路142を経由して流れる。前記計器回路からのノイズ(RFI/EMI)は、前記ループ、誘導子176、180、キャパシタ184、186、188、190のインピーダンスで形成されたπ型ローパスフィルタによって、アース182へ誘導される。ある好適実施例においては、ローカルシリアル通信信号用に個別の導線192が設置されており、このローカルシリアル通信信号を利用して、送信機の数メートル範囲内の短距離において通信を行うことが可能である。また、前記ローカルシリアル通信信号を利用すれば、送信機の電気的プログラムや、近距離に設置された送信機間の局地通信も可能となる。個別の導線192とアース182の間にはキャパシタ194が接続されており、EMI/RFIノイズを抑制する。前記計器回路で使用するデータ通信プロトコルの周波数に応じて、多様な種類のEMI/RFIフィルタ回路を採用することが可能である。
【0020】
さらに、要望があれば、前記アダプタ(略図で表示)にローカル接続部196を設置することもできる。このローカル接続部196により、整流器194において、ダルソンバール計器動作などのローカル表示装置を局地接続することが可能となる。また、前記ローカル接続部196を介して、ローズマウント(Rosemount)275型HART通信器などのハンドヘルド式シリアル通信装置を計器ループに接続すれば、技術者による検査、修理、測定操作が実行可能となる。前記ローカル接続部196を、弾性ブーツの追加リードとして配置することもできる。また別の方法として、マッコイ(McCoy)らによる米国特許第5,710,552号に図示された回線に沿って、前記ローカル接続部を、電気検査用フックに接続するよう構成されたサービス接点を備えた密閉T型アダプタとして形成してもよい。
【0021】
図5は、処理送信機202に取付けられたアダプタ200を示す。このアダプタ200は、図2に示すアダプタ130に類似するものであるが、異なる特徴として、弾性ブーツ204が、滴下シールド部206とブーツ延長部208とを包含するように外部へ延長している。この滴下シールド部206は、スリーブ210の外縁部の外側に延びており、アダプタ200のスリーブ210の縁辺上で一種の「傘」を形成する。このため、もし液体211がブーツ延長部208に滴り落ち、アダプタ200方向へ流れたとしても、前記液体は滴下シールド部206に沿って流れ、212で示すように外へ流れ落ちるため、アダプタ200内へ流入することはない。ブーツ延長部208は、ループ配線に沿ってブーツ端部にまで延びるような長さをもち、90度以上に彎曲するのに適している。そのため、前記ブーツ延長部に滴った液体211は、214で示すように下方向へ流れ落ちるのである。つまり、前記ブーツ延長部の端部が下方向へ向いているため、ブーツ延長部208端部へ重力によって液体が流れ込むことはないのである。
【0022】
図6は、ケーブルグランドシール232を備えた周囲密閉式アダプタ230を示す。ケーブルグランドシール232は、ケーブル234の周りを密封するために圧縮される圧縮スリーブである。アダプタ230は、図3に示すアダプタに類似するものであるが、異なる特徴として、このアダプタ230は、現場の技術者によって計器回路ケーブル234の端部に取付けることが可能である。アダプタ230は、複数の回転ネジ式圧縮端子236と、回路基板240とフィードスルー導電体244の周囲に取付けられたフェライトスリーブ誘導子242とを備えたRFI/EMIフィルタとから成る。さらに、アダプタ230は、アダプタリング248によってヘッダ246に取付けられる。前記ケーブルグランドシール232は、ネジ留めされたグランドナット252で圧縮された弾性の密閉部250を備える。
【0023】
図7は、一般的なコードセットと接続するための円状コネクタ276を備えた周囲密封式アダプタ275を示す。
【0024】
前記アダプタ275は、周囲密封式計器ループ用アダプタであって、処理送信機のコネクタヘッダ282に内蔵の接触ピン280と噛合うような接触ソケット278を備える。アダプタ275は、また、状コネクタ276により、計器ループに接続するコードセット(図示しない)の第1配線端部と接続される。
【0025】
前記接触ソケット278は、処理送信機のコネクタヘッダ282に内蔵された接触ピン280と噛合うよう、硬質プラスチック製の絶縁支持部292の内部に形成されている。
【0026】
前記スリーブ284は、ネジ部286においてヘッダ282にネジ留めされており、前記ヘッダ282に対面するリップ片288を備える。前記リップ片288とヘッダ282の間には、底孔を有するカップ形状のワッシャ298が設置されている。このカップ型ワッシャ298には、前記リップ片288に対面し、密閉グルーブ部299をもつ座金面300が備わっている。
【0027】
前記状コネクタ276は、カップ型のワッシャ298の中央に一体形成されており、RFI/EMIフィルタ295を経由して前記接触ソケット278と接続する複数の第2ピン277を備える。また、環状コネクタ276は、標準的なコードセットを使って計器ループに差込めるプラグの構造をもつ。
【0028】
防水性を備えた弾性密閉部301は、密閉グルーブ部299内に配置されており、前記スリーブ284がヘッダ282にネジ留めされると、リップ片288に封着する。なお、弾性密閉部301には、標準的なOリングを採用することもできる。
【0029】
図8Aと8Bには、弾性素材で型形成された弾性滴下シールド部300を示す。滴下シールド部300は、ケーブル304用の中央経路302を備えており、308で概略的に示す周囲密封式計器ループ用アダプタにケーブル304を取付けた後、ケーブル304上を容易にスライド移動できるように、306において分割されている。滴下シールド部300は、前記アダプタ308の液体を排除する「傘」の役割をもつ。滴下シールド部300は、アダプタ308の外側に放射状に延びており、アダプタ308から水滴を排除し易いような円錐状の斜面310と312を備える。つまり、滴下シールド部300は、図5に示す一体型滴下シールド部206の代用部品なのである。この滴下シールド部300により、アダプタ308へ侵入する湿気に対する防水性が付加される。
【0030】
図2、3、5、6に示した周囲密封式弾性ブーツと、図5、8A、8Bの滴下シールド部は、サントプレーンやモノプレーンなどの弾性素材で形成されることが好ましい。また、前記支持体158と159は、バロックスなどの硬質プラスチックで形成されることが好ましい。
【0031】
前記スリーブのネジ部には、1‐1/8”−18のUNEFネジを使用することが好ましい。また、図7に示す円状コネクタ276は、ANSIのB93.55M‐1981(R1988)との互換性をもち、IEC 61076‐2‐101に準拠した機能性を備えていることが好ましい。なお、円状コネクタ276には、M12ネジを備えたユーロノームEN 60947‐5‐2 に適用可能なコネクタを採用することも可能である。
【0032】
本発明では、使用中の送信機のプラグを抜き、新しい送信機のプラグを差込むだけで、現場において容易に送信機の取替えを行うことができる。また、各接続も素早く実現でき、人為的ミスが発生する可能性も少ない。前記接続においては、配線区画部や大型の端子ブロックの配備も不用である。
【0033】
本発明について、いくつかの好適実施例を用いて説明してきたが、本発明の本質や範囲から逸脱することなく、その形態や細部において改良を加えることが可能であることは、当業者にとっては明白であろう。また、ある好適実施例において図示した特徴は、それ以外の実施例においても適用させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図4】 RFI/EMIフィルタの概略図である。
【符号の説明】
130……アダプタ、132……コネクタヘッダ、134……電気接触ソケット、136……接触ピン、137……毛細管、140……第1配線端部、142……複数配線式計器回路、144……筒状スリーブ、146……リップ片、148……密封面、150……弾性ブーツ、152……弾性リム部、154……ワッシャ、156……ネジ、158……絶縁支持部、160……第1のOリング、162……第2のOリング

Claims (18)

  1. 周囲密封式の計器回路用アダプタであって、
    処理送信機のコネクタヘッダに内蔵された接触ピンに噛合できるよう形成され、かつ、計器回路の導電体に接続できるよう形成された接触ソケットと、
    前記コネクタヘッダにネジ取付けできるように形成されたネジを備え、リップ片をもつスリーブと、
    前記計器回路の回路導電体を密閉できるよう形成され、かつ、前記リップ片と前記密閉面との間に弾性リム部を備えた周囲密封式弾性ブーツと、
    前記スリーブを、弾性リム部がねじれないようネジ込んで、弾性リムと密閉面の間の防水シールを形成できるよう前記コネクタヘッダに締付ける、前記リップ片に対してスライド移動できるような座金面を有する、前記リップ片と前記弾性リム部間に配置された少なくとも1個のワッシャとから成る周囲密封式計器回路用アダプタ。
  2. さらに、前記リップ片と前記弾性リム部との間にスライド移動する座金面を備えた複数のワッシャから成る、請求項1に記載の計器回路用アダプタ。
  3. ケーブルパッキン封じにより前記導電体が前記アダプタに封着されている、請求項1に記載の計器回路用アダプタ。
  4. 前記弾性ブーツが前記回路導電体の周囲に型取りされている、請求項1に記載の計器回路用アダプタ。
  5. さらに、前記スリーブの外縁部の外側に延びる滴下シールド部を備えた、請求項1に記載の計器回路用アダプタ。
  6. 前記滴下シールド部に傾斜した底面を備えた、請求項5に記載の計器回路用アダプタ。
  7. 前記弾性ブーツが、導電体に沿ってブーツ端部にまで延びるブーツ延長部を備えており、その延長部が90度以上の彎曲が可能となる長さであるような、請求項1に記載の計器回路用アダプタ。
  8. 前記回路配線が、電気検査用フックと接続できるよう構成されたサービス接点に接続している第2配線端部を備える、請求項1に記載の計器回路用アダプタ。
  9. 前記回路配線が、通常ANSI規格B93.55Mに準拠する電気コネクタに接続している第2配線端部を備える、請求項1に記載の計器回路用アダプタ。
  10. 前記回路配線が、通常IEC 60947‐5‐2に準拠する電気コネクタに接続している第2配線端部を備える、請求項1に記載の計器回路用アダプタ。
  11. 前記弾性ブーツがサントプレーン製である、請求項1に記載の計器回路用アダプタ。
  12. 前記弾性ブーツがモノプレーン製である、請求項1に記載の計器回路用アダプタ。
  13. 周囲密封式の計器回路用アダプタであって、
    処理送信機のコネクタヘッダに内蔵された接触ピンに噛合できるよう形成された接触ソケットと、
    前記コネクタヘッダにネジ取付けできるよう形成され、そのヘッダに対面するようなリップ片をもつスリーブと、
    前記リップ片に対面し、密封溝部を有する座金面を備えた、前記リップ片と前記ヘッダ間に配置された底孔を有するカップ形のワッシャ(以下、カップ型ワッシャという)と、
    前記接触ソケットに接続する第2ピンを備え、計器回路の導電体に接続できるよう構成され、前記カップ型ワッシャの中央部に一体形成された回路用電気コネクタと、
    前記スリーブを前記ヘッダにネジ留する際に、前記リップ片に封着するよう構成され、前記密封溝部に配置された防水弾性シールとから成る計器回路用アダプタ。
  14. 前記第2ピンが、RFI/EMIフィルタを介して前記接触ソケットに接続している、請求項13に記載の計器回路用アダプタ。
  15. 周囲密封式の計器回路用アダプタであって、
    処理送信機のコネクタヘッダに内蔵された接触ピンに噛合でき、かつ、2線式4−20mAループの第1配線端部に接続するよう構成された接触ソケットと、
    前記ヘッダの密閉面に対面するリップ片を備え、前記ヘッダにネジ取付けできるよう構成されたスリーブと、
    計器ループのループ導電体に封着するよう構成され、前記リップ片と前記密閉面との間に弾性リム部を備えた周囲密封する弾性ブーツと、
    前記スリーブを、弾性リム部がねじれないようネジ込んで、弾性リムと密閉面の間の防水シールを形成できるよう前記コネクタヘッダに締付ける際、前記リップ片に対してスライド移動できるような座金面を有する、前記リップ片と前記弾性リム部間に配置された少なくとも1個のワッシャとから成る周囲密封式の計器回路用アダプタ。
  16. さらに、前記弾性ブーツ内に回路基板を備える、請求項15に記載の計器回路用アダプタ。
  17. 前記回路基板がRFI/EMIフィルタを備える、請求項15に記載の計器回路用アダプタ。
  18. さらに、前記コネクタヘッダの外側面と前記スリーブとの間にOリングシールを備える、請求項15に記載の計器回路用アダプタ。
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