JP6491327B2 - ラグ形化工されたウェハ位置調整リング - Google Patents

Description

本発明は、工業プロセス制御又は監視システムに関する。より具体的には、本発明は、プロセス変数送信器又は工業プロセスのプロセス変数を計測するためにウェハ形又はコンパクト形の基本センサ素子を用いるタイプの感知デバイスに関する。

工業的環境において、制御システムは、工業及び化学プロセス等の在庫表を監視し且つ制御するために用いられる。通常、これらの機能を実行する制御システムは、工業プロセスにおける重要な場所に配置され、且つプロセス制御ループによって制御室内の制御回路へ結合されたフィールドデバイスを用いる。「フィールドデバイス」という用語は、工業プロセスの、計測、制御、及び監視に用いられる全てのデバイスを含み、分散制御又はプロセス監視システムにおける機能を実行する任意のデバイスを呼ぶ。

いくつかのフィールドデバイスは、プロセス流体へ結合するトランスデューサを具備する。トランスデューサは、物理的入力に基づいて出力信号を生成するかデバイス、又は入力信号に基づいて物理的出力を生成するデバイスのどちらかであること意味すると理解される。通常は、トランスデューサは、入力をことなる形態を有する出力に変換する。トランスデューサのタイプは、様々な解析装置、圧力センサ、サーミスタ、アクチュエータ、ソレノイド、及び指示光などを包含する。

フィールドデバイス、例えば、工業プロセスにおいて用いられるプロセス変数センサは、パイプライン、タンク、及び別の工業プロセス装置に関する分野において実装されうる。プロセス変数センサの１つのタイプは、例えば流体流の速度を計測しうる流量計である。流量計の１つのタイプ、それは差圧平均化オリフィス板基本素子を採用し、またウェハ形基本素子としても言及される、は、或る環境において流れを計測するための一般的なデバイスである。なぜなら、その使用は、パイプの貫通がなされることを必要とせず、且つデバイスが既存のフランジ付き継手内に容易に挿入されうるからである。この設計は、公益的な計測点で普及しているけれども、それは、下流のプロセス計測点、例えば石油工業において採択されていない。下流のプロセス配管の重要な関心事の１つは、露出されたボルト締めである。１つの潜在的事柄は、ウェハ形（wafer type：フランジレス形の一種で、管フランジの間にデバイスを挟み込みボルトによって締め付ける形式）デバイスがプロセス配管の複数フランジの間に搭載され、且つスタッド（植込形、又は両端にヘッドが無い棒形で外周の少なくとも両端又は全体にねじ切りされた）ボルトとナットによって固定されるとき、ウェハとシーリングガスケットの間隔を張るための追加の長さが関心事でありえ、それ故に多くの場合に好まれない。この追加の長さは、露出されたボルト締めと呼ばれる。

露出されたボルト締めが関心事である理由の１つは、配管の一体性である。しばしば開通時又は閉塞時に、パイプラインは、ダイナミックな衝撃を受けることがあり、フランジ接続が、生じうるプロセスの漏洩点になり得る。ウェハ形デバイスは、この可能性を助長させうる。なぜなら、フランジボルト穴のスタッドボルトの直径に対する許容誤差は、これらの条件下でフランジが位置調整誤差を生じる余地を有するからである。フランジの間の間隔がより大きくなれば、この位置調整誤差もより大きくなることが断言でき、その継手で生じる漏洩の機会もより多くなる。露出されたボルト締めが関心事である別の理由は火災の場合にあり、スタッドボルトはパイプよりも速く加熱され、そして膨張してガスケットのシーリング面での圧力を減らして圧力封じ込めを失う。

上の議論は、一般的な背景情報として単に与えられたにすぎず、請求された事項の範囲を決定する助けとして使用されることは意図されていない。

システム、装置、及び方法であって、プロセス計測システムのウェハ形基本素子を、基本素子とプロセスパイプとを位置調整する方法においてプロセスパイプの間に結合させ、一方、パイプラインへの動的な衝撃の場合に位置調整を維持し且つ漏洩を防止するもの、が開示される。

いくつかの代表的な実施態様において、プロセス計測システム位置調整デバイスであって、第１及び第２プロセスパイプのフランジの間でのウェハ形基本素子の位置調整を維持するためのものが開示される。位置調整リングは、位置調整リングが基本素子の少なくとも一部分を囲むように、基本素子がその中に挿入されうるところの内側領域を形成する内表面を有する。位置調整リングに形成されたチャネル（溝部）は、基本素子の相互接続用頸部が位置調整リングの外側に延伸されるように構成され、基本素子が位置調整リングの内側領域内に挿入されるときには、基本素子の相互接続用頸部を受入れるように構成される。複数のフランジファスナー（flange fastener：フランジ留め具）受入れ穴は、位置調整リング内に形成され、且つ第１及び第２プロセスパイプのフランジのフランジ穴と位置調整されるように、且つ位置調整をされたフランジ穴を通して延伸されるフランジファスナー、例えばスタッドボルト又はボルトを受入れるように構成される。

いくつかの代表的な実施態様において、フランジファスナー受入れ穴は、ねじ切りされたスタッドボルト又はボルトを受入れるように構成されたねじ切りされた穴である。

いくつかの代表的な実施態様において、複数の位置調整タブが、位置調整リングの周りに間隔を空けて設けられる。またいくつかの実施態様において、位置調整リングを第１及び第２プロセスパイプのフランジの間に挿入することを可能にするために複数の位置調整タブの少なくとも１つが取り外されうるように、且つその後。位置調整リングが第１及び第２プロセスパイプのフランジの間に配置された後に再取付けされうるように、位置調整タブの少なくとも１つは、位置調整リングへ取外し可能に取り付けられるよう構成される。

いくつかの開示された実施態様において、複数の位置調整ピンは、内側領域内の適切な場所で基本素子を保持するように、且つそれによって第１及び第２プロセスパイプと位置調整されるように、位置調整リングの内表面の周りに間隔を空けて配置される。さらにいくつかの実施態様において、複数の位置調整ピンは、位置調整リングの内表面の上側部分に第１位置調整ピンを含み、且つ位置調整リングの内表面の下側部分に第２位置調整ピンを含み、第２位置調整ピンは、第１位置調整ピンが内側領域内へ延伸されるよりも内側領域内へさらに延伸されている。許容誤差の蓄積によりスタッドみボルトはフランジ内で力が衰え、したがって重力が位置調整中に基本素子を下方に引っ張る。パイプの下側のピンは、基本素子をパイプの中心に置くのを助けるためにより長い。

いくつかの開示された実施態様において、複数の位置調整ねじが、内側領域内での基本素子の位置を調整するために、且つそれによって基本素子を第１及び第２プロセスパイプと位置調整するために、位置調整リングの１以上の外表面から位置調整リングの内表面へ延伸される。

いくつかの代表的な実施態様において、ねじ切りされたフランジファスナーをフランジ穴の中心に配置するために、複数のスリーブが、ねじ切りされたフランジファスナーを覆って配設されて、位置調整を改良する。

いくつかの例示的な実施態様において、フランジを有する第１及び第２プロセスパイプ中のプロセス流体のプロセス変数を計測するためのシステムが、開示されている。システムは、プロセス送信器と、ウェハ形基本素子をプロセス送信器へ結合させるのに用いる相互接続用頸部を有するウェハ形基本素子とを具備しうる。基本素子は、プロセス変数の計測において用いられるためにプロセス流体と接触するように複数のフランジの間に配設される。複数のねじ切りされたフランジファスナーが、位置調整リングと同様に提供される。位置調整リングは、基本素子が少なくとも部分的に配設される内側領域を形成し、且つ位置調整リングは、基本素子の相互接続用頸部が位置調整リングの外側に延伸されるように、基本素子の相互接続用頸部を受け入れるように構成されたチャネルを具備する。複数のフランジファスナー受入れ穴は、位置調整リング内に具備され、且つ第１及び第２プロセスパイプのフランジのフランジ穴と位置調整をされるように、且つ位置調整をされたフランジ穴を通り延伸されるねじ切りされたフランジファスナーを受け取るように構成される。複数のナットは、各ねじ切りされたフランジファスナーが、第１プロセスパイプのフランジのフランジ穴、位置調整リング内のフランジファスナー受入れ穴、及び第１及び第２プロセスパイプへの動的な衝撃の場合に位置調整された基本素子を保持するための第２プロセスパイプのフランジのフランジ穴、を通し挿入された後に、複数のねじ切りされたフランジファスナーの１つの端部へ各々がねじ締めされる。

いくつかの開示された実施態様において、ウェハ形基本素子及びプロセス送信器を第１及び第２プロセスパイプに対して異なる方向に取付けることを可能にするように、位置調整リングの周りに間隔を空けて設けられた少なくとも８つのフランジファスナー受入れ穴が存在する。

いくつかの開示された実施態様において、位置調整リングは、位置調整リング及び基本素子を第１及び第２プロセスパイプと位置調整するために、位置調整タブが第１及び第２プロセスパイプのフランジの少なくとも１つと接触するように構成されるように、位置調整リングの外側部分上に配設された複数の位置調整タブを含む。いくつかの実施態様において、位置調整リングが第１及び第２プロセスパイプの複数のフランジの間に挿入される前に位置調整タブの少なくとも１つが取外され、且つその後、位置調整リングが第１及び第２プロセスパイプの複数のフランジの間に配設された後に再取付けされうるように、複数の位置調整タブの少なくとも１つは、位置調整リングへ取外し可能に取付けられるように構成される。

いくつかの実施態様において、位置調整リングは、内側領域内の適切な場所に基本素子を保持するために、位置調整リングの内側部分の周りに間隔を空けて置かれた複数の位置調整ピンを含み、それにより第１及び第２プロセスパイプと位置調整される。また、いくつかの実施態様において、複数の位置調整ピンは、位置調整リングの上側部分上に第１位置調整ピンを具備し、且つ位置調整リングの下側部分上に第２位置調整ピンを具備し、ここで第２位置調整ピンは、第１位置調整ピンが位置調整リングの内側領域内へ延伸されるよりもさらに延伸されている。許容誤差の蓄積によりスタッドボルトはフランジ内で力が衰え、したがって重力が位置調整中に基本素子を下方に引っ張る。パイプの下側のピンは、基本素子をパイプの中心に置くのを助けるためにより長い。

いくつかの実施態様において、位置調整リングは、内側領域内での基本素子の位置を調整するために、位置調整リングの外側部分から位置調整リングの内側部分まで延伸される複数の位置調整ねじを具備し、それによって基本素子と第１及び第２プロセスパイプとの位置調整をする。

また、第１及び第２プロセスパイプ中のプロセス流体のプロセス変数を計測するために、プロセス計測システムのウェハ形基本素子を第１及び第２プロセスパイプの間に結合する方法が開示される。いくつかの実施態様において、方法は、基本素子の相互接続用頸部が、位置調整リングに形成され且つ位置調整リングの外部に延伸されるチャネル内に配置されるように、位置調整リングの内側領域内に基本素子を囲むことを包含する。位置調整リング及びそれに囲まれた基本素子は、基本素子が第１及び第２プロセスパイプと位置調整をされるように、第１及び第２プロセスパイプの各々のフランジの間に挿入される。複数のフランジファスナーの各々は、フランジファスナーを捕捉し、且つパイプラインへの衝撃の場合の位置調整リングの位置調整誤差又はプロセス流体の漏洩を防止するために、第１プロセスパイプのフランジの複数のフランジ穴の対応する１つを通し、位置調整リング複数の位置調整穴の対応する１つを通し、且つ第２プロセスパイプのフランジの複数のフランジ穴の対応する１つを通し挿入される。位置調整リング及び開示された方法において用いられた他の構成要素は、種々の実施態様において開示された特徴の任意の組合せを包含しうる。

例えば、いくつかの実施態様において、基本素子が第１及び第２プロセスパイプと位置調整をされるように、位置調整リングとこれに囲まれた基本素子とを第１及び第２プロセスパイプの各々のフランジの間に挿入する工程は、さらに、位置調整リングから位置調整タブを取り外すこと、位置調整リングとこれに囲まれた基本素子とを第１及び第２プロセスパイプの各々のフランジの間に挿入すること、及び位置調整タブを位置調整リングへ再取付けすることを包含する。別の例において、位置調整リングの内側領域内に基本素子を囲む工程は、さらに、内側領域内に基本素子を配置し且つ基本素子を第１及び第２プロセスパイプと位置調整するために、位置調整ピン又は位置調整リングの内側領域内に延伸される位置調整ねじを用いることを包含する。

発明の概要及び要約は、簡単化された形における概念の選択を紹介するために提供され、それらはさらに本明細書において以下に記載される。本概要及び要約は、請求された事項の鍵となる特徴又は本質的な特徴を識別することを意図されておらず、またそれらは請求された事項の範囲を決定するのを助けるように用いられることも意図されていない。

開示された何れの特徴、構成要素、装置、システム、及び方法の工程も、別に開示された特徴、構成要素、装置、システム、及び方法の工程の何れの組合せにおいても用いられうることに留意しなければならない。本開示は、例え開示された特徴、構成要素、装置、システム、及び方法の工程が与えられた例示的実施態様における組合せにおいて図示又は検討されていなくとも、そのような代替の組合せを包含する。

例示的実施態様によるプロセス流体を監視又は制御するのに用いられるための工業プロセス制御又は監視システムの線図であり、そこではウェハ形基本素子が、ねじ切りされたファスナーを捕捉する位置調整リングを用いる複数のプロセスフランジの間に挿入されている。 例示的実施態様による図１に示されたシステム及び送信器のブロック図である。 図１及び２のシステム構成要素の分解図である。 開示された位置調整リング、及びそれに囲まれた基本素子であって、第１及び第２のプロセスパイプのフランジの間で接続されるものの、断面図として示された部分を有する側面図である。 スタッドボルト形ねじ切りされたファスナーの代わりにボルト形ねじ切りされたファスナーを用いる代替システムの構成要素の分解図である。 位置調整リングの実施態様の側面図である。 囲まれた基本素子を有する図６の位置調整リングの側面図である。 図６の位置調整リング、及びいくつかの実施態様の取り外し可能な調整タブの形状の側面図である。 図６の位置調整リング、及びいくつかの実施態様の位置調整ピンの形状の側面図である。 図６の位置調整リング、及びいくつかの実施態様の位置調整ねじの形状の側面図である。 フランジ又は位置調整リングの穴内のねじ切りされたファスナーのより良い心出しをするための、いくつかの実施態様によるねじ切りされたファスナーの上方に置かれたスリーブの側面図である。 例示的な方法の実施態様を示すフロー図である。

開示された実施態様は、プロセスパイプの間のウェハ形基本素子の改良された取り付け及び位置調整を提供する。開示された装置、システム、及び方法を用いて、基本素子とプロセスパイプとの改良された位置調整は、プロセスパイプへの動的な衝撃の場合に位置調整を保持しつつ且つプロセス流体の漏洩を防ぎつつ達成される。動的な衝撃事象の場合の、露出されたボルト締めの低減、並びにプロセス流体の漏洩及び基本素子の位置調整誤差の防止において、開示された実施態様は、種々の挑戦的な環境においてウェハ形基本素子の使用を増加させうる。位置調整の改良、露出されたねじ締めの低減、及び漏洩の防止は、開示された特徴の１つ以上を有する位置調整リングを含む構成を用いて達成されうる。

いくつかの工業プロセス制御又は監視システム、例えば、いくつかの差圧（ＤＰ）ベースの制御又は監視システムは、導管を通る物質の流れに関する差圧を計測するためにプロセスパイプ若しくは導管のフランジの間に挿入された差圧平均化オリフィス板基本素子、ウェハ形基本素子とも呼ばれる、を利用する。１つのそのような工業プロセス制御又は監視システム１００が、図１に示されている。図１は、工業プロセス内のプロセス流体を監視又は制御するのに用いるためのシステム１００を示す簡単化された線図である。

通常は、フィールドデバイス、例えばプロセス変数送信器１０２は、遠隔の場所に置かれ、そして感知されたプロセス変数を中央に置かれた制御室１０４へ返送する。有線及び無線の両方の通信を含む種々の技術が、プロセス変数を送信するために用いられうる。１つの普通の有線通信技術は、２線式プロセス制御ループ１０６として公知であるものを用い、そこでは１対の電線が、情報を伝達すること及び送信器１０２へ電力を供給することの両方のために用いられる。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１０６を通る電流レベルを４ｍＡ〜２０ｍＡの間に制御することによってである。４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲内の電流の値は、プロセス変数の対応する値に写像されうる。デジタル通信プロトコルの例は、ＨＡＲＴ（登録商標）（標準４〜２０ｍＡアナログ信号に重畳されたデジタル通信信号から成るハイブリッド物理レイヤ）FOUNDATION（登録商標）Fieldbus（１９９２年にアメリカ計測学会によって公表された全デジタル通信プロトコル）、Profibus通信プロトコル、又はその他を包含する。無線プロセス制御ループプロトコル、例えばWirelessHART（登録商標）を含む無線周波通信技術は、また実装されうる。図１のプロセス制御ループ１０６は、送信器１０２と制御室１０４との間の通信接続の有線及び無線のどちらか又は両方の実施態様を示している。

プロセス変数送信器１０２は、バルブ１１６付きマニホールド１１４を具備する送信器結合システム又は装置１１２（その実施態様の１例が図１に示されている）を介して、ウェハ形基本素子２００（図２に示される）へ接続される。ウェハ形基本素子２００への接続は、プロセス圧力を伝えるための圧力伝達導管を具備するところの基本素子の相互接続頸部１１８を通っている。ウェハ形基本素子２００は、プロセスパイプセクション１２４及び１２８のフランジ１２２及び１２６の間の場所に、本開示の実施態様による位置調整リング１２０によって支持される。基本素子２００は、パイプセクション１２４及び１２８を含むプロセス配管中のプロセス流体のプロセス変数を計測するように構成される。プロセス変数の例は、流量、温度、圧力、レベル、ｐＨ、伝導度、濁度、密度、濃度、化学成分などを包含するが、代表的な開示の実施態様においては、プロセス変数は、圧力又は差圧である。代表的な実施態様においては、計測されたプロセス変数は、パイプセクション１２４及び１２８を含むプロセス配管を通る矢印１２９によって示されたプロセス流体の流量である。ウェハ形基本素子は、代表的な実施態様において、例えば、米国特許第7,406,880号明細書、米国特許第7,284,450号明細書、又は米国特許第8,684,023号明細書において開示されている。

図２のシステムブロック図において示されているように、プロセス変数送信器１０２は、センサ１２４及び別の構成要素／回路（図１には示されていない）を具備し、それらは基本素子２００からプロセス変数を受け取るように構成され、そしてプロセス制御ループ１０６に送信器出力を与える。検討されたように、代表的な実施態様において、プロセス変数送信器１０２は、差圧送信器であり、そして基本素子２００は、プロセスパイプセクションのフランジ１２２及び１２６の間に配置されるウェハ形基本素子である。差圧送信器１０２及び基本素子２００の構成要素は、以下でより詳細に記載される。

図１におけるように、図２に示されたシステム１００は、プロセス制御ループ、例えばループ１０６と対で連結され得、プロセスパイプセクション１２４及び１２８を含む導管中の流体流の差圧に関するプロセス変数出力を通信するように適合させられる。システム１００の送信器１０２は、ループ通信回路２０２、圧力センサ１２４、計測回路２０４、及び制御器２０６を具備する。

ループ通信回路２０２は、プロセス制御ループ１０６へ対で連結され得、かつプロセス制御ループ上で通信するように適合させられる。ループ通信回路２０２は、有線通信リンク及び／又は無線通信リンク上の通信用の回路を含みうる。そのような通信は、有線及び無線プロトコルの両方を含む任意の適切なプロセス工業標準プロトコル、例えば上で検討したプロトコルに従いうる。

いくつかの代表的な実施態様において、圧力センサ２２４は、基本素子２００の相互接続頸部１１８を通じて延伸される第１及び第２圧力伝達導管２１１，２１３とそれぞれに結合されるところの第１及び第２ポート２１０、２１２を具備している。圧力センサ２２４の導管２１１及び２１３への結合部は、分離ダイヤフラム及び別の圧力伝達装置若しくは構成を通す結合部を含む。センサ２２４は、印加された圧力の変化に応答して変化するところの電気的特性を有する任意のデバイスでありうる。例えば、センサ２２４は、その容量が、ポート２１０と２１２の間に加えられた差圧に応答して変化するところの容量性圧力センサでありうる。

計測回路２０４は、センサ１２４へ結合され、そしてポート２１０と２１２の間の差圧に少なくとも関するセンサ出力を与えるように構成されている。計測回路２０４は、差圧に関する適切な信号を与える何らかの電子回路でありうる。例えば、計測回路は、アナログデジタル変換器、容量デジタル変換器、又は何らかの別の適切な回路でありうる。

制御器２０６は、計測回路２０４及びループ通信回路２０２へ結合されている。制御器２０６は、プロセス変数出力をループ通信回路２０２へあたえるように適合され、その出力は計測回路２０４によって与えられたセンサ出力に関係している。制御器２０６は、プログラム可能ゲートアレイデバイス、マイクロプロセッサ、又は何らかの別の適切な１の又は複数のデバイスでありうる。ループ通信回路２０２、計測回路２０４、及び制御器２０６は、個々のモジュールに関して記載されたけれども、それらは、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）上で組み合されうることが期待される。代表的な実施態様において、メモリ２０７は具備され、且つ制御器２０６及び／又は計測回路２０４を構成するために用いられるコンピュータ可読命令、パラメータ値などを蓄積するために制御器２０６へ結合されている。

ここで図３を参照すると、システム１００の構成要素及びプロセス配管セクションの分解図が示されており、プロセス配管セクションの間に基本素子２００がウェハ位置調整リング１２０を用いて配置されている。ウェハ形基本素子は、正確な計測を保証するために、フランジ１２２と１２６との間のパイプラインにおいて位置調整をされねばならない。ウェハ形基本素子を配置するために用いられる従来の位置調整リングは、これを達成するためにフランジボルト締め上に置かれるが、パイプラインへの衝撃の場合にスタッドボルトは動く傾向があり、漏洩及び計測誤差の原因となりうる位置調整誤差を生じさせる。代表的な実施態様において、位置調整リング１２０は、ラグ形化工された(lugged、lug type：フランジレス形の一種で、デバイスの外側に管フランジのボルト穴に相当するねじ加工、又は孔を開けた突起を含みた形式)位置調整リングであり、それは、露出されたボルト締めと、パイプラインへの衝撃による位置調整誤差及び漏洩の機会とを低減し、且つ露出されたボルト締めが、火災の際に長さを増加することに起因する圧力損失のリスクを低減する。例えば、図４により良く示されるように、位置調整リング１２０は、ねじ切りされたスタッドボルト３０６を受入れるためにそれを貫通して延伸される穴３１２を有することによって引っ張られ、そしてパイプラインへの衝撃に応答してスタッドボルト３０６が動く可能性を制限する。スタッドボルト３０６は、フランジファスナーの１種であるが、位置調整リング１２０のフランジファスナー受入れ穴は、フランジファスナーの別の種類をも同様に受け入れうる。いくつかの代表的な実施態様において、穴３１２は、ねじ切りされた穴であり、それはスタッドボルト３０６の動く可能性さえも制限するためにスタッドボルト３０６のねじ山と整合している。しかし、穴３１２は、露出されたボルト締めの量を減らすために且つスタッドボルトが動き且つそれにより位置調整誤差を許す可能性を制限するために、全ての実施態様においては、ねじ切れされる必要はない。ねじ切りされない実施態様、それはより迅速な取付けを可能にする、において、穴３１２内に捕捉され又は制約されたスタッドボルト３０６を有することは、従来のウェハ形基本素子位置調整リングの設計（そこでは位置調整リングは、スタッドボルトがそれを貫いて挿入される囲まれた穴を形成しない）と比較して、スタッドボルトの動く可能性を減らす。

位置調整リング１２０は、ウェハ形基本素子２００を囲み、且つフランジ１２２及び１２６内の中心に送信器を置き、一方、フランジの間に延伸されるスタッドボルト３０６のほとんどの部分又は全体を被覆する。図３及び４に示されたように、フランジ１２６は、スタッドボルト３０６を受け入れるための穴３０５を具備し、一方、フランジ１２２は、スタッドボルト３０６を同様に受け取るところの、対応する穴３０７を具備する。一直線上に並べられた穴３０５、３１２、及び３０７によって、スタッドボルト３０６は、穴の列を貫通して延伸され、そして漏洩を防止するために具備されたガスケット３０２及び３０４と一緒に構成要素を固定するために、ナット３０８及び３１０がスタッドボルト３０６の両端部を超えて取付けられる。図４は、ねじ切りされた設計が、スタッドボルトをパイプラインに平行に保つのを助け、且つシールを保持するためにより一貫した力を与えながら、衝撃に起因して、フランジ１２２と１２６との間のずれを有する構造を示している。

図４において分かるように、ラグ形化工された位置調整リング１２０は、全締め付け圧がウェハへ加えられ、且つ位置調整リングへは一切締め付け圧は加えられないことを保証するために、ウェハ形基本素子２００よりも僅かに薄い。代表的な実施態様において、位置調整リング１２０は、８個のねじ切りされたボルト穴若しくは穴３１２の最小限を有する。いくつかの実施態様において、位置調整リングのねじ切りされた穴３１２の数は、フランジ１２６及び１２２の穴３０５及び３０７の数に整合しているが、これは全ての実施態様の場合に必要なわけではない。例えばいくつかの代表的な実施態様において、４ボルトフランジアセンブリで使用される位置調整リング１２０は、さらなる構成を可能にするために８つのねじ切りされた穴を有し得る。これはウェハユニットが８つの異なる方向においてパイプに挿入されることを可能にする。図４に示された位置調整タブ４０５は、位置調整過程において助けるためにフランジ１２２又は１２６の１つもしくは両方の部分を捕捉するために位置調整リング１２０に含まれうる。

位置調整リング１２０は、種々の材料、金属又は硬いプラスチックを含む、で作られうる。位置調整リングはいかなるプロセス流体とも接触しないので、高価でない材料が、或る応用においては用いられうる。しかし、特定の応用については、特定の応用の要求に合わせるために異なる材料が用いられうる。

ここで図５を参照すると、プロセス制御又は監視システム５００が示され、それは上で検討したシステム１００と同じであるが、スタッドボルト３０６の代わりにボルト５０６を含んでいる。ボルトは、穴３０５、３１２、及び３０７を通して挿入され、その後、構成要素を一緒に固定するためにナット３１０がボルトの端部を越えて装着される。スタッドボルトの代わりにボルトを使用することは、取付け者が、レンチもしくはインパクトドライバーでアセンブリを通してボルトの駆動を可能にすることにより取付けを助けうる。

ここで図６を参照すると、代表的な実施態様における位置調整リング１２０の端面の図が示されている。この実施態様において、位置調整リング１２０は、基本素子２００が位置調整リングの端部の１つからその中に挿入されるところの穴もしくは領域６００を形成する円又は円に近い形態である。図７は、位置調整リングが基本素子を囲むように挿入された基本素子２００を伴う位置調整リング１２０を示す。１実施態様の例において、位置調整リングは、閉じた円形ではなく、その代わりに、２つの近接する表面６０６及び６０８を有し、それらの面は、基本素子の相互接続頸部１１８が図７に示されるようにそれを通して延伸されうるところのチャネル６０４を形成する。窪み部６１０（それは位置調整リング１２０の全厚みを貫通しては延伸されない）は、いくつかの実施態様において、別の線、チューブ、又は基本素子への結合部、または基本素子に含まれるセンサを収容するために含まれる。

また図６及び７には、位置調整タブ４０５が示されており、それは、位置調整リングとフランジ１２２及び１２６の１つ又は両方との位置調整において用いられるところの位置調整リングの外表面の周りに間隔を空けて備えられうる。位置調整タブ４０５は、位置調整リング１２０に溶接されえ、位置調整リング１２０と一体的に形成され、別の技術などを用いて位置調整リング１２０へ取付けられうる。いくつかの代表的実施態様において、１以上の位置調整タブ４０５は、例えパイプフランジがウェハ形基本素子の幅にまで拡幅されうるだけであっても、位置調整リング及びウェハ形基本素子アセンブリをパイプフランジの間に挿入するために、位置調整リングから取外し可能に作られうる。取外し可能な位置調整タブは、その後、位置調整リングへ再取付け可能である。これは、該アセンブリを、より多くの状況において取付けることを可能にする。図８は、位置調整リング１２０上に形成されたスロット機構６１４から取外し可能であるタブ４０５の１つを有する実施態様の例を示す。別の代表的実施態様において、複数又は全ての位置調整タブが、取付けを助けるために、取外され且つ再取付けされるよう構成されうる。

別の実施態様において、別の又は代わりの構成要素が、ウェハ形基本素子２００のプロセスパイプセクションの間への適切な位置調整を達成し且つ維持することを助けるために含まれうる。例えば図９に示されるように、スロット６５０は、位置調整リング１２０の内側周囲の周りに含まれ得、且つ位置調整ピン６５２、６５４は、基本素子２００を内側領域６００（図６に示されている）内の適切な場所で保持するためにスロット内に配置されうる。位置調整リング１２０の下側部分上の位置調整ピン６５２は、いくつかの実施態様において、パイプセクションの中心と位置調整して基本素子２００を押し入れるために、上側部分上の位置調整ピン６５４よりも長くできる。異なる長さの位置調整ピンが、いくつかの代表的な実施態様において用いられうる一方で、位置調整ピンは、全ての実施態様において異なる長さである必要はない。さらに、４つの位置調整ピンが図９に示されているが、異なる数の位置調整ピンが用いられ得、位置調整ピンは、図９に示されたように配置される必要はない。

図１０に示された別の実施態様において、位置調整ねじ６７０が、位置調整リング１２０の外側から位置調整リング１２０内に置かれる。位置調整ねじ６７０は、位置調整リングの内側周囲まで開き且つ位置調整ねじ６７０が基本素子２００と接触することを可能にするところのねじ切りされた穴６７２内に位置調整リングを貫通して延伸される。間隔を空け備えられた位置調整ねじを用いて、位置調整リング内での基本素子２００の位置は、適切な位置調整を達成するように調整されうる。

別の実施態様において、フランジ１２２と１２６との間の基本素子と、位置調整リングとの位置調整は、ボルトをフランジ穴の中心に配置するために、図１１に示されたように、フランジ穴３０５，３０７に対応するボルトの領域内にボルト５０６を覆って薄いスリーブ６８０を置くことによって助けられる。図１１において、ボルト５０６の一部分のみが示され、そして代表的な実施態様において、スリーブ６８０は、スリーブ６８０が両フランジ内のボルト５０６を被覆するように、フランジの間の間隔に対応し且つフランジの厚さを含む長さを延ばしうる。別の実施態様において、多数の分離スリーブが、スリーブが２つのフランジの穴内に各々置かれるような位置でボルト５０６を覆って置かれる。スリーブ６８０は、様々な材料、例えばプラスチック、テフロン（登録商標）、又は金属で形成されうる。

上述された位置調整リングの実施態様、並びにプロセス変数を計測するため、第１及び第２プロセスパイプ１２４と１２８との間にプロセス計測システム１００のウェハ形基本素子２００を結合する方法は、本発明の範囲内に包含された多くの代表的実施態様において実装されうる。例えば、１のそのような方法の実施態様は、図１２に示されている。図１２に示されたように、方法７００は、基本素子の相互接続頸部１１８が、位置調整リング内に形成され且つプロセス送信器１０２へ接続若しくは結合するために位置調整リングの外に延伸されるチャネル６０４内に配置されるように、位置調整リング１２０の内側領域６００内に基本素子２００を囲ませる工程７０５を包含する。上で検討されたように、様々な実施態様において、基本素子を位置調整リングの内側領域内に囲むこの工程７０５は、さらに、図９及び１０の実施態様に示されたように内側領域内に基本素子を配置するために、内側領域内へ延伸される位置調整ピン６５２、６５４又は位置調整ねじ６７０を用いること、を包含しうる。これは、基本素子と第１及び第２プロセスパイプとの適切な位置調整を可能にする。

方法７００はまた、基本素子が第１及び第２プロセスパイプと位置調整されるように、位置調整リング１２０及びそれに囲まれた基本素子２００を第１及び第２プロセスパイプのフランジの間に挿入する工程７１０を包含する。いくつかの実施態様において、これは、位置調整リングから位置調整タブ４０５を取外すこと、位置調整リング及びそれに囲まれた基本素子をフランジの間に挿入すること、及び位置調整タブを位置調整リングへ再取付けすることを包含する。

方法７００はまた、フランジファスナー、通常は、ねじ切りスタッドボルトもしくはボルトを、第１プロセスパイプのフランジのフランジ穴の対応する１つ、位置調整リングの位置調整された穴の１つ、及び第２プロセスパイプのフランジのフランジ穴の１つの位置調整されたセットへ挿入する工程７１５を包含する。これは、フランジファスナーを捕捉するために、及びパイプラインへの衝撃若しくは火災の場合の、位置調整リングの位置調整誤差の防止又はプロセス流体の漏洩を防止するためである。代表的な実施態様において、この工程はまた、各ねじ切りファスナーの１又は複数の端部上のナットをねじ切りすること、及びアセンブリをシールするため、且つパイプラインへの動的衝撃から、後の位置調整誤差及び結果的に生じうる漏洩を防止するためにナットを締めることを包含する。別の実施態様、例えば図１〜１１を参照して上で検討されたものが、別の又はより具体的な工程を方法に与える。

開示された位置調整リング及びアセンブリは、フランジの位置調整誤差の可能性を減少させることによってフランジとウェハシールの一体性を増大させる。それらはまた、ウェハをパイプフランジと位置調整することによって、ウェハ形基本素子を用いるタイプのプロセス送信器の実装において助けとなりうる。したがって標準のウェハ形式が、取付け用のラグ形式に化工されるように作られ得、そして既存の取付けは容易に改良されうる。さらに、本設計は、別のウェハ形式のユニット、例えば渦メータ及びバタフライバルブの位置調整に利用されうる。また、開示された位置調整リング及びアセンブリは、広範な種類の基本素子のウェハ寸法に適用可能であり、そして、ラグ形化工された位置調整リングが、任意の特定の応用（application）におけるウェハよりも僅かに薄いようにすれば、より厚いウェハ寸法について用いられうる。

本発明は、好ましい実施態様を参照して記載されてきたけれども、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、変化が形状及び細部においてなされうることを認識する。

Claims (21)

1. 第１と第２プロセスパイプのフランジの間のウェハ形基本素子の位置調整を維持するためのプロセス計測システム位置調整デバイスであって、前記デバイスは、
   前記基本素子よりも僅かに薄い位置調整リングが前記基本素子を囲み且つ前記各パイプの中心に合わせて配置されるように、前記基本素子がその中に挿入されうるところの内側領域を形成する内表面を有する前記位置調整リング；
   前記基本素子の相互接続用頸部が前記位置調整リングの外側に延伸されるように前記位置調整リングに形成され、且つ前記基本素子が前記位置調整リングの前記内側領域内に挿入されるときに、前記基本素子の前記相互接続用頸部を受入れるように構成されたチャネル；
   前記位置調整リングの周りに間隔を空けて形成され、且つ前記第１及び第２プロセスパイプの前記フランジのフランジ穴と位置調整をされるように、且つ位置調整をされたフランジ穴を通して延伸されるフランジファスナーを捕捉して受入れるように、ねじ切り加工されて構成された複数のフランジファスナー受入れ穴；
   を含む、
   プロセス計測システム位置調整デバイス。
2. 前記位置調整リング及び前記基本素子を前記プロセスパイプと位置調整するために、前記位置調整リングの１以上の外表面に配置され、且つ前記第１及び第２プロセスパイプの前記フランジの１つと接触するように構成された、複数の位置調整タブを具備する、請求項１に記載のプロセス計測システム位置調整デバイス。
3. 前記フランジファスナーは、ねじ切りされたスタッドボルト又はボルトを含み、前記フランジファスナー受入れ穴は、前記ねじ切りされたスタッドボルト又はボルトを受入れるように構成されたねじ切りされた穴である、請求項１に記載のプロセス計測システム位置調整デバイス。
4. 前記複数の位置調整タブは、前記位置調整リングの周りに間隔を空けて設けられる、請求項３に記載のプロセス計測システム位置調整デバイス。
5. 前記位置調整リングが前記第１及び第２プロセスパイプの前記フランジの間へ挿入されることを可能にするように前記位置調整タブの少なくとも１つが取外されうるように、且つその後、前記位置調整リングが前記第１及び第２プロセスパイプの前記フランジの間に配置された後に再取付けされうるように、前記複数の位置調整タブの少なくとも１つは、前記位置調整リングへ取外し可能に取付けられるように構成される、請求項４に記載のプロセス計測システム位置調整デバイス。
6. さらに、前記内側領域内の適切な場所で前記基本素子を保持するように、且つそれによって前記第１及び第２プロセスパイプと位置調整をされるように、前記位置調整リングの前記内表面の周りに間隔を空けて配置された複数の位置調整ピンを含む、請求項４に記載のプロセス計測システム位置調整デバイス。
7. 前記複数の位置調整ピンは、前記位置調整リングの前記内表面の上側部分に第１位置調整ピンを含み、且つ前記位置調整リングの前記内表面の下側部分に第２位置調整ピンを含み、前記第２位置調整ピンは、前記第１位置調整ピンが前記内側領域内へ延伸されるよりもさらに前記内側領域内へ延伸されている、請求項６に記載のプロセス計測システム位置調整デバイス。
8. さらに、前記内側領域内での前記基本素子の位置を調整するために、且つそれによって前記基本素子を前記第１及び第２プロセスパイプと位置調整をするために、前記位置調整リングの１以上の外表面から前記位置調整リングの前記内表面へ延伸される複数の位置調整ねじを含む、請求項４に記載のプロセス計測システム位置調整デバイス。
9. さらに、前記フランジファスナーを前記フランジ穴の中心に配置するために、前記フランジファスナーを覆って配設された複数のスリーブを含む、請求項１に記載のプロセス計測システム位置調整デバイス。
10. フランジを有する第１及び第２プロセスパイプ中のプロセス流体のプロセス変数を計測するためのシステムであって、前記システムは、
    プロセス送信器；
    ウェハ形基本素子を前記プロセス送信器へ結合させるのに用いる相互接続用頸部を有し、前記プロセス変数の計測において用いられる前記プロセス流体と接触するように前記複数のフランジの間に配設される前記ウェハ形基本素子；
    複数のフランジファスナー；
    前記基本素子を囲んで且つ前記各パイプの中心に合わせて配置されるところの内側領域を形成し、前記基本素子の前記相互接続用頸部が前記基本素子よりも僅かに薄い位置調整リングの外側に延伸され、前記基本素子の前記相互接続用頸部を受入れるように構成されたチャネルを具備し、前記第１及び第２プロセスパイプの前記フランジのフランジ穴と位置調整され、且つ位置調整をされたフランジ穴を通り延伸される前記フランジファスナーを捕捉して受入れるようにねじ切り加工されて構成された複数のフランジファスナー受入れ穴が周りに間隔を空けて形成される前記位置調整リング；及び
    前記各フランジファスナーが、前記第１プロセスパイプの前記フランジのフランジ穴、前記位置調整リング内のフランジファスナー受入れ穴、及び前記第１又は第２プロセスパイプへの動的な衝撃の場合に位置調整された前記基本素子を保持するための前記第２プロセスパイプの前記フランジのフランジ穴、を通し挿入された後に、前記複数のフランジファスナーの１つの端部へ各々がねじ締めされる複数のナット；
    を含む、
    システム。
11. 前記位置調整リングの前記複数のフランジファスナー受入れ穴は、前記フランジファスナーへ固定されるように構成されるねじ切りされた穴である、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記位置調整リングの前記複数のフランジファスナー受入れ穴は、前記ウェハ形基本素子及びプロセス送信器を前記第１及び第２プロセスパイプに対して異なる方向に取付けることを可能にするように、前記位置調整リングの周りに間隔を空けて設けられた少なくとも８つのフランジファスナー受入れ穴を含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記位置調整リングは、さらに、前記位置調整リングの外側部分上に配置され、且つ前記位置調整リング及び前記基本素子を前記第１及び第２プロセスパイプと位置調整をするために前記第１及び第２プロセスパイプの前記複数のフランジの少なくとも１つと接触するように構成された、複数の位置調整タブを含む、請求項１０に記載のシステム。
14. 前記位置調整リングが前記第１及び第２プロセスパイプの前記複数のフランジの間に挿入される前に、前記複数の位置調整タブの少なくとも１つが、取り外されうるように、且つその後、前記位置調整リングが前記第１及び第２プロセスパイプの前記複数のフランジの間に配置された後に、再取付けされうるように、前記複数の位置調整タブの少なくとも１つは、前記位置調整リングへ取外し可能に取付けられるように構成される、請求項１３に記載のシステム。
15. さらに、前記内側領域内の適切な場所に前記基本素子を保持するために、前記位置調整リングの内側部分の周囲に間隔を空けて置かれ、それにより前記第１及び第２プロセスパイプと位置調整される、複数の位置調整ピンを含む、請求項１０に記載のシステム。
16. 前記複数の位置調整ピンは、前記位置調整リングの上側部分に第１位置調整ピンを具備し、且つ前記位置調整リングの下側部分に、第１位置調整ピンが前記位置調整リングの前記内側領域内へ延伸されるよりもさらに前記内側領域内へ延伸される第２位置調整ピンを具備する、請求項１５に記載のシステム。
17. さらに、前記内側領域内での前記基本素子の位置を調整するために、且つそれによって前記基本素子が前記第１及び第２プロセスパイプと位置調整される、前記位置調整リングの前記外側部分から前記位置調整リングの前記内側部分まで延伸される複数の位置調整ねじを含む、請求項１０に記載のシステム。
18. さらに、前記複数のフランジファスナーを前記フランジ穴の中心に配置するために、前記複数のフランジファスナーを覆って配設されるように構成された複数のスリーブを含む、請求項１０に記載のシステム。
19. 第１及び第２プロセスパイプ中のプロセス流体のプロセス変数を計測するために、プロセス計測システムのウェハ形基本素子を前記第１及び第２プロセスパイプの間に結合する方法であって、前記方法は、
    前記基本素子の相互接続用頸部が、前記基本素子よりも僅かに薄い位置調整リングに形成されるチャネル内に配置され且つ前記位置調整リングの外部に延伸されるように、前記基本素子を前記位置調整リングの内側領域内において囲み且つ前記各パイプの中心に合わせて配置すること；
    前記基本素子が前記第１及び第２プロセスパイプと位置調整をされるように、前記位置調整リング及びこれに囲まれた前記基本素子を前記第１及び第２プロセスパイプの各々のフランジの間に挿入すること；及び
    フランジファスナーを捕捉するために且つパイプラインへの衝撃の場合に位置調整リングの位置調整誤差又はプロセス流体の漏洩を防止するために、複数の前記フランジファスナーの各々を、前記第１プロセスパイプの前記フランジの複数のフランジ穴の対応する１つを通し、前記位置調整リングの周りに間隔を空けてねじ切り加工されて形成された複数のフランジファスナー受け入れ穴の対応する１つを通し、且つ前記第２プロセスパイプの前記フランジの複数のフランジ穴の対応する１つを通して挿入すること；
    を包含する、
    方法。
20. 前記基本素子が前記第１及び第２プロセスパイプと位置調整をされるように、前記位置調整リングとこれに囲まれた基本素子とを前記第１及び第２プロセスパイプの各々の前記フランジの間に挿入することが、さらに、前記位置調整リングから位置調整タブを取り外すこと、前記位置調整リングとこれに囲まれた基本素子とを前記第１及び第２プロセスパイプの各々の前記フランジの間に挿入すること、及び前記位置調整タブを前記位置調整リングへ再取付けすることを包含する、請求項１９に記載の方法。
21. 前記位置調整リングの前記内側領域内に前記基本素子を囲むことが、さらに、前記内側領域内に前記基本素子を配置し且つ前記基本素子を前記第１及び第２プロセスパイプと位置調整するために、前記位置調整リングの前記内側領域に延伸される位置調整ピン又は位置調整ねじを用いることを包含する、請求項１９に記載の方法。

Images