JP7021229B2 - 調節可能なばねが装備された温度センサ用アダプタ - Google Patents

Description

本開示は、一般に、工業プロセスで用いるための温度感知組立品に関連する。特に、本開示は、サーモウェルでの使用のための温度センサに関連する。

工業プロセス温度感知装置は、導管を通って流れる流体又は容器の中に含まれた流体の温度を感知するのに使用され得る。温度感知装置は、温度センサを含み、保護容器も含み得る。温度センサは、センサチップにおいて又はセンサチップの近くに温度感知装置を有してもよく、保護容器中に挿入された場合、保護容器の基部と接触するようになってもよい。保護容器は、流体と物理的接触するように設計されて、流体と温度センサチップの間で熱を効率的に伝導する一方、流体からの物理的又は化学的被害（例えば、衝撃、腐食等）から保護容器内の温度センサを保護する。しかしながら、センサチップと保護容器の基部との間の物理的接触の欠乏は、伝導効率が低減するかもしれず、流体温度における変化に対する温度センサの遅い応答速度結果となり、温度読み取りでのエラーを導くかもしれない。

温度感知組立品は、温度センサを、温度感知組立品のチューブに調節可能に結合するように構成された第１の端及び第２の端と、調節可能なクランプ機構とを有する温度センサを含む。温度感知組立品は、近接端及び末端を有するサーモウェルをさらに含み、近接端は温度感知組立品のアダプタに取り付けるように構成され、末端は温度センサの第２の端を受けるように構成される。さらに、調節可能なクランプ機構は、温度センサに沿った任意の場所で、温度センサをチューブに固定するように構成され得る。

本発明の実施形態様が特に有用である例示的な温度センサ環境を示す。 温度感知装置の概略図である。 本発明の実施形態による、改善された温度感知組立品の概略図である。 本発明の実施形態による、調節可能なクランプ機構の概略図である。 本発明の実施形態による、アダプタの概略図である。 本発明の実施形態による、サーモウェルを含む改善された温度感知組立品の概略図である。 本発明の実施形態による、サーモウェルとハウジング装置を含む改善された温度感知組立品の概略図である。 本発明の実施形態による、センサを温度感知組立品に調節可能に取り付ける方法の流れ図である。

例示的実施形態の詳細な説明
図１は、本発明の実施形態が特に有用である例示的な温度センサ環境を示す。温度センサ環境１００は、例示的には、パイプ１０２、サーモウェル１０４、（サーモウェル１０４内に隠れた）温度センサ、送信機１０６、及び制御要素１０８を含む。温度測定値は、送信機１０６から制御要素１０８に送信され得る。本発明の実施形態がパイプ１０２とともに示されているが、本発明の実施形態は、温度感知組立品を利用する任意の容器、パイプ、又は記憶装置で実施されてもよい。

工業温度センサは、プロセスサンプルの温度を測定するのに使用され得る。温度センサは、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、熱電温度計、又は他の任意のセンサ機構を含み得る。環境が厳しいとき、温度センサはサーモウェル１０４中に据え付けられる。これは、（サーモウェル１０４内に隠れた）温度センサが周辺環境から確実に保護されるようにする。しかしながら、正確な温度読み取りを提供するために、（サーモウェル１０４内に隠れた）温度センサは、サーモウェル１０４の末端部分と接触したままでなければならない。

通常、温度センサは、ばねが装備された器具によって固定位置で維持される。これは、温度センサのチップがサーモウェルの底に付勢されたままるとどまようにする。しかしながら、いったん温度センサがばねの装備された器具に固定されると、固定位置は調節できない。これは理想的ではない。温度センサが壊れた場合、例えば、温度センサとばねの装備された器具との両方が、単一のユニットとして交換を要求する。

図２は、温度感知装置の概略図である。温度感知装置２００は、コネクタ２０８、サーモウェル２１４、センサ２０６、及びばね２０２を含む。ばね２０２は、ばね止め２２０と止め輪２２２の間に配置される。ばね止め２２０は、例示的にはセンサ２０６上に圧着される。ばね２０２はその後、ばね止め２２０上及びセンサ２０６周囲に置かれる。止め輪２２２はその後、ばね２０２がコネクタ２０８から取り外されないように、コネクタ２０８中に圧着される。これはセンサ２０６をコネクタ２０８に固定する。この構成において、センサ２０６の固定位置は変更できず、センサ２０６が壊れそうである場合、コネクタ２０８は取り去られなければならない。

動作において、ばね２０２は、センサ２０６に対して付勢力を生成するように構成される。センサ２０６は、サーモウェル２１４の末端部分２１０中に挿入されるので、コネクタねじ山２１２は、サーモウェル２１４の内部ねじ山２１６を係合する。コネクタ２０８がはめ込まれるとき、ばね２０２が圧縮されて、センサ２０６に対して付勢力を働かせる。この付勢力は、センサ２０６の底２１８がサーモウェル２１４の末端部分２１０にとどまることができるようにする。センサ２０６は、送信機に接続し得る導線２０４も含む。

図３は、本発明の実施形態による、改善された温度感知組立品の概略図である。温度感知組立品３００は、温度センサ３０２、調節可能なクランプ機構３１０、チューブ３２２、アダプタ３１８、及び圧縮機構３２０を含む。チューブ３２２は、円柱形であり、ねじ山付き部分（例えば、図４に示されるねじ山付き部分４１４）と、隆起端部分３２４を含む。１つの実施形態において、隆起端部分３２４は、レンチで引っ張られるように構成された平坦な部分を含み得る。温度センサ３０２は、第１の端３２８と、第２の端３２６とを含む。

本発明の実施形態にしたがうと、調節可能なクランプ機構３１０は、前方フェルール、後方フェルール、及びナット３０４を含む。フェルールは図４で示される。１つの実施形態において、調節可能なクランプ機構３１０は、温度センサ３０２を温度感知組立品３００のチューブ３２２に固定するように構成される。温度センサ３０２がチューブ３２２に取り付けられる場所は、温度センサ３０２に沿った任意の場所に調節され得る。

動作において、温度センサ３０２は、チューブ３２２の穴、前方フェルール、後方フェルール、及びナット３０４中に挿入され得る。ナット３０４はその後、チューブ３２２のねじ山付き部分（例えば、図４に示されるねじ山付き部分４１４）で受けられて締められることができ、これにより温度センサ３０２をチューブ３２２に取り付ける。しかしながら、ナット３０４は緩めることができ、温度センサ３０２はチューブ３２２内で動かされ得るので、温度センサ３０２がチューブ３２２に取り付けられる位置は変化できる。

アダプタ３１８は、例示的には、第１のねじ山付き端３１２、第２のねじ山付き端３１６、及び平坦な縁部３１４を含む。１つの実施形態において、第１のねじ山付き端３１２は、ハウジング装置に連結してもよく、第２のねじ山付き端３１６は、サーモウェルに連結し得る。１つの実施形態で、平坦な縁部３１４は、サーモウェル又はハウジング装置にアダプタ３１８を締めるように使用され得る。

圧縮機構３２０は、例示的には、チューブ３２２上に設置されて、隆起端部分３２４と、アダプタ３１８の第１のねじ山付き端３１２との間に配置される。隆起端部分３２４と、アダプタ３１８の第１のねじ山付き端３１２との間で圧縮されるとき、圧縮機構３２０は、チューブ３２２と温度センサ３０２に対して矢印３３０によって概ね示される方向で、付勢力を生成する。これは温度センサ３０２の第２の端３２６がサーモウェルの末端にとどまることができるようにする。１つの実施形態において、圧縮機構３２０は、ばねを含む。

動作において、温度センサ３０２は、調節可能なクランプ機構３１０を使用して、チューブ３２２に調節可能に取り付けられ得る。アダプタ３１８の第２のねじ山付き端３１６はその後、サーモウェルのねじ山付き部分にしっかり締められる。このしっかり締めることは、隆起端部分３２４と、アダプタ３１８の第１のねじ山付き端３１２との間の圧縮機構３２０を圧縮する。この圧縮は、チューブ３２２と温度センサ３２２に対する付勢力３３０を発生するので、温度センサ３２２は、サーモウェルの末端部分と接触したままである。

図４は、本発明の実施形態による、調節可能なクランプ機構の概略図である。調節可能なクランプ機構４００は、ナット４０２、後方フェルール４０４、及び前方フェルール４０６を含む。１つの実施形態において、調節可能なクランプ機構４００は、温度センサを温度感知組立品のチューブ４０８に固定するように構成される。チューブ４０８は、ねじ山付き部分４１４、円錐形の凹部４１２、及び隆起端部分４１０を含む。

温度センサは、チューブ４０８の穴、前方フェルール４０６、後方フェルール４０４、及びナット４０２の中に挿入され得る。前方フェルールはその後、温度センサがチューブ４０８に挿入されるとき、チューブ４０８の円錐形の凹部４１２内で保持される。ナット４０２はその後チューブ４０８のねじ山付き部分４１４で受けられて締められ、これにより、温度センサを温度感知組立品のチューブ４０８に取り付ける。さらに、温度センサが温度感知組立品のチューブ４０８に取り付けられることになる位置は変化し得る。

図５は、本発明の実施形態によるアダプタの概略図である。アダプタ５００は、第１のねじ山付き端５０４、平坦な縁部５０６、第２のねじ山付き端５０８、及び中央開口部５０２を含む。中央開口部５０２は、アダプタ５００に沿って伸長し、１つの実施形態で、チューブと圧縮機構を受けるように構成される。１つの実施形態において、第１のねじ山付き端５０４は、第２のねじ山付き端５０８の外径に比べて、より小さい外径を有する。これは、ナット（例えば図４で示されるナット４０２）が第１のねじ山付き端５０４からアダプタ５００中に確実に入れないようにする。さらに、これは圧縮機構が第２のねじ山付き端５０８を通ってアダプタ５００に入る際、アダプタ５００の第１のねじ山付き端５０４から出ることも防ぐ。

動作において、アダプタ５００は圧縮機構を完全に封入し得るので、圧縮機構は、第１のねじ山付き端５０４と、チューブの隆起端部分（例えば図３に示される隆起端部分３２４）との間のアダプタ５００内で圧縮する。１つの実施形態では、第２のねじ山付き端５０８がサーモウェル中にはめ込まれるとき、圧縮機構は第１のねじ山付き端５０４とチューブの隆起端（例えば、図３で示される隆起端部分３２４）との間で圧縮し得るので、付勢力が発生される。別の実施形態では、第１のねじ山付き端５０４は、ハウジング装置中にはめ込まれるように構成される。第２のねじ山付き端５０８のサーモウェル中への、又は第１のねじ山付き端５０４のハウジング装置中への取り付けは、平坦な縁部５０６をレンチで引っ張ることによって促進され得る。

図６は、本発明の実施形態による、サーモウェルを含む温度感知組立品の概略図である。温度感知組立品６００は、温度センサ６０４、調節可能なクランプ機構６０６、アダプタ６０８、及びサーモウェル６１２を含む。本発明の実施形態によると、温度感知組立品６００はまた、図３で明らかにされた特徴のうちのいずれか又はすべてを含み得る。例えば、圧縮機構（例えば、図３で示される圧縮機構３２０）と、チューブ（例えば、図３で示されるチューブ３２２）である。

サーモウェル６１２は、近接端６１０と末端６１４を含む。アダプタ６０８は、第１のねじ山付き端６１８と、第２のねじ山付き端６１６とを含む。第２のねじ山付き端６１６は、サーモウェル６１２の近接端６１０にしっかりと締められる。本発明の実施形態にしたがうと、温度センサ６０４は、調節可能なクランプ機構６０６を使用してチューブに調節可能に取り付けられ得る。温度センサ６０４は、送信機に接続する導線６０２も含み得る。

図７は、本発明の実施形態による、サーモウェルとハウジング装置を含む温度感知組立品の概略図である。温度感知組立品７００は、ハウジング装置７０２、アダプタ７０４、サーモウェル７１０、及び温度センサ（図示せず、サーモウェル７１０、アダプタ７０４、及びハウジング装置７０２内）を含む。本発明の実施形態によると、温度感知組立品７００はまた、図３で明らかにされた特徴のうちのいずれか又はすべてを含み得る。例えば、調節可能なクランプ機構（例えば、図３で示される調節可能なクランプ機構３１０）、圧縮機構（例えば、図３で示される圧縮機構３２０）、及びチューブ（例えば、図３で示されるチューブ３２２）である。サーモウェル７１０は、例示的には、近接端７１４と末端７１２を含む。

本発明の実施形態にしたがうと、アダプタ７０４は、ハウジング装置７０２に取り付けられた第１のねじ山付き端７０６と、サーモウェル７１０の近接端７１４に取り付けられた第２のねじ山付き端７０８を含む。

本発明の実施形態は特定の長さを有するサーモウェルで使用されるが、多数の異なるサーモウェルが特定の環境に依存して使用され得ることが明示的に意図される。サーモウェルに加えて、本明細書中で記述された実施形態は、測定のための物質（例えば、液体、気体等）を保持するチューブ又は他の容器を有する調節可能な温度感知組立品を提供することにおいて有用であろう。

図８は、本発明の実施形態による、センサを温度感知組立品に調節可能に取り付ける方法の流れ図である。ブロック８０２で、センサはクランプ機構中に挿入される。１つの実施形態において、クランプ機構は、ナット、フェルール、及びチューブを含み得る。センサがクランプ機構中に挿入されるとき、センサはチューブを完全に通して伸長し得る。さらに、前方フェルールは、チューブとともに位置付けられた円錐形の凹部と接触するようになり、フェルールを所定の位置に保持し得る。ブロック８０４で、センサ上のクランプ位置が決定される。本発明の実施形態にしたがうと、クランプ位置はセンサに沿った任意の位置であり得る。ブロック８０６で、センサは、決定されたクランプ位置に基づいてクランプ機構内で調節される。１つの実施形態において、クランプ機構を調節することは、センサを、チューブ内で所望のクランプ位置に滑らせることを含み得る。ブロック８０８で、クランプ機構は、センサをクランプ位置に沿って調節可能に取り付けるように作動される。１つの実施形態において、クランプ機構を作動させることは、前方及び後方フェルールがセンサを掴めるように、ナットをチューブのねじ山付き端にしっかりと締めることを含み得る。しかしながら、センサ上の異なるクランプ位置が所望される場合、ブロック８０４～８０８が繰り返され得る。

好ましい実施形態を参照して本発明が説明されてきたが、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細において変更がなされ得ることを理解するだろう。

Claims (13)

1. 円柱状の側壁を有する温度センサ；
   温度センサの円柱状の側壁を取り囲む調節可能なクランプ機構であって、
   円柱状の側壁を有する温度センサを受けるサイズを有するチューブと、
   チューブに螺合するように構成されたナットと、
   ナットと接触する段付きのフェルールと、
   段付きのフェルールと接触する先細りしたフェルールであって、前記円柱状の側壁を調節可能なクランプ機構に固定するため、温度センサの円柱状の側壁に締めつけ力を加えるように構成されている先細りしたフェルールと、
   を含む調節可能なクランプ機構；
   調整可能なクランプ機構の周りに配置されたアダプタ；
   調整可能なクランプ機構の周りに配置され、アダプタと調整可能なクランプ機構との間に付勢力を発生するように構成された圧縮機構；
   近接端と末端とを有し、前記近接端は前記温度感知組立品のアダプタに取り付けるように構成され、前記末端は前記温度センサの端を受けるように構成されたサーモウェル；
   を含む、
   温度感知組立品。
2. 前記アダプタが、第１のねじ山付き端と、第２のねじ山付き端とを含む、請求項１記載の温度感知組立品。
3. 前記調節可能なクランプ機構が、隆起端部分と、ねじ山付き部分とを有するチューブを包含する、請求項１記載の温度感知組立品。
4. 前記チューブが、先細りしたフェルールを収容するように構成された凹部をさらに含む、請求項３記載の温度感知組立品。
5. 前記第１のねじ山付き端が、ハウジング装置に取り付けるように構成され、前記第２のねじ山付き端が、前記サーモウェルに取り付けるように構成された、請求項２記載の温度感知組立品。
6. 温度センサ；
   温度センサを受けるサイズを有するチューブと、
   チューブに螺合するように構成されたナットと、
   ナットと接触する段付きのフェルールと、
   段付きのフェルールと接触する先細りしたフェルールであって、前記温度センサと、調節可能なクランプ機構を温度センサに固定するため、温度センサに締めつけ力を加えるチューブとを結合するように構成された先細りしたフェルールと、を含む調節可能なクランプ機構；
   調整可能なクランプ機構のチューブの周りに配置されたアダプタであって、サーモウェルに螺合するように構成されたねじ山付き端を有するアダプタ；
   アダプタと調整可能なクランプ機構との間に、付勢力を発生するように構成された圧縮機構；
   を含む、温度感知組立品。
7. 前記圧縮機構が、前記アダプタ内で封入された、請求項６記載の温度感知組立品。
8. 前記アダプタが、第１のねじ山付き端と、第２のねじ山付き端とを含む、請求項６記載の温度感知組立品。
9. 前記温度センサが、熱電温度計である、請求項６記載の温度感知組立品。
10. 前記圧縮機構が、ばねである、請求項６記載の温度感知組立品。
11. 前記温度センサが、抵抗温度検出器である、請求項６記載の温度感知組立品。
12. 前記チューブが、先細りしたフェルールを収容するように構成された凹部をさらに含む、請求項６記載の温度感知組立品。
13. 前記第１のねじ山付き端が、前記第２のねじ山付き端の外径よりも小さい外径を有する、請求項８記載の温度感知組立品。

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