具有由过程垫片承载的过程变量传感器的过程变量变送器的制造方法
【专利说明】具有由过程垫片承载的过程变量传感器的过程变量变送器
[0001] 本发明涉及工业过程控制和监测系统中的过程变量的测量。更具体地，本发明涉 及使用由过程垫片承载的过程变量传感器进行的过程变量的测量。
【背景技术】
[0002] 过程变量传感器通过过程变量变送器用于工业过程控制和监测系统W感测过程 流体的过程变量。示例性过程变量包括压力、流量、液位、温度、酸碱性（pH)、和混浊度等。
[0003] 为测量过程变量，过程变量传感器通常被禪接到过程流体。该可W通过管道、凸缘 或法兰、歧管或其他的连接件或接头。该些连接件的每一个必须密封，W防止过程流体泄 露。进一步，该连接件可W增加工业过程中安装过程变量变送器的复杂性。该些接头要求 "穿透"进入工业过程，该增加了安装成本和复杂性，降低可靠性并且增加过程变量变送器 装置的大小和重量。
【发明内容】
[0004] 用于感测工业过程中过程流体的过程变量的过程变量变送器包括过程垫片，过程 垫片具有构造成用于与过程容器表面形成密封的表面。该过程垫片通过过程容器表面中的 开口暴露至过程流体。过程变量传感器由过程垫片承载，并且构造成用于感测过程流体的 过程变量和提供传感器输出。禪接到过程变量传感器的测量电路提供与过程变量输出相关 的过程变量变送器输出。
【附图说明】
[0005] 图1是显示用于通过过程变量变送器测量压差的现有技术的布置的一个示例性 构造的示意图。
[0006] 图2是显示定位在连接到过程管道的两个凸缘之间的过程垫片的一个示例性构 造的分解图。
[0007] 图3是图2示出的凸缘和过程垫片的剖视图，并且示出由过程垫片承载的过程变 量传感器。
[0008] 图4是显示用于测量过程流体的流量的流动的两个过程垫片和一个孔板的使用 方法的分解透视图。
[0009] 图5是图4示出的构造的侧面剖视图，并且示出夹在每一个都承载过程变量传感 器的两个过程垫片之间的孔板。
[0010] 图6A是图2中示出的过程垫片的透视图，图6B是图2中示出的过程垫片的俯视 图，并且图6C是图2中示出的过程垫片的侧面剖视图。
[0011] 图6D是示出关于过程垫片的过程变量传感器的另一个构造的侧面剖视图。
[0012] 图6E是包括过程垫片中形成的袋型区域的过程垫片的另一个示例性实施例的侧 视图。
[0013] 图7是显示禪接到密封在连接到过程管道的两个相对的凸缘之间的过程垫片的 过程变量变送器的侧视图。
[0014] 图8是图7的过程变量变送器的简化框图。
[0015] 图9A是显示用于测量箱中过程流体的液位的禪接到过程垫片的过程变量变送器 的侧面剖视图。
[0016] 图9B是显示图9A的过程垫片中的两个过程变量传感器的定位的侧面剖视图9A。
[0017] 图10是包括一体的过程变量变送器电路的过程垫片的透视图。
【具体实施方式】
[0018] 如在【背景技术】部分所提到的，过程变量的测量通常需要进入诸如箱或罐、管道等 的过程容器的穿透或其他的开口，W接近过程流体。例如，图1是显示现有技术配置的示 图，其中过程变量变送器100用于测量压差。变送器100通过脉冲线路104、106禪接到过 程管道102。该些脉冲线路分别地禪接到提供入口到管道102中承载的过程流体的管道凸 缘108、110。该种禪接通过各自的阀112、114。脉冲线路104U06通过附加的阀120和歧 管122连接到过程变量变送器100。如图1所示，将过程变量变送器100禪接到过程流体是 复杂的，并且要求多个连接件。每个连接件要求必须密封W防止泄漏的接口。
[0019] 一方面，提供一种过程垫片，与图1示出的构造相比，其减少要求将过程变量传感 器禪接到过程流体的连接件数量。在一个示例性构造中，使用过程垫片将过程变量变送器 禪接到过程流体，过程垫片具有配置成与过程流体容器的表面形成密封的至少一个表面。 该允许该过程垫片通过过程容器表面中的开口暴露给过程流体。过程垫片承载构造成感测 过程流体的过程变量的过程变量传感器。感测到的过程变量被提供到用于提供与感测到的 过程变量有关的输出的测量电路。测量电路可W与垫片一体地形成，或可W是与例如在过 程变量变送器中的垫片间隔分开的分离部件。进一步，下文中更详细地描述多个方面和构 造。在一个示例性方面，有利地，本文中详尽地解释的实施例可W使用可W在整个工业过程 系统中已经存在的多个过程穿透（penetrations)W接近过程流体。
[0020] 图2是显示定位成抵靠过程管道202的凸缘或法兰204和206被密封的过程垫片 200的分解透视图，图3是显示装配在两个凸缘204和206之间的过程垫片200的部分的 侧面剖视图。如下文中更详细地描述，垫片200包括用于感测工业过程的过程变量的过程 变量传感器220 (图3)。凸缘204包括过程容器面208 (图3)，过程容器表面208具有形成 在其中的开口 209 (图3)，过程容器表面208抵接垫片200的表面W与过程垫片200形成 密封。类似地，凸缘206包括过程容器表面210,过程容器表面210具有形成在其中的开口 212,过程容器表面210抵接垫片200的相对的表面W形成密封。存在具有开口的过程容器 表面的多个例子，通过该开口能够获得接近过程流体。
[0021] 过程垫片200的部分延伸进入开口 209和212之间的空间，使得垫片200的该部 分与开口 209和212中的过程流体接触。过程垫片200中承载的过程变量传感器220禪接 到延伸到过程垫片200的外部圆周之外的电连接件222。在图3示出的构造中，垫片200材 料围绕过程变量传感器220并且将过程变量传感器220与任何过程流体隔离开。例如，女口 果过程变量传感器220是压力传感器，则由于垫片材料的偏斜或挽曲或变形，过程流体的 压力可W传送至传感器220。可W使用其他的隔离技术，例如，隔离膜片。然而，在另一个示 例性构造中，过程变量传感器220直接地暴露至开口 209和212中的过程流体。在其他的 实施例中，例如过程变量传感器220感测其他的过程变量，例如温度，和/或测量多个过程 变量，例如压力和温度。
[0022] 图4是分别地使用在过程垫片200A和200B中承载的过程变量传感器220A和 220B(图5中示出）测量压差的构造的分解透视图。图4中，孔板230设置在过程垫片200A 和200B之间，并且具有穿过孔板230形成的限制开口 232。当过程流体流234流过限制开 口 232时，生成与过程流体的流量成比例的压差。图5示出夹在过程垫片200A和200B之 间的孔板230的局部侧面剖视图。过程变量传感器220A和220B可W用于感测限制性开口 232的任一侧的压力，并且用于确定流量。孔板230上的相对的表面提供过程容器表面的另 一个示例性示图。
[002引 图6A、6B、和6C示出过程垫片200的透视图、俯视图和侧面剖视图。如图6A-C所示 出，过程垫片200包括相对的表面240和242,并且具有形成在过程垫片200中的开口 244。 如图所示表面240和242分别地具有可选的环形脊246、248。例如，环形脊246、248可W用 于密封抵靠凸缘204、206表面的凹陷或其他的特征。如图6C所示，在该示例性构造中，两 个过程变量传感器220A和220B被承载在单个过程垫片200中。在图6C的示例性构造中， 过程变量传感器220A直接地暴露至过程流体，同时过程变量传感器220B通过垫片材料与 过程流体隔离。过程变量传感器220A和220B承载在各自的径向地形成进入垫片200的腔 250A和250B中。在该例子中，一个传感器能够测量压力，同时另一个传感器测量温度。腔 250A和250B可W包括可选的护套，例如，细长管252A和252B，它们可W分别地承载电连接 件 222A和 222B。
[0024] 图抓是过程垫片200的另一个示例性实施例的正面剖视图。在图抓中，过程变 量传感器220通常布置成垂直于过程垫片200的半径。注意，可W采用任意定向和构造的 过程变量传感器220,并且本发明不限于本文中介绍的细长的构造。
[00巧]图6E是过程垫片200的另一个示例性实施例的侧视图，其包括延伸进入过程垫片 200的开口 244中的袋型区域。该种构造可W用于将过程变量传感器220定位在过程流体 流中，同时垫片200的内部圆周的剩余部分基本地与过程管道202的内部半径对齐。袋型 区域251可W由与过程垫片200的其余部分相同的材料制成，或可W由不同的材料或合成 材料形成。
[0026] 图7是显示使用螺栓258密封在过程管道202的凸缘204和206之间的过程垫片 200的侧视图。在该实施例中，过程变量变送器260通过细长管252A和252B中承载的电 线分别地禪接到过程变量传感器220A和220B。通过使用由螺栓258中的一个固定的支架 262,可W将过程变量变送器260直接地固定到过程管道202。
[0027] 图8是过程变量变送器260的简化框图，其包括禪接到测量电路282的微处理器 280。测量电路通过电连接件222A和222B连接到图6C示出的过程变量传感器220A和220B。 微处理器280根据存储在存储器284中的指令并W由时钟286确定的时钟速率操作。通信 电路288为微处理器280提供通信能力，并且连接到天线290。图中示出可选的内部电源 292,其用于给过程变量变送器260的电路供电。
[002引在操作过程中，测量电路282用于测量由过程变量传感器220A、220B感测的过程 变量。例如，模拟到数字的转化电路可W用于将与感测到的过程变量相关的模拟值转化成 数字值，并且将该数字值提供给微处理器280。通信电路288用于将与感测到的过程变量相 关的信息通信到例如集中化过程控制室（未示出）的另一个位置。该通信可w是通过天线 290的无线通信。一个示例性无线通信技术是根据IEC62591标准的无线IIART'?通信协议。 然而，通信电路288还可W通过有线连接通信。一个示例性有线连接是双线过程控制回路， 其还可W用于给过程变量变送器260的电路供电。可W通过控制在该种回路中流过的电流 强度（例如4mA和20mA之间）通信传输过程变量。其他的示例性过程控制回路包括例如 根据n/\RT?|通信协议传输数字信息的那些回路。其他的示例性通信协议包括化undation Fiel化us(基础现场总线）和PR0FI脚S(过程现场总线）。
[0029] 过程变量传感器220A、220B可W根据任何适当的技术，用于测量期望的过程变 量。示例性过程变量包括压力、流量、温度、液位、酸碱性（pH)、混浊度等。在一个具体的示 例性实施例中，过程变量传感器220A、B构造成用于感测过程流体的压力。一种具体的压力 感测技术使用由基本地脆性材料制成的细长的传感器。在1997年6月10日公开的、名称 为"CAPACITIVEPRESSURE沈NS0RFORAPRESSURET