用于壓力變送器的隔離系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于壓力變送器的隔離系統(tǒng)，包括在變送器內(nèi)部的端口、傳感器管和填充管。傳感器管被連接到該端口，以將穿過變送器主體的通道流體地連接到壓力傳感器。傳感器管包括設(shè)置在該端口中的第一端。該第一端具有第一橫截面面積。填充管在變送器的內(nèi)部并且連接到該端口，以流體地連接到通道。填充管包括設(shè)置在該端口中的第二端。填充管的第二端具有小于傳感器管的第一橫截面面積的第二橫截面面積。
【專利說明】用于壓力變送器的隔離系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種用于工業(yè)生產(chǎn)過程的壓力變送器。特別地，本發(fā)明涉及一種在壓力變送器中使用的隔離系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]壓力變送器中的隔離系統(tǒng)使用相對惰性的隔離液體，該隔離液體將來自過程流體的壓力耦合到壓力傳感器。這是必要的，因?yàn)閴毫鞲衅饕话悴槐辉O(shè)計(jì)成能承受與過程流體直接接觸。柔性隔離膜片將通常是硅油的隔離液體與過程流體隔開。填充有該硅油的管和通道被用于將壓力從隔離膜片耦合到壓力傳感器。隔離系統(tǒng)防止過程流體接觸壓力傳感器和干擾壓力傳感器的操作。
[0003]油填充管和通道保持窄，以減少在隔離系統(tǒng)中使用的油的量，并且限制由于油的熱膨脹和收縮引起的壓力影響。然而，窄的通道可能限制油的流動(dòng)并且減緩壓力傳感器的響應(yīng)。期望隔離系統(tǒng)具有低的隔離液體體積，但是其不抑制壓力傳感器的快速響應(yīng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種用于壓力變送器的隔離系統(tǒng)，包括在送器內(nèi)部的端口、傳感器管和填充管。傳感器管被連接到所述端口，以將穿過變送器主體的通道流體地連接到壓力傳感器。傳感器管包括設(shè)置在所述端口的第一端。第一端具有第一橫截面面積。填充管在壓力變送器的內(nèi)部并且連接到所述端口，以流體地連接到所述通道。填充管包括設(shè)置在所述端口中的第二端。填充管的第二端具有小于傳感器管的第一橫截面面積的第二橫截面面積。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是一種壓力變送器，包括變送器主體、隔離膜片、壓力傳感器、填充管和隔離液體。變送器主體包括圍繞凹陷的隔離凸緣，所述凹陷通過穿過壓力變送器的通道流體地連接到在壓力變送器內(nèi)部的端口。隔離膜片包括被密封到隔離凸緣的膜片邊緣。壓力傳感器通過傳感器管流體地連接到所述通道。填充管在壓力變送器的內(nèi)部并且流體地連接到所述通道。隔離液體在傳感器管、填充管、通道、以及隔離膜片和傳感器主體之間的凹陷內(nèi)。填充管適于將隔離液體密封在壓力變送器內(nèi)。傳感器管包括設(shè)置在所述端口中的第一端。填充管包括設(shè)置在所述端口中的第二端。傳感器管的第一端具有第一橫截面面積，填充管的第二端具有第二橫截面面積，并且第一橫截面面積大于第二橫截面面積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是圖示包括隔離系統(tǒng)的壓力變送器的示意性橫截面圖。
[0007]圖2A和2B圖示具有“D”形端部的管。
[0008]圖3示出在變送器主體的共用圓形端口中連接在一起的兩個(gè)“D”形管端。
[0009]圖4以圖形方式示出傳感器管橫截面面積和隔離系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)之間的關(guān)系。
[0010]圖5示出在變送器主體的共用圓形端口中連接在一起的直徑不相等的兩個(gè)管。

【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種適用于工業(yè)壓力變送器的隔離系統(tǒng)。實(shí)施本發(fā)明的隔離系統(tǒng)采用本發(fā)明的對壓力變送器的改進(jìn)，所述壓力變送器包括成形為在單個(gè)端口中安裝在一起的油填充管和傳感器管，如在轉(zhuǎn)讓給Rosemount公司的美國專利6，662，662“PRESSURETRANSMITTER WITH IMPROVED ISOLATOR SYSTEM”中所描述，通過引用將其并入本文。
[0012]在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過將傳感器管和油填充管的總橫截面面積的大部分分配到傳感器管來改進(jìn)隔離系統(tǒng)。在不增加端口的尺寸或在端口中填充的油的數(shù)量的情況下，更大的傳感器管橫截面面積減小了通過傳感器管的流阻(flow impedance) 0結(jié)果，在操作中，在隔離膜片處的壓力變化和在傳感器處檢測到的壓力變化之間的響應(yīng)時(shí)間沒有明顯地被端口內(nèi)的傳感器管端所減緩。相對較小的油填充管橫截面面積增加了通過油填充管的流阻并且增加了使用油填充隔離系統(tǒng)所需要的時(shí)間。然而，這不值得關(guān)注，因?yàn)橛吞畛溥^程只發(fā)生在生產(chǎn)壓力變送器的過程中。
[0013]圖1圖示包括隔離系統(tǒng)的壓力變送器的橫截面示意圖。如圖1所示，壓力變送器10包括變送器主體12、隔離系統(tǒng)14、壓力傳感器16、傳感器輸出線路18、變送器電路20和變送器線路22。隔離系統(tǒng)14包括隔離凸緣(isolator rim)24、凹陷(concavity) 26、通道28、隔離膜片30、端口 32、傳感器管34和填充管36。隔離膜片30包括膜片邊緣38。傳感器管34包括第一端40。填充管36包括開口端44和第二端42。
[0014]凹陷26形成在變送器主體12的外部中，限定隔離凸緣24。端口 32在變送器10的內(nèi)部并且通過穿過變送器主體12的通道28流體地連接到凹陷26。在隔離膜片30的周邊處的膜片邊緣38優(yōu)選地通過焊接被密封到隔離凸緣24，在凹陷26和隔離裝置隔膜30之間形成空間。傳感器管34的第一端40和填充管36的第二端42兩者都設(shè)置在端口 32中，如參考圖3描述如下。端口 32優(yōu)選是圓形的(如圖3中所示)并且在變送器10內(nèi)突起到變送器主體12之外，以形成凸臺(tái)。傳感器管34將壓力傳感器16流體地連接到通道28。
[0015]隔離液體46填充隔離系統(tǒng)14中的通道，包括傳感器管34、填充管36、通道28、隔離膜片30和變送器主體12之間的凹陷26、和壓差傳感器16內(nèi)的內(nèi)部通路(未示出)。填充管36在制造過程中最初具有被暫時(shí)連接到填充歧管(未示出)的開口端44。填充歧管被連接到真空泵，并且用來抽空隔離系統(tǒng)14中的通道，使得在這些通路中沒有一絲空氣或水分的殘留。接著，填充歧管用來供給填充在隔離系統(tǒng)14中的通道中的大量隔離液體46。隔離液體46典型地是具有低的可壓縮性的脫氣硅油，以便它能夠準(zhǔn)確地傳遞壓力。在隔離系統(tǒng)14被填充有隔離液體46之后，填充管36被夾緊關(guān)閉，并且然后在開口端44處被釬焊或焊接關(guān)閉。
[0016]在圖1的實(shí)施例中，壓力變送器10是差壓變送器，從而壓力傳感器16是通過兩個(gè)相似或相同的隔離系統(tǒng)14接收壓力的差壓傳感器。如圖1所示，壓力P1處于較高壓力，壓力P2處于較低壓力。隔離膜片30能夠響應(yīng)于壓力偏轉(zhuǎn)，從而將與壓力P1;P2相關(guān)的壓力施加到通道28中。壓力傳感器16通過傳感器管34接收來自端口 32的壓力。壓力傳感器16在連接到變送器電路20的兩條線路18上產(chǎn)生單獨(dú)的壓力輸出信號(hào)。變送器電路20在線路22上產(chǎn)生表示P1和P2之間的壓力差的變送器輸出。
[0017]圖2A和2B圖示能夠適用于傳感器管34的第一端40和填充管36的第二端42的具有“D”或半圓形端的管。圖2A是管端視圖，圖2B是管側(cè)視圖。如圖所示，大致圓筒形管48具有已經(jīng)被扭曲、成形或型鍛成具有大致平坦側(cè)面52和大致半圓形側(cè)面54的大致“D”形形狀的端50。
[0018]圖3示出如參考圖2A和2B描述的并且在變送器的共用圓形端口中連接在一起的兩個(gè)“D”形管端。如圖3所示，傳感器管34的第一端40和填充管36的第二端42在延伸穿過端口 32的孔中被帶到一起。第一端40和第二端42具有“D”或半圓形狀，當(dāng)在各自的平坦側(cè)面上被放置在一起時(shí)，形成裝在端口 32中的大致圓形的橫截面。如上文參考圖1所述，端口 32優(yōu)選地突起到變送器本體12之外以形成凸臺(tái)。這是為快速釬焊提供較低的熱質(zhì)量。釬焊預(yù)成型件或焊料膏56填充在第一端40、第二端42和端口 32之間的間隙中。各種公知的銅焊、錫焊或焊接工藝可以用來完成這種連接。在該連接已經(jīng)冷卻之后，如上所述由隔離液體46填充包括第一端40的傳感器管34和包括第二端42的填充管36。
[0019]傳感器管34的第一端40具有第一橫截面面積Al。填充管36的第二端42具有第二橫截面面積A2。在本發(fā)明的所有實(shí)施例中，第一橫截面面積Al大于第二橫截面面積A2。這可以通過比率R進(jìn)行說明，比率R被定義為第一橫截面面積Al與第一橫截面面積Al和第二橫截面面積A2的總和的比率。因此，本發(fā)明的所有實(shí)施例都具有大于50%的比率R。當(dāng)然，由于制造公差，本發(fā)明的實(shí)施例包括明顯大于50%的R值，即大于52%。
[0020]在本發(fā)明的實(shí)施例中提供的性能改善在圖4中圖示。圖4中曲線C以圖形方式示出R和隔尚系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間之間的關(guān)系。如圖所不，在R減小時(shí)，特別是在50%以下時(shí)，隔尚系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間增加并且對R中的變化的響應(yīng)時(shí)間的靈敏度是比較大的。這可能會(huì)導(dǎo)致過程變送器不能如鎖需要的那樣盡可能快地指示壓力變化，并且在生產(chǎn)的過程中變送器的性能有較大的變化。相反，當(dāng)R明顯增加到50%以上時(shí)，隔離系統(tǒng)14的響應(yīng)時(shí)間減少到由在隔離系統(tǒng)14中別處的限制確定而不是由橫截面積Al確定的水平。此外，當(dāng)曲線C變平時(shí)，對R中的變化的響應(yīng)時(shí)間的靈敏度變得相對小。在極端情況下，即R大于90%的情況下，橫截面積A2可能變得太小而不能可靠地填充油。因此，本發(fā)明的實(shí)施例優(yōu)選地具有52 %和90 %之間的R。進(jìn)一步地，期望提供額外的制造余量，以確保下述情況具有非常高的可能性，即全部壓力變送器10體現(xiàn)本發(fā)明且不會(huì)導(dǎo)致填充管不能夠被可靠地填充或隔離系統(tǒng)具有等于或低于50%的R。因此，產(chǎn)生具有介于約60%和約80%之間的R的本發(fā)明的實(shí)施例可能是更優(yōu)選的。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程變送器10的生產(chǎn)中的最大一致性，可能最優(yōu)選的是具有約67%的R,即在65%和69%之間的R0
[0021]一起考慮圖1，2A，2B，3和4，通過將傳感器管34在第一端40處的橫截面面積Al和填充管36在第二端42處的橫截面面積A2的總和的大部分分配到橫截面面積Al來改進(jìn)隔離系統(tǒng)14。所得到的較大的橫截面面積Al減少通過傳感器管34的流阻，而沒有增加端口 32的尺寸或端口 32中隔離液體46的量。其結(jié)果是，在操作中，在隔離膜片30處的壓力變化和在壓力傳感器16處的壓力變化的檢測之間的響應(yīng)時(shí)間沒有被傳感器管34的第一端40的阻抗明顯地減緩。在第二端42處的相應(yīng)較小的油填充管截面積A2增大了通過填充管36的流阻，并且增加由隔離液體46填充隔離系統(tǒng)14所需的時(shí)間。然而，這不是間題，因?yàn)橛吞畛溥^程只在壓力變送器10的制造過程中發(fā)生一次。此外，通過將第一端40和第二端42兩者都安裝到端口 32中，不需要否則分別地容納傳感器管34和填充管36將需要的額外端口，降低了制造成本和減少了在隔離系統(tǒng)14中的隔離液體46的量。
[0022]圖5示出本發(fā)明的另一種實(shí)施例，包括在變送器的共用圓形端口中連接在一起的直徑不等的兩個(gè)圓形管端。如在圖5中所示，傳感器管34’的第一端40’和填充管36’的第二端42’在端口 32中被帶到一起。第一端40’和第二端42’具有當(dāng)放在一起時(shí)安裝在端口 32內(nèi)的圓形形狀。釬焊預(yù)成型件或焊料膏焊56填充在第一端40’、第二端42’和端口32之間的間隙中。各種公知的銅焊、錫焊或焊接工藝可以用來完成種這個(gè)連接。在該連接已經(jīng)冷卻之后，如上所述由隔離液體46填充包括第一端40’的傳感器管34’和包括第二端42’的填充管36’。
[0023]第一端40’具有第一橫截面面積Al’。第二端42’具有第二橫截面面積A2’。如本發(fā)明的所有實(shí)施例一樣，第一橫截面面積Al’大于第二橫截面面積A2’。與前面的實(shí)施例相反，示于圖5中的實(shí)施例要求明顯更多的焊料膏56來填充第一端40’、第二端42’和端口32之間的較大間隙。然而，圓形端形狀可以比在圖3中所示的“D”形狀被更容易地獲得和在尺寸上被控制。其它方面，本實(shí)施例具有上文參考圖1，2A，2B，3和4描述的實(shí)施例的全部優(yōu)點(diǎn)。
[0024]雖然以上描述實(shí)施例圖示用于差壓變送器，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明包括用于可能采用隔離系統(tǒng)的其它壓力變送器的實(shí)施例，例如，絕對壓力變送器或表壓力變送器。也可以理解，也可以使用其它形狀以將傳感器管和填充管安裝到公用端口中，只要傳感器管的端部的橫截面面積大于填充管的端部的橫截面面積。例如，矩形形狀的管端可以在共用矩形端口中配合在一起。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，可以使用各種公知的隔離液體。
[0025]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解的是，本發(fā)明提供了許多優(yōu)點(diǎn)和好處。本發(fā)明的實(shí)施例提供隔離系統(tǒng)，其具有低的隔離液體體積，但是其不抑制該壓力傳感器的快速響應(yīng)。通過將傳感器管和油填充管的總橫截面面積的大部分分配到傳感器管，通過傳感器管的流阻減小，而沒有增加端口的尺寸或填充在端口中的油的量。其結(jié)果是，在操作中，在隔離膜片處的壓力變化和在傳感器處的壓力變化的檢測之間的響應(yīng)時(shí)間沒有被端口內(nèi)的傳感器管端明顯地減緩。避免使用從填充管到凹陷的一個(gè)單獨(dú)通道和從傳感器管到凹陷的另一個(gè)單獨(dú)通道。此外，通過將傳感器管和填充管安裝到單個(gè)端口中，不需要否則分別地容納傳感器管和填充管將需要的額外端口。其結(jié)果是，與所使用的隔離液體的量一樣，制造成本降低，改進(jìn)溫度性能。
[0026]雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不偏離本的范圍的情況下可以做出各種改變并且等同物可以取代其元件。此外，可以進(jìn)行許多修改以使本發(fā)明的教導(dǎo)適應(yīng)特定的情況或材料而不偏離其基本范圍。因此，其意圖是，本發(fā)明并不限于被披露的特定的實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于壓力變送器的隔離系統(tǒng)，所述隔離系統(tǒng)包括: 在壓力變送器內(nèi)部的端口； 傳感器管，該傳感器管連接到所述端口，以將穿過變送器主體的通道流體地到壓力傳感器，傳感器管包括設(shè)置在所述端口中的第一端，該第一端具有第一橫截面面積；和 在變送器內(nèi)部的填充管，填充管連接到所述端口以流體地連接到所述通道，填充管包括設(shè)置在所述端口中的第二端，該第二端具有小于傳感器管的第一橫截面面積的第二橫截面面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離系統(tǒng)，還包括: 圍繞在變送器主體中的凹陷的隔離凸緣，該凹陷流體地通過所述通道流體地連接至在壓力變送器內(nèi)部的所述端口； 隔離膜片，包括被密封到隔離凸緣的膜片邊緣；和 隔離液體，該隔離液體填充傳感器管、填充管、所述通道、以及在隔離膜片和傳感器主體之間的凹陷；填充管適于將隔離液體密封在壓力變送器內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離系統(tǒng)，其中第一橫截面面積在第一橫截面面積和第二橫截面面積的總和的52%和90%之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隔離系統(tǒng)，其中第一橫截面面積在第一橫截面面積和第二橫截面面積的總和的60%和至80%之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隔離系統(tǒng)，其中第一橫截面面積是第一橫截面面積和第二橫截面面積的總和的約67%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離系統(tǒng)，其中所述第一端和所述第二端具有是“D”形形狀和半圓形形狀中的至少一種的橫截面形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離系統(tǒng)，其中所述第一端和所述第二端具有圓形的橫截面形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔離系統(tǒng)，其中所述第一端和所述第二端被釬焊到該端口中。
9.一種壓力變送器，包括: 變送器主體，包括圍繞一凹陷的隔離凸緣，所述凹陷通過穿過變送器主體的通道流體地連接到在壓力變送器內(nèi)部的端口； 隔離膜片，包括被密封到隔離凸緣的膜片邊緣； 壓力傳感器，通過傳感器管流體地連接到所述通道，所述傳感器管包括設(shè)置在所述端口中的第一端； 在壓力變送器內(nèi)部的填充管，該填充管流體地連接到所述通道并且適于密封壓力變送器內(nèi)的隔離液體，該填充管包括設(shè)置在所述端口中的第二端；和 在傳感器管、填充管、所述通道、以及隔離膜片和傳感器主體之間的凹陷內(nèi)的隔離液體； 其中，傳感器管的第一端具有第一橫截面面積，填充管的第二端具有第二橫截面面積，并且第一橫截面面積大于第二橫截面面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力變送器，其中第一橫截面面積在第一橫截面面積和第二橫截面面積的總和的52%和90%之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力變送器，其中第一橫截面面積在第一橫截面面積和第二橫截面面積的總和的60%和80%之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓力變送器，其中第一橫截面面積是第一橫截面面積和第二橫截面面積的總和的約67%。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力變送器，其中所述第一端和所述第二端具有是“D”形形狀和半圓形形狀中的至少一種的橫截面形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力變送器，其中所述第一端和所述第二端被釬焊到該端□。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力變送器，其中所述端口是突起的凸臺(tái)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力變送器，其中該壓力變送器是差壓變送器，并且壓力傳感器是包括第二傳感器管和第二填充管的差壓傳感器。
17.一種用于壓力變送器的隔離系統(tǒng)，所述隔離系統(tǒng)包括: 圍繞在變送器主體中的凹陷的隔離凸緣，該凹陷通過穿過壓力變送器的通道流體地連接到在該壓力變送器內(nèi)部的端口； 隔離膜片，包括被密封到隔離凸緣的膜片邊緣； 將所述通道流體地連接到壓力傳感器的傳感器管； 在壓力變送器內(nèi)部的填充管，該填充管流體地連接到所述通道；和 隔離液體，該隔離流體填充傳感器管、填充管、所述通道、以及隔離膜片和傳感器主體之間的凹陷；填充管適于將隔離液體密封在壓力變送器內(nèi)； 其中，傳感器管包括設(shè)置在所述端口中的第一端，填充管包括設(shè)置在所述端口中的第二端，傳感器管的第一端具有第一橫截面面積，填充管的第二端具有第二橫截面面積，并且第一橫截面面積大于第二橫截面面積。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的隔離系統(tǒng)，其中傳感器管的第一端和填充管的第二端具有是“D”形形狀和半圓形形狀中的至少一種的橫截面形狀。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的隔離系統(tǒng)，其中第一橫截面面積在第一橫截面面積和第二橫截面面積的總和的52%和90%之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的隔離系統(tǒng)，其中第一橫截面面積在第一橫截面面積和第二橫截面面積的總和的60%和80%之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的隔離系統(tǒng)，其中第一橫截面面積是第一橫截面面積和第二橫截面面積的總和的約67%。
【文檔編號(hào)】G01L19/00GK104515643SQ201410044885
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】羅伯特·C·海德克, 埃里克·彼得森 申請人:羅斯蒙特公司