針對高壓應(yīng)用的管道內(nèi)過程流體壓力變送器的制造方法
【專利說明】針對高壓應(yīng)用的管道內(nèi)過程流體壓力變送器
【背景技術(shù)】
[0001] 工業(yè)過程流體壓力變送器被用于測量工業(yè)過程流體的壓力，例如化學(xué)、紙漿、汽 油、制藥、食品和/或其他流體處理工廠中的漿料、液體、蒸汽或氣體。經(jīng)常在過程流體附近 或者在現(xiàn)場應(yīng)用中放置工業(yè)過程流體壓力變送器。這些現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)常經(jīng)受惡劣和變動的環(huán) 境條件，這對這種變送器的設(shè)計者提出了挑戰(zhàn)。
[0002] 許多過程流體壓力變送器中的感測單元經(jīng)常是基于電容的或基于電阻的傳感器。 隔離膜片一般用于分離過程流體與電有源感測單元，由此防止有時可能粗糙的、腐蝕性的、 不潔的、受污染的或具有極高溫度的過程流體與壓力變送器的電組件交互。
[0003] 過程流體一般對隔離膜片產(chǎn)生作用，生成隔離膜片的偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)移動或以其他 方式使得膜片后面的填充流體發(fā)生位移，這生成了壓力傳感器的感測膜片的關(guān)聯(lián)移動。壓 力傳感器具有電特性，例如隨施加的壓力變化的電容或電阻。使用過程流體壓力變送器內(nèi) 的測量電路來測量該電特性，以提供與過程流體壓力相關(guān)的輸出信號。還可以根據(jù)已知的 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議對輸出信號進行格式化，并將輸出信號通過過程通信環(huán)路向其它現(xiàn)場設(shè) 備或控制器發(fā)送。
[0004] 管道內(nèi)（inline)過程流體壓力變送器一般具有能夠與過程流體壓力源耦合并提 供對過程流體壓力的指示的單個過程流體壓力入口。該指示可以相對于大氣（例如表指示 (gage indication))，或相對于真空（例如絕對壓力測量）。經(jīng)受高最大工作壓力（MffP)的 管道內(nèi)壓力變送器提出了特定的設(shè)計挑戰(zhàn)。僅僅提供能夠經(jīng)受最大工作壓力的單個應(yīng)用的 結(jié)構(gòu)可能不夠魯棒以在反復(fù)地移動到并超出最大工作壓力的情況下避免疲勞。因此，對于 日益增長的高壓市場，例如海底油氣井，還需要提供適用于在這種環(huán)境中擴展使用的管道 內(nèi)過程流體壓力變送器。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 提供了管道內(nèi)過程流體壓力變送器。該變送器包括被配置為與過程流體源耦合的 過程流體連接器。插頭與過程流體連接器耦合并具有被配置為向插頭的遠端傳送流體的通 道。壓力傳感器子套件在焊縫處與所述插頭耦合。壓力傳感器子套件具有與通道的遠端可 操作耦合的壓力傳感器，使得壓力傳感器對過程流體壓力做出反應(yīng)。插頭包括環(huán)繞所述焊 縫的側(cè)壁。變送器電子器件與所述壓力傳感器耦合，并被配置為測量壓力傳感器的電特性 并基于所測量的電特性來提供過程流體壓力值。
【附圖說明】
[0006] 圖1是本實用新型的實施例尤其適用的管道內(nèi)過程流體壓力變送器的概略透視 圖。
[0007] 圖2是本實用新型的實施例尤其適用的管道內(nèi)過程壓力變送器100的概略圖。
[0008] 圖3是市售的高壓管道內(nèi)壓力傳感器套件的概略圖。
[0009] 圖4是根據(jù)本實用新型的實施例的高壓管道內(nèi)壓力傳感器子套件的概略圖。
[0010] 圖5是根據(jù)本實用新型的另一個實施例的高壓管道內(nèi)壓力傳感器子套件的概略 圖。
[0011] 圖6是根據(jù)本實用新型的另一個實施例的高壓管道內(nèi)壓力傳感器子套件的概略 圖。
[0012] 圖7是根據(jù)本實用新型的另一個實施例應(yīng)用于壓力傳感器子套件的附加支撐環(huán) 的概略圖。
【具體實施方式】
[0013] 圖1是本實用新型的實施例尤其適用的管道內(nèi)過程流體壓力變送器的概略透視 圖。壓力變送器100包括過程流體連接器102,過程流體連接器102被配置為與過程流體源 104耦合。在連接器102處引入的過程流體向隔離膜片擠壓，隔離膜片將過程流體壓力傳 送給在傳感器主體106內(nèi)布置的壓力傳感器。壓力傳感器（圖2中概略示出）具有電特性 (例如電容或電阻），電特性由電子裝置外殼108中的測量電路來測量并由控制器使用合適 的計算方式來變換為過程流體壓力。過程流體壓力可以經(jīng)由通過導(dǎo)管110耦合的電線110 在過程通信環(huán)路上傳送，和/或經(jīng)由顯示器112本地顯示。此外，在一些實現(xiàn)中，可以無線 傳送過程流體壓力。
[0014] 圖2是本實用新型的實施例尤其適用的管道內(nèi)過程壓力變送器100的概略圖。壓 力變送器100包括與傳感器主體106親合的電子裝置外殼108。在電子裝置外殼108內(nèi)布 置變送器電子裝置，并且變送器電子裝置包括通信電路114、電源電路118、控制器122、顯 示器112和測量電路124。
[0015] 通信電路114在電子裝置外殼108內(nèi)布置，并且可以經(jīng)由導(dǎo)體116與過程通信環(huán) 路耦合。憑借與過程通信環(huán)路116耦合，通信電路114允許管道內(nèi)過程壓力變送器100根 據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)過程通信協(xié)議來進行通信。此外，在一些實施例中，變送器100可以經(jīng)由其與 過程通信環(huán)路的耦合來接收操作所必需的所有電功率。相應(yīng)地，壓力變送器100包括電源 模塊118,在一些實施例中，如在被標(biāo)記為"通往所有"的附圖標(biāo)記120處指示的，電源模塊 118與過程通信環(huán)路耦合，以便向變送器100的所有組件提供合適的操作功率。合適的過 程通信協(xié)議的示例包括：高速可尋址遠程換能器（HART⑧）協(xié)議、FOUNDATION?現(xiàn)場總線 協(xié)議及其他過程通信協(xié)議。此外，本實用新型的實施例包括無線過程通信，例如根據(jù)IEC 62591 (無線HART)的無線過程通信。
[0016] 控制器122與通信電路114以及測量電路124耦合，并被配置為使測量電路124提 供來自壓力傳感器126的數(shù)字指示或測量。對該數(shù)字指示進行處理或者以其他方式操作， 以便生成控制器122經(jīng)由通信電路114向其它合適的設(shè)備傳送的過程壓力值。在一些實施 例中，控制器122可以是微處理器。本地顯示器（例如顯示器112)還可以顯示過程流體壓 力或其他合適的量。
[0017] 本實用新型的方案一般包括對壓力傳感器倉設(shè)計的結(jié)構(gòu)修改，其可以被用于增加 管道內(nèi)類型壓力變送器的最大工作壓力（MffP)。在一些實施例中，MffP可以通過使用相對廉 價和可容易工作的316L不銹鋼以及激光焊接套件而增長到大約20, 000PSI。本文所提供的 各種實施例一般關(guān)注于增加在高壓疲勞負載下的壓力變送器的使用壽命。
[0018] 在焊縫的根部的應(yīng)力集中是在設(shè)置傳感器套件的最大工作壓力中的常見限制因 素。這些應(yīng)力集中通常限制設(shè)計的疲勞壽命，即便套件針對最大工作壓力的單一壓力應(yīng)用 可以具有大于2. 5的安全因子。此外，對壓力傳感器套件設(shè)計的其他約束增加了滿足疲勞 壽命要求的挑戰(zhàn)。為了增加強度而增加的壁厚也增加了大小，并且在裝配期間較厚的壁一 般更難于焊接在一起。焊接的套件一般需要防止加壓流體的損失。然而，在焊接過程期間 焊接一般需要熱輸入，其必須被最小化以避免損壞傳感器。該熱輸入一般限制焊接的大小 和強度。
[0019] 壓力傳感器子套件的構(gòu)建材料可能是限制因素。該材料優(yōu)選的是廉價的、抗腐蝕 的并且易于焊接的。300系列不銹鋼是滿足這些要求的常見選擇。然而，這種廉價材料（300 系列不銹鋼）的代價是它們的強度。300系列不銹鋼與類似的廉價的碳鋼相比具有低得多 的強度，并且300系列不銹鋼與更強的、抗腐蝕的鎳基合金相比（例如C-276和鎳鉻鐵合 金625)更廉價。合金C-276可以從印第安納州，科科莫的海恩斯國際公司獲得，商品名為 哈氏合金（Hastelloy)C276 ;絡(luò)鎳鐵合金625可以從紐約，新哈特福德的特種金屬家族公司 獲得。合金C276具有以下化學(xué)組成（按照重量％ ):鉬15. 0~17. 0、鉻14