專利名稱：儀器回路適配器的制作方法
背景技術(shù)：
過程變量變送器用來監(jiān)視工業(yè)過程的運行，諸如在煉油廠、化學處理車間等中的工業(yè)過程的運行。例如壓力變送器的過程變量變送器典型地安裝在流體處理車間中液體、粉塵和濕氣以及各種工業(yè)污染可能存在的位置。在一些環(huán)境中，可能存在過程液體，例如酸性或堿性溶液。液體還可能包括來自用以清洗車間設(shè)備的軟管的噴霧。所述液體會滴落、濺射或噴射到過程變送器及其電連接上。環(huán)境中的粉塵、濕氣以及液體會污染和劣化接至過程變送器的電連接。
過程變送器通常用密封的配線室來安裝，該密封配線室可被連接到密封的電線管以保護回路布線和電連接不受污染物的破壞。然而，在使用頭部(或者集管；header)型連接器的尺寸最小化的過程變量變送器的情況下，沒有密封配線室來保護頭部中暴露的電接觸引腳不受污染物污染。
已經(jīng)提供能夠連接到過程變量變送器頭部的接觸引腳和不用增加昂貴且巨大的配線室就能保護接觸引腳以及布線不受污染的儀器回路適配器。已知的密封環(huán)境的回路適配器，例如Fandrey等人的密封環(huán)境的回路適配器(美國專利6,511,337)提供了有效的密封措施。在一些情況下，F(xiàn)andrey等人的環(huán)境密封回路適配器包括附加功能，例如RFI/EMI濾波器。盡管回路適配器的這個附加功能已經(jīng)被證實是有用的，但仍需要致力于可應(yīng)用該儀器和回路適配器的更大范圍的附加應(yīng)用。對回路適配器提供新功能和/或特征將有助于進行更大范圍的各種應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
儀器回路適配器包括接口部分，該接口部分被構(gòu)造成連接到微型過程變量變送器的頭部。在一些實施例中，該接口部分包括標準化的電纜輸出部分。在其他實施例中，電纜部分被連接到所述接口部分。在所述接口部分、所述電纜部分或者所述接口部分和所述電纜部分兩個部分中設(shè)置附加功能。所述附加功能可包括提供所述過程變量變送器中沒有的特征的電路。


圖1是具有頭部和接觸引腳的微型壓力變送器的剖視圖；圖2是具有安裝在頭部的RFI/EMI濾波器的回路適配器的剖視圖；圖3是具有用于標準插座的連接器的回路適配器的示圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有有源電路的儀器回路適配器的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有附加的傳感器輸入電路的儀器回路適配器的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有本質(zhì)安全柵(intrinsic safety barrier)的儀器回路適配器的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有控制器的儀器回路適配器的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有多種類型輸出的儀器回路適配器的示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的儀器回路適配器的示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的儀器回路適配器的示意圖。
具體實施例方式
電適配器將過程變量變送器連接到多線路儀器電路。所述適配器保護接觸引腳、插座和回路電線不受噴射、滴落或飛濺在過程變量變送器上的液體，以及粉塵、濕氣和其他污染物導致的損害。所述適配器可被用于提供與變送器的任何類型的電連接，諸如2線回路或數(shù)字數(shù)據(jù)連接。所述適配器包括附加特征和/或功能，這點將在下面更加詳細地闡述。
圖1是差動壓力變送器100的剖視圖。變送器100是過程變量變送器的例子，適配器(圖1中沒有示出)可用在該過程變量變送器上以與儀器電路相連接。
變送器100包括微型變送器殼體102，該微型變送器殼體102具有被密封至電連接器頭部106的外壁104。變送器殼體102包括兩個共面液體入口108，該液體入口108包括隔離隔膜110。被密封在通道里的隔離流體112將差動壓力從入口108傳送到變送器110中的容性差動壓力傳感器114。
該過程變量變送器100包括具有圓柱形外殼的密封的饋通電連接器116或頭部106和具有電接觸或引腳120的密封的絕緣饋通118。頭部106具有外螺紋107。兩個或更多個接觸引腳120攜載回路數(shù)據(jù)，以與過程變量變送器100進行通信。
電路板122電連接到壓力傳感器114且處理來自壓力傳感器114的數(shù)據(jù)以及控制接觸引腳120上的回路電流以提供入口108的差動壓力的表征值。該壓力可被表示為4～20毫安的模擬電流，或者可被表示成任何多種公知的數(shù)字協(xié)議，諸如HART、CAN、Foundation Fieldbus、Profibus協(xié)議以及在流體過程控制工業(yè)中公知的其他數(shù)字通信協(xié)議。
優(yōu)選地，外壁104沿著圓形焊接接頭124與頭部106焊接在一起，在殼體102內(nèi)形成密封腔126。毛細管128設(shè)置在絕緣饋通118中，用來在密封該毛細管128之前測試泄漏，以提供微型差動壓力變送器100中的密封腔126的氣密密封。
如圖1所示，變送器100是不包括用來在現(xiàn)場連接儀器電路的密封的配線室的微型變送器。接觸引腳120和絕緣饋通118被暴露在過程變量變送器100的外面，并且遭受諸如在流體處理車間環(huán)境中噴射、滴落或溢出的液體、粉塵或濕氣等污染物的不期望的接觸。
圖2是被連接到過程變量變送器的頭部的儀器回路適配器的示意圖。如圖2所示，儀器回路適配器131被連接到頭部132。適配器131以具有接口部分140和電纜部分141的電纜組件135的形式實現(xiàn)。接口部分140被構(gòu)造成連接到頭部132并且優(yōu)選地通過螺紋接合來連接。因此，在頭部132具有外螺紋表面的實施例中，接口部分140將具有相配的內(nèi)螺紋部分與頭部132的外螺紋接合。
電路板142被放置在接口部分140中且包括多個適當?shù)碾娫?44、146。元件144、146可借助導體148、150與連接到其上的儀器回路相互作用，和/或它們也可以通過頭部132與連接到其上的過程變量變送器相互作用。電路板142上的電路144、146可用來提供一個或多個在過程變量變送器的操作和/或維護期間有用的附加功能。
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的儀器回路適配器的示意圖。沒有示出具有相關(guān)聯(lián)的電纜組件的回路適配器200。相反，回路適配器200連接到過程變量變送器的頭部132且提供標準化的電纜輸出202。輸出202是任意數(shù)目的適當?shù)碾娎|接口中的一個。如美國專利6,511,337中所更詳細的描述那樣，適配器202優(yōu)選地為頭部132提供了環(huán)境密封。適配器202也包括電路板142，該電路板142具有設(shè)置在其上的電路元件204。如有關(guān)圖2的描述，電路板142上的元件204能夠提供以上關(guān)于適配器131列舉的任何功能和/或電路。儀器回路適配器131和200都連接到過程變量變送器的頭部132的外螺紋210，就這點來說它們是相似的。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有有源電路的儀器回路適配器的示意圖。儀器回路適配器131被連接到用標號302示意性表示的過程變量變送器。過程回路304物理連接到適配器300。板142上的有源電路306電連接到回路304。盡管圖4示出電路306被并聯(lián)連接到回路304，但是有源電路306被替換成以串聯(lián)方式放置也是非常有可能的。如這里所使用的，有源電路306是任何使用電能的電路。有源電路306因而既可以與諸如電阻器和電容器等無源電路區(qū)分，又可以與像無源濾波器這種器件的組合區(qū)分。有源電路306可以是單個有源電路元件，或者它可以是元件的組合。只要元件的組合中的一個元件是有源的，該組合就會被認為是有源的。因為有源電路306使用電能，所以它必定被連接到電源。這種電能可由該回路、過程變量變送器，或者甚至由外部電源來提供。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的具有附加的傳感器輸入電路的儀器回路適配器的示意圖。適配器330被連接到用標號302示意性表示的過程變量變送器100。適配器330還電連接到回路304。適配器330包括電源電路308，該電源電路308利用從回路304接收到的電能給電路板142上的所有有源元件提供合適的電能。適配器330還包括它自己的回路通信器310，該回路通信器310也連接到回路304。這種布局允許適配器330獨立于與其相連接的過程變量變送器100與回路304通信?？刂破?12，優(yōu)選為微處理器，被連接到回路通信器310?？刂破?12也被連接到測量電路314，該測量電路314本身也被連接到附加的傳感器輸入316。輸入316可被設(shè)置在適配器330、過程變量變送器100或者任何其它合適的位置上。任何合適的傳感器都可如所期望地被連接到輸入316。
在一個實施例中，輸入316是溫度傳感器輸入并且容納溫度傳感器，例如RTD。測量電路314適于產(chǎn)生表示傳感器特性的信號。例如，在RTD實施例中，電路314驅(qū)動小電流通過RTD并測量該小電流引起的RTD兩端的電壓降。測量電路314也可包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，如果需要，其可將模擬表征值(即，感應(yīng)電壓)轉(zhuǎn)換成它的數(shù)字表征值。測量電路314向控制器312提供傳感器響應(yīng)的指示。在一個實施例中，控制器312利用來自測量電路314的指示來基于連接到輸入316的傳感器的響應(yīng)調(diào)整或另外補償過程變量變送器的信號。因此，在過程變量變送器100為壓力變送器且壓力傳感器輸出可隨溫度變化的實施例中，適配器330可用來隨溫度變化容易地調(diào)節(jié)輸出。對于其中的過程變量變送器受能夠以可預測的方式測量和調(diào)整的參數(shù)影響的過程變量變送器和傳感器的任何組合來說，這種布局都具是有益的。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的儀器回路適配器350的示意圖。儀器回路適配器350包括其上具有本質(zhì)安全柵電路352的電路板142。柵電路352總體上限制響應(yīng)失效型事件而從過程變量變送器流出的能量的總和。本質(zhì)安全電路是眾所周知的且通常起到限制故障狀態(tài)下的能量流的作用。有關(guān)本質(zhì)安全的其他細節(jié)可以在1988年10月出版的分類號為3610的標題為“Intrinsically Safe Apparatus and Associated Apparatus for Use in Class I，IIand III，Division 1 Hazardous(Classified)Locations”的工廠互檢標準中提出的本質(zhì)安全細則中找到。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的儀器回路適配器360的示意圖。儀器回路適配器360與參照圖5所描述的儀器回路適配器330具有一些相似之處。然而，儀器回路適配器360不包括任何傳感器輸入。作為替換，回路適配器360包括被連接到儀器回路304且適于向通信模塊364和控制器366提供電能的電源模塊362。通信模塊364被連接到儀器回路304并且適于優(yōu)選地利用諸如HART或FOUDATIONTM現(xiàn)場總線的標準加工工業(yè)通信協(xié)議來在其上通信。控制器366優(yōu)選為雙向通信的微處理器，所述雙向通信如通過通信模塊364的在儀器回路304上的線368所示。由于儀器回路適配器360包括通過儀器回路304供電的它自己的控制器366，所以它能夠提供冗余、診斷和/或由其可編程的特性所易于獲得的任何其他合適的功能。在一個實施例中，回路適配器360包括使本地用戶便于與過程變量變送器和/或回路適配器的互動的特征。顯示器370，由虛線框示出，優(yōu)選為微型LCD顯示器。用戶輸入372也以虛線框示出并且可靠近接口部分140設(shè)置，或者沿著電纜142設(shè)置在遠離接口部分140的位置。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的儀器回路適配器的示意圖?；芈愤m配器380包括與以上描述的電源模塊308或362中任一個相同的電源模塊382。此外，回路適配器380包括控制器384，該控制器優(yōu)選為微處理器。儀器回路適配器380與上面描述的實施例不同之處主要在于儀器回路適配器380包括多個通信控制器。如所示出的，回路適配器380包括被連接到控制器384以與其進行雙向通信的第一通信模塊386，并且第一通信模塊386可操作地連接到儀器回路304，以在其上通信。另外，回路適配器380還包括第二通信控制器388，該第二通信控制器388連接到控制器384以根據(jù)第二類輸出通信。在一個實施例中，通信控制器386適于根據(jù)HART協(xié)議在儀器回路304上通信，而通信控制器388適于根據(jù)FUONDATIONTM現(xiàn)場總線工業(yè)協(xié)議通信。然而，只要多個通信模塊以不同類型提供通信，那么通信模塊的任何組合都可被采用。關(guān)于用于提供多類型輸出的電路的進一步信息可在Anderson等的美國專利5,245,333中找到。該專利提供了這樣一種布局，其中多類型輸出可被提供給各種器件。因此，板142可允許使用合適的電路，該合適的電路能夠允許過程變量變送器利用第一類通信(如使用AC信號)與第一外部器件通信，以及利用第二類通信(例如DC信號)與第二外部器件進行通信。
圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的儀器回路適配器400的示意圖。如圖2所示，適配器400連接到過程變量變送器的頭部。適配器400包括遠離接口區(qū)域140設(shè)置的本地接口410。本地用戶接口410包括合適的IO元件和一個或多個按鈕414，所述IO元件例如顯示器412，其優(yōu)選為微型LCD顯示器，所述一個或多個按鈕414用來允許用戶與連接到接口區(qū)域140的過程變量變送器交互。接口410還可包括適當?shù)碾娐罚员O(jiān)視過程變量變送器與儀器回路上的其它器件之間的信號。這種監(jiān)視能夠有助于利用數(shù)據(jù)記錄的分析和/或預防性維護。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的儀器回路適配器500的示意圖?；芈愤m配器500適于連接到過程儀器的頭部132。適配器500優(yōu)選地包括圓柱形側(cè)壁502，該側(cè)壁502的形狀和尺寸都與過程器件的頭部132配合。側(cè)壁502優(yōu)選地模制成具有帽504的單個組件。此外，帽504優(yōu)選地通過鉸鏈506鉸接連接至側(cè)壁502，該鉸鏈506優(yōu)選地與帽504和側(cè)壁502制成一體。側(cè)壁502和帽504優(yōu)選地包括韌性(pliant)外層508，該韌性外層508有助于將適配器500密封到頭部132上。此外，韌性層508有助于使得側(cè)壁502和帽504之間便于密封。最后，韌性外層508還有助于產(chǎn)生自密封電線入口510。韌性外層可由任何彈性可變形材料形成，但是優(yōu)選地由合成橡膠(elastomer)形成。重要的是，在選擇層508的韌性材料時，該材料能夠在回路適配器500預期達到的溫度極限之上工作。此外，如果回路適配器500被直接暴露在陽光或其它紫外線輻射源下，則為層508選擇的材料必須能夠經(jīng)受得住這種反復的暴露。
適配器500中的腔512優(yōu)選地包括多個電子部件，以及用來連接頭部132上的獨立引腳的合適的連接器514。優(yōu)選地，連接器514是合適的卡口連接，該卡口連接按一定的尺寸制作并且被適當?shù)胤胖靡耘c頭部132內(nèi)或上的對應(yīng)的連接器配合。電子部件516、518和520可以是提供期望功能的任意合適的元件。例如，部件516可以是一個或多個電阻器，部件518可以是一個或多個二極管，部件520可包括一個或多個隔離元件，如變壓器，或電容器。電子元件516、518和520可被布置在公知電路中，以提供瞬時保護、RFI濾波、能量共享等。以反極性結(jié)構(gòu)放置二極管518可以保證在故障狀態(tài)下過程器件無意間將過量的能量加到過程回路上。電子元件516、518和520可以被設(shè)置在尺寸大小適合安裝在腔512內(nèi)的小電路板上。另外，或者可選地，當從部分526氣密密封腔512的部分524時，電子元件516、518和520可以通過可提供散熱的附加功能的模具522模制在腔512內(nèi)。最后，適配器500優(yōu)選地也包括自密封的電線入口。因此，穿過入口510的電線528自動氣密密封，使得雖然電線528穿過側(cè)壁502，但是空氣或其它氣體不能穿過側(cè)壁502。在腔512內(nèi)，電線528連接到適當?shù)木€路終端530，以使現(xiàn)場布線能夠連接到過程器件。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)上進行修改。
權(quán)利要求
1.一種儀器回路適配器，用于將過程變量變送器連接到回路，所述適配器包括接口部分，所述接口部分適于與所述過程變量變送器的頭部接合；以及電路板，所述電路板設(shè)置在所述接口部分內(nèi)，所述電路板在其上具有有源電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器回路適配器，其中，所述有源電路是傳感器輸入電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀器回路適配器，其中，所述傳感器輸入電路是RTD輸入電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀器回路適配器，其中，所述傳感器輸入電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器回路適配器，進一步包括連接到所述接口部分的電纜部分，所述電纜部分形成回路連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器回路適配器，其中，所述接口部分包括過程工業(yè)標準電纜輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀器回路適配器，其中，所述有源電路包括微處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的儀器回路適配器，進一步包括連接到所述接口部分的電纜部分，所述電纜部分形成回路連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀器回路適配器，其中，所述有源電路包括顯示器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的儀器回路適配器，進一步包括連接到所述接口部分的電纜部分，所述電纜部分在其中具有連接到環(huán)路的導體。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀器回路適配器，其中，所述有源電路提供多種類型的輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的儀器回路適配器，進一步包括連接到所述接口部分的電纜部分，所述電纜部分在其中具有連接到環(huán)路的導體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的儀器回路適配器，其中，所述電路根據(jù)第一工業(yè)標準協(xié)議與所述過程變量變送器通信，并根據(jù)第二工業(yè)標準協(xié)議與回路相互作用。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀器回路適配器，其中，所述有源電路提供本地輸出。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的儀器回路適配器，進一步包括連接到所述接口部分的電纜部分，所述電纜部分在其中具有連接到環(huán)路的導體。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀器回路適配器，其中，所述有源電路連接到本地用戶輸入。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的儀器回路適配器，進一步包括連接到所述接口部分的電纜部分，所述電纜部分在其中具有連接到環(huán)路的導體。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器回路適配器，其中，所述接口包括用于與所述過程變量變送器的頭部接合的螺紋部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回路適配器，其中，所述接口部分包括圓柱形側(cè)壁和適于與所述圓柱形側(cè)壁配合的帽。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的儀器回路適配器，其中，所述圓柱形側(cè)壁和所述帽中的至少一個包括韌性外層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的儀器回路適配器，其中，所述韌性外層由合成橡膠形成。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器回路適配器，其中，模壓所述電路板，其中，所述模壓在所述儀器回路適配器中產(chǎn)生氣密密封。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀器回路適配器，進一步包括自密封布線入口。
24.一種儀器回路適配器，用于將過程變量變送器連接到回路，所述適配器包括接口部分，適于與所述過程變量變送器的頭部接合；以及電路板，設(shè)置在所述接口部分中，所述電路板具有本質(zhì)安全電路。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的儀器回路適配器，進一步包括連接到所述接口部分的電纜部分，所述電纜部分在其中具有連接到環(huán)路的導體。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的儀器回路適配器，其中，所述接口包括與所述過程變量變送器的頭部接合的螺紋部分。
27.一種用于將過程變量變送器連接到回路的儀器回路適配器，所述適配器包括接口部分，所述接口部分適于與所述過程變量變送器的頭部接合；電纜部分，所述電纜部分連接到所述接口部分，所述電纜部分在其中具有連接到環(huán)路的導體；以及電路板，所述電路板放置在所述電纜部分中，所述電路板在其上具有提供增強功能的電路。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的儀器回路適配器，其中，所述電路包括傳感器輸入電路。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的儀器回路適配器，其中，所述電路包括本質(zhì)安全電路。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的儀器回路適配器，其中，所述電路包括微處理器。
31.根據(jù)權(quán)利要求27所述的儀器回路適配器，其中，所述電路連接到本地輸出并且驅(qū)動該本地輸出。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的儀器回路適配器，其中，所述本地輸出是液晶顯示器。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的儀器回路適配器，其中，所述電路連接到本地輸入。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的儀器回路適配器，其中，所述本地輸入包括至少一個按鈕。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的儀器回路適配器，其中，所述電路提供多種類型的輸出。
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述的儀器回路適配器，其中，所述接口包括與所述過程變量變送器的頭部接合的螺紋部分。
37.一種將過程變量變送器連接到儀器回路的方法，該方法包括提供儀器回路適配器的接口部分，所述接口部分在其中具有有源電路；以及將所述接口部分連接到過程變量變送器的頭部。
38.一種用于將過程變量變送器連接到回路的儀器回路適配器，所述適配器包括接口部分，適于可拆裝地與過程變量變送器的頭部接合，以與所述頭部提供密封連接；電連接器，所述電連接器在所述接口部分中，被構(gòu)造成提供與所述過程變量變送器的頭部的電連接；回路連接，所述回路連接被構(gòu)造成提供與所述回路的電連接；以及電路板，所述電路板設(shè)置在所述接口部分中，所述電路板在其上具有有源電路。
全文摘要
儀器回路適配器(131；200；300；350；360；380；400；500)包括接口部分(140)，接口部分(140)被構(gòu)造成連接到微型過程變量變送器(100；132)的頭部(106)。在一些實施例中，所述接口部分(140)包括標準化的電纜輸出部分(202)。在其他實施例中，電纜部分(141)被連接到所述接口部分。在所述接口部分(140)、所述電纜部分(141)或這兩個部分中提供附加功能。所述附加功能可以包括提供過程變量變送器(100；132)中沒有的特征的電路。
文檔編號H05K7/00GK101069079SQ200580041371
公開日2007年11月7日 申請日期2005年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者羅伯特·C·何泰克 申請人:羅斯蒙德公司