專利名稱：工業(yè)過程控制壓力變送器和法蘭耦合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)過程壓力變送器。更具體地，本發(fā)明涉及壓力變送器與工業(yè)過程的過程流體的耦合。
背景技術(shù)：
使用工業(yè)過程控制系統(tǒng)來(lái)監(jiān)視和控制被用來(lái)產(chǎn)生或傳遞流體等的工業(yè)過程。在這種系統(tǒng)中，典型地，測(cè)量諸如溫度、壓力、流速等的“過程變量”是重要的。使用過程控制變送器來(lái)測(cè)量這種過程變量并向中心位置(例如中央控制室)發(fā)送回與所測(cè)量的過程變量有關(guān)的信息。一種類型的過程變量變送器是壓力變送器，壓力變送器測(cè)量過程流體的壓力并提供與所測(cè)量的壓力有關(guān)的輸出。該輸出可以是壓力、流速、過程流體的等級(jí)或者其他過程變量。變送器被配置為向中央控制室發(fā)送回與所測(cè)量的壓力有關(guān)的信息。該發(fā)送典型地在雙線過程控制環(huán)路上進(jìn)行，然而，也可以使用其他通信技術(shù)，包括無(wú)線技術(shù)。必須通過過程耦合將壓力變送器耦合到過程流體。例如，過程流體可以包括在工業(yè)過程中使用的成分，例如，天然氣、石油等。這些材料中的一些可能處于極端高的壓力之下。這些高壓力可以導(dǎo)致通過“法蘭”或者被用來(lái)將壓力變送器耦合到過程的接頭，在壓力變送器和工業(yè)過程之間的泄漏。存在著提高壓力變送器和過程流體之間的耦合的持續(xù)需求。

發(fā)明內(nèi)容
用于測(cè)量工業(yè)工程中的過程流體的壓力的壓力變送器，包括壓力傳感器，該壓力傳感器具有與所施加的壓力有關(guān)的輸出。耦合到壓力傳感器的測(cè)量電路被配置為提供與所感測(cè)的壓力有關(guān)的變送器輸出。布置在其中具有開口的壓力耦合面來(lái)向壓力傳感器傳遞所施加的壓力。壓力耦合法蘭具有鄰接壓力耦合面的法蘭面，被配置為將過程流體傳送到壓力耦合面的開口。提供了對(duì)壓力耦合面和法蘭面上的加載的力的分布進(jìn)行控制的特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的變送器和法蘭的橫截面視圖。圖2是圖1的變送器和法蘭的分解透視圖。圖3是根據(jù)另一示例實(shí)施例的法蘭的透視圖。圖4是根據(jù)另一示例實(shí)施例的變送器的壓力耦合面的底部透視圖。圖5是對(duì)根據(jù)本發(fā)明的襯墊和密封進(jìn)行示出的示例實(shí)施例的側(cè)面平面視圖。圖6是對(duì)具有可變區(qū)域的襯墊和密封進(jìn)行示出的法蘭的頂部平面視圖。圖7是單片形成的襯墊和密封的頂部平面視圖。
具體實(shí)施方式
如在背景技術(shù)部分所討論的，存在著提高壓力變送器和過程流體之間的耦合的持續(xù)需求。在一些條件下，壓力變送器和過程流體之間的耦合對(duì)于可能導(dǎo)致過程流體泄漏的操作條件來(lái)說(shuō)是不夠的。在壓力變送器中，用于將變送器耦合到流體的典型布置利用了從中具有螺紋管線的法蘭。管線(piping)耦合到過程流體，例如，耦合到過程導(dǎo)管(pipe)。 法蘭提供了充分平坦的接口，在該接口上，對(duì)壓力變送器進(jìn)行螺栓連接。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在典型的安裝中，螺栓力在法蘭面上以不一致的方式展開。這可能使得在特定的條件下，過程流體在法蘭與壓力變送器的接口之間泄漏。本發(fā)明通過提供下述法蘭和/或變送器配置來(lái)解決該過程流體的泄漏，該法蘭和 /或變送器配置通過以向外的方式(例如，在安裝力的方向上)彎曲或者以其他方式突出 (protrude)。當(dāng)在法蘭和變送器之間施加安裝力時(shí)，該突出使得法蘭/變送器接口以將安裝力更均勻地展開在更寬的區(qū)域上的方式變彎。通過將安裝力更均勻地展開在更寬的區(qū)域上，在法蘭和過程變送器之間提供改進(jìn)的密封。該改進(jìn)的密封降低了在壓力變送器和法蘭之間泄漏的可能性。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性的壓力變送器10，壓力變送器10具有變送器外殼 12、耦合法蘭或歧管13以及傳感器主體14。雖然使用Coplanar 法蘭示出了本發(fā)明，然而可以將本發(fā)明與任何類型的法蘭、歧管或者適于承受(receive)過程流體的其他耦合一起使用。傳感器主體14包括壓力傳感器16，變送器外殼12包括變送器電路20。傳感器電路 18通過通信總線22耦合到變送器電路20。變送器電路20在例如雙線過程控制環(huán)路23 (或電路)的通信鏈路上發(fā)送與過程流體的壓力有關(guān)的信息?？蛇x地，控制器25可以在控制環(huán)路23上對(duì)變送器10整體供電。也可以使用其他通信技術(shù)，包括無(wú)線技術(shù)。在變送器的本示例實(shí)施例中，壓力傳感器16測(cè)量法蘭13的通道M中的壓力Pl 和通道沈中的壓力P2之間的壓力差。壓力Pl通過通道32耦合到傳感器16。壓力P2通過通道34耦合到傳感器16。通道32延伸通過耦合36和管40。通道34延伸通過耦合38 和管42。使用相對(duì)不可壓縮的流體(例如油)來(lái)填充通道32和34。耦合36和38附著到傳感器主體14，并在傳感器主體內(nèi)部與通道M和沈中包含的過程流體之間提供長(zhǎng)的滅火 (flame-quenching)路徑，傳感器主體內(nèi)部容納了傳感器電路18。將通道M靠近傳感器主體14中的開口觀放置。將通道沈靠近傳感器主體14 中的開口 30放置。將隔膜46放置在開口觀中，并與靠近通道M的傳感器主體14耦合。 通道32通過耦合36和傳感器主體14延伸到隔膜46。隔膜50耦合到靠近通道沈的傳感器主體14。通道34通過耦合38和傳感器主體14延伸到隔膜50。在操作中，當(dāng)將變送器10螺栓連接到法蘭13時(shí)，由于圖1中示出的所施加的安裝力N，法蘭13壓到密封件48和52上。密封件48位于靠近開口 M和隔膜46的傳感器主體14，并防止過程流體從通道M和開口 28通過法蘭13泄漏到外部環(huán)境中。類似地，密封件52耦合到靠近開口沈和隔膜50的傳感器主體14，并防止過程流體從通道沈和開口 30 通過法蘭13泄漏到外部環(huán)境中。如以下更詳細(xì)地討論的，傳感器主體14的壓力耦合面60 或者法蘭13的法蘭面62中的至少一個(gè)(參見圖2-4)在安裝力的方向上彎曲或者以其他方式突出。圖2示出了根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的變送器10和法蘭13的分解透視圖。在圖2的實(shí)施例中，將法蘭13示出為具有二維彎曲部分，其中，法蘭面62沿著法蘭13的一個(gè)軸彎曲。圖2示出了在“未加載”條件下的法蘭13和變送器10，在“未加載”條件下，在法蘭13 和變送器10之間沒有施加安裝力。然而，當(dāng)安裝時(shí)，通過安裝螺栓82將法蘭13安裝到傳感器主體14，安裝螺栓82延伸通過法蘭13的安裝孔80，并且可通過螺紋擰在傳感器主體 14的螺栓孔84中。這使得將圖1中示出的安裝力N施加到面60與62之間。雖然圖2示出了四個(gè)安裝螺栓，然而可以使用任何數(shù)目或配置。此外，可以使用其他附著技術(shù)將法蘭13 安裝到傳感器主體14，并由此“加載”法蘭13和傳感器主體14。法蘭面62的幾何結(jié)構(gòu)將改進(jìn)在法蘭13的四個(gè)角處的螺栓82所施加的鉗緊力(clamping force)的分布。該配置充當(dāng)彈簧元件，并增加到螺栓預(yù)加載(pre-loading)。一旦施加了加載力，法蘭面62和壓力耦合面60將趨向于彼此一致(conform)，并形成充分連續(xù)的表面，例如，如圖1中示出的。接口可以是基本平坦的，或者可以具有一些其他的輪廓(profile)。圖3是法蘭13的另一示例實(shí)施例的透視圖，在法蘭13中，法蘭面62的彎曲是三維的。在本示例中，彎曲部分具有球形形狀，其在法蘭面62的整個(gè)表面上展開。本配置也用于鉗緊力的更加均勻的分布。然而，在本配置中，安裝力沿著法蘭面62的兩個(gè)軸更加均勻地分布。如圖3中所示出的，法蘭13處于未加載狀態(tài)。當(dāng)將足夠大的加載力(安裝力) 施加到傳感器主體14上時(shí)，面60和62之間的接口將是充分連續(xù)的，如圖1中所示。在圖2 中示出的配置中，還可以將壓力變送器10的壓力耦合面60配置為具有彎曲的輪廓。這可以是與法蘭13的彎曲部分分開的，或者可以是其補(bǔ)充。圖4是變送器10的底部透視圖，示出了壓力耦合面60彎曲的這種配置。當(dāng)將法蘭13充分加載到面60上時(shí)，面60和62將一致，并提供例如圖2中示出的連續(xù)的表面。注意到，如果僅有面60是彎曲的，在加載條件下的法蘭面62的輪廓將趨向于也是彎曲的并且與面62 —致。這是因?yàn)榕c傳感器主體14相比，法蘭13可以是較不堅(jiān)硬的，使得面62將趨向于維持其原始的形狀，而面62將趨向于變彎到面60的輪廓。圖5是本發(fā)明的示例示例實(shí)施例的側(cè)面平視圖和頂部平視圖。在圖5中，將有斜面的密封件放置在法蘭13和傳感器主體14之間。在圖6中示出了有斜面的密封件100圍繞開口對(duì)和沈延伸。密封件24和沈可以是常規(guī)的密封件，或者可以包括例如“承壓襯墊”， 在“承壓襯墊”中，在凹槽中容納有例如PTFE的材料。在圖6中示出的還有接近法蘭13的中心區(qū)域放置的附加安裝孔81。通過與圖6中所示的類似的方式，密封件或者襯墊100具有在開口對(duì)或沈周圍可變的區(qū)域。區(qū)域的變化使得可以根據(jù)需要展開加載力。在另一示例實(shí)施例中，襯墊或者密封件100是統(tǒng)一的(uniform)，然而，放置于其中的凹槽具有可變的深度來(lái)獲得所期望的加載分布。圖7是另一示例實(shí)施例的頂部平視圖，在該實(shí)施例中使用單個(gè)的襯墊或密封件 102，將襯墊或密封件102布置為安裝在兩個(gè)開口 M和沈周圍，并通過螺栓孔81來(lái)保持對(duì)齊。在以上的描述中，襯墊或者密封件100可以包括傳統(tǒng)的襯墊材料或者可以包括可被用來(lái)形成“承壓襯墊”的材料，例如PTFE。雖然可以將法蘭或傳感器主體之一或者兩者都制成為具有彎曲的輪廓，在一些配置中，可以優(yōu)選地總有一個(gè)組件是彎曲的。例如，可以使用對(duì)法蘭的小修改來(lái)對(duì)已存在的變送器主體進(jìn)行改進(jìn)。另一方面，在一些配置中，可能更容易將傳感器主體14機(jī)械加工為所期望的形狀。除了機(jī)械加工，還可以通過使其具有所期望的輪廓的形式，對(duì)法蘭或變送器主體進(jìn)行澆鑄。雖然示出了柔和的彎曲輪廓，本發(fā)明可以使用任何的所期望的輪廓，并且在具體面的表面上，輪廓可以不是統(tǒng)一的。可以將其布置為在法蘭和壓力變送器之間更均勻地分布安裝力。雖然將螺栓示出為施加加載(安裝)力，然而可以使用任何的安裝技術(shù)。此外，雖然在法蘭和變送器主體的四個(gè)角上示出了四個(gè)螺栓，可以使用并根據(jù)需要來(lái)布置任何數(shù)目的螺栓或者安裝裝置。在一些配置中，這還可以消除對(duì)位于靠近法蘭中心的附加中心線螺栓的需要，并在更均勻地分布耦合力中提供協(xié)助。如在此使用的，“法蘭”指的是在將壓力變送器耦合到過程流體中使用的任何組件，不限于在此示出的具體法蘭配置。此外， 雖然示出了兩個(gè)壓力耦合，可以將本發(fā)明與用于壓力變送器的任何數(shù)目的壓力耦合一起使用。 雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域的技術(shù)工人將認(rèn)識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種壓力變送器，用于測(cè)量工業(yè)過程中的過程流體的壓力，所述壓力變送器包括壓力傳感器，具有與所施加的壓力有關(guān)的輸出；測(cè)量電路，耦合到所述壓力傳感器，被配置為提供與所施加的壓力有關(guān)的變送器輸出；壓力耦合面，在其中具有開口，被布置為向所述壓力傳感器傳送所施加的壓力；以及壓力耦合法蘭，具有鄰接所述壓力耦合面的法蘭面，被配置為將過程流體傳送到所述壓力耦合面的開口 ；以及其中，所述壓力耦合面和所述法蘭面中的至少一個(gè)是彎曲的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，包括附著機(jī)械裝置，被配置為在壓力耦合法蘭和平坦的壓力耦合面之間施加安裝力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力變送器，其中，充足的安裝力促使所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)與所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)的另一個(gè)相一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的壓力變送器，其中，彎曲的部分使得安裝力在所述壓力耦合面和所述法蘭面之間的接口區(qū)域上充分均勻地分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中，所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)包括法蘭面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中，所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)包括壓力耦合面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力變送器，其中，所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)包括法蘭面和壓力耦合面。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力變送器，其中，當(dāng)以安裝力來(lái)加載時(shí)，所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)是充分平坦的。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力變送器，其中，所述彎曲是在施加到所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)上的安裝力的方向上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓力變送器，其中，接近所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)的邊緣施加所述安裝力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力變送器，其中，接近所述法蘭面和所述壓力耦合面的四個(gè)角中的每一個(gè)布置所述附著機(jī)械裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓力變送器，其中，所述附著機(jī)械裝置包括四個(gè)螺栓。
13.一種耦合壓力變送器的方法，所述壓力變送器用于測(cè)量工業(yè)過程的過程流體的壓力，所述方法包括在所述壓力變送器中的壓力傳感器處接收所施加的壓力；將具有法蘭面的壓力耦合法蘭耦合到壓力變送器的壓力耦合面，其中，所述法蘭面鄰接所述壓力耦合面，所述壓力耦合法蘭被配置為將過程流體傳送到所述壓力耦合面的開口 ；以及向所述壓力耦合面和所述法蘭面中的至少一個(gè)提供彎曲部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，在所述壓力耦合法蘭和平面壓力耦合面之間施加安裝力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，所述彎曲部分使得安裝力在平坦的壓力耦合面和所述法蘭面之間的接口區(qū)域上充分均勻地分布。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)包括法蘭面。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)包括壓力耦合面。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)包括法蘭面和壓力耦合面。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，當(dāng)以安裝力來(lái)加載時(shí)，所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)是充分平坦的。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述彎曲部分是在施加到所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)上的安裝力的方向上。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，接近所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)的邊緣施加所述安裝力。
22.—種壓力耦合法蘭，被配置為耦合到壓力變送器的壓力耦合面，所述壓力變送器用于測(cè)量過程流體，所述壓力耦合法蘭包括通過所述壓力耦合法蘭形成的至少一個(gè)通道，被配置為將過程壓力傳送通過所述法蘭，并且傳送給所述壓力變送器的所述壓力耦合面；法蘭面，被配置為鄰接所述壓力變送器的所述壓力耦合面，并圍繞所述至少一個(gè)通道形成與所述壓力變送器的密封；以及所述法蘭面上的彎曲部分，相對(duì)于所述壓力耦合面凸起，由此在處于未加載條件時(shí)將所述法蘭面的邊緣與所述壓力耦合面分隔開，以及當(dāng)將安裝力施加到所述壓力變送器的所述壓力耦合面上時(shí)，所述法蘭面是充分平坦的。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的壓力耦合法蘭，其中，所述彎曲部分使得安裝力在所述壓力耦合面和所述法蘭面之間的接口區(qū)域上充分均勻地分布。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的壓力耦合法蘭，包括靠近所述法蘭的邊緣布置的多個(gè)螺栓孔，被配置為接收通過其向所述法蘭施加安裝力的多個(gè)螺栓。
25.一種壓力變送器，用于測(cè)量工業(yè)過程中的過程流體的壓力，所述壓力變送器包括壓力傳感器，具有與所施加的壓力有關(guān)的輸出；測(cè)量電路，耦合到所述壓力傳感器，被配置為提供與所感測(cè)的壓力有關(guān)的變送器輸出；壓力耦合面，在其中具有開口，被布置為向所述壓力傳感器傳送所施加的壓力；以及壓力耦合法蘭，具有鄰接所述壓力耦合面的法蘭面，被配置為將過程流體傳送到所述壓力耦合面的開口 ；以及密封件，位于所述壓力耦合面和所述法蘭面之間，具有被布置為對(duì)施加在所述壓力耦合面和所述法蘭面之間的加載力的分布進(jìn)行改變的特征。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的壓力變送器，包括附著機(jī)械裝置，被配置為在壓力耦合法蘭和平坦的壓力耦合面之間施加安裝力。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的壓力變送器，其中，接近所述壓力耦合面和所述法蘭面中的所述至少一個(gè)的邊緣施加所述安裝力。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的壓力變送器，其中，接近所述法蘭面和所述壓力耦合面的四個(gè)角中的每一個(gè)布置所述附著機(jī)械裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，所述特征包括斜面。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，所述特征包括可變區(qū)域。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，包括通過所述法蘭向所述壓力耦合面擴(kuò)展的第一和第二開口，以及其中，所述密封件圍繞所述第一和第二開口擴(kuò)展。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中，所述密封件與所述法蘭中的至少一個(gè)螺栓孔對(duì)齊。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，所述密封件包括承壓襯墊。
34.一種耦合壓力變送器的方法，所述壓力變送器用于測(cè)量工業(yè)過程的過程流體的壓力，所述方法包括在所述壓力變送器中的壓力傳感器處接收所施加的壓力；將具有法蘭面的壓力耦合法蘭耦合到壓力變送器的壓力耦合面，其中，所述法蘭面鄰接所述壓力耦合面，所述壓力耦合法蘭被配置為將過程流體傳送到所述壓力耦合面的開口 ；以及在所述壓力耦合法蘭和所述壓力耦合面之間放置密封件，所述密封件具有用于當(dāng)在所述壓力耦合面和所述法蘭面之間施加加載力時(shí)，對(duì)施加在所述壓力耦合面和所述法蘭面之間的加載力的分布進(jìn)行改變的特征。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，包括在壓力耦合法蘭和平坦的壓力耦合面之間施加安裝力。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述特征包括斜面。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述特征包括可變區(qū)域。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，包括提供通過所述法蘭向所述壓力耦合面擴(kuò)展的第一和第二開口，以及其中，所述密封件圍繞所述第一和第二開口二者擴(kuò)展。
39.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，所述密封件與所述法蘭中的至少一個(gè)螺栓孔對(duì)齊。
40.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述密封件包括承壓襯墊密封件。
全文摘要
用于測(cè)量工業(yè)工程中的過程流體的壓力的壓力變送器(10)，包括壓力傳感器(16)，該壓力傳感器具有與所施加的壓力有關(guān)的輸出。耦合到壓力傳感器(16)的測(cè)量電路(18、20)被配置為提供與所感測(cè)的壓力有關(guān)的變送器輸出。在其中具有開口(48、52)的壓力耦合面(60)，被布置為向壓力傳感器(16)傳送所施加的壓力。壓力耦合法蘭(13)具有鄰接壓力耦合面(60)的法蘭面(62)，被配置為將過程流體傳送到壓力耦合面(60)的開口(48、50)。提供了對(duì)壓力耦合面和法蘭面上的加載的力的分布進(jìn)行控制的特征。
文檔編號(hào)G01L9/00GK102365539SQ201080014253
公開日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者大衛(wèi)·A·布羅登, 安德魯·J·克洛西斯基, 弗雷德·C·西特勒 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司