КОРПУС С ЭЛЕМЕНТОМ ИНДИКАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H05K5/06 

Изобретение относится к корпусу с элементом индикации и управления для использования во взрывоопасных областях.

В промышленной технике измерений электронные приборы, в частности измерительные приборы, используются, как правило, в тех местах, где существует опасность взрыва. В качестве примеров здесь следует привести силосные хранилища муки, заправочные станции и химические установки, где могут возникать взрывчатые газы.

Часто используемыми измерительными приборами являются, например, расходомеры, уровнемеры и манометры.

К приборам, используемым во взрывоопасных областях, предъявляются особые требования безопасности. Они имеют целью устранение или предотвращение искрообразования, которое при определенных условиях могло бы вызвать взрыв, чтобы возникшая внутри замкнутого помещения искра не оказывала воздействий на окружающее пространство. Эта цель достигается различными путями, которые в соответствующих европейских нормах называются видами взрывозащиты.

Так, например, согласно европейской норме EN 50020 от 1994 г., взрывозащита обеспечена тогда, когда приборы выполнены в соответствии с описанным в нем классом защиты под названием «искробезопасность» (Ex-i). В соответствии с этим классом защиты значения электрических параметров ток, напряжение и мощность в приборе должны быть в любое время соответственно ниже заданного предельного значения. Три предельных значения выбраны так, что в случае дефекта, например в результате короткого замыкания, максимально возникающего тепла недостаточно, чтобы создать воспламеняющую искру. Ток поддерживается ниже заданных предельных значений, например, резисторами, напряжение - полупроводниковыми стабилитронами, а мощность - соответствующей комбинацией ограничивающих ток и напряжение элементов.

Другой класс защиты, известный под названием «взрывонепроницаемая оболочка» (Ex-d), описан в европейской норме EN 50018 от 1994 г. Приборы, выполненные в соответствии с этим классом защиты, имеют взрывонепроницаемый корпус, благодаря которому возникший внутри него взрыв не может передаваться во внешнее пространство. Чтобы обладать достаточной механической прочностью, взрывонепроницаемые корпуса выполнены толстостенными, из-за чего они тяжелы и дороги.

В США, Канаде, Японии и других странах существуют стандарты, сопоставимые с этими европейскими нормами.

Требования взрывозащиты относятся, конечно, не только к самому измерительному прибору, но и к элементам индикации и управления, используемым во взрывоопасных областях. Элементы индикации служат, например, для указания измеренных значений на месте. Посредством элементов управления можно, например, на месте производить настройки прибора или вводить параметры управления.

Элементы индикации и управления расположены сегодня по причинам взрывозащиты нередко во внутренних пространствах корпуса измерительного прибора или в отдельных частях корпуса, закрытых, например, взрывонепроницаемой крышкой. Подобные крышки имеют, как правило, смотровое окошко, обеспечивающее считывание показания. Можно оснастить элемент управления оптическими клавишами, которые можно нажимать через смотровое окошко. Менее дорогие механические клавиши нажимать через крышку невозможно. Крышка представляет собой дополнительную деталь, с которой связано повышение производственных расходов.

Задачей изобретения является создание корпуса с элементом индикации и управления, который можно было бы использовать во взрывоопасных областях и который был бы недорог в изготовлении.

Для этого предлагается корпус с внутренним пространством для размещения электроники, имеющий снаружи выемку, в которой расположен элемент индикации и управления, присоединительные провода которого через взрывонепроницаемый ввод введены во внутреннее пространство, элемент индикации и управления окружен со всех сторон взрывонепроницаемой прозрачной заливочной массой, которая заполняет оставшиеся в выемке полости и закупоривает выемку наружу.

Согласно одному варианту, ввод представляет собой металлическую вставку, имеющую первый участок, ввинченный в соединяющее внутреннее пространство с выемкой резьбовое отверстие.

Согласно одной модификации этого варианта, ввод имеет граничащий с первым участком второй участок, который облицовывает выемку и имеет открытое наружу в обращенном от первого участка направлении внутреннее пространство, в котором расположен элемент индикации и управления.

Согласно другому варианту, первый участок имеет на своей направленной внутрь корпуса стороне открытую к внутреннему пространству выемку, в которую помещена взрывонепроницаемая заливочная масса, в частности заливочная смола, окружающая присоединительные провода.

Согласно другому варианту, элемент индикации и управления содержит оптические клавиши, нажимаемые через заливочную массу.

Согласно другому варианту, элемент индикации и управления содержит механические клавиши, нажимаемые через закрытое клавишной крышкой углубление в заливочной массе и питаемые через находящиеся в корпусе, ограничивающие ток и напряжение элементы.

Согласно другому варианту, элемент индикации и управления соединен с вставкой, а вставка выполнена с возможностью вращения в желаемое положение и фиксации посредством крепежа.

Согласно другому варианту, во внешнюю канавку первого участка помещено предохранительное кольцо.

Изобретение и другие преимущества более подробно поясняются с помощью чертежа, на котором изображен пример его осуществления; одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями. На чертеже представляют:

- фиг.1: разрез выполненного по классу защиты Ex-d корпуса с элементом индикации и/или управления с оптическими клавишами;

- фиг.2: разрез взрывонепроницаемого корпуса с элементом индикации и/или управления с механическими клавишами;

- фиг.3: элемент индикации и управления из фиг.2.

На фиг.1 изображен разрез первого примера выполнения корпуса 1 с элементом 3 индикации и/или управления.

Корпус 1 представляет собой, например, корпус измерительного прибора, например расходомера, манометра или уровнемера. Он имеет внутреннее пространство 5 для размещения электроники 7, например изображенной на фиг.1 лишь схематично электроники измерительного прибора.

Корпус 1 состоит из металла, например алюминия, и выполнен взрывонепроницаемым. За счет этого возникший внутри корпуса взрыв не может передаваться во внешнее пространство. Соответственно корпус 1 может использоваться во взрывоопасных областях.

Корпус 1 имеет снаружи выемку 9, в которой расположен элемент 3 индикации и управления. В изображенном примере выемка 9 образована открытым наружу, отформованным на корпусе 1 полым цилиндрическим элементом 11.

Элемент 3 индикации и управления содержит печатную плату 13, на которой расположены клавиши 15 и дисплей 17. Клавиши 15 и дисплей 17 смонтированы непосредственно на печатной плате 13 и окружены также закрепленным на печатной плате 13 пластмассовым держателем 18. При этом могут использоваться как традиционные печатные платы, так и трехмерные литые схемы, так называемые 3D MID's (3 Dimensional Molded Interconnection Devices).

Элемент З индикации и управления содержит присоединительные провода 19, введенные через взрывонепроницаемый ввод во внутреннее пространство 5 корпуса 1.

Взрывонепроницаемый ввод содержит металлическую вставку 21, например из стали. Она имеет первый участок 23, ввинченный в соединяющее внутреннее пространство 5 с выемкой 9 резьбовое отверстие 25. За счет этого свинчивания вставка 21 взрывонепроницаемо соединена снаружи с корпусом 1.

С первым участком 23 граничит второй участок 27, облицовывающий выемку 9. Второй участок 27 имеет открытое наружу в обращенном от первого участка 23 направлении внутреннее пространство, в котором расположен элемент 3 индикации и управления. Второй участок 27 имеет в изображенном примере форму закрытого с одного конца дном 29 полого цилиндра, внешние боковые поверхности которого непосредственно прилегают к соответствующим внутренним боковым поверхностям выемки 9.

Первый участок 23 представляет собой сплошной цилиндр, имеющий на своей направленной во внутреннее пространство 5 корпуса 1 стороне открытую к внутреннему пространству 5 выемку 31, через которую пропущены присоединительные провода 19. Присоединительные провода 19 объединены в изображенном примере в плоский кабель. В выемку 31 помещена взрывонепроницаемая заливочная масса 33, в частности заливочная смола, например полиуретан, окружающая присоединительные провода 19. Преимущественно применяют материал с твердостью по Шору 70-80 единиц. Взрывонепроницаемость заливочной массы 33 обеспечивает взрывонепроницаемость ввода.

Элемент 3 индикации и управления окружен со всех сторон взрывонепроницаемой прозрачной заливочной массой 35. Для этого пригодна, например, эпоксидная смола или полиуретан. Также здесь применяют преимущественно материал с твердостью по Шору 70-80 единиц. Заливочная масса 35 заполняет оставшиеся в выемке 9 полости и закупоривает выемку 9 наружу.

Для электромагнитной совместимости элемент 3 индикации и управления преимущественно покрыт электропроводящим слоем 37, электрически соединенным со вставкой 21 и корпусом 1. Проводящий слой 37 состоит, например, из проводящей пленки или листовой штампованной детали и имеет выемки, открывающие клавиши 15 и дисплей 17.

В изображенном примере проводящий слой 37 расположен заподлицо с передней стороной выемки 9 и находится в электропроводящем соединении с имеющей здесь форму кольцевой шайбы торцевой поверхностью вставки 21. За счет непосредственного контакта между вставкой 21 и корпусом 1 возникает одновременно электропроводящее соединение с корпусом 1. Снаружи проводящего слоя 37 находится имеющий здесь форму круговой шайбы слой заливочной массы 35. Его наружный диаметр равен наружному диаметру вставки 21. Это дает то преимущество, что элемент 3 индикации и управления может быть предварительно смонтирован во вставке 21 и окружен заливочной массой 35, а полученный, таким образом, блок может быть затем встроен в корпус 1.

При изготовлении вставку 21 оснащают элементом 3 индикации и/или управления и пропускают его присоединительные провода 19. Затем наносят проводящий слой 37 и полученный, таким образом, блок помещают в соответствующую фасонную деталь и заливают. После отверждения заливочной массы 35 она образует взрывонепроницаемый запор.

Другие конструктивные элементы, например, используемые обычно в уровне техники, выполняемые в соответствии с правилами взрывозащиты взрывонепроницаемые стеклянные крышки, для запирания корпуса 1 и/или элемента 3 индикации и управления не требуются. Благодаря этому достигается то, что расходы на изготовление заметно сокращены по сравнению с уровнем техники.

У изображенного на фиг.1 примера клавиши 15 являются оптическими клавишами, выполненными с возможностью нажатия через находящуюся над ними прозрачную заливочную массу 35.

В качестве альтернативы могут использоваться также более дешевые механические клавиши 39. На фиг.2 изображен разрез взрывонепроницаемого корпуса 1 с элементом 3 индикации и управления с механическими клавишами 39. На фиг.3 изображен элемент индикации и управления из фиг.2. Вследствие большого совпадения с примером на фиг.1 ниже более подробно поясняются только отличия. Они возникают из-за того, что вместо изображенных на фиг.1 оптических клавиш 15 здесь предусмотрены механические клавиши 39. Для каждой механической клавиши 39 в заливочной массе 35 выполнено углубление 41, обнажающее клавиши 39. Клавиши 39 расположены заподлицо с передней стороной заливочной массы 35. Снаружи углубления 41 и окружающая их область заливочной массы 35 закрыты клавишной крышкой 43. Клавишная крышка 43 представляет собой, например, слой эластомера, приклеенный к заливочной массе 35. За счет углублений 41 взрывонепроницаемая оболочка элемента 3 индикации и управления прервана в этой области. На обращенной от клавиш 39 стороне печатной платы 13 заливочная масса 35, находящаяся между дном 29 вставки 21 и печатной платой 13, обеспечивает, однако, как и в примере на фиг.1, взрывонепроницаемый запор.

Питание элемента 3 индикации и управления происходит через находящиеся внутри корпуса 1, ограничивающие ток и напряжение элементы 45, преимущественно в соответствии с описанным выше классом защиты Ex-i. Если внутреннее пространство корпуса 1 взрывонепроницаемо закрыто, то для этого достаточно коммутировать ограничивающие ток и напряжение элементы 45 между электроникой 7 и присоединительными проводами 19. Если вся находящаяся внутри корпуса 1 электроника 7 уже выполнена в соответствии с классом защиты Ex-i, то можно отказаться от ограничивающих ток и напряжение элементов 45.

Вставка 21 ввинчена в резьбовое отверстие 25. Это резьбовое соединение обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что вставка 21 и, тем самым, соединенный с ней элемент 3 индикации и управления может быть повернут в нужное положение. Когда вставка 21 находится в нужном положении, то ее фиксируют преимущественно посредством крепежа 47, препятствующего дальнейшему вращению. Для этого пригодны, например, изображенные на фиг.1 и 2 фиксирующие штифты 49, ввинчиваемые соответственно через резьбовое отверстие в полом цилиндрическом элементе 11 к вставке 21.

Преимущественно дополнительно предусмотрен предохранительный элемент, препятствующий чрезмерному вывинчиванию вставки 21 при настройке желаемого положения. В большинстве применений достаточно длины резьбы около 15 мм, чтобы обеспечить достаточную взрывонепроницаемость. Эта предписанная, как правило, национальными правилами длина резьбы не должна быть уменьшена. В изображенных примерах в качестве предохранительного элемента предусмотрено предохранительное кольцо 51, помещенное во внешнюю канавку на первом участке 23.

Благодаря предохранительному кольцу 51 вставка 21 может быть вывинчена лишь до тех пор, пока оно не упрется в граничащую с резьбовым отверстием 25 боковую поверхность 53.

Изобретение относится к области электрорадиотехники. Техническим результатом является обеспечение возможности работы во взрывоопасных областях и снижение стоимости изготовления. Взрывонепроницаемый корпус измерительного прибора с внутренним пространством (5) для размещения электроники (7) измерительного прибора имеет снаружи выемку (9), в которой расположен элемент (3) индикации и управления, присоединительные провода (19) которого через взрывонепроницаемый ввод введены во внутреннее пространство (5). Элемент (3) индикации и управления окружен со всех сторон взрывонепроницаемой прозрачной заливочной массой (35), которая заполняет оставшиеся в выемке (9) полости и закупоривает выемку (9) наружу. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Корпус (1) для измерительного прибора с внутренним пространством (5) для размещения электроники (7) измерительного прибора, имеющий снаружи выемку (9), в которой расположен элемент (3) индикации и управления, присоединительные провода (19) которого через взрывонепроницаемый ввод введены во внутреннее пространство (5), у которого элемент (3) индикации и управления окружен со всех сторон взрывонепроницаемой прозрачной заливочной массой (35), которая заполняет оставшиеся в выемке (9) полости и закупоривает выемку (9) наружу.2. Корпус по п.1, у которого ввод представляет собой металлическую вставку (21), имеющую первый участок (23), ввинченный в соединяющее внутреннее пространство (5) с выемкой (9) резьбовое отверстие (25).3. Корпус по п.2, у которого ввод имеет граничащий с первым участком (23) второй участок (27), который облицовывает выемку (9) и имеет открытое наружу в обращенном от первого участка (23) направлении внутреннее пространство, в котором расположен элемент (3) индикации и управления.4. Корпус по п.2, у которого первый участок (23) имеет на своей направленной внутрь корпуса (1) стороне открытую к внутреннему пространству (5) выемку (31), в которую помещена взрывонепроницаемая заливочная масса (33), в частности, заливочная смола, окружающая присоединительные провода (19).5. Корпус по п.1, у которого элемент (3) индикации и управления содержит оптические клавиши (15), нажимаемые через заливочную массу (35).6. Корпус по п.1, у которого элемент (3) индикации и управления содержит механические клавиши (39), нажимаемые через закрытое клавишной крышкой (43) углубление (41) в заливочной массе (35) и питаемые через находящиеся в корпусе (1), ограничивающие ток и напряжение элементы (45).7. Корпус по п.2, у которого элемент (3) индикации и управления соединен со вставкой (21), выполненной с возможностью вращения в желаемое положение и фиксации посредством крепежа (47).8. Корпус по п.1 или 7, у которого во внешнюю канавку первого участка (23) помещено предохранительное кольцо (51).