МОДУЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ С ДВУМЯ ОТДЕЛЕНИЯМИ Российский патент 2015 года по МПК G01K1/02 G01K7/00 

Уровень техники

[0001] Обрабатывающая промышленность применяет преобразователи рабочего параметра для отслеживания рабочих параметров, связанных с веществами, такими как твердые частицы, растворы, жидкости, пары и газы, на химических, целлюлозных, нефтяных, фармацевтических, пищевых и других обрабатывающих предприятиях. Рабочие параметры включают давление, температуру, поток, уровень, мутность, плотность, концентрацию, химический состав и другие свойства. Преобразователь температуры рабочей текучей среды обеспечивает выход, относящийся к воспринимаемой температуре рабочей текучей среды. Выход преобразователя температуры может быть связан по рабочему контуру связи с пунктом управления, или выход может быть связан с другим рабочим устройством так, что процесс можно отслеживать и процессом можно управлять. Для того чтобы отслеживать температуру рабочей текучей среды, преобразователь включает или соединен с датчиком, таким как резистивное температурное устройство (RTD) или термопара.

[0002] Один конкретный тип преобразователя температуры известен как преобразователь температуры с установкой на головке. Такой преобразователь в общем включает соединительную головку или распаечную коробку, которая упрочнена для подвергания воздействию агрессивных сред. Соединительная головка может быть выполнена в соответствии с требованиями современного стандарта DIN 43 729 Form B. Такая конструкция имеет относительно меньший размер, чем другие корпусы преобразователя рабочего параметра. Меньшая конструкция облегчает установку преобразователя в загруженных средах установки. Дополнительно, меньшая конструкция также обеспечивает меньшую массу, соединяемую с зондом датчика. Такое уменьшение массы уменьшает возможность вибрационного повреждения, возникающего в преобразователе.

[0003] Соединительная головка или распаечная коробка может быть взрывобезопасной в соответствии с NEC Sections 500-503, датированными 1996 г. Обычно внутри соединительной головки размещается и с помощью крепежей устанавливается электронный модуль для обеспечения преобразователя, который является высокомодульным. Такая модульность облегчает изменения конфигурации преобразователя, а также его обслуживание. Примером такого преобразователя температуры с установкой на головке является преобразователь температуры Model 248, выпускаемый Rosemount Inc. Чанхассен, Миннесота.

[0004] Другой специальный тип преобразователей температуры известен как преобразователь температуры с установкой на рейке. Преобразователь температуры с установкой на рейке может включать большое количество такой же электроники, как и преобразователь температуры с установкой на головке, но выполнен с возможностью установки непосредственно на стенке или рейке DIN.

[0005] Третий конкретный тип преобразователя температуры в общем определен для очень высокоточных применений и/или сред, которые обеспечивают проблему электромагнитной помехи. В таких ситуациях обеспечен взрывобезопасный корпус с двумя отделениями. Обычно внешняя проводка для проводников рабочего контура связи и провода датчика обеспечены в первом отделении, а электроника преобразователя обеспечена во втором отделении. Этот подход достигает необходимую устойчивость к воздействию окружающей среды путем использования двух отделений для того, чтобы изолировать внешнюю проводку от измерительной электроники с помощью фильтра EMI (электромагнитных помех), размещенного между первым и вторым отделениями. В некоторых случаях фильтр не используется, и проводники просто проходят через проход между первым и вторым отделениями. Несмотря на то, что преобразователь температуры с двумя отделениями обычно требует дополнительных затрат, затраты нивелируются крайней устойчивостью и/или точностью, обеспечиваемыми устройством.

[0006] Обеспечение трех различных типов преобразователей температуры в общем требует, чтобы потребитель выбирал один конкретный тип и принимал различные преимущества/недостатки функционирования и/или стоимости выбранного типа. Обеспечение предложения изделия преобразователя температуры, которое потенциально может охватывать некоторые из различных типов применений и стоимостные требования, будет позволять потребителям выбирать изделия, потенциально более подходящие для их особых применений.

Сущность изобретения

[0007] Преобразователь температуры включает корпус с двумя отделениями и электронный модуль преобразователя температуры с установкой на головке. Корпус с двумя отделениями имеет первое отделение и второе отделение. Первое отделение выполнено с возможностью приема внешней проводки в клеммном блоке через по меньшей мере одну трубку. Первое и второе отделения разделены, за исключением прохода для электропроводки между ними. Электронный модуль преобразователя температуры с установкой на головке расположен во втором отделении и функционально соединен с клеммным блоком в первом отделении.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг. 1 представляет собой схематический разобранный вид преобразователя температуры с двумя отделениями в соответствии с известным уровнем техники.

[0009] Фиг. 2 представляет собой схематический вид преобразователя температуры с установкой на головке в соответствии с известным уровнем техники.

[0010] Фиг. 3 представляет собой вид сверху электроники преобразователя температуры с установкой на головке.

[0011] Фиг. 4 представляет собой схематический разобранный вид модульного преобразователя температуры с двумя отделениями в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.

[0012] Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе модуля адаптера в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.

[0013] Фиг. 6A-6C иллюстрируют один пример соединения преобразователя температуры с установкой на головке с модулем адаптера в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.

[0014] Фиг. 7 иллюстрирует вид с местным разрезом в перспективе и вид снизу в перспективе преобразователя температуры с установкой на головке в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.

[0015] Фиг. 8 иллюстрирует вид с местным разрезом преобразователя температуры с установкой на головке в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.

Подробное описание иллюстративных вариантов выполнения

[0016] Фиг. 1 представляет собой схематический разобранный вид преобразователя температуры с двумя отделениями в соответствии с известным уровнем техники. Преобразователь 10 включает корпус 12 с двумя отделениями, имеющий первую сторону 14 и вторую сторону 16. Соответственные крышки 18, 20, соединяемые с первой стороной 14 и второй стороной 16, изолируют электронику 22 преобразователя внутри взрывобезопасного корпуса. Пара входов трубки (один из которых показан ссылочной позицией 24) обеспечивает доступ к внешней проводке, такой как рабочий контур связи. Дополнительно, один или более датчиков температуры в общем соединен с электроникой 22 преобразователя с помощью входа трубки. Внешняя проводка входит в преобразователь 10 через трубки и проходит в ближайший к первому отделению конец 14. В этом отделении расположен клеммный блок для приема внешней проводки и создания защищенного электрического и механического соединения с внешней проводкой. Стенка внутри корпуса 12 отделяет первое отделение от второго отделения (внутри которого находится электронный модуль 22). Стенка является полностью непрерывной за исключением прохода, который обеспечивает соединения электропроводки между первым отделением и вторым отделением. Дополнительно, обеспечены один или более фильтров электромагнитных помех для подавления любой электромагнитной помехи, которая может быть проведена по проходу. Изолирование первого отделения от второго отделения помогает увеличивать устойчивость всего корпуса и облегчает соблюдение правил безопасности, таких как дополнительные классы взрывобезопасности, такие как Класс 1, Раздел 1, Группа a.

[0017] Электронный модуль 22 электрически соединен с контактами внутри ближайшего ко второму отделению конца 16 и с помощью аппаратного обеспечения, программного обеспечения или и того, и другого выполнен с возможностью получения измерения рабочей температуры от прикрепленного датчика температуры и генерирования выхода параметра рабочей температуры по рабочему контуру связи. В определенных примерах внешнее изображение выхода рабочей температуры может быть показано с помощью модуля 26 LCD, который является видимым через окно 28 концевой крышки 20.

[0018] Преобразователь температуры с двумя отделениями в общем представляет решение наиболее устойчивого, высокоточного, одноточечного измерения температуры, предлагаемое производителями. Оно также в общем является наиболее дорогостоящим решением измерения температуры для потребителя.

[0019] Другой тип преобразователя температуры известен как преобразователь температуры с установкой на головке. Фиг. 2 представляет собой схематический вид преобразователя 50 температуры с установкой на головке в соответствии с известным уровнем техники. Преобразователь 50 включает корпус 52, соединенный с чувствительным к температуре зондом 54, имеющим датчик 56 температуры, расположенный внутри термокармана. Датчик 56 температуры функционально соединен с электроникой 58 преобразователя с установкой на головке с помощью проводников 60. Для того, чтобы предоставлять крайне маленький форм-фактор, электроника 58 в общем обеспечена в форме маленького круглого шайбообразного устройства, при этом концы проводки выполнены непосредственно на его верхней поверхности 62. Соединения с рабочим контуром связи выполнены с помощью входа 64 трубки.

[0020] Фиг. 3 представляет собой вид сверху электроники 62 преобразователя температуры с установкой на головке. Различные клеммы 60 обеспечены на ее верхней поверхности для соединения с датчиком температуры, таким как термопара или резистивное температурное устройство (RTD). Соединение электроники 62 с рабочим контуром связи в общем выполнено с помощью клемм 66 через вход 64 трубки. Обеспечено множество крепежей 68 для закрепления электроники 62 внутри корпуса 52. Доступ к проводам датчика температуры в общем обеспечен с помощью центрального отверстия 70. Устройство, показанное на Фиг. 2 и 3, в общем может быть выполнено более дешевым, чем устройство, проиллюстрированное на Фиг. 1. Однако устройство, показанное на Фиг. 2 и 3, не может быть достаточно надежным для некоторых применений измерения рабочей температуры и/или может быть более восприимчивым к электромагнитным помехам, чем устройство, проиллюстрированное на Фиг. 1. Более того, если электроника 62 датчика выйдет из строя или будет необходимо ее заменять или модернизировать, вся внешняя проводка в общем должна быть отсоединена для того, чтобы удалять электронику 62 из корпуса 52.

[0021] Фиг. 4 представляет собой схематический разобранный вид модульного преобразователя температуры с двумя отделениями в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Преобразователь 100 включает корпус 112, который фактически может быть идентичным корпусу 12, описанному на Фиг. 1. Преобразователь 112 имеет первое отделение 114 для приема и соединения внешней проводки, такой как проводники рабочей связи и/или проводники датчика. Второе отделение 116 принимает и удерживает электронику преобразователя. Однако вместо электроники преобразователя, такой как модуль 22, проиллюстрированный на Фиг. 1, обеспечен модульный адаптер 118, который создает электрический контакт со взаимодействующими штырями или другими пригодными проводниками внутри второго отделения 116 почти таким же образом, каким если бы создавал известный электронный модуль. Однако далее эти электрические соединения направляются в подходящие положения на модуле 118 для того, чтобы электрически соединяться с электронным модулем 120 преобразователя температуры форм-фактора с установкой на головке. Модуль 120 включает концевую поверхность, которая включает несколько винтовых клемм, которые будут позволять модулю 120 функционировать в качестве преобразователя температуры с установкой на головке. Электронный модуль 120 преобразователя включает электронику преобразователя, которая выполнена с возможностью измерения электрического свойства датчика температуры и обеспечения его показания по рабочему контуру связи. Электронному модулю 120 преобразователя предпочтительно придан размер с возможностью установки внутри всех применяемых корпусов с установкой на головке DIN. Предпочтительно, чтобы электронный модуль 120 преобразователя имел диаметр 6,096 см или меньше для того, чтобы помещаться внутри применений с установкой на головке по DIN A. Дополнительно предпочтительно, чтобы электронный модуль 120 преобразователя имел диаметр 4,318 см или меньше для размещения внутри применений с установкой на головке по DIN В. Стандарт DIN является известным стандартом, который устанавливает ограничения пространства в соединительной головке. Больше информации относительно стандарта DIN может быть найдено из изучения стандарта DIN 43 729.

[0022] Модуль 118 адаптера включает несколько элементов 122, которым придан размер и которые размещены с возможностью удержания электронного модуля 120 преобразователя в уникальном вращательном положении. В качестве примера варианта выполнения настоящего изобретения корпус 112 может быть идентичным корпусу, который в настоящее время продается в сочетании с преобразователем давления с двумя отделениями Model 3144P, выпускаемым Rosemount Inc., Чанхассен, Миннесота. Дополнительно, электронный модуль 120 преобразователя может представлять собой электронный модуль, продаваемый в сочетании с преобразователем температуры Model 644. Это обычно более дешевое устройство, чем традиционный электронный модуль преобразователя температуры с двумя отделениями. Более того, несмотря на то, что электронный модуль 120 преобразователя будет иметь клеммы для приема внешней проводки, никакой такой внешний провод не будет соединен с этими клеммами. Вместо этого, внешняя проводка преобразователя 100 выполняется внутри первого отделения 114 и пропускается через проход, образуя электрические соединения внутри модуля 118 адаптера. Далее эти электрические соединения соединяются с электронным модулем 120 преобразователя любым пригодным образом.

[0023] Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе модуля 118 адаптера в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Модуль 118 адаптера включает несколько установочных отверстий 124 для установки внутри второго отделения 116.

[0024] Как изложено выше, электрическое взаимное соединение между электронным модулем 120 преобразователя и модулем 118 адаптера может быть выполнено любым пригодным образом. Фиг. 6A-6C иллюстрируют один пример такого соединения. В этом примере электрические соединения по-прежнему выполнены с винтовыми клеммами на верхней поверхности электронного модуля 120 преобразователя. Однако так как электронный модуль 120 преобразователя должен быть опущен в требуемое положение, сами электрические соединители должны быть подвижными для того, чтобы вмещать установку электронного модуля 120 преобразователя в модуль 118 адаптера. Как только электронный модуль 120 преобразователя устанавливается внутри модуля 118 адаптера, соединители модуля 118 перемещаются обратно в требуемое положение и привинчиваются к клеммам на верхней поверхности электронного модуля 120 преобразователя. Фиг. 6A иллюстрирует один такой электрический соединитель 130 и показывает обведенный кружком 132 соединитель 130 в отцепленном состоянии. Фиг. 6B иллюстрирует по существу увеличенный вид в перспективе участка соединителя 130. В частности, соединитель 130 включает шарнир 134, который позволяет валу 136 вращаться в направлении стрелок 138. Это позволяет c-образному участку 140 перемещаться в сторону, когда электронный модуль 120 преобразователя опускается в его установочное положение. В дополнение к способности штыря поворачиваться в сторону от электронного модуля 120 преобразователя штырю также необходимо перемещаться вертикально так, чтобы освобождать край корпуса. Секция штыря, показанная на Фиг. 6B, обеспечивает вертикальное перемещение. Если секция сужена так, что нижняя часть находится выше, чем верхняя, будет создано электрическое соединение между двумя частями штыря в этом соединении, когда штырь завинчивается, как показано на Фиг. 6C. Как только электронный модуль 120 преобразователя корректно устанавливается, клеммы поворачиваются обратно в их зацепленное положение и совмещаются с винтовыми клеммами модуля 120. Фиг. 6C показывает такое состояние.

[0025] В соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения может быть обеспечен новый электронный модуль 200 преобразователя с установкой на головке, который включает проводники, размещенные внутри его основания так, что соответствующие штыри в модуле 118 адаптера могут автоматически совмещаться с этими проводниками для обеспечения электрического контакта. В этой ситуации не требуется использовать винтовые клеммы модуля 200. Фиг. 7 иллюстрирует вид с местным разрезом в перспективе модуля 200, а также его вид снизу в перспективе. Фиг. 8 иллюстрирует увеличенный вид с местным разрезом штыря 212, углубленного в отверстии 216, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Каждая винтовая клемма 210 электрически соединена с проводником 212, который расположен вблизи участка 214 основания. Основание 214 включает поверхность 215 взаимного соединения, которая предпочтительно включает несколько дырок или отверстий 216 для по существу углубления проводников 212 от поверхности 215 взаимного соединения. Таким образом, электрический контакт с проводниками 212 может быть выполнен только с помощью штыря пригодного размера, проходящего в отверстие 216, расположенное на поверхности 215 взаимного соединения для того, чтобы совмещаться с соответственным проводником 212. Предпочтительно, такое электрическое соединение выполняется с использованием подпружиненных контактных штырей, находящихся на и продолжающихся от поверхности модуля 118 адаптера.

[0026] Одна проблема, которая возникает для некоторых вариантов выполнения настоящего изобретения, возникает во время использования термопарных датчиков. В особенности, проблема относится к способности вариантов выполнения настоящего изобретения точно измерять температуру холодного спая. Обычно встроенный платиновый термометр сопротивления (PRT) используется для измерения температуры клемм датчика. В лучшем случае PRT будет размещен как можно ближе к клеммовым соединениям. В конфигурации, показанной на Фиг. 4, встроенный PRT в электронном модуле (или шайбе) 120 преобразователя не может быть использован для компенсирования напряжения холодного спая, так как он находится слишком далеко от клеммовых соединений датчика, так как клеммовые соединения датчика расположены в первом отделении 114 корпуса 112, и именно там встречаются потенциально разнородные металлы спая. Современные корпусы с двумя отделениями должны иметь клеммный блок, который включает платиновый термометр сопротивления. В соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения платиновый термометр сопротивления клеммного блока корпуса с двумя отделениями соединен с электронным модулем 120 преобразователя так, что шайба 120 по-прежнему может выполнять компенсацию холодного спая при использовании в такой конструкции. Более того, шайба 120 может включать перемычку, переключатель или автоматическую схему восприятия для отключения его внутреннего PRT холодного спая и использования внешнего входного PRT холодного спая из клеммного блока, расположенного в первом отделении. Электронный модуль 120 преобразователя может быть выполнен с возможностью автоматического обнаружения, соединен ли он с модулем 118 адаптера, посредством импульса тока стандартного датчика обрыва. Если электронная шайба 120 не соединена с модулем 118 адаптера, диагностика тока будет обнаруживать высокое сопротивление, и шайбе будет известно, что она не соединена. Диагностика будет позволять устройству понимать, какой PRT использовать для компенсации холодного спая, без вмешательства пользователя.

[0027] Варианты выполнения, описанные выше, позволяют использовать относительно более дешевый электронный модуль типа с установкой на головке в сочетании с корпусом с двумя отделениями для получения дополнительной надежности и/или для уменьшения восприимчивости к электромагнитным помехам. Считается, что варианты выполнения настоящего изобретения будут обеспечивать устройство, которое является более устойчивым, чем традиционный преобразователь температуры с установкой на головке, но менее дорогостоящим, чем традиционный преобразователь температуры с двумя отделениями.

[0028] Несмотря на то что настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты выполнения, специалист в области техники примет во внимание, что могут быть выполнены изменения формы и детали без отклонения от замысла и объема охраны изобретения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температуры среды в различных областях техники. Преобразователь (100) температуры включает корпус (112) с двумя отделениями и электронный модуль (120) преобразователя температуры с установкой на головке. Корпус (112) с двумя отделениями имеет первое отделение (114) и второе отделение (110). Первое отделение (114) выполнено с возможностью приема внешней проводки в клеммном блоке по одной трубке. Первое (114) и второе отделения (116) разделены, за исключением прохода электропроводки между ними. Электронный модуль (120) преобразователя температуры с установкой на головке расположен во втором отделении (116) и функционально соединен с клеммным блоком в первом отделении (114). Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Преобразователь температуры, содержащий:
корпус с двумя отделениями, имеющий первое отделение и второе отделение, причем первое отделение выполнено с возможностью приема внешней проводки в клеммном блоке через по меньшей мере одну трубку, причем первое и второе отделения разделены, за исключением прохода электропроводки между ними; и
электронный модуль преобразователя температуры с установкой на головке, расположенный во втором отделении и функционально соединенный с клеммным блоком в первом отделении;
модуль адаптера, расположенный во втором отделении и электрически включенный между электронным модулем преобразователя температуры с установкой на головке и клеммным блоком.

2. Преобразователь температуры по п. 1, в котором модулю адаптера придан размер с возможностью приниматься вторым отделением, и который включает по меньшей мере один выравнивающий элемент, выполненный с возможностью удержания преобразователя температуры с установкой на головке в уникальном вращательном положении.

3. Преобразователь температуры по п. 2, в котором модуль адаптера включает несколько электрических соединителей, выполненных с возможностью зацепления электронного модуля преобразователя температуры с установкой на головке, когда он удерживается в уникальном вращательном положении.

4. Преобразователь температуры по п. 3, в котором по меньшей мере один из электрических соединителей выполнен с возможностью поворачиваться между отцепленным положением, которое обеспечивает зазор для электронного модуля преобразователя температуры с установкой на головке, и зацепленным положением, в котором соединитель соединяется с винтовой клеммой на верхней поверхности электронного модуля преобразователя температуры с установкой на головке.

5. Преобразователь температуры по п. 3, в котором по меньшей мере один из соединителей доступен через углубление в поверхности электронного модуля преобразователя температуры с установкой на головке, которая противоположна концевой поверхности.

6. Преобразователь температуры по п. 1, при этом дополнительно содержащий резистивное температурное устройство, соединенное с клеммным блоком и функционально соединенное с электронным модулем преобразователя температуры с установкой на головке для обеспечения компенсации холодного спая.

7. Преобразователь температуры по п. 6, в котором электронный модуль преобразователя температуры с установкой на головке выполнен с возможностью автоматического обнаружения соединения резистивного температурного устройства для обеспечения компенсации холодного спая.

8. Преобразователь температуры по п. 6, в котором электронный модуль преобразователя температуры с установкой на головке включает контур для выборочного соединения резистивного температурного устройства с электронным модулем преобразователя температуры с установкой на головке.

9. Преобразователь температуры по п. 1, в котором электронный модуль преобразователя температуры с установкой на головке соединен с клеммным блоком посредством фильтра электромагнитных помех.

10. Преобразователь температуры с установкой на головке, содержащий:
корпус с двумя отделениями, имеющий первое отделение и второе отделение, причем первое отделение выполнено с возможностью приема внешней проводки в клеммном блоке через по меньшей мере одну трубку, причем первое и второе отделения разделены, за исключением прохода электропроводки между ними; и
электронный модуль преобразователя температуры с установкой на головке, расположенный во втором отделении и функционально соединенный с клеммным блоком в первом отделении, модуль адаптера, расположенный во втором отделении и электрически включенный между электронным модулем преобразователя температуры с установкой на головке и клеммным блоком;
причем модуль адаптера содержит концевую поверхность, включающую множество винтовых клемм; и поверхность взаимного соединения, противоположную концевой поверхности, причем поверхность взаимного соединения имеет множество отверстий и множество проводников, причем каждый проводник соединен с одной или более винтовой клеммой, проходит к поверхности взаимного соединения и углублен в поверхности взаимного соединения в одном из множества отверстий.

11. Преобразователь температуры с установкой на головке по п. 10, причем преобразователь является круглым и имеет диаметр 6,096 см или меньше.

12. Преобразователь температуры с установкой на головке по п. 11, причем преобразователь имеет диаметр 4,318 см или меньше.

13. Преобразователь температуры с установкой на головке по п. 10, причем преобразователь температуры с установкой на головке выполнен с возможностью автоматического обнаружения соединения резистивного температурного устройства для обеспечения компенсации холодного спая на основании внешнего датчика температуры.