ЕМКОСТНЫЙ СЕНСОРНЫЙ ИНТЕРФЕЙСНЫЙ БЛОК Российский патент 2016 года по МПК G06F1/16 H05K7/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ

Настоящее изобретение относится к емкостным сенсорным интерфейсным блокам и технологиям их изготовления.

Технологические трансмиттеры используются на промышленных объектах во многих производственных процессах. Например, они могут включать датчик для измерения давления, температуры, вибрации, расхода или практически любого другого параметра, связанного с производственным процессом, и/или могут включать привод или другое устройство, которое осуществляет управление, контроль или иным образом взаимодействует с производственным процессом. Многие промышленные объекты расположены в агрессивных средах или могут подвергаться риску пожара, взрыва или вибрации и, поэтому, технологические трансмиттеры должны, как правило, изготавливаться во взрывозащищенном исполнении и рассчитываться на условия эксплуатации. Технологический трансмиттер может обмениваться информацией - по беспроводной или проводной связи - с диспетчерской, другим устройством и т.д. для обеспечения управления производственным процессом. Как правило, технологические трансмиттеры устанавливаются в нужном месте и настраиваются оператором в месте установки с помощью программатора. Но такие программаторы дорогостоящи и их необходимо транспортировать на место установки для использования оператором. При этом желательно выполнять настройку технологических трансмиттеров, не снимая их крышки, поскольку их трудно снять и установить на место, а при снятой крышке внутренние элементы трансмиттера подвергаются воздействию окружающей среды.

Поэтому желательно обеспечить местный операторский интерфейс, пригодный для использования с технологическим трансмиттером.

РЕЗЮМЕ

Дисплей согласно настоящему изобретению включает: прозрачную деталь крышки; кожух, имеющий контактную конструкцию, выходящую к прозрачной детали крышки; интерфейсный узел, смонтированный на кожухе дисплея; кожух электронного блока с опорным элементом и соединителем; и смещающий элемент, входящий в зацепление между кожухом дисплея и кожухом электронного блока. Соединитель обеспечивает механическое соединение кожуха электронного блока с кожухом дисплея, а также осевое смещение и вращение между ними. Смещающий элемент опирается на опорный элемент кожуха электронного блока и имеет конфигурацию, которая обеспечивает вхождение контактной конструкции кожуха дисплея в физический контакт с прозрачной деталью крышки. Интерфейсный узел включает цепь цифровой индикации и сенсорную цепь для обеспечения сенсорной активации на цифровом дисплее или около него через прозрачную деталь крышки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1. - блок-схема системы управления производственным процессом, включающей технологический трансмиттер согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 - перспективное изображение с пространственным разделением деталей технологического трансмиттера.

Фиг. 3 - перспективное изображение узла кожуха дисплея технологического трансмиттера.

Фиг. 4 - перспективное изображение узла кожуха электронного блока технологического трансмиттера.

Фиг. 5 - перспективное изображение узла кожуха дисплея и узла кожуха электронного блока, скрепленных вместе.

Фиг. 6 - вид узла кожуха дисплея и электронного блока, скрепленных вместе, в разрезе по линии 6-6 (Фиг. 5).

Фиг. 7 - блок-схема сборки технологического трансмиттера согласно настоящему изобретению.

Фиг. 8 - вид части технологического трансмиттера в плане с показом другого варианта реализации узла локального операторского интерфейса (ЛОИ).

Фиг. 9 - вид узла ЛОИ (Фиг. 8) в разрезе по линии 9-9 (Фиг. 8).

Вышеуказанные Фигуры показывают несколько вариантов реализации изобретения; рассматриваются также другие варианты реализации (см. описание ниже). Во всех случаях сущность изобретения раскрывается путем представления без ограничения. Следует понимать, что специалистами могут быть разработаны многие другие модификации и варианты реализации в рамках объема и сущности принципов изобретения. Масштаб Фигур может быть не выдержан. Одинаковые детали на Фигурах указаны одинаковыми справочными номерами.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Технологические трансмиттеры часто используются в средах, в которых они подвергаются риску коррозии, пожара, взрыва, вибрации и другим экстремальным условиям. По этой причине они имеют специальную конструкцию, рассчитанную на предполагаемые условия эксплуатации. Поэтому, технологические трансмиттеры имеют, как правило, прочный корпус из долговечных литых и механически обработанных металлических материалов с резьбовой (например, навинчиваемой) крышкой. Крышка может включать прозрачную часть над узлом локального интерфейса. С учетом требований к взрывобезопасности прозрачная часть крышки часто изготавливается из относительного толстого (например, толщиной около 10 мм или более) стекла.

Желательно иметь входы технологического трансмиттера, которые могут активироваться без снятия крышки с корпуса, поскольку при снятой крышке внутренние элементы трансмиттера подвергаются воздействию внешней среды. Считывание емкостного сигнала с помощью сенсорной цепи с одной или более контактными площадками (или кнопками) возможно посредством таких диэлектрических материалов, как стекло или пластик, в составе прозрачной части крышки. Контактная площадка сенсорной цепи и человеческий палец (или другая конечность) образуют емкость, отделенную посредством диэлектрической прозрачной части крышки. Уровень сигнала емкостного измерения зависит от диэлектрика: чем выше диэлектрические свойства разделяющего материала, тем лучше обнаружение сигнала. Поэтому, чрезмерная толщина прозрачной части крышки может отрицательно сказываться на уровне сигнала. Более того, любой воздушный зазор в емкости приводит к дальнейшему снижению уровня сигнала, поэтому необходимо минимизировать количество воздуха для поддержания приемлемых уровней сигнала. Поэтому, желательно минимизировать или устранить воздушный зазор между сенсорной цепью и стеклом крышки. Но поскольку технологические трансмиттеры, как правило, имеют резьбовую крышку, что позволяет обеспечивать требования к взрывобезопасности, крутящий момент, возникающий при вхождении крышки в зацепление с корпусом трансмиттера (или при выходе из такого зацепления) может нарушить, повредить или даже разрушить чувствительные цепи индикации и/или сенсорные цепи при контакте крышки с ними. Вибрации могут также привести к аналогичному повреждению при физическом контакте цепи с крышкой. Следует также отметить, что хотя имеются сенсорные интерфейсы не только емкостного типа, другие типы интерфейсов не пригодны для использования в стандартных производственных технологических средах. Например, сенсорные экраны, в которых используется деформируемый сенсорный слой, могут быть непригодны для обеспечения взрывобезопасного корпуса технологического трансмиттера.

Как правило, настоящее изобретение обеспечивает дисплей, пригодный для использования с технологическим трансмиттером в конфигурации, учитывающей требования к условиям эксплуатации, например, взрывобезопасность. Технологический трансмиттер может включать корпус, интерфейсный узел и съемную крышку с прозрачной частью над узлом локального дисплея. Интерфейсный узел включает цепь визуальной индикации и емкостную сенсорную цепь визуальной индикации через прозрачную деталь крышки. В одном из вариантов реализации интерфейсный узел сконфигурирован в виде печатной платы на стекле (ППнС) с емкостной сенсорной цепью, расположенной над цифровым дисплеем, так что емкостная сенсорная активация может соответствовать ряду разных входов в зависимости от конкретной визуальной информации, обеспечиваемой дисплеем (и видимой посредством емкостной сенсорной цепи). В других вариантах реализации емкостная сенсорная цепь обеспечивает один или более активных участков (например, кнопки), расположенных, как правило, вне зоны индикации цифрового дисплея, например, на его периферии.

В некоторых вариантах реализации интерфейсный узел крепится к кожуху дисплея, имеющего контактную конструкцию (например, гребешок или выступ по периметру, ряд контактных выводов и т.д.) с выходом к прозрачной детали крышки. Кожух дисплея крепится посредством кожуха электронного блока, который включает соединитель, обеспечивающий механическое соединение кожуха электронного блока с кожухом дисплея, а также осевое смещение и вращение между ними. Кожух электронного блока может присоединяться к корпусу с помощью соответствующих крепежных деталей. Кроме того, смещающий элемент, например, волнистая пластинчатая пружина, входит в зацепление между кожухом дисплея и кожухом электронного блока. Смещающий элемент опирается на часть кожуха электронного блока и обеспечивает вхождение контактной конструкции кожуха дисплея в физический контакт с прозрачной деталью крышки.

Более того, в некоторых вариантах реализации может обеспечиваться полное устранение воздушного зазора. Кнопки емкостной сенсорной цепи могут встраиваться в кожух, который находится в физическом контакте с прозрачной деталью крышки, доступной для пользователя, так что дорожка емкостного сенсорного поля может проходить от конечности пользователя до выбранной кнопки через исключительно сплошной материал. Такая конфигурация может использоваться по выбору вместе с функциональными возможностями других вариантов реализации, например, в сочетании со смещающим элементом для обеспечения физического контакта между кожухом и прозрачной деталью крышки.

Фиг.1 - блок-схема системы управления (20) производственным процессом, которая включает производственный процесс (22), технологический трансмиттер (24) и диспетчерскую (26). Технологический трансмиттер (24) включает датчик/привод (28) и узел локального операторского интерфейса (ЛОИ) (32), который включает емкостную сенсорную цепь (34) и цепь индикации (36). Предусмотрена также цепь управления (38).

Диспетчерская (26) может включать дисплеи, процессоры, программное обеспечение (ПО) управления или контроля памяти и ресурсов (например, ПО AMS Suite и PlantWeb® от компании Emerson Process Management, Чанхассен, Миннесота) и другие компоненты для управления и контроля производственного процесса (22) и сбора и анализа данных от технологического трансмиттера (24).

Датчик/привод (28) служит для взаимодействия с производственным процессом (22). В разных вариантах реализации датчик/привод (28) может настраиваться на измерение Давления, температуры, вибрации, расхода или практически любого другого параметра, связанного с производственным процессом (22), и/или может включать привод или другое устройство, которое осуществляет управление, контроль или иное взаимодействие с производственным процессом (22). Цепь управления (38) электрически соединена с датчиком/приводом (28) и может иметь любую конфигурацию, пригодную для контроля работы датчика/привода (28), сбора данных, обработки данных и т.д. Следует отметить, что в альтернативных вариантах может быть реализован ряд дискретных цепей и предусмотрена отдельная цепь управления (не показана) для датчика/привода (28).

Узел ЛОИ (32) включает сенсорную цепь (34), которая может быть любой конфигурации, пригодной для сенсорной активации оператором, и цепь индикации (36), которая может быть сконфигурирована в виде одного или более жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) с дополнительной подсветкой или в виде цифрового или аналогового дисплея любого другого типа, способного обеспечивать вывод визуальной информации. В одном из вариантов реализации сенсорная цепь (34) обеспечивает один или более сенсорных участков, определяемыми электрическими контактными площадками (или кнопками), для избирательного формирования емкости с помощью конечности (например, пальца) оператора, расположенной около любого из таких участков сенсорной цепи (34). Таким образом, сенсорная цепь (34) может обеспечивать емкостную сенсорную активацию известным способом. Следует учитывать, что контактные площадки или кнопки, определяющие сенсорные участки сенсорной цепи (34), могут иметь любую конфигурацию, подходящую для области конкретного применения. В одном из вариантов реализации сенсорная цепь (34) может иметь в значительной степени прозрачные электрические дорожки (например, отформованные из оксида индия и олова) с опорой на стеклянные слои с частью цепи (34) над (т.е., поверх) цепью индикации (36), так что цепь индикации (36) видима через сенсорную цепь (34). Это позволяет цепи (36) обеспечивать индикацию практически любой информации, а сенсорным участкам цепи (34) - принимать ряд разных входных сигналов, соответствующих информации, отображаемой на каждой кнопке сенсорной цепи (34). Таки образом, узел ЛОИ (32) обеспечивает динамический операторский интерфейс, который может отображать ряд информации и принимать ряд входных сигналов в пределах относительно малой площади. Даже обычные пользователи по достоинству оценят возможность обеспечения узлом ЛОИ (32) любой компоновки меню и индикации, подходящей для области конкретного применения. В альтернативных вариантах реализации сенсорная цепь (34) и цепь индикации (36) могут располагаться рядом друг с другом или в других компоновках - поверх друг друга. Более того, в некоторых вариантах реализации сенсорная цепь (34) и цепь индикации (36) могут иметь конфигурацию ППнС.

Цепь управления (38) осуществляет управление работой сенсорной цепи (34) и цепи индикации (36). Например, эта цепь может осуществлять управление генерацией индикаций в цепи индикации (36), а также определение и обработку активаций оператором сенсорной цепи (34). Цепь управления (38) может включать один или более процессоров стандартных конфигураций.

Технологический трансмиттер (24) может обмениваться данными с диспетчерской (26). Обмен данными между технологическим трансмиттером (24) и диспетчерской (26) может осуществляться по системе беспроводной или проводной связи. Более того, обмен данными с диспетчерской (26) может быть прямым или через сеть, включающую любое число промежуточных устройств (не показаны). Цепь управления (38) может обеспечивать обмен данными по управлению и контролю с технологическим трансмиттером (24).

Технологический трансмиттер (24) может включать дополнительные компоненты, не показанные на Фиг. 1. Более того, следует отметить, что конкретная конфигурация технологического трансмиттера (24) может изменяться в зависимости от области конкретного применения.

Фиг.2 - это перспективное изображение с пространственным разделением деталей технологического трансмиттера (24) для одного из вариантов реализации. Как показано на Фиг. 2, технологический трансмиттер (24) включает корпус (40), электронный блок (42), кожух электронного блока (44), смещающий элемент (46), кожух дисплея (48), кронштейн (50), гибкую цепь (52), узел ЛОИ (32), маркировочный знак (56)и крышку (58).

Корпус (40) может иметь цилиндрическую форму. Он может изготавливаться из любых подходящих материалов, например металла или полимера. Для изготовления корпуса (40) могут использоваться известные технологии, например, литье, механическая обработка и формование, или другие подходящие технологии. Крышка (58) включает монтажную опору (60) и прозрачную деталь (62). Монтажная опора (60) может изготавливаться из металлического, полимерного или другого подходящего материала и, как правило, имеет цилиндрическую форму. Прозрачная деталь крышки (62) крепится к монтажной опоре (60) и может изготавливаться из стекла толщиной около 10 мм или более. Резьба (64А) на монтажной опоре крышки (60) служит для соединения крышки (58) с корпусом (40) посредством резьбы корпуса (64В). Могут обеспечиваться соответствующие уплотнения (например, уплотнительные кольца, прокладки и т.д.) (не показаны) для защиты технологического трансмиттера (24) от внешней среды при установленной на корпусе (40) крышке (58). На иллюстрации варианта реализации при соединении крышка (58) и корпус обеспечивают герметичный, пожаро- и взрывобезопасный кожух технологического трансмиттера (24).

Как правило, узел ЛОИ (32) опирается на кронштейн (50), который крепится к кожуху дисплея (48). Узел ЛОИ (32) включает сенсорную цепь (34) и цепь индикации (36), каждая из которых может обеспечиваться на соответствующем количестве стеклянных слоев. Кронштейн (50) может быть отформован из полимерного материала и обеспечивает опорную конструкцию для упрощения операций сборки узла ЛОИ (32) технологического трансмиттера (24). Маркировочный знак (56)крепится над узлом ЛОИ (32) на стороне, выходящей к прозрачной детали крышки (62), и может обеспечить нужную визуальную индикацию. Смещающий элемент (46) может представлять собой пружину, например, волнистую пластинчатую пружину (например, с расчетной нагрузкой около 89 H (20 фунтов) при рабочей высоте около 5,1 мм (0,2 дюйма)) или ряд пружин. Он входит в зацепление между кожухом дисплея (48) м кожухом электронного блока (44). Электронный блок (42) включает цепь управления (38), которая может включать процессор и другие необходимые электронные компоненты известной конфигурации, и механически крепиться к кожуху (44). Кожух электронного блока (44) крепится с помощью соответствующих крепежных деталей (65) (например, болты, винты и т.д.) к корпусу (40).

Электронный блок (42) электрически соединен с узлом ЛОИ (32) через гибкую цепь (52), которая проходит через кронштейн (50), кожух дисплея (48) и кожух электронного блока (44). Хотя на иллюстрации варианта реализации гибкая цепь (52) сконфигурирована таким образом, чтобы иметь электрические дорожки, отпечатанные на гибкой диэлектрической подложке, следует понимать, что гибкая цепь (52) может иметь конфигурацию, подходящую для альтернативного варианта реализации, например, группа дискретных проводов и т.д. Как минимум часть гибкой цепи (52) может иметь спиральную форму, что обеспечивает вращение кожуха дисплея (48) относительно кожуха электронного блока (44) без нарушения электрических соединений. Гибкая цепь (52) может электрически подсоединяться к узлу ЛОИ (32) посредством анизотропного клеевого соединения горячих стержней и затем подсоединяться к электронному блоку (42). Чтобы минимизировать напряжение на электрических соединениях с гибкой цепью (52), эта цепь может механически крепиться к компонентам узла ЛОИ (32), например, посредством резьбовых соединений через пазы в кронштейне (50) или приклеиваться к кронштейну (50). Затем электронный блок (42) подсоединяется к дополнительной цепи (не показана), расположенной внутри корпуса (40).

Фиг. 3 - это перспективное изображение варианта реализации узла кожуха дисплея. Как показано на Фиг. 3, вариант реализации кожуха дисплея (48) включает цилиндрический элемент (66) и расположенный в центре соединитель (68), оба повернутые от кронштейна (50) (см. Фиг. 2 и 5). Цилиндрический элемент (66) располагается на наружной поверхности кожуха дисплея (48) или около нее. Дополнительно может обеспечиваться ряд упорных пазов (70) по внутренней поверхности цилиндрического элемента (66). В показанном варианте реализации предусмотрено двенадцать упорных пазов (70), расположенных с интервалом около 30°. В альтернативных вариантах реализации может обеспечиваться любое нужное количество пазов (70) с любым нужным интервалом (например, 15°, 45° и т.д.). На наружной поверхности цилиндрического элемента (66) расположен стопор (72) для ограничения вращения кожуха дисплея (48) (см. разъяснение ниже). Кожух дисплея (48) также включает выпуклую конструкцию (74), которая выступает из кожуха (48) на стороне, противоположной цилиндрическому элементу (66). В показанном варианте реализации выпуклая конструкция (74) представляет собой непрерывный выступ на периметре кожуха (48), но в альтернативных вариантах возможны другие конфигурации (например, прерывистый выступ, ряд «горбов» или один или более выступов почти любой формы). Кроме того, кожух дисплея (48) имеет отверстие (76), через которое может проходить гибкая цепь (52) (которая также проходит через отверстие (78) в кронштейне (50)). Кожух дисплея (48) может быть отформован из полимерного материала. Как показано на Фиг. 3, гибкая цепь (52) может включать упоры (79), которые обеспечивают электрическое соединение гибкой цепи (52) с электронным блоком (42).

Фиг. 4 - это перспективное изображение варианта реализации электронного блока. Как показано на Фиг. 4, вариант реализации кожуха (44) электронного блока включает цилиндрический элемент (80), опорный элемент (82) (т.е., фаску), соединитель (84), один или более упорных выступов (86) и стопор (88). Кожух (44) также имеет отверстие (90), через которое может проходить гибкая цепь (52). Соединитель (84) расположен в центре и в показанном варианте реализации включает пару упругих зубчатых элементов в конфигурации, обеспечивающей защелочное зацепление с соединителем (68) кожуха дисплея (48). В альтернативных вариантах реализации может использоваться резьбовое или другое зацепление между соединителями 88 и 84. Зацепление между соединителями 68 и 84 обеспечивает вращение (по и против часовой стрелки) и осевое перемещение без нарушения механического скрепления кожуха электронного блока (44) с кожухом дисплея (48). Ось вращения определяется соединителями 68 и 84. Цилиндрический элемент (80) расположен радиально наружу от соединителя (84), а опорный элемент (82) - рядом с цилиндрическим элементом (80) радиально наружу от него. Смещающий элемент (46) расположен вокруг цилиндрического элемента (80) и опирается на опорный элемент (82). Как показано на Фиг. 4, восемь упорных выступов (86) расположены с угловым интервалом около опорного элемента (82). Каждый упорный выступ (86) представляет собой упругий элемент с конфигурацией, обеспечивающей зацепление упорных пазов (70) в кожухе дисплея (48) таким образом, что вращение кожуха дисплея (48) относительно кожуха электронного блока (44) происходит с приращениями, заданными интервалом между упорными пазами (70) и упорными выступами (86). Кроме того, упорные выступы (86) и упорные пазы (70) позволяют минимизировать риск вращения кожуха дисплея (48) под действием крутящего момента, возникающего при вхождении крышки (58) в зацепление с корпусом (40) или выходе из такого зацепления. В альтернативных вариантах реализации упорные пазы (70) и упорные выступы (86) могут отсутствовать. Стопор (88) расположен рядом с упорными выступами (86) радиально наружу от них. Он имеет конфигурацию, позволяющую ему совместно со стопором (72) на кожухе дисплея (48) ограничивать вращение кожуха дисплея (48) относительно кожуха электронного блока (44) (см. Фиг. 5). Например, в одном из вариантов реализации стопоры 72 и 88 могут ограничивать вращение кожуха дисплея (48) относительно кожуха электронного блока (44) в диапазоне около 330°. Ограничители вращения позволяют предотвратить разъединение или повреждение электрических соединений узла ЛОИ (32). Кожух электронного блока (44) может быть отформован из полимерного материала.

Фиг. 5 - перспективное изображение узла кожуха дисплея и узла кожуха электронного блока, скрепленных вместе. Как показано на Фиг. 5, кожух дисплея (48) входит в зацепление с кожухом электронного блока (44). Более того, узел ЛОИ (32), смонтированный на кронштейне (50), крепится к кожуху дисплея (48). Узел ЛОИ (32) и кронштейн (50) углублены относительно наружного выступа контактной конструкции (74) кожуха дисплея (48). Таким образом, контактная конструкция (74) представляет собой дальнейшее удлинение узла ЛОИ (32) может быть сконфигурирована таким образом, чтобы только часть узла ЛОИ (32) входила в физический контакт с крышкой (58) технологического трансмиттера (24). Расстояние, на которое узел ЛОИ (32) заглублен относительно наружного выступа контактной конструкции (74), можно относительно точно регулировать, чтобы воздушный зазор между прозрачной частью (62) крышки (58) и узлом ЛОИ (32) (который в основном соответствует расстоянию, на которое узел ЛОИ (32) заглублен относительно наружного выступа контактной конструкции (74)) можно было поддерживать достаточно малым, но не нулевым. Кроме того, когда крышка (58) входит в зацепление с корпусом (40) или выходит из такого зацепления, крутящий момент от вращения крышки (58) действует на контактную конструкцию (74) кожуха дисплея, а не на относительно чувствительный узел ЛОИ (32).

Когда кожух дисплея (48) соединен с кожухом электронного блока (44), смещающий элемент (46) смещает кожух дисплея (48) и кожух электронного блока (44) друг от друга в осевом направлении. Когда крышка (58) находится в полном зацеплении с корпусом (40), прозрачная деталь крышки (62) находится в контакте с контактной конструкцией (74) кожуха дисплея (48) и перемещает кожух дисплея (48) к кожуху электронного блока (44), сжимая смещающий элемент (46). Сила смещения смещающего элемента (46) обеспечивает в основном постоянный контакт кожуха дисплея (48) с прозрачной деталью крышки (62), когда крышка (58) находится в зацеплении с корпусом (40). Когда крышка (58) выходит из зацепления с корпусом 940), смещающий элемент (46) отодвигает кожух дисплея вверх от кожуха электронного блока (44) до ограничителя осевого перемещения, обеспечиваемого соединителями 68 и 84.

Фиг. 6 - вид узла кожуха дисплея и электронного блока, скрепленных вместе, в разрезе по линии 6-6 (Фиг. 5). Как показано на Фиг. 6, кожух дисплея (48) включает опорный элемент (92) (т.е., фаску), на который опирается смещающий элемент (46). Более того, гибкая цепь (52) электрически подсоединяется к электронному блоку (42) с помощью соединителя (94) с нулевым усилием сочленения (НУС) (поставляется компанией Kyocera Corporation, Киото, Япония). Следует отметить, что для упрощения узел ЛОИ (32) показан на Фиг. 6 без перекрестной штриховки.

Фиг. 7 - это блок-схема сборки технологического трансмиттера (24) для одного из вариантов реализации. Сначала гибкая цепь (52) электрически соединяется с узлом ЛОИ (32) (этап 100), а узел ЛОИ (32) крепится к кронштейну (50) (этап 102). Этапы 101 и 102 могут выполняться в любой подходящей последовательности. Этап 100 может включать термосклеивание гибкой цепи (52) с узлом ЛОИ (32). При этом гибкая цепь (52) может также механически крепиться к кронштейну (50), например, посредством резьбового соединения через отверстие (78), сцепления с кронштейном (50) и т.д. Узел ЛОИ (32), гибкая цепь (52) и кронштейн (50) могут соединяться вместе в качестве блока, с которым относительно проще иметь дело на последующих этапах сборки.

Затем кронштейн (50) (с закрепленным на нем узлом ЛОИ (32)) крепится к кожуху дисплея (48) (этап 104). На этапе 104 гибкая цепь (52) привинчивается через отверстие (76) кожуха дисплея (48). Затем смещающий элемент (46) располагается с опорой на опорный элемент (82) кожуха электронного блока (44) (этап 106) и гибкая цепь (52) механически крепится к кожуху электронного блока (44) (этап 108). Упоры на гибкой цепи (52) (например, дополнительные упоры, аналогичные элементу 79) могут быть в конфигурации, которая обеспечивает в основном односторонний ввод конца гибкой цепи (52) через отверстие (90) в кожухе электронного блока (44), что обеспечивает механическое удержание гибкой цепи (52) в отверстии (90). Но может также использоваться любое другое подходящее механическое соединение. Прикрепив гибкую цепь (52) к кожуху электронного блока (44), кожух дисплея (48) и кожух электронного блока (44) вращаются относительно друг друга (например, на около 540°), чтобы обеспечить нужную спиралевидную форму гибкой цепи (52) (этап 110). Затем соединители 68 и 84 вводятся в зацепление, чтобы скрепить кожух дисплея (48) и кожух электронного блока (44) друг с другом (этап 112).

При скрепленных друг с другом кожухе дисплея (48) и кожухе электронного блока (44), гибкая цепь (52) электрически соединяется с электронным блоком (42) (этап 114). На этапе 114 можно также механически прикрепить электронный блок (42) к его кожуху (44), например, защелкивающимся замком. Затем кожух электронного блока (44) крепится к корпусу (40) с помощью крепежных деталей (65) (этап 116). Кроме того, к узлу ЛОИ (32) приклеивается маркировочный знак (56) (этап 118). Маркировочный знак может наноситься в любое время (например, на раннем этапе сборки в альтернативных вариантах реализации).

Затем кожух дисплея (48) поворачивается относительно кожуха электронного блока (44) и корпуса (40), чтобы обеспечить ориентацию узла ЛОИ (32), нужную для обзора оператором (этап 120), а крышка (58) вводится в резьбовое зацепление с корпусом (40) (этап 122). При вводе крышки (58) в зацепление с корпусом (40) прозрачная деталь крышки (62) входит в контакт с контактной конструкцией (74) кожуха дисплея (48) и вызывает сжатие смещающего элемента (42) для обеспечения физического контакта между контактной конструкцией (74) кожуха дисплея (48) и прозрачной деталью (62) крышки (58). Вращение кожуха дисплея (48) на этапе 120 может происходить до или после установки технологического трансмиттера для работы в нужном месте. Более того, в последующем можно снять крышку (58) для дополнительного регулировки ориентации кожуха дисплея (48) и узла ЛОИ (32) путем вращения.

Следует отметить, что сборка технологического трансмиттера (24) согласно настоящему изобретению может включать дополнительные этапы, не оговоренные специальным образом. Более того, в альтернативных вариантах реализации последовательность конкретных этапов сборки может изменяться по мере необходимости.

Фиг. 8 - это вид части технологического трансмиттера (24) в плане. Он показывает крышку (58), которая включает монтажную опору (60) и прозрачную деталь (62) и другой вариант реализации узла ЛОИ (232). Крышка (58) может иметь конфигурацию, аналогичную вариантам реализации, описанным ранее. Фиг. 9 - это вид узла ЛОИ (232) и части прозрачной детали крышки (62) в разрезе по линии 9-9 (Фиг. 8). В показанном варианте реализации, узел ЛОИ (232) включает сенсорную цепь (34) (например, емкостная сенсорная цепь), цепь индикации (36) и кожух дисплея (248) с контактной конструкцией (274). Цепь индикации (36) (для простоты показана на Фиг. 9 только схематичного) смонтирована с опорой на кожух дисплея (248) и определяет зону просмотра (296). В показанном варианте реализации зона просмотра (296) - этот восьмиугольная область в центральной части цепи индикации (36), которая может обеспечивать цифровую индикацию. В других вариантах реализации зона просмотра (296) может иметь практически любую конфигурацию, необходимую для области конкретного применения. Цепь индикации (36) может включать один или более ЖК-экранов или другой подходящий дисплей. Электрические соединения с цепью индикации (36) (не показаны на Фиг. 8 и 9) могут быть выполнены любым подходящим способом, как описывается ранее для других вариантов реализации.

Контактная конструкция (274) в показанном варианте реализации расположена на периферии цепи индикации (36) или около нее (точнее, снаружи рядом с периметром зоны просмотра (296) цепи индикации (36)). В показанном варианте реализации контактная конструкция (274) представляет собой непрерывный гребень в целом угловой формы и имеет центральное отверстие, которое позволяет видеть зону просмотра (296) цепи индикации (36) через прозрачную деталь крышки (62). В других вариантах реализации контактная конструкция (274) может быть разрывной и иметь почти любую подходящую конфигурацию. Прозрачная деталь крышки (62) определяет внешнюю поверхность (62Е) и противоположную внутреннюю поверхность (621). Контактная конструкция (274) расположена с физическим контактом с внутренней поверхностью (621) прозрачной детали крышки (62). Смещающий элемент, например, аналогичный или идентичный смещающему элементу (46), описанному выше, но не показанному на Фиг. 8 и 9, может использоваться для прижатия контактной конструкции (274) кожуха дисплея (248) к прозрачной детали крышки (62). Как альтернативный вариант, контактная конструкция (274) может располагаться в контакте с прозрачной деталью крышки (62) любым другим подходящим способом. Кожух дисплея, включая контактную конструкцию, может изготавливаться из подходящего полимерного материала или материала с относительно низкими диэлектрическими свойствами.

В кожухе дисплея (248) отформована одна или более полостей (298). В показанном варианте реализации четыре полости (298) отформованы в целом с одинаковым интервалом по внутренней стороне контактной конструкции (274). В альтернативных вариантах реализации полости (298) могут располагаться на внешней стороне контактной конструкции (274), могут непрерывно проходить между внешней и внутренней сторонами контактной конструкции, могут располагаться с разным интервалом или иным образом отличаться от показанной конфигурации. Электропроводная кнопка (300) расположена как минимум частично в пределах каждой полости (298). Тем самым, кнопки (300) встроены в кожух дисплея (248) с образованием сенсорных участков сенсорной цепи (34) для обеспечения емкостной сенсорной активации пользователем, как подробнее разъясняется далее. Поэтому, кнопки (300) в целом не видимы через прозрачную деталь крышки (62) - они скрыты материалом кожуха дисплея (248). Кнопки (300) могут иметь любую форму, подходящую для области конкретного применения. Кнопки (300) могут представлять собой слои металлического материала и могут изготавливаться любым подходящим способом. Например, кнопки (300) могут представлять собой штампованные металлические детали, которые вставлены в полости (298), или могут быть отформованы на материале кожуха дисплея (248), чтобы одновременно определять полости (298), или могут быть выполнены из металла, распыленного на материал кожуха дисплея (248). Интервал между кнопками (300) и прозрачной деталью крышки (62) может быть не менее около 0,0254 мм (0,001 дюйма) в некоторых вариантах реализации. Как и в предыдущих вариантах реализации, маркировочный знак (не показан) может наноситься на кожух дисплея (248) и над местами расположения кнопок (300) для облегчения использования.

Емкостная сенсорная дорожка электростатического поля (302) может быть образована между пальцем пользователя (304) на внешней поверхности (62Е) прозрачной детали крышки (62) и любой из кнопок (300). В показанном варианте реализации дорожка поля (302) может проходить в основном линейно от конечности пользователя (304) через прозрачную деталь крышки (62) и через как минимум часть кожуха дисплея (248) (например, через часть контактного элемента (274)) до выбранной кнопки (300). Дорожка поля (302) между внешней поверхностью (62Е) прозрачной детали крышки (62) и выбранной кнопкой (300) проходит, как правило, только через сплошной материал и, более конкретно, не пересекает воздушный зазор. Пересечение такого зазора привело бы к снижению емкостной сенсорной чувствительности. Поэтому, на показанном варианте реализации (Фиг. 8 и 9) можно полностью устранить воздушный зазор. Более того, поскольку кнопки (300) могут располагаться на периферии цепи индикации (36), не требуется, чтобы сенсорная цепь была прозрачна или была расположена на стеклянной несущей конструкции, что позволяет облегчить и упростить изготовление.

Даже неспециалисты могут по достоинству оценить многочисленные преимущества настоящего изобретения. Например, снижение отрицательного влияния изменений допусков разных компонентов технологического трансмиттера на работу узла местного дисплея с помощью дисплея с сенсорным экраном согласно настоящему изобретению. В частности, неподвижный жесткий локальный дисплей, смонтированный на корпусе трансмиттера, будет включать изменения допусков из-за монтажной поверхности на литом и механически обработанном корпусе, каждого отформованного кожуха (приблизительно +/-0,254 мм для каждого кожуха в некоторых вариантах реализации), а также цепи узла ЛОИ. Общее изменение допусков на сборку может быть существенным и делать практически невозможным обеспечение малого хорошо контролируемого воздушного зазора между цепью узла локального дисплея и крышкой трансмиттера. Но смещающий элемент согласно настоящему изобретению может обеспечить кожух дисплея, несущий цепь узла дисплея вблизи прозрачной части крышки трансмиттера на малом и относительно хорошо контролируемом расстоянии, для обеспечения относительно хорошей сенсорной чувствительности, снижая при этом риск повреждения цепи узла ЛОИ из-за вибрации или крутящего момента на крышке трансмиттера. Более того, варианты реализации настоящего изобретения позволяют устранить воздушный зазор на емкостном сенсорном интерфейсе технологического трансмиттера, чтобы повысить емкостную сенсорную чувствительность, обеспечив при этом взрывобезопасный корпус, защищенный от воздействия окружающей среды.

Поскольку изобретение описано для типовых вариантов реализации, специалисты должны понимать, что можно внести множество изменений и заменить компоненты на эквиваленты, не выходя за объем изобретения. Кроме того, множество модификаций можно выполнить, чтобы приспособить конкретную ситуацию или материал к концепции изобретения, не выходя за основной объем изобретения. По этой причине предполагается, что изобретение не ограничивается конкретным вариантом реализации и включает все варианты реализации в объеме прилагаемой формулы изобретения. Например, конкретная форма технологического трансмиттера и конкретная конфигурация цепи индикации и/или сенсорной цепи могут изменяться по мере необходимости для области конкретного применения.

Изобретение относится к емкостным сенсорным интерфейсным блокам и технологиям их изготовления. Техническим результатом является повышение надежности технологического трансмиттера с сенсорным дисплеем. Дисплей содержит: прозрачную деталь крышки (62); кожух (48; 248), имеющий контактную конструкцию (74; 274), выходящую к прозрачной детали крышки (62); интерфейсный узел (32; 232), смонтированный на кожухе дисплея (48; 248); кожух электронного блока (44) с опорным элементом (82) и соединителем (84); и смещающий элемент (46), входящий в зацепление между кожухом дисплея (48; 248) и кожухом электронного блока (44). Соединитель (84) обеспечивает механическое соединение кожуха электронного блока (44) с кожухом дисплея (48; 248), а также осевое смещение и вращение между ними. Смещающий элемент (46) опирается на опорный элемент (82) кожуха электронного блока (44) и имеет конфигурацию, которая обеспечивает вхождение контактной конструкции (74; 274) кожуха дисплея (48; 248) в физический контакт с прозрачной деталью крышки (62). Интерфейсный узел (32; 232) включает цепь цифровой индикации (36) и сенсорную цепь (34). 4 н. и 29 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Дисплей в следующем составе:
прозрачная деталь крышки;
кожух дисплея, имеющий контактную конструкцию, выходящую к прозрачной детали крышки;
узел интерфейса, смонтированный на кожухе дисплея, в следующем составе:
цепь цифровой индикации; и
сенсорная цепь для обеспечения сенсорной активации на цифровом дисплее или около него через прозрачную деталь крышки;
электронный блок, имеющий опорный элемент и соединитель, который обеспечивает механическое соединение кожуха электронного блока с кожухом дисплея, при этом обеспечивая осевое смещение и вращение между ними; и
смещающий элемент, который входит в зацепление между кожухом дисплея и кожухом электронного блока, опирается на опорный элемент кожуха электронного блока и имеет конфигурацию, которая обеспечивает физический контакт контактной конструкции кожуха дисплея с прозрачной деталью крышки.

2. Дисплей по п. 1, в котором прозрачная деталь крышки включает стекло минимальной толщиной около 10 миллиметров.

3. Дисплей по п. 1, включающий следующие дополнительные компоненты:
корпус; и
монтажная опора крышки, к которой крепится прозрачная деталь крышки и которая крепится к корпусу посредством резьбового соединения.

4. Дисплей по п. 3, в котором кожух электронного блока жестко крепится к корпусу.

5. Дисплей по п. 1, включающий следующие дополнительные компоненты:
механический стопор для ограничения вращения кожуха дисплея относительно кожуха электронного блока.

6. Дисплей по п. 1, в котором кожух дисплея может вращаться относительно кожуха электронного блока с шагом около 30°.

7. Дисплей по п. 1, в котором контактная конструкция включает выступ на периметре кожуха дисплея.

8. Дисплей по п. 1, включающий следующие дополнительные компоненты:
гибкий элемент, электрически соединяемый с узлом интерфейса для подсоединения как минимум одной цепи индикации и сенсорной цепи к удаленным цепям управления.

9. Дисплей по п. 5, в котором как минимум часть гибкого элемента имеет спиральную форму.

10. Дисплей по п. 1, включающий следующие дополнительные компоненты:
ряд центрирующих элементов, выступающих из кожуха электронного блока рядом с опорным элементом, при этом такие элементы выступают рядом с периметром кожуха дисплея для обеспечения центрирования между кожухом электронного блока и кожухом дисплея.

11. Дисплей по п. 1, в котором прозрачная деталь крышки является съемной и при которой соединитель удерживает кожух дисплея, так что смещающий элемент сжимается при снятой прозрачной детали крышки.

12. Дисплей по п. 1, в котором узел интерфейса включает стекло дисплея, расположенное в пределах около 0,51-0,76 миллиметра (20-30 мм) от прозрачной детали крышки.

13. Дисплей по п. 1, включающий следующие дополнительные компоненты:
кронштейн, на котором монтируется узел интерфейса и который крепится к кожуху дисплея.

14. Дисплей по п. 1, в котором смещающий элемент включает волнистую пружину.

15. Дисплей по п. 1, в котором сенсорная цепь включает:
электропроводная кнопка, которая как минимум частично встроена в часть кожуха дисплея, расположена на периферии цифрового дисплея и приближена к контактной конструкции кожуха дисплея.

16. Технологический трансмиттер в следующем составе:
корпус;
крышка, которая включает:
прозрачная деталь; и монтажная опора, к которой крепится прозрачная деталь крышки и которая крепится к корпусу посредством резьбового соединения.
кожух дисплея, имеющий контактную конструкцию, выходящую к прозрачной детали крышки;
узел интерфейса, смонтированный на кожухе дисплея, в следующем составе:
цепь цифровой индикации; и
сенсорная цепь для обеспечения сенсорной активации на цифровом дисплее или около него через прозрачную крышку;
кожух электронного блока, имеющий опорный элемент и соединитель, который обеспечивает механическое соединение кожуха электронного блока с кожухом дисплея, при этом обеспечивая осевое смещение и вращение между ними, и который жестко крепится к корпусу; и
пружина, которая входит в зацепление между кожухом дисплея и кожухом электронного блока, опирается на опорный элемент кожуха электронного блока и имеет конфигурацию, которая обеспечивает физический контакт контактной конструкции кожуха дисплея с прозрачной деталью крышки.

17. Трансмиттер по п. 16, включающий следующие дополнительные компоненты:
механический стопор для ограничения вращения кожуха дисплея относительно кожуха электронного блока.

18. Трансмиттер по п. 16, в котором контактная конструкция включает выступ на периметре кожуха дисплея.

19. Трансмиттер по п. 16, в котором узел интерфейса имеет конфигурацию печатной платы на стекле (ППнС), а стекло дисплея узла интерфейса располагается в пределах около 0,51-0,76 миллиметров (20-30 мм) от прозрачной детали крышки.

20. Трансмиттер по п. 16, включающий следующие дополнительные компоненты:
кронштейн, на котором монтируется узел интерфейса и который крепится к кожуху дисплея.

21. Трансмиттер по п. 16, в котором используется волнистая пружина.

22. Трансмиттер по п. 16, в котором емкостная сенсорная цепь включает:
электропроводная кнопка, которая как минимум частично встроена в часть кожуха дисплея, расположена на периферии цифрового дисплея и приближена к контактной конструкции кожуха дисплея таким образом, что она отделена от прозрачной детали крышки сплошным материалом.

23. Способ сборки технологического трансмиттера, включающий следующее:
крепление первого кожуха и второго кожуха друг к другу таким образом, что первый кожух может перемещаться относительно второго кожуха и нести емкостную сенсорную цепь;
крепление второго кожуха к корпусу с помощью крепежных деталей;
резьбовое крепление крышки, имеющей прозрачную часть, к корпусу над емкостной сенсорной цепью; и
смещение первого кожуха для ввода его в контакт с крышкой таким образом, чтобы емкостная сенсорная цепь располагалась рядом с прозрачной частью крышки.

24. Способ по п. 23, включающий следующее:
перед этапом резьбового крепления крышки к корпусу вращение первого кожуха относительно второго кожуха для ориентации емкостной сенсорной цепи относительно корпуса.

25. Способ по п. 23, включающий следующее:
перед этапом крепления первого кожуха и второго кожуха друг с другом вращение первого кожуха относительно второго кожуха для придания части гибкой цепи между ними спиральной формы.

26. Дисплей в составе:
прозрачная деталь крышки, имеющая внешнюю поверхность и противоположную внутреннюю поверхность;
кожух дисплея, имеющий контактную конструкцию, входящую в физический контакт с внутренней поверхностью прозрачной детали крышки;
цепь индикации, смонтированная на кожухе дисплея для обеспечения цифровой индикации через прозрачную деталь крышки; и
емкостная сенсорная цепь, которая обеспечивает емкостную сенсорную активацию через прозрачную деталь крышки и которая включает электропроводную кнопку, расположенную на периферии цифрового дисплея или около нее, и которая как минимум частично встроена в пределах части кожуха дисплея таким образом, что образуемая емкостная сенсорная дорожка поля проходит в основном линейно через сплошной материал - через прозрачную деталь крышки и через кожух дисплея - к электропроводной кнопке.

27. Дисплей по п. 26, в котором электропроводная кнопка встроена в пределах контактной конструкции кожуха дисплея.

28. Дисплей по п. 26, в котором емкостная сенсорная дорожка поля не пересекает воздушный зазор.

29. Дисплей по п. 26, в котором кожух дисплея включает полимерный материал.

30. Дисплей по п. 26, включающий следующие дополнительные компоненты:
электронный блок, имеющий опорный элемент и соединитель, который обеспечивает механическое соединение кожуха электронного блока с кожухом дисплея, при этом обеспечивая осевое смещение и вращение между ними; и
смещающий элемент, который входит в зацепление между кожухом дисплея и кожухом электронного блока и опирается на опорный элемент кожуха электронного блока, где конфигурация смещающего элемента обеспечивает физический контакт контактной конструкции кожуха дисплея с прозрачной крышкой.

31. Дисплей по п. 26, в котором электропроводная кнопка включает слой металлического материала.

32. Дисплей по п. 26, включающий следующие дополнительные компоненты: корпус; и
монтажная опора крышки, при которой прозрачная деталь крышки крепится к монтажной опоре и которая крепится к корпусу посредством резьбового соединения.

33. Дисплей по п. 26, в котором прозрачная крышка включает стекло минимальной толщиной около 10 миллиметров.