УЛУЧШЕННЫЙ КОПЛАНАРНЫЙ МОДУЛЬ ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2016 года по МПК G01L13/02 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Технологический измерительный преобразователь обычно включает в себя преобразователь или датчик, который реагирует на технологический параметр. Технологический параметр обычно указывает на химическое или физическое состояние вещества или преобразования энергии. Примеры технологических параметров включают в себя давление, температуру, расход, проводимость, водородный показатель (pH) и другие характеристики. Давление рассматривается как основной технологический параметр, так как оно может использоваться для измерения расхода, уровня и даже температуры.

Измерительные преобразователи давления обычно используются в производственных процессах, чтобы измерять и отслеживать давления различных производственных технологических текучих сред, таких как взвеси, жидкости, пары и газы на установках для обработки химикатов, пульпы, нефти, газа, лекарственных средств, продуктов питания и других типов текучих сред. Измерительные преобразователи перепада давления обычно включают в себя пару входов для давления технологической текучей среды, которые оперативно соединены с датчиком перепада давления (внутри измерительного преобразователя), который реагирует на разницу в давлении между двумя входами. Измерительные преобразователи перепада давления обычно включают в себя датчик перепада давления, оперативно соединенный с парой изолирующих диафрагм. Изолирующие диафрагмы располагаются на входах для технологической текучей среды и изолируют датчик перепада давления от измеряемых жестких технологических текучих сред. Давление передается от технологической текучей среды на датчик перепада давления через по существу несжимаемую заполняющую текучую среду, переносимую в канале, тянущемся от изолирующей диафрагмы до датчика перепада давления.

Измерительные преобразователи перепада давления обычно соединены с процессом с помощью измерительного патрубка или фланца. Один тип расположения обеспечивает измерительный патрубок, который представляет входы для давления технологической текучей среды в паре по существу копланарных отверстий. Один из примеров такого патрубка продается под торговым обозначением Model 305 Coplanar™, доступным у Роузмаунт инк., Шанхассен, Миннесота. Копланарная конструкция делает возможным безфланцевое встраивание клапана, и обычно обеспечивает компактную легкую сборку. Более того, копланарная конструкция облегчает внутрипроцессную калибровку, и обеспечивает значительно меньше точек возможной утечки, чем традиционные сборки патрубка с измерительным преобразователем.

Измерительный преобразователь давления технологической текучей среды обычно рассматривается как периферийное устройство, и оно может устанавливаться на периферии. «Периферия» обычно является внешней областью в технологической установке, которая может подвергаться климатологическим экстремальным условиям, вибрации, изменениям во влажности, электромагнитным или радиочастотным границам, или другим окружающим вызовам. Таким образом, устойчивая физическая оболочка измерительного преобразователя давления технологической текучей среды обеспечивает измерительный преобразователь возможностью работать на «периферии» в течение длительных периодов (например, лет) за раз.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предоставляется модуль датчика давления технологической текучей среды. Модуль включает в себя копланарное основание и корпус. Копланарное основание содержит пару входов для давления технологической текучей среды, каждое из которых содержит изолирующую диафрагму. Корпус соединяется с копланарным основанием на границе между копланарным основанием и корпусом. Датчик перепада давления оперативно соединяется с парой входов для давления технологической текучей среды и располагается рядом с копланарным основанием внутри корпуса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 иллюстрирует вид спереди примерного измерительного преобразователя давления по предшествующему уровню техники.

Фиг. 2 иллюстрирует скошенный вид в разрезе корпуса модуля.

Фиг. 3 - схематический вид в перспективе копланарного модуля датчика давления и фланца согласно предшествующему уровню техники.

Фиг. 4 иллюстрирует покомпонентный схематический вид в перспективе улучшенного копланарного модуля датчика давления в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 - схематический вид в поперечном разрезе копланарного модуля датчика давления в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг. 1 иллюстрирует вид спереди примерного измерительного преобразователя 100 давления по предшествующему уровню техники. Измерительный преобразователь 100 давления включает в себя корпус 101 для электроники, который заключает в себе электронную схему, и корпус 102 модуля датчика давления, который содержит изолирующие диафрагмы, датчик давления и связанную схему датчика. Корпус 102 модуля датчика давления закрепляется на нажимном фланце 104 посредством болтов 105. Болты 105 также проходят через фланцевые соединения 118. Фланцевые соединения 118 содержат резьбовые отверстия, которые могут соединяться с резьбовыми технологическими трубами (не проиллюстрированы). Нажимной фланец 104 предоставляет одно или более давлений технологических текучих сред измерительному преобразователю 100 для измерения давления. Измерительный преобразователь 100 давления соединен с технологическим контуром 103, который питает измерительный преобразователь 100 давления и обеспечивает двустороннюю связь для использования в системе управления технологическим процессом.

Корпус 102 модуля датчика давления включает в себя изолирующие диафрагмы 110 (показанные на Фиг. 2), которые приварены напрямую к корпусу 102 модуля датчика давления. Корпус 102 также включает в себя резьбовые отверстия 112 для болтов в стандартном расположении вокруг изолирующих диафрагм 110.

Фиг. 2 иллюстрирует скошенный вид в разрезе корпуса 102 модуля датчика давления. Датчик 140 перепада давления расположен внутри корпуса 102 модуля датчика давления и соединен, посредством труб 142, 144, с изолирующими диафрагмами 110. Изолирующие диафрагмы 110 приварены напрямую к корпусу 102 модуля датчика давления. Схемная плата 146 обеспечивает схему, связанную с обработкой электрических сигналов с датчика 140 перепада давления. Барабан 148 для плоского кабеля вмещает плоский кабель, который обеспечивает электрическое соединение от схемной платы 146 до схемы в корпусе для электроники (например, корпусе 101, показанном на Фиг. 1).

Копланарный модуль датчика давления обеспечивает существенный вклад в общую стоимость готового измерительного преобразователя давления технологической текучей среды. Одна из причин такой существенной стоимости состоит в том, что, чтобы обеспечить такую устойчивую деталь, копланарный модуль датчика давления производится из полученной с помощью сложной отливки по выплавляемой модели из нержавеющей стали и обработанной детали.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, конструктивные ограничения каждой части копланарного модуля датчика давления рассматриваются индивидуально, и подстраиваются под определенные нужды. В то время как общая сборка копланарного модуля датчика давления в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения может стать более сложной, чем конструкции по предыдущему уровню техники, такие варианты осуществления предоставляют гибкость для различных применений и возможность снизить стоимость отдельных компонентов, в то же время потенциально добавляя улучшенную конструктивную целостность другим компонентам.

Фиг. 3 - схематический вид в перспективе копланарного модуля датчика давления и нажимного фланца согласно предшествующему уровню техники. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, модуль 102 датчика давления является единой произведенной с помощью отливки по выплавляемой модели обработанной деталью из нержавеющей стали. В отличие от этого Фиг. 4 иллюстрирует покомпонентный схематический вид в перспективе улучшенного копланарного модуля датчика давления в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В этих вариантах осуществления модуль 192 включает в себя множество компонентов. В частности, модуль 192 включает в себя копланарное основание 194 и корпус 196. Корпус 196 предпочтительно имеет резьбу. Копланарное основание 194 и имеющий резьбу корпус 196 соединяются вместе во время производства модуля, и готовая сборка визуально похожа на копланарный модуль 102 датчика давления по предыдущему уровню техники. Копланарное основание 194 и корпус 196 встречаются на границе. В качестве используемой в материалах настоящей заявки, граница подразумевается означающей точку, линию, плоскость или местоположение, в котором встречаются два различных компонента. Копланарное основание 194 все еще может производиться с помощью отливки по выплавляемой модели, но также может быть произведено с помощью штампования или даже вырезания из листовой заготовки. Имеющий резьбу корпус 196 может быть отлит, произведен с помощью штампования, раскатки, обработки на токарном автомате или произведен из трубной заготовки. Согласно одному из вариантов осуществления копланарное основание 194 и имеющий резьбу корпус 196 могут производиться из разных материалов. Разница может проявляться в различных марках нержавеющей стали, например, копланарное основание 194 может производиться из нержавеющей стали 316, в то время как имеющий резьбу корпус 196 может производиться из нержавеющей стали 304 или углеродистой стали. В вариантах осуществления, в которых оба компонента производятся из одинакового исходного материала, такого как нержавеющая сталь, два компонента могут свариваться вместе, используя такой способ, как газовольфрамовая дуговая сварка. Однако варианты осуществления настоящего изобретения также включают в себя производство имеющего резьбу корпуса 196 из металла, отличного от используемого в копланарном основании, такого как алюминий. В таких вариантах осуществления прямая сварка между копланарным основанием 194 из нержавеющей стали и алюминиевым имеющим резьбу корпусом 196 непрактична. Вместо этого два компонента предпочтительно механически соединяются вместе, используя горячую посадку и обжим. Обжим - это известный процесс, который используется, чтобы изменить (уменьшить или увеличить) диаметр труб и/или трубок.

Как проиллюстрировано на Фиг. 2, датчик 140 перепада давления может относиться к типу, который в целом имеет цилиндрическую форму. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, копланарное основание 194 может включать в себя имеющее форму чаши или тарелки углубление 198, которое позволяет датчику 140 давления располагаться ниже, чем модули по предшествующему уровню техники. Это также уменьшает общую высоту всей сборки и дополнительно снижает стоимость материалов. Меньший физический размер обычно обеспечивает преимущество, состоящее в меньшей стоимости материалов. Чтобы дополнительно уменьшить размер сборки 192 копланарного модуля датчика давления, схемная плата 146, которая обычно обеспечивается внутри модуля датчика давления, может полностью удаляться и размещаться в верхнем корпусе 101 для электроники. Это позволяет дополнительно уменьшить высоту корпуса. Такие уменьшения в высоте и ширине делают возможным использование более тонких стенок, что дополнительно снижает стоимость материалов. В некоторых вариантах осуществления датчик температуры также может обеспечиваться внутри имеющего резьбу корпуса, чтоб помочь обеспечить точную компенсацию влияния температуры на давление.

Фиг. 5 - схематический вид в поперечном разрезе копланарного модуля датчика давления в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Модуль 292 отличается от модуля 192 (показанного на Фиг. 4) тем, что модуль 292 составлен из трех отдельных компонентов.

А именно, модуль 292 составлен из копланарного основания 294, трубчатого корпуса 296 и усиливающего элемента 300. В варианте осуществления, проиллюстрированном на Фиг. 5, самой сложной частью сборки является копланарное основание 294. Предпочтительно, этот компонент выполнен относительно более тонким по сравнению с копланарным основанием 194, и сформирован, используя инжекционное формование металла или другую подходящую методику, которая пригодна для производства сложных форм и компонентов. Из-за его более тонкой конструкции, основание 294 обычно не является достаточно жестким, чтобы самостоятельно сформировать устойчивую изоляцию нажимного фланца. Вместо этого обеспечивается усиливающая пластина 300, которая плотно прилегает к копланарному основанию 294 на границе 302. Усиливающая пластина 300 включает в себя множество отверстий для болтов, которые обычно позволяют сборке 292 устанавливаться на копланарный патрубок точно таким же способом, как конструкции по предыдущему уровню техники. Однако если определенные применения изделия требуют очень высоких давлений, такие соображения могут быть приспособлены просто посредством предоставления более прочной или более толстой усиливающей плиты 300.

Имеющий резьбу корпус 295 предпочтительно включает в себя кромку 304, которая имеет больший диаметр, чем отверстие 306, через которое проходит трубчатый корпус 296. Таким образом, когда усиливающая пластина 300 закрепляется на месте, имеющий резьбу корпус 296 зажимается между усиливающей пластиной 300 и пластиной 294 основания. Имеющий резьбу корпус 296 предпочтительно включает в себя углубление 308 для уплотнительного кольца, которое сконфигурировано, чтобы вмещать эластомерное уплотнительное кольцо, чтобы изолировать имеющий резьбу корпус 296 на копланарном основании 294, когда имеющий резьбу корпус 296 зажимается между усиливающей пластиной 300 и пластиной 294 основания.

Не смотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалисты в данной области техники будут осознавать, что могут быть сделаны изменения в форме и содержании, не выходя из сущности и объема изобретения.

Заявленное изобретение относится к измерительным преобразователям давления, которые обычно используются в производственных процессах, чтобы измерять и отслеживать давления различных производственных технологических текучих сред, таких как взвеси, жидкости, пары и газы, на установках для обработки химикатов, пульпы, нефти, газа, лекарственных средств, продуктов питания и других типов текучих сред. Заявленный копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды содержит копланарное основание, содержащее пару входов для давления технологической текучей среды, каждый из которых содержит изолирующую диафрагму, корпус, соединенный с копланарным основанием на границе между копланарным основанием и корпусом, усиливающую пластину, содержащую отверстие, через которое проходит корпус, причем усиливающая пластина сконфигурирована, чтобы зажимать корпус между собой и копланарным основанием, и датчик перепада давления, оперативно соединенный с парой входов для давления технологической текучей среды и расположенный рядом с копланарным основанием внутри корпуса. Технический результат заключается в обеспечении возможности работать на «периферии» в течение длительных периодов (например, лет) за раз. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды, содержащий:
копланарное основание, содержащее пару входов для давления технологической текучей среды, каждый из которых содержит изолирующую диафрагму;
корпус, соединенный с копланарным основанием на границе между копланарным основанием и корпусом;
усиливающую пластину, содержащую отверстие, через которое проходит корпус, причем усиливающая пластина сконфигурирована, чтобы зажимать корпус между собой и копланарным основанием; и
датчик перепада давления, оперативно соединенный с парой входов для давления технологической текучей среды, и расположенный рядом с копланарным основанием внутри корпуса.

2. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 1, в котором копланарное основание сформировано из первого металла, а корпус сформирован из материала, отличного от первого металла.

3. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 2, в котором корпус сформирован из материала марки, отличной от первого металла.

4. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 3, в котором первый металл является нержавеющей сталью.

5. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 4, в котором копланарное основание и корпус соединяются на границе посредством сварки.

6. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 2, в котором корпус сформирован из металла, отличного от первого металла.

7. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 6, в котором другой металл является алюминием.

8. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 6, в котором копланарное основание соединяются с корпусом на границе посредством горячей посадки.

9. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 6, в котором копланарное основание соединяются с корпусом на границе посредством обжима.

10. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 2, в котором копланарное основание включает в себя углубление, сконфигурированное, чтобы принимать датчик перепада давления.

11. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 2, в котором копланарное основание сформировано, используя инжекционное формование металла.

12. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 2, в котором корпус сформирован из отливки.

13. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 2, в котором корпус произведен посредством штампования.

14. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 2, в котором корпус произведен посредством раскатки.

15. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 2, в котором корпус произведен посредством обработки на токарном автомате.

16. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 2, в котором корпус сформирован из трубной заготовки.

17. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 1, в котором корпус включает в себя кромку, имеющую больший диаметр, чем отверстие.

18. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 1, в котором корпус включает в себя поверхность для уплотнительного кольца, чтобы вмещать уплотнительное кольцо.

19. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 2, в котором датчик перепада давления напрямую соединен со схемной платой, расположенной в корпусе для электроники, расположенном отдельно от корпуса.

20. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 2, дополнительно содержащий датчик температуры, расположенный внутри корпуса.

21. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды, модуль, содержащий:
стальное копланарное основание, содержащее пару входов для давления технологической текучей среды, каждый из которых содержит изолирующую диафрагму;
цилиндрический корпус, соединенный с копланарным основанием на границе между стальным копланарным основанием и корпусом, причем цилиндрический корпус имеет внешнюю резьбовую часть;
усиливающую пластину, содержащую отверстие, через которое проходит корпус, причем усиливающая пластина сконфигурирована, чтобы зажимать корпус между собой и копланарным основанием; и
датчик перепада давления, оперативно соединенный с парой входов для давления технологической текучей среды и расположенный рядом с копланарным основанием внутри корпуса.

22. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 21, в котором цилиндрический корпус также сформирован из стали и приварен к стальному копланарному основанию.

23. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 21, в котором цилиндрический корпус сформирован из материала, отличного от материала стального копланарного основания.

24. Копланарный модуль датчика давления технологической текучей среды по п. 23, в котором цилиндрический корпус соединен со стальным копланарным основанием посредством обжима.