CN101802580B - 改进的双平面过程流体压力测量*** - Google Patents

改进的双平面过程流体压力测量*** Download PDF

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Abstract

压力测量***包括耦合到双平面压力凸缘(202；502)的共平面压力传感器模块(200)。该共平面压力传感器模块(200)具有大致彼此共平面的一对隔离隔膜。多个连接环(204；206；504；506)接近并围绕相应的隔离隔膜焊接。双平面压力凸缘(202；502)被焊接到每个连接环(204；206；504；506)。在没有使用任何压缩密封件的情况下，产生从双平面凸缘(202；502)的过程流体压力入口到共平面压力模块(200)的隔离隔膜的流体耦合。还提供了一种制造压力测量***的方法(400)。

Description

改进的双平面过程流体压力测量***
技术领域
双平面过程压力凸缘将过程装置中的过程流体耦合到过程变量变送器，典型地过程流体压力测量变送器。双平面过程压力测量***在本领域已知，并较其它配置具有多个优点。近期，本发明的受让人Rosemount Inc.开发了一种标准化的共平面压力传感器模块。该压力传感器模块在感应时共平面的，它采用大致处于相同的平面内的两个过程流体隔离隔膜的形式。Rosemount还具有在商业名称型号305RM下销售的双平面压力凸缘，其被设置成将过程流体引导到共平面压力传感器模块。
背景技术
由于过程应用继续力图实现越来越高的操作范围并提供更苛求的操作条件，期望提供能够在更苛求操作条件的更长操作寿命的压力变送器。由于这种期望的操作条件达到现代过程流体压力变送器的设计极限，存在许多重要的需考虑事项。首先，由于过程流体变送器的材料的物理变形会引起不适当的测量错误。第二，可能形成泄露。并且最后，当物理作用力简单地过度给予接缝或界面时，可能出现灾难性故障。
提供更长寿命的可允许共平面过程压力传感器模块以更高温度、压力和/或辐射水平操作的双平面凸缘组件将表现出对过程测量和控制工业的明显的优点。特别地，将大大改进核动力工厂内的过程压力测量和控制。
发明内容
压力测量***包括耦合到双平面压力凸缘的共平面压力传感器模块。该共平面压力传感器模块具有彼此大致共平面的一对隔离隔膜。多个连接环接近并围绕相应的隔离隔膜焊接。双平面压力凸缘被焊接到每个连接环。在没有使用(encounter)任何压缩密封件的情况下，产生从双平面凸缘的过程流体压力入口到共平面压力模块的隔离隔膜的流体耦合。
在一个方面中，本发明提供了一种压力测量***，包括：
共平面压力传感器模块，所述共平面压力传感器模块具有大致彼此共平面的一对隔离隔膜；
焊接到压力传感器模块的多个焊接环，所述多个焊接环中的每一个靠近并围绕相应的隔离隔膜焊接，以将所述隔离隔膜固定到共平面压力传感器模块；
多个连接环，该多个连接环中的每一个被焊接到相应的焊接环；
双平面压力凸缘，所述双平面压力凸缘被焊接到所述多个连接环中的每一个；
其中：在没有使用任何压缩密封件的情况下，产生从双平面压力凸缘的过程流体压力入口到共平面压力传感器模块的隔离隔膜的流体耦合。
在另一个方面中，本发明还提供了一种制造压力测量组件的方法，所述方法包括：
提供共平面压力传感器模块和双平面压力凸缘；
将多个连接环焊接到共平面压力传感器模块；
使所述双平面压力凸缘与所述共平面压力传感器模块接触；和
将所述双平面压力凸缘焊接到所述连接环。
在又一个方面中，本发明提供了一种压力测量***，包括：
共平面压力传感器模块，所述共平面压力传感器模块具有大致彼此共平面的一对隔离隔膜；
焊接到共平面压力传感器模块的多个焊接环，所述多个焊接环中的每一个靠近并围绕相应的隔离隔膜焊接，以将隔膜固定到共平面压力传感器模块；
熔焊焊接到每个焊接环的双平面压力凸缘；并且
其中：在没有使用任何压缩密封件的情况下，产生从双平面压力凸缘的过程流体压力入口到共平面压力传感器模块的隔离隔膜的流体耦合。
附图说明
图1A和1B分别显示了示例性的现有技术压力变送器的主视图和侧视图。
图2是共平面压力传感器模块的横断面视图，其中本发明的实施例特别有用。
图3是根据本发明的一个实施例的耦合到双平面压力凸缘的共平面压力传感器模块的横断面视图。
图4和5分别是说明本发明实施例的透视组装图和分解视图。
图6是根据本发明实施例的说明双平面压力凸缘的一部分的侧平面横断面视图。
图7是根据本发明实施例耦合到双平面压力凸缘的共平面压力传感器模块的横断面视图。
图8是根据本发明实施例的经由焊接环耦合到双平面压力凸缘的压力传感器模块的放大概略视图。
图9是根据本发明实施例的制造过程传感***的方法的方框图。
图10是根据本发明实施例的制造过程传感***的方法的方框图。
具体实施方式
图1A和1B显示了示例性的现有技术压力变送器100的主视图和侧视图。压力变送器100包括：封装电子电路的电子设备外壳101；和容纳隔离隔膜、压力传感器和相关传感器电路的模块外壳102。模块外壳102由螺钉105栓接到压力凸缘104。另外，凸缘适配器连接器118利用螺栓107被栓接到压力凸缘。凸缘适配器连接器118具有可连接到带螺纹的过程管道(未显示)的螺纹入口109。压力凸缘104为变送器100提供了一种或多种过程流体压力变送器，用于压力测量。压力变送器100被连接到过程回路103，其给压力变送器100提供能量并可提供用于在过程控制***中使用的双向连通。
图2显示了模块外壳102的横断面视图。压力传感器140位于模块外壳102内部，并由管142，144连接到隔离隔膜110。隔离隔膜110被直接焊接到模块外壳102。电路板146提供与来自传感器140的处理电信号相关的电路。连接器148提供从电路板146到电子外壳(诸如图1A和1B中显示的外壳101)中的电路的电连接。传感器外壳102被认为是共平面压力传感器模块，其中：隔离隔膜110大致彼此共平面。在过去，诸如O形环和密封垫的压缩型密封件用于在外壳凸缘104与模块102之间产生密封。在这种密封件上施加作用力以压缩它们并产生密封效果，该作用力由支撑在压力传感器模块102中的内螺纹孔的螺栓105提供。
压力传感器模块102通常表示压力传感中相对新的标准。特别地，压力传感器模块102表示从明尼苏达州的Chanhassen的Rosemount Inc.获得的商业名称型号305下销售的共平面压力传感器模块。由于其适应性和模块化，这个压力传感器模块具有高度适应性，并能够用在多种应用中。然而，对于任何适合的共平面压力传感器模块，本发明的实施例均是可行的。
根据本发明的一个实施例，多种焊接方式，优选地熔焊，用于机械耦合并密闭地密封双平面压力凸缘到共平面压力传感器模块。本发明的实施例通常使用多个连接器环和多个焊帽，以有利于在压力传感器模块和双平面压力凸缘的复杂几何形状内提供高强度熔焊。
图3是根据本发明实施例的彼此耦合的双平面压力凸缘和共平面压力传感器模块的一部分的横断面局部剖视图。图3说明了耦合到双平面压力凸缘202的压力传感器模块200。
该焊接环205，207将隔离隔膜固定到压力传感器模块。压力传感器模块200可以与压力传感器模块102(参照图2在上面描述)相同，或可以是任何适合的共平面压力传感器模块。图3分别显示了熔焊到焊接环205，207的一对连接环204，206。这些焊接分别在标号208和210处显示。每个焊接208，210将相应的连接环204，206机械和密封地接合到压力传感器模块200的焊接环，从而将连接环密封到压力传感器模块。可以使用任何适合类型的熔焊。优选地，熔焊为钨极惰性气体保护(TIG)焊接。在压力凸缘202处于通常的位置前提供焊接208和210。因此，到达设置有焊接208和210的位置的通路是直线的。每个连接环204，206包括向下翻转的唇形212，214，其设置有用以精确配合在压力凸缘202的内径216内的尺寸的外径。由于压力凸缘202与压力传感器模块200接触，内径216经过向下翻转的唇形212和214。这产生了用于第二组熔焊的表面。为了提供用于这种熔焊的通路，焊帽218，220并未处于通常的位置，并且因此焊帽的相应的孔提供产生第二组熔焊的焊接设备的通路。此外，熔焊优选地是将每个向下翻转的唇形212，214结合到压力凸缘202的相应的内径216的TIG焊接。通过完成第二组熔焊，利用熔焊，压力凸缘202现在被密封地结合到压力传感器模块200。接下来，焊帽218和220被放置在相应的孔中。优选地，压力凸缘202在其中包括微肩加工或其它方式成形，以将焊帽218和220保持在它们正确的轴向位置处。因此，当图3中所示的组件上下颠倒过来时，焊帽218和220简单地停留在相应的孔中以辅助焊接。第三组熔焊沿每个焊帽218和220的外部周围提供，从而将相应的焊帽结合到相应的孔的内径。最后，插头223被放置在压力凸缘202内，并且利用熔焊密封被结合在其中。
产生的压力测量组件是共平面压力传感器模块与双平面压力凸缘的组合，它们使用熔焊密封在一起并且机械地完全固定在一起。因此，没有诸如密封垫或O型环的压力密封表面。此外，焊接部件的设计与设置提供响应于出现在压力凸缘内的高压力的稳固性。
可在图3中清晰地看到将每个连接环204，206分别耦合到焊接环205，207的焊接208和210。焊接环205，207优选地激光焊接到压力传感器模块200，以将隔离隔膜固定到压力传感器模块。向下翻转的唇形212，214通过各自的焊接222，224被耦合到内径216。熔焊208，210，222和224的组合允许每个连接环204，206物理地结合到双平面压力凸缘202并将压力传感器模块200密封到双平面压力凸缘202。如可以认识到，为了发生熔焊焊接222和224，需要利用焊接设备接近那些区域。因此，焊帽218和220是将被组装的一些最后的部件，从而使焊接设备穿过孔，否则该孔由焊帽218和220阻塞。一旦熔焊焊接222和224完成，焊帽218和220可分别设置在适当的位置并利用第三组熔焊焊接226，228焊接。然后，插头223利用熔焊焊接230被固定在适当的位置。
图4和5分别是说明本发明实施例的透视组装图和分解视图。
图4是共平面压力传感器模块200的底透视图，其利用焊接到压力模块202上的焊帽218和220接合到压力模块202。
图5是分解透视图，分别显示了压力传感器模块200、连接环204、连接环206、压力凸缘202和焊帽218和220。
图6是显示根据本发明实施例的双平面压力凸缘的一部分的侧平面横断面视图。图6与图3中显示的实施例相当类似，除了压力凸缘300使用一对切除区域302和304以有利于变送器的安装。另外，压力凸缘300还包括有利于连接环连接的一对小环形凹陷306，308。
虽然焊帽218和220已显示并描述为圆形，可以使用任何适合的形状。例如，焊帽218，220的一个或两个可被伸长，诸如椭圆形状，或矩形。
图7是根据本发明的另一个实施例的耦合到双平面压力凸缘的共平面压力传感器模块的横断面视图。如所示，组件500可使用任何适合的共平面压力传感器模块，诸如上述模块102。经特殊焊接环504，506，模块102被耦合到双平面压力凸缘502。采用与现有技术类似的方式，每个焊接环504，506优选地激光焊接到共平面压力传感器模块102。可选地，任何适合类型的焊接可用于将每个环504，506耦合到压力传感器模块102。如图7所示，并且图8中更详细地显示，每个环504，506包括与压力凸缘502的侧表面512对应的侧表面508，510。每个环504和506分别在焊接514，516处被熔焊焊接到压力凸缘502。供焊接设备接近以提供焊接514和516的通路被提供经过其中去除焊帽522和524的通孔518和520。一旦焊接514和516完成，焊帽522和524可放置就位，并且熔焊焊接被设置在标号526处指示的三角形空间中。图7还表明压力凸缘502不包括需要***的侧向孔。因此，将双平面压力凸缘502完全安装和密封到共平面压力传感器模块102上仅需要4个熔焊焊接。
根据本发明的实施例，使用4个螺栓以将压力凸缘安装到压力传感器模块的现有安装技术，与上面列出的全焊接附加***结合使用。优选地，螺栓是扭矩为约300英寸-磅的不锈钢螺栓。使用凸缘螺栓有助于方便在地震与/或其它震动条件中承载压力变送器的负载。这提供了压力传感器模块与压力凸缘之间的极稳固的耦合。另外，可以相信：根据本发明的实施例制造的压力感应***(耦合到压力凸缘的压力传感器模块)将实现在更苛刻操作条件操作的认证，比市场上当前的产品具有更长时间周期。
图9是根据本发明实施例的制造过程传感***的方法的方框图。方法400开始于方框402，其中：提供共平面压力传感器模块和双平面压力凸缘。接下来，在方框404处，一对连接环被熔焊到上述压力传感器模块。接下来，优选地执行可选框406，其中：优选地使用扭矩到约300英寸-磅的不锈钢螺栓，压力凸缘被螺接到压力传感器模块。在方框408处，连接环被焊接到压力凸缘。如上描述，焊接设备的通道提供通过一对孔。在方框410处，该孔填充有焊帽，通过该孔预先提供以将连接环焊接到压力凸缘的焊接设备。然后，焊帽焊接在适当位置。接下来，在方框412处，如果需要，插头被如上所述***并被焊接在适当位置。对于方法400，其中执行方框410和412的顺序并不重要。然而，重要的是在连接环被焊接到压力凸缘前，连接环可被焊接到压力传感器模块。因此，方框404必须在方框408前执行。此外，重要的是：在连接焊帽前，该连接环被焊接到压力凸缘。因此，方框408必须在方框410前执行。
图10是用于组装关于图7和8所示的共平面压力传感器模块和压力凸缘的方法的流程图。虽然关于图7和8描述的实施例提供了一种具有更少熔焊焊接的完全密封和固定的模块，它需要精密制造。这是因为焊接环上的热量必须控制到低水平，以确定不会损伤隔离隔膜。如图10所示，方法600开始于方框602，其中：双平面凸缘栓接到共平面压力传感器模块。这保证了共平面压力传感器模块和双平面凸缘在焊接前对准。在可选方框604处，由虚线表示，凸缘可围绕周长被焊接到共平面压力传感器模块上的两个或多个位置。另外，在可选方框606处，用于将凸缘安装到压力传感器模块的螺栓头可被临时点焊(tack-welded)到凸缘。在方框608处，焊接环504和506被焊接到凸缘502。重要的是指出：在步骤608前，利用诸如激光焊或熔焊的任何适合类型的焊接将焊环504和506实际焊接到共平面压力传感器模块102。方框608实际上是相当复杂的步骤，并且多个子步骤显示到方框608的右边。具体地，对于第一焊接环，如在方框610处指示，使用一个或多个三角试块。一旦三角试块就位，整个共平面压力传感器模块和双平面压力凸缘组件被定位，使得隔离隔膜关于重力垂直。换言之，整个组件被放置在其侧面，如在方框612处指示。可选地，***物可放置在隔离器上，以防止它们受热和/或被焊接溅射。在方框614处，启动连接环与凸缘之间的熔焊。在方框616处，熔焊过程本身继续，其中熔焊设备保持稳定，并且整个共平面压力传感器模块/双平面压力凸缘组件围绕执行焊接的最接近的隔离隔膜的中央轴线旋转。一旦整个组件已执行一次完整的旋转并且完成熔焊，对其它焊接环/隔离隔膜重复步骤610到616的全部顺序，如在方框618指示。如果需要减小热量，在步骤614，616和/或618之间，可允许冷却以使组件散热。一旦已焊接完两个焊接环，方法600在方框620处继续，其中两个焊帽被熔焊在适当位置。如果期望，可以使用诸如热电偶的温度敏感设备，以监控或相反测量接近隔离隔膜的温度，以确保不发生过热。
虽然本发明是参考优选实施进行描述的，但本领域中的技术工作人员将会意识到：在不离开本发明的精神和范围的情况下，可以做一些形式与细节的变动。

Claims (20)

1.一种压力测量***，包括：
共平面压力传感器模块，所述共平面压力传感器模块具有大致彼此共平面的一对隔离隔膜；
焊接到压力传感器模块的多个焊接环，所述多个焊接环中的每一个靠近并围绕相应的隔离隔膜焊接，以将所述隔离隔膜固定到共平面压力传感器模块；
多个连接环，该多个连接环中的每一个被焊接到相应的焊接环；
双平面压力凸缘，所述双平面压力凸缘被焊接到所述多个连接环中的每一个；
其中：在没有使用任何压缩密封件的情况下，产生从双平面压力凸缘的过程流体压力入口到共平面压力传感器模块的隔离隔膜的流体耦合。
2.根据权利要求1所述的***，其中：所述双平面压力凸缘包括多个第一孔，所述多个第一孔中的每一个都具有内径，该内径具有设定的尺寸以容纳相应的连接环的一部分，并且其中所述双平面压力凸缘的每个内径都被焊接到相应的连接环的所述部分。
3.根据权利要求2所述的***，其中：所述连接环的所述部分形成为向下翻转的唇形，所述多个第一孔被设定尺寸以容纳所述连接环的所述部分。
4.根据权利要求2所述的***，其中：所述双平面压力凸缘包括多个第二孔，其被设定尺寸以允许焊接设备接近所述多个第一孔的内径。
5.根据权利要求4所述的***，进一步包括：多个焊帽，所述多个焊帽中的每一个被设置在所述多个第二孔的相应的一个孔内并熔焊到多个第二孔的相应的一个孔。
6.根据权利要求5所述的***，其中：所述焊帽是圆形的。
7.根据权利要求5所述的***，进一步包括：插头，所述插头利用熔焊焊接到双平面压力凸缘的通路中。
8.根据权利要求7所述的***，其中：熔焊的至少一种为钨极惰性气体保护(TIG)焊接。
9.根据权利要求8所述的***，其中：所有焊接均为TIG焊接。
10.根据权利要求1所述的***，进一步包括：多个安装螺栓，其被设置以使双平面压力凸缘抵靠共平面压力传感器模块。
11.一种制造压力测量组件的方法，所述方法包括：
提供共平面压力传感器模块和双平面压力凸缘；
将多个连接环焊接到共平面压力传感器模块；
使所述双平面压力凸缘与所述共平面压力传感器模块接触；和
将所述双平面压力凸缘焊接到所述连接环。
12.根据权利要求11所述的方法，其中通过双平面压力凸缘中的多个进入孔，完成将双平面压力凸缘焊接到连接环的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：将焊帽焊接到所述多个进入孔中的每一个。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述焊接为熔焊。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述熔焊是TIG焊接。
16.根据权利要求11所述的方法，其中：使双平面压力凸缘与共平面压力传感器模块接触的步骤包括：利用多个安装螺栓将双平面压力凸缘栓接到共平面压力传感器模块。
17.根据权利要求11所述的方法，其中在连接环被焊接的同时，整个组件围绕隔离隔膜的中央轴线旋转。
18.一种压力测量***，包括：
共平面压力传感器模块，所述共平面压力传感器模块具有大致彼此共平面的一对隔离隔膜；
焊接到共平面压力传感器模块的多个焊接环，所述多个焊接环中的每一个靠近并围绕相应的隔离隔膜焊接，以将隔膜固定到共平面压力传感器模块；
熔焊焊接到每个焊接环的双平面压力凸缘；并且
其中：在没有使用任何压缩密封件的情况下，产生从双平面压力凸缘的过程流体压力入口到共平面压力传感器模块的隔离隔膜的流体耦合。
19.根据权利要求18所述的***，其中：所述多个焊接环中的每一个利用激光焊被焊接到共平面压力传感器模块。
20.根据权利要求18所述的***，进一步包括：多个焊帽，所述多个焊帽中的每一个被设置在所述多个第二孔的相应的一个孔内并焊接到所述多个第二孔的相应的一个孔。
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