JP2804173B2 - 炎遮断プラグを備えた圧力トランスミッタ - Google Patents

炎遮断プラグを備えた圧力トランスミッタ

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.産業上の利用分野 本発明は、トランスミッタハウジングに用いる炎抑制
すなわち消炎消火プラグに関する。
2.従来の技術 圧力トランスミッタの外部の雰囲気中またはトランス
ミッタ内の圧力センサーによって検知されているプロセ
ス流体中には、しばしば引火性の混合ガスが存在する。
種々の防護手段によって、トランスミッタ内部の引火性
ガスの発火がトランスミッタ外部の引火性混合ガスを点
火することの可能性を減少させている。トランスミッタ
の開口およびその閉口のカバーは現在、トランスミッタ
ハウジング内部の発火ガスが漏れるとき、それをトラン
スミッタ外部の引火性ガスを点火するのに必要な温度よ
り低い温度にまで冷却するように作られている。
トランスミッタ中の発火ガスは、トランスミッタのハ
ウジングとカバーの間のフランジまたはネジなどの狭い
通路を進むときに冷却される。高温のガスが通路を移動
するとき、熱は炎から通路を形成する壁に伝導される。
もし通路が十分狭ければ、炎によって発生された熱より
も多くの熱が炎からハウジングおよびカバーに伝導さ
れ、炎の先端が冷える。もし通路が十分長くても、炎の
先端は炎を消すのに十分に低い温度にまで冷却され、発
火したガスが通路をそれ以上移動してトランスミッタ外
部の引火性混合ガスに点火するのを防止することができ
る。
たとえ一つの防護手段が損傷しあるいは失敗しても、
他の防護手段がなおトランスミッタ外部の引火性混合ガ
スを点火する可能性を減少させるように、一つのトラン
スミッタ中に複数の防護手段を設けることができる。Ｏ
リングなどの弾性シールおよび遮断ダイヤフラムなどの
薄い箔（foil）バリヤが破損または除去された後、ある
いは遮断液体が漏出してしまったり、溶接が破損した後
においてさえも、消炎消火経路が引火性混合ガスの発火
をハウジング内部に効果的に閉じ込めることが望まれる
応用もある。
故障状態においてスパークを発生することのある電気
回路を含むセンサーと、トランスミッタの外部との間で
の消炎消火は、センサーをプロセス流体圧力さらす必要
があり、また、ゲージ圧トランスミッタの場合、センサ
ーを同様にトランスミッタの外部の大気圧にさらす必要
もあるので、問題である。トランスミッタハウジング内
のセンサーとトランスミッタの外部の間に消炎消火経路
が設けられているが、クラスＩネジなどの従来技術装置
では、センサーを適所に保持する応用に適用するのが困
難であり、製作コストも高い。
このようにして、容易に製作できて低コストであり、
センサーを検知すべき圧力に露出させるためのセンサー
マウンティングを提供することが望まれており、そして
一方、発火したガスをセンサー空洞中に閉じ込めるため
の簡単で経済的な装置を提供することが望まれている。
発明の概要 本発明は、圧力トランスミッタのための炎遮断装置に
関する。図示説明されているように、このトランスミッ
タは、圧力ラインとトランスミッタ外部の大気との間の
圧力差を指示する出力を発生する。トランスミッタはハ
ウジングを有し、該ハウジングは、ハウジング中に形成
された内部空洞中に延びる孔の軸を取りまく壁を形成す
る。その空洞中に配置された回路は、トランスミッタの
出力を制御する。回路に接続された圧力センサーは、圧
力差を検知する。
圧力トランスミッタハウジング中の孔に挿入されたプ
ラグは、センサーを保持するように配置されており、セ
ンサーをプラグの外端に結合された圧力ラインから炎遮
断（flameisolate）する形状を有する通路を形成する。
孔の中のプラグは、プラグの末端部で圧力ラインに結合
された延長取付具（fitting）を有する。プラグは、セ
ンサーを収容するセンサー空洞を有する。プラグすなわ
ち取付具中の遮断ダイアフラムは、プラグ中に形成され
た第１の通路中の遮断流体を介して、ライン圧力をセン
サーに結合される。第１の通路は、その通路に沿った炎
の移動を妨害する形状を有し、従って遮断ダイアフラム
が破損して遮断流体が喪失された場合に、圧力ラインか
らセンサーを炎遮断する。
孔内に位置するプラグの外周面は、孔を規定する壁に
極く近接している。好適実施例においては、プラグの外
周面とそれに隣接する壁とが、炎の通過を妨害する形状
の間隙空間を形成し、これによって発火したいかなるガ
スがあってもそれをを大気から炎遮断する。
別の好適実施例では、プラグはセンサーを大気に結合
させる第２の通路を有する。第２の通路は炎の伝播を妨
害する形状に形成されており、従ってセンサーを大気か
ら炎遮断する。第２の通路は間隙空間を介して大気に結
合する。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明に従って製作されたプラグおよびセ
ンサー装置を有する典型的なトランスミッタハウジング
の断面図、 第２図は、第１図のトランスミッタハウジング中に使
用されているプラグおよびセンサーの拡大断面図、 第３図は、本発明に従って作成された変形例プラグの
断面図である。
好適実施例の詳細な説明 全体を10で図示されている典型的なトランスミッタハ
ウジングは、第１の回路区画12および端子ブロック区画
13を有する本体11を含む。端子ブロック区画は、端子ブ
ロック16上にマウントされた端子ネジ15にアクセスする
ためのネジ付きカバー14を有する。
回路は、回路区画中に符号20で示されている。回路
は、周知の２線式トランスミッタとともに現在用いられ
ている従来のものとすることができる。
トランスミッタハウジングは、回路区画に通じる孔す
なわち開口22をその壁中に有し、孔22はスリーブ23の内
部に通じている。スリーブ23の内部表面には、プラグ組
立体25を受け入れるためのネジ24が切られている。プラ
グ組立体は、スリーブ23の内部のクラス１のネジ24と噛
み合うネジ付きネック27を有するスリーブ状の取付具26
を含む。スリーブ23のネジ24およびプラグ26のネジ付き
ネック27は、この接合部に沿って規定された炎抑制経路
が確実に存在するようにぴったりはまり合うクラス１の
ネジである。これらのネジは製作コストが高いので、そ
の使用場所の数を最小限にすべきである。ロールピン30
は、スリーブ23中の半径方向開口を通ってスリーブ状取
付具26中の溝31中に達するように配置され、プラグ組立
体25の回転を防止している。
スリーブ状取付具26は開口22内にはまる小径の内端部
および内部通路32を有する。内部通路は、スリーブ状取
付具26の長さのほぼ中間に設けられた捕捉リング34の上
方にある通路部分33を含む。内部通路部分33は、通路部
分33の内部をシールするＯリングシール36を表面周囲に
有する遮断ブロック35を受け入れる大きさを有する。通
路33を形成する取付具（プラグ）26の内表面と遮断ブロ
ック35の外側表面との間に最大0.004インチの空間を残
すように、通路33を形成する取付具26の内側表面は非常
に精密に機械加工され、また遮断ブロック35の外側表面
も精密に機械加工されている。この空間もまた、一定の
形状、すなわち回路区画12から外部へ漏れるかもしれな
い炎を抑制すなわち消火するのに十分な長さおよび適当
な隙間を有する形状の消炎消火経路となる。
第１図に示されているように、遮断ブロック35はセン
サー組立体40の一部を構成する。遮断ブロック35は、適
当な周囲溶接42によってセンサー支持ブロック41に固定
されている。センサー支持ブロック41は円柱形でハウジ
ング壁の開口22に嵌合しており、開口22を回路区画12に
対してシールするためのＯリングシール43を表面の周囲
のほぼ中央部分に有する。支持ブロック41は、遮断ブロ
ック35に面する端部に適当な凹所44が形成されている。
凹所44は、シリコンチップダイアフラム形圧力センサー
45を支持する支持表面を有する。センサーベースをセン
サー支持ブロック41の表面にマウントするために、適当
なマウント材料46を使用することができる。センサーベ
ースは、凹所すなわちチャンバー44中に存在する圧力を
検知するためにその上に支持されているダイアフラムセ
クション47を有する。
凹所50がシリコンチップ45のベースの背後に設けら
れ、最大直径0.015インチの小径の孔51に通じている。
孔51は、センサー支持ブロック41の外表面と孔22の表面
の間の間隙空間52まで半径方向外側に向かって延びてい
る。間隙空間52は、取付具26を保持しているネジ24に通
じている。
センサー支持ブロック41は、リード57およびリードと
して作用する油充填チューブ55をマウントするために使
用される一対の孔53を有する、遮断ブロック35は、周縁
で溶接されて捕捉リング34に面している端部表面を覆う
可撓性の遮断ダイアフラム35Aを有し、遮断ダイアフラ
ム35Aの内側は小径（0.015インチ）の遮断流体通路35B
に通じ、遮断流体通路35Bはさらに空洞すなわちチャン
バー44に通じている。
チャンバー44、通路35Bおよびダイアフラム35Aの上側
には、一方の孔53の中にはまり適当な材料56によってそ
の孔の中に保持されている金属性チューブ55を通して、
適当なシリコーンオイルが満たされている。チューブ55
は金属製で中空の内部を有し、そこを通して遮断通路35
B、ダイアフラム35Aの上側およびチャンバー44にシリコ
ーンオイルを満たし、その後チューブの先端をシールし
てオイルを適所に保持することができる。チューブ55は
適当なリード線によって検知ダイアフラム47の一方の側
に接続され、電気信号を回路20に伝達するためにも用い
られる。
他方の孔53はその中に適当な電気リード57を有し、こ
の電気リード57は、ある種の絶縁材料のような材料58に
よって所定位置に保持されている。リード57も回路20お
よびセンサーに接続されている。開口すなわち孔51は、
第２図には便宜上隣接する開口53とともに断面で示され
ているが、チャンバー44には通じないので、実際には開
口53を迂回している。
小径開口35Bおよび51は、孔の寸法を非常に小さくか
つ正確に維持することができるように、適当なE.D.M.
（電子放電加工）によって作られる。
センサー組立体40は、上述のように、遮断ブロック35
に42で適当に溶接されると共に、溶接41Aによってスリ
ーブ状取付具26にも溶接されており、スリーブ状取付具
26をハウジングスリーブ23の内部にねじ込んだとき所定
位置にマウントすることができるプラグ組立体25を形成
する。ブロック41は、取付具26の端部表面上に着座する
ショルダー表面41Bを有する。ショルダー41Bは、孔部分
33に嵌合する短いネック41Cを形成する。溶接42はネッ
ク41Cの外周面に形成されている。
スリーブ状取付具26の下部60は、プロセス圧力ライン
すなわち圧力ソースからの圧力取付具を受け入れること
ができるように、内部に標準のパイプタップネジを有す
る。スリーブ23から突出しているスリーブ状取付具26の
下部の外側表面は、レンチによって着脱できるように６
角形にすることができる。
この種のトランスミッタは引火性混合ガスを含んでい
る雰囲気中で使用される場合があり、またセンサーマウ
ントチャンバーのように十分に防護するのが困難な領域
を有するので、十分な消炎消火が今まで問題であった。
遮断ブロック35および遮断ダイアフラム35Aは、圧力検
知のためにプロセス流体圧力にさらす必要があり、さら
に、たとえば遮断ダイアフラム35Aがたとえば破損した
り、破れたりし、または溶接42および41Aが損傷したと
しても、十分な消炎消火経路が用意されていなければな
らない。
約1/2インチのプラグ長に沿う遮断プラグすなわちブ
ロック35と孔33の間の0.004インチの間隙は、燃焼ガス
を冷却し、かつトランスミッタハウジングから漏出通路
を通って外部に移動する炎を、それが大気（外気）に達
する前に消火する形状の経路となる。加えて、通路35B
は、その直径の小ささと十分な長さ（図示されているよ
うに0.52インチの範囲）の故に消炎消火経路となるの
で、もしダイアフラム35Aが破れて遮断流体が喪失し、
スパークかセンサーチャンバー44中で炎を点火したとし
ても、その炎は通路35Bの外端部に達する前に冷却され
て消火されるであろう。
通路51も、圧力センサー45の背後にあるチャンバー50
を、間隙空間52を介し、さらにクラス１の消炎消火ネジ
であるネジ24を介して大気に連通するのに適当な寸法を
有する。ネジは、通気のための大きな断面積を与え、か
つ汚染物質による詰まりに影響されないので、消炎消火
経路として特に望ましい。
もし容接42が破損すると、遮断ブロック35が、チャン
バー44内での炎の点火によって、スリーブ状取付具26の
中心開口すなわち通路32から吹き飛ばされることが考え
られるが、たとえ溶接42が損傷したとしても、ブロック
35と孔部分の開口33の間の0.004インチの隙間が喪失し
ないことを保証するように捕捉リング34が設けられてい
る。捕捉リング34は、溶接が万一損傷した場合でも、遮
断ブロックを安全な位置に保持する。
孔部分60は、孔すなわち開口22およびそれと共軸であ
るスリーブ23の内部の孔の中心軸に沿って圧力ラインに
結合できるネジ付きコネクタを構成する。スリーブ状取
付具26に結合されたラインからの圧力は、遮断ダイアフ
ラム35Aに圧力を与えるのでプロセスライン圧力は遮断
ブロック35中に形成された通路35B中に充填された非圧
縮性流体によってセンサー45に結合される。
センサーマウントブロック41はプラグ組立体25の一部
を構成し、クラス１のネジ24と結合して、炎を冷却し、
かつセンサー空洞50および回路チャンバー12を大気から
遮断する形状の間隙空間52を形成するような周囲表面を
有する。小径の通路51は、さらに間隙空間52およびネジ
24を介して大気圧空洞50と大気の間の炎遮断を行う。
第３図には、本発明の第１の実施例における炎抑制性
能と同じ性能を有する、本発明の変形実施例が示されて
いる。トランスミッタハウジング11の一部が再び図示さ
れ、そして本発明のこの実施態様では、内部ネジ24を有
するスリーブ23とともに、開口22が設けられている。ト
ランスミッタは、もちろん、先に説明したように回路区
画12内に回路を有する。
プラグ組立体80は、スリーブ23の内部のネジ24と噛み
合うネジ付き外端部82を備えたスリーブ状取付具81を含
むので、プラグ組立体80は必要応じてスリーブ23にねじ
込んだり外したりできる。スロット83にはまってスリー
ブ状取付具81がはずれるのを防ぐためのロールピン30も
設けられている。
取付具81の内部通路84は精密に形成された孔部分85を
有し、その中に遮断ブロック86が配置される。遮断ブロ
ック86の外側表面と孔部分85の内側表面の間の間隔（直
径差）は0.004インチの範囲に保たれ、1/2インチの範囲
の経路長を有する。
捕捉リング87が孔部分85の下縁に設けられ、それは遮
断ブロック86の直径により小さな内径を有する。
遮断ブロック86はリング87に隣接する端部に薄い可撓
性の遮断ダイアフラム86Aを有し、この遮断ダイアフラ
ム86Aは、後述のような炎抑制通路であると共に、遮断
流体で満たされている通路86Aを覆っている。遮断ブロ
ック86は、孔部分85の表面に対してシールするためのＯ
リング88を有する。
プロセス圧力センサー組立体89は、遮断ブロック86に
面する端部に凹所91を有する圧力センサー支持ブロック
90を含む。センサー組立体89の一部であるセンサー支持
ブロック90は、91Aで遮断ブロック86に溶接されて組立
体を形成し、かつ周縁部の回りで凹所91をシールしてい
る。凹所91はセンサー取付け用の凹所であり、その内部
表面上には適当な圧力センサー92がマウントされてい
る。凹所91は、通路86Bに通じるチャンバーを形成す
る。ダイアフラム86Aの上側、凹所91および通路86Bは、
シリコーンオイルまたは他の適当な非圧縮性流体で満た
されている。オイル充填通路94が設けられ、凹所91に通
じている。適当なプラグ96によって適所に保持されてい
るボール閉鎖弁は、センサーの遮断チャンバーおよび通
路に流体を充填した後通路94を閉じる。
大気圧チャンバー98が、センサーダイアフラム部分11
0の遮断ブロック86とは反対側に設けられている。チャ
ンバー98は、小径の炎抑制通路100によって、孔22を規
定する内側表面とセンサーマウントブロック90の外周面
の間の間隙空間101に結合されている。この間隙空間101
は、約0.004インチの全直径差で精密に寸法が決められ
ており、ネジ24を経て大気へ通じる消炎消火経路を形成
する。孔100は適当な寸法および長さに形成されてお
り、同様に間隙空間につながる消炎経路を形成する。セ
ンサー支持ブロック90が、適当な溶接102によってスリ
ーブ状取付具81に溶接されていることにも注意すべきで
ある。
本発明のこの実施態様では、リード線103がセンサー9
2に取り付けられ、適当な通路104を通って外部に引き出
されている。センサー92は凹所91の内端部に縁部を載せ
て支持されており、ダイアフラム110は、チャンバー98
内の大気圧に対して遮断ダイアフラム86Aを介して作用
する圧力の差によって偏向する。
適当な圧力ラインコネクタすなわち取付具105は、通
常のネジを用いてスリーブ状取付具81のネジ部分106の
内側にねじ込まれ、プロセス流体圧力をダイヤフラム86
Aに伝え、そして通路86Bおよびチャンバー91内の非圧縮
性流体を介して圧力センサー92のダイアフラム部分110
に伝える。Ｏリング112は、センサーブロック90の外側
表面を孔すなわち開口22の表面に対してシールする。
いずれの例においても、可燃性ガスの発火が起こりう
るセンサーの凹所すなわち空洞91は、可燃性であるかも
知れない周囲大気に導く全ての出口経路に炎抑制経路を
介して結合されている。それは長い経路長と狭い隙間を
有する従来のクラス１のネジ24、および約0.004インチ
の隙間及び約1.2インチの経路長を有する、遮断ブロッ
ク86の外側表面と孔部分85の表面の間の環状空間を含
む。この通路は、もし溶接91Aが破損し、チャンバー91
からの炎が存在し、それが大気（外気）に向かって進行
している場合には、大気につながる。そのような溶接の
破損にも関わらず炎抑制経路が維持されるように、捕捉
リング87は遮断ブロック86を孔ブロック部分85内に保持
する。
凹所91に通じる遮断流体通路である通路86Bは、小さ
な直径（0.015インチ）で十分な長さを有するので、た
とえダイアフラム86Aが破損して遮断流体が放出され喪
失したとしても、この開口86Bを通って大気に向かって
進もうとする炎を消火する。
大気チャンバー98は、センサープラグ90の周囲表面と
孔22の間の間隙空間101と同様に、炎を消火するのに十
分な形状（直径0.015インチ）を有する消炎通路100を介
して大気に結合されている。
このようにして、プロセス流体圧力をセンサーに伝え
るための遮断装置86を通る経路を、消炎消火特性を与え
る配置に選択することにより、また同様に大気圧をその
センサーに伝える経路を消炎消火配置または消炎消火形
状を有するように選択することにより、トランスミッタ
は本質的に安全にされる。トランスミッタハウジングの
キャップ14上の通常のネジも、消炎消火経路となる。消
炎消火形状は、より広い通路に焼結した材料または多孔
質材料を充填することによっても作ることができる。
図示された組立体は、多数の高コストのネジ結合を使
用することなく、低コストで安全なセンサーマウントプ
ラグを提供し、溶接または遮断ダイアフラムが破損した
場合にも、本配置によって消炎消火経路が維持され、組
立体を本質的に安全にする。
本発明を好適実施例を参照して説明したが、この技術
に熟練したものであれば、本発明の精神及び範囲を逸脱
することなくその態様および細部を変更できることを理
解するであろう。
フロントページの続き (72)発明者 ペターソン，トーマス ピー. アメリカ合衆国、55317 ミネソタ州、 チャンハッセン、サンディー フック サークル 7020 (56)参考文献 特開 昭63−3233（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−29693（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01L 9/04 101 G01L 19/06

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】その内側に形成された外部空洞中に延びる
    孔の軸の回りの壁を形成するハウジングと、 出力を制御する、上記空洞中の回路と、 上記回路に結合され、圧力差を検知するためのセンサー
    と、 上記孔中のプラグとを含み、 上記プラグは、上記センサーを保持するセンサー空洞
    と、上記軸に沿ってプラグの末端部にラインを結合でき
    る取付具と、プラグ中に形成された第１の通路内の流体
    を介してライン圧力を上記センサーに結合するダイアフ
    ラムとを有し、該第１の通路は上記センサーをラインか
    ら炎遮断する形状を有する、ラインとトランスミッタの
    外側の大気の間の圧力差を指示する出力を発生するトラ
    ンスミッタ。
  2. 【請求項２】上記プラグは上記孔中の上記壁に隣接する
    周表面を有し、周表面は上記回路を大気から炎遮断する
    形状を有する間隙空間を形成する請求項１記載のトラン
    スミッタ。
  3. 【請求項３】上記プラグは上記センサーを大気に結合さ
    せる第２の通路を有し、該第２の通路は上記センサーを
    大気から炎遮断する形状に形成されている請求項２記載
    のトランスミッタ。
  4. 【請求項４】上記第２の通路は上記間隙空間を介して大
    気に結合している請求項３記載のトランスミッタ。
  5. 【請求項５】上記取付具は孔を有するスリーブ状取付具
    であり、該孔中にマウントされた第１のブロックが上記
    プラグの一部を構成し、該ブロックは第２のブロック中
    の上記センサー空洞を閉塞するとともに、その中にマウ
    ントされた上記ダイアフラムおよびその中の上記第１の
    通路を有し、上記第１のブロックと上記孔の間の隙間は
    ラインから炎を遮断する形状を有する請求項１記載のト
    ランスミッタ。
  6. 【請求項６】上記スリーブ状取付具中の上記孔は、たと
    え上記第１のブロックが上記第２のブロックから分離さ
    れてもはや上記センサー空洞を閉塞しなくなった場合に
    も、上記第１のブロックを確実に上記孔中に残存させる
    ように、上記第１のブロックとプロセス流体の間に捕捉
    リングを有する請求項５記載のトランスミッタ。
  7. 【請求項７】上記プラグは内部孔を有する取付具、第１
    の遮断ブロック、および一端に上記センサー空洞を有す
    る第２のセンサーマウントブロックを含み、上記第１の
    遮断ブロックは上記第２のブロックにシールして取り付
    けられて上記センサー空洞を閉塞し、上記第１のブロッ
    クは上記孔に嵌合して上記第１のブロックの周囲に、上
    記第１および第２のブロックの継ぎ目を外部から炎遮断
    する形状を有する通路を形成する請求項１記載のトラン
    スミッタ。
  8. 【請求項８】上記取付具は端部表面を有し、上記センサ
    ーブロックは上記内部孔に嵌合するネックを形成するシ
    ョルダーを有し、該ショルダーは上記端部表面上に据え
    られている請求項７記載のトランスミッタ。
  9. 【請求項９】その内側に形成された空洞中に延びる孔の
    軸の回りの壁を形成するハウジングと、 出力を制御する、上記空洞中の回路と、 上記回路に結合され、圧力差を検知するためのセンサー
    と、 上記孔中のプラグとを含み、 上記プラグは、上記センサーを保持するセンサー空洞
    と、上記プラグ中にマウントされて上記センサー空洞を
    閉塞するブロックと、ラインが上記プラグに結合された
    とき、上記ブロック中に形成された第１の通路中の液体
    を介してライン圧力を上記センサーに結合させる上記ブ
    ロック端部のダイアフラムとを有し、上記第１の通路
    は、上記ダイアフラムが裂けて上記液体が放出するよう
    な時にはいつでも、上記センサーを上記ラインから炎遮
    断する形状を有する、ラインとトランスミッタの外側の
    大気の間の圧力差を指示する出力を発生するトランスミ
    ッタ。
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