JP5492071B2 - 圧力送信機用の膨張チャンバ - Google Patents

Description

本願発明は圧力送信機に関する。より詳しくは、隔離ダイヤフラムと充填液を利用してプロセス圧力をプロセスセンサへ送信する圧力送信機に関する。

プロセス送信機は一般的にプロセス変数に反応する変換器つまりセンサを含む。プロセス変数とは一般的には物理的もしくは化学的な物質の状態またはエネルギーの変換に関連するものである。プロセス変数の例としては圧力、温度、流量、伝導率、ｐＨやその他の特性がある。圧力は流量、水位、さらには温度までをも測定するのに利用できるという点で基本的なプロセス変数であると考えられている。

圧力送信機は産業プロセス内にて、化学製品、製紙、石油、ガス、医薬品、食料やその他の流体型プロセスを利用するプラントにおいてスラリー、液体、蒸気や気体といった様々な産業プロセス流体の圧力を測定し監視するのによく用いられている。多くの場合、圧力送信機は、危険であり環境条件が変化する何らかの産業用途に用いられる。例えば、圧力送信機は極端な温度変化にさらされることもある。

圧力を感知できる送信機は典型的には少なくとも１つの隔離ダイヤフラムに結合した圧力センサを含む。隔離ダイヤフラムは送信機の開口部に設置され、圧力センサを測定対象である過酷な条件のプロセス流体から隔離している。圧力は、隔離ダイヤフラムから圧力センサまでに渡る流路内に満たされた実質的に非圧縮性の充填液を通じてプロセス流体から圧力センサまで伝えられる。

圧力送信機の中にはリモートシール形システムの部品となるものもある。リモートシール形システムでは、測定対象の産業用プロセス流体の腐食性または温度のために隔離ダイヤフラムは圧力送信機から離れて設置される。離れて設置された隔離ダイヤフラムは、離れて設置された隔離ダイヤフラムを収めるリモートシールボディの内部空洞と毛細管とを満たす充填液によって流体的に圧力センサと結合されている。充填液はプロセス流体によって加えられた圧力を毛細管を通じて圧力送信機の圧力センサに伝達する。

上記の圧力検知システムのいずれにおいても、用いられてる充填液は高温にさらされると膨張する。膨張した充填液は圧力送信機および／または毛細管の内部空洞、およびリモートシールハウジングの内部空洞において、膨張しない充填液の場合よりも大きな体積を占める。充填液の体積が大きくなると圧力センサが正確にプロセス流体の圧力を検知する性能にも、隔離ダイヤフラムが充填液からプロセス流体を適切に隔離する性能にも影響を与えてしまう。多くの場合、充填液が膨張すると最終的には圧力送信機が利用されているシステムの性能を低下させてしまうことになりうる。この課題に対処する技術の一つが「圧力センサ用の遮断部品を含む送信機」の名称で米国特許番号５，７３１，５２２（ローズマウント インコーポレーテッド、エデン プレイリー、ミネソタ州、に本出願と共に譲渡されている）に示されている。

開示する実施形態は、圧力センサと第一の熱膨張係数を有するボディとを含み、プロセス流体に接するための少なくとも一つの開口部を含む圧力監視システムに向けられる。少なくとも一つの隔離ダイヤフラムがボディにつながり、少なくとも一つの開口部に配置される。少なくとも一つの隔離ダイヤフラムはプロセス流体と接する第一の面を有する。少なくとも一つの流路がボディ内に配置され、第一の隔離ダイヤフラムの第二の面と接する充填液を含むよう構成される。少なくとも一つの流路は第一の隔離ダイヤフラムと圧力センサとの間に配置される。少なくとも一つの膨張チャンバは第一の流路につながり、第二の熱膨張係数を有する挿入物を含む。ボディの第一の熱膨張係数は挿入物の第二の熱膨張係数よりも大きい。一つの実施形態では圧力監視システムはプロセス流体に接続する圧力送信機である。また別の一つの実施形態では、圧力監視システムはリモートシール形システムを含む。

フランジに結合されている典型的な圧力送信機の模式図である。 熱膨張の小さい挿入物を有する圧力送信機の一実施形態の断面図である。 図２に示した一実施形態の部分的な拡大断面図である。 熱膨張の小さい挿入物を有する圧力送信機の一実施形態の断面図である。 熱膨張の小さい挿入物を有する圧力送信機の一実施形態の断面図である。 リモートシール形システムの模式図である。 熱膨張の小さい挿入物を有するリモートシールの一実施形態の拡大断面図である。 熱膨張の小さい挿入物を有するリモートシールの一実施形態の拡大断面図である。

図１に、開示する実施形態が有用であり圧力を監視・測定できる典型的な圧力送信機１００を示す。圧力送信機１００は一般的にはセンサボディ１０６に結合される送信機ボディ１０４を含み、センサボディ１０６はさらに、最終的にフランジもしくはマニホールド１０２に結合される遮断部品１０８に結合される。あるいは、送信機ボディ１０４とセンサボディ１０６は一体の器具として形成してもよい。図１において、フランジ１０２はＣｏＰｌａｎａｒ（商標）型の製品である。プロセス流体にインラインで設置される型のフランジに対して、ＣｏＰｌａｎａｒ（商標）型の製品はプロセス流体を支管するために取り付け設置されるフランジ１０２を含む。こうしたフランジはミネソタ州チャンハッセンのローズマウント・インコーポレーテッドから商品名trade designationモデル３０５と３０６のマニホールドとして購入可能である。しかし、開示する実施形態においては、プロセス流体を受け入れるために他の結合方式を用いる他の型のフランジもしくはマニホールドを利用することも可能である。

フランジ１０２は一対のプロセス流体入口部１１０と１１２および一対の出口組立部品（アセンブリ）１１４と１１６を有する。プロセス流体入口部１１０と１１２によって圧力送信機１００はプロセス流体の差（ゲージ）圧を測定することが可能になる。図１においては流体入口部１１０と１１２の２個しか描かれていないが、開示する実施形態では入口部を何個用いようと構わない。例えば、開示する実施形態において１個の入口部を用い、圧力送信機がゲージ圧と絶対圧を測定するようにしてもよい。

図２に、一つの実施形態における、フランジもしくはマニホールド２０２に結合された圧力送信機２００の断面図を示す。圧力送信機２００は送信機ボディ２０４とセンサボディ２０６を備える。典型的には送信機ボディ２０４とセンサボディ２０６は同じ材料で形成される。典型的には、この材料は例えば３１６Ｌ系低炭素ステンレス鋼である。送信機ボディ２０４とセンサボディ２０６の材料は他の種類の鋼鉄や金属と比べて比較的高い熱膨張係数を持つ。センサボディ２０６は圧力センサ２１４と遮断部品２０８とを収めるよう構成される。送信機ボディ２０４は送信機回路２１８を収めるよう構成される。センサ２１４は送信機回路２１８に通信バス２２０を介して接続される。送信機回路２１８は図２に示す送信機出力線のような通信リンクを用いてプロセス流体の圧力に関する情報を送信する。例えば、送信機回路２１８は４〜２０ｍＡ電流ループやプロセス制御の工業標準であるＨＡＲＴ（登録商標）やフィールドバスループなどのような２線式通信回路を用いてプロセス流体の圧力に関する情報を送信することができる。圧力送信機２００はコントローラにより電力を供給されてもよい。もしくは、送信機は無線ネットワークを用いることもできる。

一つの実施形態においては、圧力センサ２１４はフランジ２０２の第一の入口２１０の圧力Ｐ１とフランジ２０２の第二の入口２１２の圧力Ｐ２との差圧を測定する。圧力Ｐ１は第一の流路２２２を通じて圧力センサ２１４に伝えられる。圧力Ｐ２は第二の流路２２４を通じて圧力センサ２１４に伝えられる。第一の流路２２２は圧力送信機２００の第一の開口部２２６から圧力センサ２１４まで、第一のセンサ取付チューブ２２７を通じて延びている。第二の流路２２４は圧力送信機２００の第二の開口部２２８から圧力センサ２１４まで、第二のセンサ取付チューブ２２９を通じて延びている。流路２２２と２２４はオイル、シリコン、グリセリン水溶液、プロピレングリコール水溶液やその他の適した流体といったような比較的非圧縮性の充填液で満たされる。

遮断組立部品（アセンブリ）２０８は第一の開口部２２６に設置された第一の隔離ダイヤフラム２３０を備え、センサボディ２０６に結合されている。遮断組立部品２０８はまた第二の開口部２２８に設置された第二の隔離ダイヤフラム２３２を備え、センサボディ２０６に結合されている。第一の隔離ダイヤフラム２３０は第一の流路２２２の充填液と接しており、同時に入口２１０のプロセス流体とも接している。第二の隔離ダイヤフラム２３２は第二の流路２２４の充填液と接しており、同時に入口２１２のプロセス流体とも接している。隔離ダイヤフラム２３０および２３２はそれぞれ入口２１０および２１２のプロセス流体の性質と特徴を流路２２２および２２４の充填液に伝達する。圧力センサ２１４は、流路２２２と２２４中のプロセス流体の性質と特徴を感知する。圧力送信機２００が、極端に温度が上下するといったような変動をする環境条件にあるプロセス流体かつ／または雰囲気の温度にさらされると、充填液は温度上昇に伴い膨張する。圧力送信機２００の構成部品、例えば隔離ダイヤフラム２３０や２３２、が損傷するのを防ぎ、圧力送信機２００の性能を維持するため、一つの実施形態では第一の流路２２２は第一の膨張チャンバ２４２に結合され、第二の流路２２４は第二の膨張チャンバ２４４に結合される。

第一および第二の膨張チャンバ２４２および２４４はセンサボディ２０６内に形成される。一つの実施形態では膨張チャンバ２４２および２４４はセンサボディ２０６と一体で形成される。他の実施形態では、膨張チャンバ２４２および２４４は個別の殻形部品（シェル部品）でありセンサボディ２０６内に挿入される。膨張チャンバ２４２および２４４はそれぞれ流路２２２および２２４に沿って、開口部２２６および２２８と圧力センサ２１４の間に配置される。第一の膨張チャンバ２４２は第一の挿入物２４６を含み、第二の膨張チャンバ２４４は第二の挿入物２４８を含む。各挿入物２４６および２４８はそれぞれ膨張チャンバ２４２および２４４に溶接により結合されている。例えば、各挿入物２４６および２４８はそれぞれ膨張チャンバ２４２および２４４に対して、一対をなす溶接リング２５０および２５２によって結合されている。

図３に、圧力送信機２００の第一の流路２２２に沿って割り込むよう配置される第一の膨張チャンバ２４２と、第一の開口部２２６内に配置される第一の隔離ダイヤフラム２３０の拡大断面図を示す。図３を参照して説明する詳細は圧力送信機２００の第二の流路２２４に沿って割り込むよう配置される第二の膨張チャンバ２４４に対してもあてはまることに注意しておく必要がある。第一の流路２２２の構成部品と第一の流路２２２に結合される構成部品は、実質上、第二の流路２２４の構成部品と第二の流路２２４に結合される構成部品を鏡で映した位置関係にある。

第一の隔離ダイヤフラム２３０は第一の面２３４と第二の面２３６を含む。第一の隔離ダイヤフラム２３０は、第一の流路２２２の充填液２５４に第一の面２３４で接し、第二の面２３６でプロセス流体と接する。第一の膨張チャンバ２４２は第一の面２６０と、第一の面２６０につながる第二の面２５６と、第一の開口部２２６とにより画定される。前述のように、膨張チャンバ２４２は第一の挿入物２４６を含む。第一の挿入物２４６は、一対の溶接リング２５０により膨張チャンバ２４２の第二の面２５６に、第一の挿入物２４６が膨張チャンバ２４２内に浮いて保持された状態で結合される。第一の挿入物２４６は、センサボディ２０６の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する。第一の挿入物２４６（および第二の挿入物２４８）に用いる材料の例には、熱膨張係数が小さく脱ガスのない物質、例えばセラミック、ガラス、ホウケイ酸ガラス、もしくはコバール（ニッケルとコバルトの合金）やインバー（熱膨張係数を調整できることで知られる鉄とニッケルの合金）を含む金属などがある。電気絶縁性の材料を必要としない場合、これらの材料はＣｏｐｌａｎａｒ（商標）型の製品に非常に適している。しかし、電気絶縁性の材料を必要とする場合、他の製品でセラミック材料を用いることもできる。

一つの実施形態においては、第一の挿入物２４６は中央の流路２５８を含み、第一の面２６０から間隙部２６４によって離れて設置される。中央の流路２５８は第一の開口部２２６から第二の面２５６まで第一の挿入物２４６を貫いて延びている。圧力送信機２００が極端な温度のプロセス流体もしくは極端な雰囲気温度にさらされると、それぞれの材質の熱膨張係数により、センサボディ２０６は挿入物２４６よりも大きく体積膨張する。このように体積膨張が異なる結果、間隙部２６４の体積が増えて、膨張した充填液２５４は、間隙部２６４および中央の流路２５８を満たすようになり、隔離ダイヤフラム２３０に負荷をかけて膨張して圧力送信機２００の性能を変化させてしまうことはなくなる。一般的に、第一の挿入物２４６は第一の流路２２２内の充填液２５4の２０〜３０倍の体積を持っている必要がある。これにより圧力センサシステムが正確な測定をするのを温度変化によって妨げられる影響を減らすことができる。

図４に、他の実施形態においてフランジもしくはマニホールド３０２に結合されている圧力送信機３００の断面図を示す。図２、３における圧力送信機２００と同様に、圧力送信機３００は、典型的には３１６Ｌ系のような低炭素鋼で他の種類の鋼や金属よりも比較的高い熱膨張係数を有するものでできた送信機ボディ３０４とセンサボディ３０６とを含む。センサボディ３０６は圧力センサ３１４と遮断組立部品３０８とを収めるよう構成される。送信機ボディ３０４は送信機回路３１８を収めるよう構成される。センサ３１４は通信バス３２０を通じて送信機回路３１８に接続される。送信機回路３１８は図４に示す送信機出力のような通信リンクを介してプロセス流体の圧力に関する情報を送信する。圧力送信機３００はコントローラから電力供給されてもよい。もしくは、送信機は無線ネットワークを用いてもよい。

一つの実施形態では、圧力センサ３１４はフランジ３０２の第一の入口部３１０の圧力Ｐ１とフランジ３０２の第二の入口部３１２の圧力Ｐ２との差圧を測定する。圧力Ｐ１は第一の流路３２２を通じて圧力センサ３１４に伝達される。圧力Ｐ２は第二の流路３２４を通じて圧力センサ３１４に伝達される。第一の流路３２２は圧力送信機３００の第一の開口部３２６から第一のセンサ取付チューブ３２７を通じて圧力センサ３１４へ延びている。第二の流路３２４は圧力送信機３００の第二の開口部３２８から第二のセンサ取付チューブ３２９を通じて圧力センサ３１４へ延びている。流路３２２および３２４は圧力送信機２００（図２）の場合と同様に充填液で満たされている。

遮断組立部品３０８は、第一の開口部３２６に設置されセンサボディ３０６に結合される第一の隔離ダイヤフラム３３０を備える。遮断組立部品３０８はまた、第二の開口部３２８に設置されセンサボディ３０６に結合される第二の隔離ダイヤフラム３３２を備える。図２および３の圧力送信機２００と同様に、第一の隔離ダイヤフラム３３０は第一の流路３２２内の充填液と接し、かつ入口部３１０のプロセス流体と接する。第二の隔離ダイヤフラム３３２は第二の流路３２４内の充填液と接し、かつ入口部３１２のプロセス流体と接する。隔離ダイヤフラム３３０および３３２は入口部３１０および３１２のプロセス流体の性質と特徴を流路３２２および３２４の充填液に伝達する。圧力センサ３１４は流路３２２および３２４に含まれているプロセス流体の性質と特徴を感知する。圧力送信機３００が極端な温度上昇といったような変動環境条件を持つプロセス流体にさらされると、温度上昇に伴って充填液は膨張する。圧力送信機３００の隔離ダイヤフラム３３０や３３２といったような構成部品の損傷を防ぎ、圧力送信機３００の性能を維持するために、一つの実施形態では、第一の流路３２２は第一の膨張チャンバ３４２に結合され、第二の流路３２４は第二の膨張チャンバ３４４に結合されている。

膨張チャンバ３４２および３４４はセンサボディ３０６内に形成されている。一つの実施形態では、膨張チャンバ３４２および３４４はセンサボディ３０６と一体となって形成されている。図４に示す実施形態では、第一の膨張チャンバ３４２はセンサボディ３０６の第一の側面３４３に接する開口部３４７と第一の流路３２２との間に配置されている。第一の膨張チャンバ３４２は向かい合う第一および第二の面３５０および３５１と、第三の面３５２と、開口部３４７とによって画定される。代替例として、膨張チャンバ３４２は円筒形で、３つの面ではなく２つの面によって画定されてもよい。第二の膨張チャンバ３４４はセンサボディ３０６の第二の側面３４５に接する開口部３４９と第二の流路３２４との間に配置されている。第二の膨張チャンバ３４４は向かい合う第一および第二の面３５３および３５４と、第三の面３５５と、開口部３４９とによって画定される。代替例として、膨張チャンバ３４４は円筒形で、３つの面ではなく２つの面によって画定されてもよい。

第一の膨張チャンバ３４２は第三の面３５２において第一の流路３２２と流体的に結合される。第二の膨張チャンバ３４４は第三の面３５５において第二の流路３２４と流体的に結合される。第一の膨張チャンバ３４２は第一の挿入物３４６を含み第二の膨張チャンバ３４４は第二の挿入物３４８を含む。第一の挿入物３４６はセンサボディ３０６に結合され第一の拡張チャンバ３４２内に浮いた状態で保持される。第二の挿入物３４８はセンサボディ３０６に結合され第二の拡張チャンバ３４４内に浮いた状態で保持される。挿入物３４６および３４８は両方ともにセンサボディ３０６に溶接により結合される。

図４に示す一つの実施形態では挿入物３４６および３４８はそれぞれ、センサボディ３０６に溶接リング３５６および３５７によって溶接される。各溶接リング３５６および３５７はそれぞれ、第一の側面３４３に接する開口部３４７および第二の側面３４５に接する開口部３４９を渡って配置される。従って、挿入物３４６および３４８はそれぞれ、センサボディ３０６の側面３４３および３４５に接する開口部３４７および３４９からそれらに対応する膨張チャンバ３４２および３４４内に浮いて保持される。図５に示すような他の実施形態においては膨張チャンバ３４２および３４４内の挿入物３４６および３４８はそれぞれキャップ３６０および３６１によってセンサボディ３０６に溶接される。キャップ３６０および３６１はセンサボディ３０６と同じ材質、例えば３１６Ｌステンレス鋼、からなり、各膨張チャンバ３４２および３４４内へ、各挿入物３４６および３４８と各開口部３４７と３４９との間に挿入される。そして各キャップ３６０および３６１はそれぞれ、センサボディ３０６の各側面３４３および３４５に対して、それぞれ溶接リング３６２および３６３によって溶接される。

図４、５の両方に示した各挿入物３４６および３４８はセンサボディ３０６の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を持つ。図２、３における挿入物２４６および２４８と同様に、挿入物３４６および３４８に用いる材質の例としては熱膨張が小さく脱ガスしない材質、例えばセラミック、ガラス、ホウケイ酸ガラス、もしくはコバールやインバーを含む金属などがある。挿入物３４６は向かい合う第一および第二の面３５０および３５１から一対の間隙部３６４および３６５を介して離れており、第三の面３５２から間隙部３６６を介して離れている。挿入物３４８は向かい合う第一および第二の面３５３および３５４から一対の間隙部３６８および３６９を介して離れており、第三の面３５５から間隙部３７０を介して離れている。

図４および５のいずれにおいても、圧力送信機３００がプロセス流体の極端な温度もしくは極端な雰囲気温度にさらされると、センサボディ３０６が、従って膨張チャンバ３４２および３４４も共に、各々の材質の熱膨張係数に基づいて挿入物３４６および３４８よりも大きく体積膨張する。このように体積膨張に差があるので結果として第一の挿入物３４６と第一の膨張チャンバ３４２との間の間隙部３６４、３６５および３６６は大きくなる。膨張した充填液は隔離ダイヤフラム３３０に負荷をかけて膨張して圧力送信機３００の性能を変化させてしまうのではなく、第一の流路３２２から流入してきて間隙部３６４、３６５および３６６を満たすようになる。さらに、このように体積膨張に差があるので結果として第二の挿入物３４８と第二の膨張チャンバ３４４との間の間隙部３６８、３６９および３７０は大きくなる。膨張した充填液は隔離ダイヤフラム３３２に負荷をかけて膨張して圧力送信機３００の性能を変化させてしまうのではなく、第二の流路３２４から流入してきて間隙部３６８、３６９および３７０を満たすようになる。一般的に、充填液の膨張分が間隙部３６４、３６５および３６６と間隙部３６８、３６９および３７０でカバーされるためには、挿入物３４６および３４８はプロセス送信機２００内の充填液２５４の体積の２０〜３０倍の体積を持つ必要がある。

図６に本願で開示するさらに別の実施形態におけるリモートシール形のシステム６００を示す。リモートシール形システム６００は圧力を監視し測定する能力がある。図６において、フランジ型埋め込み式ダイヤフラムのリモートシール６０２は圧力送信機６０４と組み合わせて利用できる。リモートシール６０２はリモートシールボディ６０６を含み、該ボディはプロセス流体６０８との接触から保護される。図２〜５に示した実施形態のように圧力を感知するのではなく、圧力送信機６０４内の電子回路およびセンサを極端な高温、低温、または腐食性のプロセス媒体６０８から保護する場合にリモートシール６０２は利用することができる。リモートシール６０２はまた、圧力送信機６０４を測定箇所から離れた所に取り付け、かつプロセスをプロセス接続部で測定可能にしておくようにするためにも利用することができる。さらに、リモートシール６０２はそれを用いないと器具やプロセスが塞がれてしまう粘性のあるプロセスにおいて圧力を感知するのにも用いることができる。

リモートシール６０２は、内部に隔離ダイヤフラム６１２が配置される開口部６１０を含む。隔離ダイヤフラム６１２はプロセス媒体６０８に接するため、一般的にはプロセス流体６０８による腐食に耐える材質で製造される。リモートシール形システム６００は、リモートシールの隔離ダイヤフラム６１２を圧力送信機６０４に接続する毛細管６１４を含む。毛細管６１４はオイル、シリコン、グリセリン水溶液、プロピレングリコール水溶液やその他の適した流体などのリモートシール充填液を含む。毛細管６１４はリモートシールの隔離ダイヤフラム６１２を圧力送信機６０４に接続する。

圧力送信機６０４は圧力センサ６１８を収めるセンサボディ６１６を含む。圧力送信機６０４は図２〜５の圧力送信機と同様にそれ自身の隔離ダイヤフラムを含むことができ、それ自身の隔離ダイヤフラムと圧力センサ６１８との間にあるそれ自身の充填液を利用することができる。しかし、圧力送信機６０４はそれ自身の隔離ダイヤフラムを含みかつ前述と異なって毛細管６１４に含まれる充填液を圧力センサ６１８に接続するよう利用することはできない。プロセスの圧力がプロセス媒体６０８から加えられると、リモートシールの隔離ダイヤフラム６１２が移動して充填液を移動させ、充填液は毛細管６１４を通じてリモートシールの隔離ダイヤフラム６１２と圧力送信機６０４の間を流れる。移動されられた流体はこの結果プロセス媒体６０８から加えられた圧力を圧力センサ６１８に伝達する。

リモートシール６０２が極端な温度上昇といったような変動する環境条件にあるプロセス流体にさらされると、毛細管６１４を通じてリモートシールの隔離ダイヤフラム６１２と圧力送信機６０４との間を流れる充填液は膨張する。リモートシール６０２の構成部品の損傷を防ぎリモートシール６０２の性能を維持するために、一つの実施形態においては、膨張チャンバはリモートシールボディ６０６内に配置される。

図７にリモートシール７０２の一つの実施形態の断面図を示す。リモートシール７０２は、隔離ダイヤフラム７１２によってプロセス流体７０８との接触から保護されているリモートシールボディ７０６を含む。リモートシールボディ７０６は、隔離ダイヤフラム７１２が配置される開口部７１０を含む。ハウジング７０６はまた、毛細管７１４と隔離ダイヤフラム７１２との間に配置される流路７２０を含む。流路７２０と毛細管７１４は充填液で満たされる。

典型的には、リモートシールボディ７０６は、一般的に他の種類の鋼や金属の熱膨張係数よりも比較的大きい熱膨張係数を持っているステンレス鋼でできている。隔離ダイヤフラム７１２は毛細管７１４および流路７２０内の充填液と接し、開口部７１０にてプロセス流体７０８と接している。隔離ダイヤフラム７１２は流路７２０および毛細管７１４内の充填液にプロセス流体７０８の性質および特徴を伝達する。流路７２０および毛細管７１４内の充填液は、例えば図６の圧力送信機６０４のような圧力送信機に向かい、結果としてプロセス流体７０８の性質および特徴を伝え持っている充填液が例えば図６の圧力センサ６１８のような圧力センサによって感知できるようになる。前述のように、流路７２０および毛細管７１４内の充填液は圧力送信機の圧力センサと直接結合可能、もしくは圧力送信機内の充填液が圧力センサに向かうような形で圧力送信機の遮断組立部品と接触可能である。

隔離ダイヤフラム７１２といったようなリモートシール７０２の構成部品の損傷を防ぎリモートシール７０２の性能を維持するため、膨張チャンバ７２２がリモートシール７０２に含まれる。一つの実施形態においては膨張チャンバ７２２はリモートシールボディ７０６と一体で形成され、流路７２０に沿って開口部７１０と毛細管７１４との間に配置される。膨張チャンバ７２２は第一の面７２４と、第一の面７２４と結合する第二の面７２８と、開口部７１０と、によって画定される。膨張チャンバ７２２は挿入物７３０を含む。挿入物７３０はハウジング７０６の第二の面７２８に溶接によって結合される。例えば、挿入物７３０は第二の面７２８に結合され、一対の溶接リングによってリモートシールボディ７０６内に浮いているよう配置される。

挿入物７３０はリモートシールボディ７０６の膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する。挿入物７３０に用いる材質の例としては、熱膨張が小さく脱ガスしない材質、例えばセラミック、ガラス、ホウケイ酸ガラス、もしくはコバールやインバーを含む金属などがある。挿入物７３０は中央の流路７３４を含み、膨張チャンバ７２２の第一の面７２４から間隙部７３６を介して離れている。中央の流路７３４は挿入物７３０内を通じて開口部７１０から第二の面７２８まで延びている。リモートシール７０２がプロセス流体７０８の極端な温度にさらされると、リモートシールボディ７０６は、従って膨張チャンバ７２２も共に、各々の材質の熱膨張係数に基づいて挿入物７３０よりも大きく体積膨張する。このように体積膨張に差がある結果として、間隙部７３６は体積を増し、膨張した充填液は隔離ダイヤフラム７１２に負荷をかけて膨張するのではなく膨張分が間隙部７３６を満たすことが可能となる。

図８は、別の実施形態におけるリモートシール８０２の断面図を示す。図７のリモートシール７０２と同様に、リモートシール８０２は、典型的にはステンレス鋼でできており他の種類の鋼や金属よりも比較的高い熱膨張係数を有するリモートシールボディ８０６を含む。リモートシールボディ８０６は、内部に隔離ダイヤフラム８１２が配置される開口部８１０を含む。リモートシールボディ８０６はまた、毛細管８１４と隔離ダイヤフラム８１２との間に配置される流路８２０を含む。流路８２０と毛細管８１４は充填液で満たされている。

典型的には、リモートシールボディ８０６はステンレス鋼でできていて、一般的に他の種類の鋼や金属の膨張係数と比べて比較的高い熱膨張係数を持っている。運用時においては、隔離ダイヤフラム８１２は毛細管８１４および流路８２０内の充填液と接触しかつ開口部８１０においてプロセス流体８０８と接触するという点で、リモートシール８０２はリモートシール７０２と同様である。

隔離ダイヤフラム８１２といったようなリモートシール８０２の構成部品の損傷を防ぎ、かつリモートシール８０２の性能を維持するために、膨張チャンバ８２２がリモートシール８０２内に形成されている。一つの実施形態においては、膨張チャンバ８２２はリモートシール８０２のリモートシールボディ８０６と一体で形成される。特に、膨張チャンバ８２２はリモートシールボディ８０６の第一の側面８４２に接する側面開口部８４０の間で、流路８２０へ向けて割り入るように配置される。膨張チャンバ８２２は、第一および第二の向かい合う面８４４および８４６と、第一および第二の面８４４および８４６とを結合する第三の面８４８と、側面開口部８４０とによって画定される。膨張チャンバ８２２は第三の面８４８において流体的に流路８２０へ結合される。膨張チャンバ８２２は挿入物８３０を含む。挿入物８３０は溶接により膨張チャンバ８２２に結合されかつ膨張チャンバ８２２内に浮かぶよう配置される。

一つの実施形態においては、図８には示していないが、挿入物８３０はリモートシールボディ８０６に溶接リングによって溶接で取り付けられる。溶接リングは、第一の面８４２の側面開口部８４０に渡って延び、挿入物８３０が、第一の側面８４２の開口部８４０から膨張チャンバ８２２内に浮かぶよう配置されるようにする。他の実施形態においては図８に示すように、挿入物８３０はキャップ８４９によってリモートシールボディ８０６に溶接されている。キャップ８４９はリモートシールボディ８０６と同じ材質を含み、膨張チャンバ８２２内へ、挿入物８３０と第一の側面８４２の開口部８４０との間で挿入される。そしてキャップ８４９は一対の溶接リング８５０によってリモートシールボディ８０６の第一の側面８４２に溶接される。

挿入物８３０はリモートシールボディ８０６の膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する。挿入物８３０の物質の例としては、図７の挿入物７３０に関して述べた物質のように熱膨張係数が小さく脱ガスのない物質が含まれる。挿入物８３０は向かい合う側面８４４および８４６から一対の間隙部８５２および８５４によって離されており、第三の面８４８から間隙部８５６によって離されている。リモートシール８０２がプロセス流体８０８の極端な高温にさらされると、ハウジング８０６は、従って膨張チャンバ８２２も共に、それぞれの材料の熱膨張係数に基づき挿入物８３０よりも大きく体積膨張する。このような体積膨張の差によって結果として挿入物８３０と膨張チャンバ８２２との間にある間隙部８５２、８５４および８５６は大きくなる。膨張した充填液は隔離ダイヤフラム８１２に負荷をかけて膨張するのではなく、膨張分が流路８２０から流入してきて間隙部８５２、８５４および８５６を満たすことが可能になる。

本願の主題は構造的特徴かつ／または方法的な動作に特化した用語によって説明してきたが、付記する請求項において定義される主題は以上説明してきた特徴的な構造または動作に必ずしも限られるわけではないことに注意する必要がある。より正確には、以上説明してきた具体的な特徴および動作は請求項の記載を実施するにあたっての例となるにすぎない。例えば、開示した実施形態は主にプロセス送信機（産業用フィールド機器）および圧力センサを有するリモートシール式のシステムに関連して述べてきたが、膨張挿入物を含む膨張チャンバは他の種類の送信機に対しても適用することができる。

２００…圧力送信機
２０４…送信機ボディ
２０６、３０６…センサボディ
２１４…圧力センサ
２２２…第一の流路
２２４…第二の流路
２３０…隔離ダイヤフラム
２４２…第一の膨張チャンバ
２４４…第二の膨張チャンバ
２４６…第一の挿入物
２４８…第二の挿入物
３５６、３５７…溶接リング

Claims (20)

1. プロセス流体の圧力を測定する圧力送信機であって、
   圧力センサと、
   第一の熱膨張係数を有し第一の開口部を含む圧力送信機ボディと、
   前記圧力送信機ボディに結合され、前記第一の開口部内に配置され、前記プロセス流体と接する第一の面を含む第一の隔離ダイヤフラムと、
   前記第一の面と前記圧力センサとの間に延び、前記第一の隔離ダイヤフラムの第二の面と接する充填液を含むよう構成された第一の流路と、
   前記圧力送信機ボディと一体となって前記圧力送信機ボディ内の空洞として形成され、前記第一の流路に結合されることで当該空洞は前記充填液で満たされると共に、第二の熱膨張係数を有する第一の挿入物を含む第一の膨張チャンバと、を備え、
   前記圧力送信機ボディの前記第一の熱膨張係数が前記第一の挿入物の前記第二の熱膨張係数よりも大きく、
   前記第一の膨張チャンバが、前記圧力送信機ボディの第一の側面に接する第一の側面開口部と、前記第一の流路との間に配置され、
   前記第一の挿入物が、前記第一の側面開口部において前記圧力送信機ボディに取付けられ、前記第一の膨張チャンバ内に浮いて配置されることを特徴とする圧力送信機。
2. 前記第一の膨張チャンバが、前記圧力送信機ボディの第一の側面に接する第一の側面開口部と、前記第一の流路との間に配置されることにより、前記第一の隔離ダイヤフラムを含む可動部材と接触しないことを特徴とする請求項１に記載の圧力送信機。
3. 前記第一の膨張チャンバが前記第一の面と前記圧力センサとの間に延びる前記第一の流路の当該延びる途中において該第一の流路に前記結合されることで前記第一の隔離ダイヤフラムから離れて配置されると共に、前記充填液が前記第一の流路から前記結合される箇所において前記第一の膨張チャンバ内へと分岐して移動可能なように充填されることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力送信機。
4. 前記第一の膨張チャンバが、第一および第二の向かい合う面と、前記第一および第二の向かい合う面を結合する第三の面と、前記圧力送信機ボディの第一の側面に接する前記第一の側面開口部と、によって画定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の圧力送信機。
5. 前記第一の挿入物は前記第一の膨張チャンバ内に浮いて配置され、前記第一の側面開口部は前記第一の膨張チャンバを形成するように封じられることを特徴とする請求項４に記載の圧力送信機。
6. 前記第一の挿入物が、前記第一の側面開口部において前記圧力送信機ボディに取付けられ、前記第一および第二の向かい合う面と前記第一の挿入物との間と前記第三の面と前記第一の挿入物との間とに間隙部を形成することにより、前記第一の膨張チャンバ内に浮いて配置されることを特徴とする請求項４または５に記載の圧力送信機。
7. 前記第一の膨張チャンバが、前記第一の膨張チャンバの前記第三の面において前記第一の流路に流体的に結合されることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載の圧力送信機。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の圧力送信機であって、
   前記圧力送信機ボディの第二の開口部に配置され、前記プロセス流体と接する第一の面を有する第二の隔離ダイヤフラムと、
   前記第二の開口部と前記圧力センサとの間に延び、前記第二の隔離ダイヤフラムの第二の面と接する充填液を含むよう構成された第二の流路と、
   前記圧力送信機ボディ内に形成され、前記第二の流路に結合され、第三の熱膨張係数を有する第二の挿入物を含む第二の膨張チャンバと、をさらに備え
   前記圧力送信機ボディの前記第一の熱膨張係数は前記第二の挿入物の前記第三の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする圧力送信機。
9. 前記第一の挿入物が前記第一の流路内の充填液の２０〜３０倍の体積を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の圧力送信機。
10. 圧力監視システムであって、
    圧力センサと、
    第一の熱膨張係数を有し、プロセス流体に接するための少なくとも一つの開口部を含むボディと、
    前記ボディに結合され、前記少なくとも一つの開口部に配置され、前記プロセス流体と接する第一の面を有する少なくとも一つの隔離ダイヤフラムと、
    前記ボディ内に設置され、前記少なくとも一つの隔離ダイヤフラムの第二の面と接する充填液を含むよう構成され、前記少なくとも一つの隔離ダイヤフラムと前記圧力センサとの間に延びて配置される少なくとも一つの流路と、
    前記ボディと一体となって前記ボディ内の空洞として形成され、前記少なくとも一つの流路に結合されることで当該空洞は前記充填液で満たされると共に、第二の熱膨張係数を有する挿入物を含む少なくとも一つの膨張チャンバと、を備え、
    前記ボディの前記第一の熱膨張係数が前記挿入物の前記第二の熱膨張係数よりも大きく、
    前記少なくとも一つの膨張チャンバが、前記ボディの第一の側面に接する第一の側面開口部と、前記少なくとも一つの流路との間に配置され、
    前記挿入物が、前記第一の側面開口部において前記ボディに取付けられ、前記少なくとも一つの膨張チャンバ内に浮いて配置されることを特徴とする圧力監視システム。
11. 前記少なくとも一つの膨張チャンバが、前記ボディの第一の側面に接する第一の側面開口部と、前記少なくとも一つの流路との間に配置されることで、前記少なくとも一つの隔離ダイヤフラムを含む可動部材と接触しないことを特徴とする請求項１０に記載の圧力監視システム。
12. 前記少なくとも一つの膨張チャンバが前記少なくとも一つの隔離ダイヤフラムと前記圧力センサとの間に延びる前記少なくとも一つの流路の当該延びる途中において該少なくとも一つの流路に前記結合されることで前記少なくとも一つの隔離ダイヤフラムから離れて配置されると共に、前記充填液が前記少なくとも一つの流路から前記結合される箇所において前記少なくとも一つの膨張チャンバ内へと分岐して移動可能なように充填されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の圧力監視システム。
13. 前記ボディが圧力送信機を備えることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の圧力監視システム。
14. 前記少なくとも一つの流路が、前記少なくとも一つの隔離ダイヤフラムと前記圧力センサとの間に延びることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載の圧力監視システム。
15. 前記ボディがリモートシールを含むことを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれかに記載の圧力監視システム。
16. 前記少なくとも一つの流路が、前記少なくとも一つの隔離ダイヤフラムと、前記リモートシールのボディを前記圧力センサに結合する毛細管との間に延びることを特徴とする請求項１５に記載の圧力監視システム。
17. リモートシール形システムであって、
    圧力センサを含む圧力送信機と、
    第一の熱膨張係数を有しプロセス流体に接するための開口部を含むリモートシールボディと、
    前記リモートシールボディ内に結合され、前記開口部に配置され、プロセス流体と接する第一の表面を有する隔離ダイヤフラムと、
    前記リモートシールボディに設置され、前記隔離ダイヤフラムの第二の表面と接する充填液を含むよう構成され、前記隔離ダイヤフラムと前記圧力送信機に結合される毛細管との間に延びて配置される流路と、
    前記リモートシールボディと一体となって前記リモートシールボディ内の空洞として形成され、前記流路に結合されることで当該空洞は前記充填液で満たされると共に、第二の熱膨張係数を有する挿入物を含む膨張チャンバと、を備え、
    前記リモートシールボディの前記第一の熱膨張係数が前記挿入物の前記第二の熱膨張係数よりも大きく、
    前記膨張チャンバが、前記リモートシールボディの第一の側面に接する第一の側面開口部と、前記流路との間に配置され、
    前記挿入物が、前記第一の側面開口部において前記リモートシールボディに取付けられ、前記膨張チャンバ内に浮いて配置されることを特徴とするリモートシール形システム。
18. 前記膨張チャンバが、前記リモートシールボディの第一の側面に接する第一の側面開口部と、前記流路との間に配置されることにより、前記隔離ダイヤフラムを含む可動部材と接触しないことを特徴とする請求項１７に記載のリモートシール形システム。
19. 前記膨張チャンバが前記隔離ダイヤフラムと前記毛細管との間に延びる前記流路の当該延びる途中において該流路に前記結合されることで前記隔離ダイヤフラムから離れて配置されると共に、前記充填液が前記流路から前記結合される箇所において前記膨張チャンバ内へと分岐して移動可能なように充填されることを特徴とする請求項１７または１８に記載のリモートシール形システム。
20. 請求項１７ないし１９のいずれかに記載のリモートシール形システムであって、前記膨張チャンバが、
    第一および第二の向かい合う面と、
    前記第一および第二の向かい合う面を結合し、前記流路と流体的に接触するよう構成された第三の面と、
    前記第三の面に対向する、前記リモートシールボディの前記第一の側面に接する前記第一の側面開口部と、によって画定されることを特徴とするリモートシール形システム。

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