METODO Y APARATO PARA MEDIR UN PARAMETRO DE MEDIOS DE PROCESO INCLUYENDO UNA CONEXIÓN DE SELLO SIN LÍQUIDO
Campo de la Invención La descripción se refiere en general a conexiones para instrumentos electrónicos, y en particular a medidores digitales para detectar características de un medio de proceso. Antecedentes de la Invención Son bien conocidos los medidores de presión para medir la presión de medios de proceso. Un sensor para un medidor está ubicado de manera conveniente dentro del medidor y, en algunos casos, está en comunicación con el medio de proceso a través de una vía de paso angosta en el vástago del medidor. Diversos medios de proceso son dañinos a los medidores, y los medios de proceso pueden atascarse en la vía de paso entre el proceso y el sensor del medidor. Como resultado, en ocasiones se usan sellos para aislar el medio de proceso del sistema medidor. El sello es llenado con un medio de llenado que es típicamente glicerina, silicón, u otro liquido, para transmitir al medidor la presión del proceso. La desventaja de este enfoque de sello con cualquier conjunto de sello para medidor es que el medio de llenado en el sello se expandirá o contraerá con los cambios de temperatura. Esto da como resultado errores en la lectura de presión del medidor . Los productos existentes intentan minimizar los efectos de los cambios de temperatura minimizando el volumen del fluido de llenado y también usando fluidos de llenado con baja expansión térmica. Compendio de la Invención Un diseño mejorado sobre los medidores digitales de presión incluye una conexión de sello de diafragma. El diseño mejorado da como resultado una medición de presión mas precisa que el enfoque actual de sello de diafragma, y elimina el riesgo de fugas de liquido. Una forma de realización de la invención está dirigida a las conexiones de sello sanitario o donde se requiere un bajo rango de medición o alta precisión. Las formas de realización pueden incluir medidores de presión digitales, transductores de presión, y transmisores con cualquier conexión de sello, u otras variaciones. El diseño puede ser libre de diafragma de sello. Por ejemplo, la forma de realización no tiene un diafragma de sello separado que cubre el sensor de presión. Las presiones son por tanto medidas directamente y de manera mas precisa. Otra forma de realización no requiere que un líquido de llenado transmita cambios de presión del medio de proceso al sensor de presión. Proveer un sello desprovisto de medio de llenado entre el sensor y el medio de proceso elimina los errores debidos a la expansión y la contracción del líquido de llenado ocasionado por cambios de temperatura. Se elimina también el potencial para una fuga de líquido de llenado. En un aspecto general, un instrumento de diagnóstico para medir un parámetro de medio de proceso de un proceso puede incluir una conexión de sello. La conexión de sello puede incluir una base sellada sin diafragma al proceso y un cuerpo que se extiende desde la base a un extremo distante espaciado de la base . Un sensor puede estar ubicado en la base para detectar el parámetro de medio de proceso y transmitir una señal indicativa del parámetro detectado. Un dispositivo de salida de diagnóstico puede estar colocada en el extremo distante separado del sensor y adaptado para recibir la señal indicativa del parámetro detectado. El cuerpo de preferencia define una cavidad y la cavidad está desprovista de medio de llenado. El dispositivo de salida de diagnóstico es, en una forma de realización, un medidor de presión que responde a señales eléctricas y la señal indicativa del parámetro detectado es una señal eléctrica. En otro aspecto general , puede usarse un instrumento de proceso para medir la presión de medio de proceso en un proceso. El instrumento puede incluir un vástago de medidor de presión, un sensor de presión, y un medidor de presión. El vástago de medidor de presión puede incluir un extremo próximo para conectarse a un proceso y un cuerpo que se extiende desde el extremo próximo a un extremo distante. El sensor de presión puede estar ubicado en el extremo próximo para detectar la presión del medio de proceso y transmitir una señal de presión indicativa de la presión detectada del medio de proceso. El medidor de presión puede estar colocado en el extremo distante del vastago del medidor de presión separado del sensor de presión y puede estar adaptado para recibir la señal de presión. En otro aspecto general, la presión puede ser medida en un medio de proceso para colocar un medidor de presión en un extremo distante de un vastago de medidor y colocar un sensor de presión en un extremo próximo del vástago de medidor. El sensor de presión puede estar separado del medidor de presión, y el vástago del medidor puede estar conectado a un proceso tal que el sensor de presión esté en comunicación operativa con el medio de proceso. Una señal de presión puede ser transmitida desde el sensor de presión vía conductos de transmisión al medidor de presión. La presión de un medio de proceso puede también ser medida colocando un medidor de presión separado del medio de proceso y colocando un sensor de presión en comunicación operativa con el medio de proceso para detectar cambios de presión del medio de proceso. El sensor de presión puede estar colocado separado del medidor de presión, y una señal de presión basada en la presión detectada puede ser transmitida del sensor de presión al medidor de presión. Breve Descripción de los Dibujos En los dibujos: la figura 1 ilustra un medidor de presión digital con un vástago de medidor; la figura 2 ilustra un medidor de presión convencional con un sello de diafragma; la figura 3 ilustra un medidor de presión digital con el sensor colocado en la base del sello; la figura 4 ilustra una conexión de sello con el sensor removido para ilustrar una cavidad para recibir el sensor; la figura 5 ilustra un medidor de presión digital con el sensor colocado en la base del vastago. Descripción. Detallada de la Forma de Realización Ilustrada Las figuras 1 y 2 ilustran un instrumento de presión 10 convencional que comprende un medidor de presión digital 12. Las formas de realización ilustradas en las figuras 3 y 5 son medidores de presión digitales que representan mejoras sobre medidores de presión que incluyen una vía de paso en el vástago del medidor a través de la cual se comunica el medio de proceso con el sensor del medidor, tal como se muestra en la figura 1, y medidores de presión con una conexión de sello de diafragma, tal como se muestra en la figura 2. Con referencia a la figura 1, en un típico medidor de presión digital 12, un vástago 14 se proyecta del medidor de presión 12. El vástago 14 puede ser usado para conectar el medidor de presión 12 con un proceso que usa, por ejemplo, una porción roscada (no mostrada) en la porción distante 16 del vástago 14. Una vía de paso 18 se extiende desde la base 17 del vástago 14 a un sensor 20 dentro del medidor de presión 12. Cuando el medidor de presión 12 está conectado a un proceso, el medio de proceso llena la vía de paso 18 y ejerce presión sobre el sensor 20. Una desventaja de este diseño es que el medio de proceso puede atascarse en la vía de paso 18. Para superar esta desventa a, algunos productos existentes combinan un medidor de presión digital con un sello de diafragma lleno de líquido, estándar. En estos productos existentes, tanto el diafragma como el líquido de llenado aumentan un grado de error de medición significativo. En adición, el líquido de llenado puede fugarse potencialmente . Con referencia a la figura 2, en una típica aplicación de sello de diafragma, un diafragma delgado, flexible 22 es instalado tal que haga contacto con el medio de proceso 24. Cuando el diafragma 22 se flexiona en respuesta a la presión del medio de proceso, el diafragma 22 transmite la presión al medio de llenado de sello contenido en la vía de paso 18 del vástago 14 del medidor, en una vía de paso 26 de una conexión de sello 28, y en una cavidad 29 entre el diafragma 22 y la vía de paso de conexión de sello 26. El medio de llenado a su vez transmite presión al sensor 20. Hay tres desventajas distintivas de este diseño: (1) errores debidos al diafragma; (2) errores debidos a la expansión del medio; y (3) fuga en el llenado del medio. Hay dos problemas de medición asociados con el diafragma. El módulo de elasticidad del diafragma típicamente cambia en rangos de temperatura grandes . El cambio da como resultado un diafragma que es menos capaz de responder a temperaturas bajas. De esta manera, el dispositivo no es tan sensible a cambios de presión a temperaturas bajas. Otro error de medición relacionado con las propiedades físicas del diafragma es que un diafragma rígido hace un pobre trabajo de transmitir bajas presiones. De esta manera, tal dispositivo no será sensible en rangos de presión bajos. Los errores de medición también están relacionados con la expansión térmica del fluido de llenado. Todos los fluidos de llenado se expanden al incrementarse la temperatura ambiental . Esto ocasiona un falso cambio en la presión medida por el medidor. La magnitud del error depende del cambio de temperatura, el tipo de fluido de llenado, y la configuración especifica del sello. Donde la presión que se está midiendo es baja (menos de 15 psi (1.0546 kg/cm2)) , el error puede ser significativo como un porcentaje de la lectura total del medidor. De esta manera, cuando se necesitan mediciones de presión en un rango bajo en un rango grande de temperatura, los errores de medición resultantes del diafragma se acoplan con los errores de medición resultantes de la expansión térmica del fluido de llenado. Por tanto, las mediciones precisas en rangos bajos de presión son particularmente difíciles de lograr con los dispositivos convencionales. La fuga es una tercera desventaja principal de los dispositivos convencionales. Dependiendo de sus diseños, la mayoría de los sellos de diafragma estándar pueden fugar potencialmente el fluido de llenado. Esta fuga puede llevar a una degradación de la respuesta. Otro problema de fuga es el fluido que escapa al ambiente en el que está ubicado el dispositivo. Dependiendo del ambiente y del medio de llenado, este escape puede variar de una simple molestia a un impacto severo y, en algunos casos, a lesiones al personal. La figura 3 ilustra un instrumento de proceso 30 para medir la presión del medio de proceso en un proceso. El instrumento 30 comprende una conexión de sello 32 que comprende una base 34 sellada al proceso y un cuerpo 36 que se extiende desde la base 34 a un extremo distante 38 espaciado de la base 34. Un sensor de presión 40 está ubicado en la base 34 para detectar la presión del medio de proceso y transmitir una señal de presión indicativa de la presión detectada del medio de proceso. Un medidor de presión 42 está colocado en el extremo distante 38 de la conexión de sello 32 separado del sensor de presión 40 y adaptado para recibir la señal de presión. Un conducto de transmisión 44 conecta el sensor de presión 40 al medidor de presión 42, donde la señal de presión es transmitida via el conducto de transmisión 44 al medidor de presión 42. El cuerpo 36 de la conexión de sello 32 define una cavidad 46 y el conducto de transmisión 44 está ubicado en la cavidad 46. La cavidad 46 está desprovista del medio de llenado.
En la forma de realización ilustrada del instrumento 30, la señal de presión es una señal eléctrica y el conducto de transmisión comprende uno o mas cables 48. Otra estructura, por ejemplo una estructura óptica, puede usarse para transmitir la señal de presión, u otra señal de diagnóstico, al medidor. El sensor de presión 40 es reubicado del medidor de presión 42 a la base 34 de la conexión de sello 32, y toma el lugar del diafragma de sello 22. El sensor 40 es soldado en una cavidad 50 (ver figura 4) en la base 34 de la conexión de sello 32, y la medición es transmitida al medidor vía cables 48 a través de la conexión de sello 32 hacia el medidor 42. La interfaz con el proceso es todavía una superficie a nivel, pero no se requiere de medio de llenado o de diafragma, y por tanto las tres desventajas antes mencionadas son eliminadas. Una forma de realización está dirigida a un sello sanitario, pues estas aplicaciones típicamente requieren de una interfaz a nivel entre el instrumento 30 y el proceso, pero no necesariamente requieren de la necesidad de remover el medidor 42 del sello 32. Esta interfaz a nivel elimina cavidades que pueden atascarse con el medio de proceso o que serían difíciles de limpiar. Aspectos de la invención pueden también ser implementa-dos en casos donde no se requiere un sello sanitario. Otros tipos de sellos o de conexiones no selladas también pueden ser usados . Pueden usarse implementaciones de la invención en lugar de cualquier aplicación de un medidor de presión digital con una conexión de sello de diafragma, o cualquier transductor o transmisor que requiera de una conexión de sello de diafragma. Aunque las figuras de los dibujos bosquejan implementaciones en las cuales se une la salida de un sensor 40 a un medidor de presión digital , la invención puede también ser implementada uniendo la salida del sensor 40 a un transductor o transmisor (v.gr., via los cables 48) . Para algunas aplicaciones, la base 34 es sellada a nivel al proceso para formar una interfaz que comprende una superficie a nivel 52, y la interfaz es de sello libre de diafragma (es decir, el sello es hecho sin el uso de un diafragma) . La base 34 puede comprender una cavidad 50 en la cual se sujeta el sensor 40. La figura 4 ilustra una conexión de sello 32" que mejor ilustra la cavidad 50. El sensor 40 puede comprender un diafragma de sensor 41 independientemente de si está presente o no el diafragma 22 de sello. Otra forma de realización está dirigida a un instrumento de proceso para medir la presión de un medio de proceso de un proceso. El instrumento comprende una base 32 sellada al proceso; y un cuerpo 36 que se extiende desde la base 34 a un extremo distante 38 separado de la base 34. El cuerpo 36 define una cavidad 46 desprovista de medio de llenado. Un sensor de presión 40 está colocado en la base 34 para detectar la presión del medio de proceso y transmitir una señal indicativa de la presión detectada. Un medidor de presión 42 está colocado en el extremo distante 38 separado del sensor de presión 40 y capaz de responder a la señal indicativa de la presión detectada. Uno o mas cables 48 pueden conectar el medidor de presión 42 y el sensor de presión 40, y la señal indicativa de la presión del medio de proceso es transmitida al medidor de presión 42 via uno o mas cables 48. El sensor de presión 40 puede ser colocado en contacto directo con el medio de proceso. Al menos para aplicaciones sanitarias, la base 34 y el sensor de presión 40 son de preferencia sellados suficientemente a nivel (ver figura 3) para eliminar sustancialmente todas las cavidades susceptibles de taparse. La figura 5 ilustra una forma de realización alternativa de un instrumento de proceso 30 para medir la presión de un medio de proceso en un proceso . El instrumento incluye un medidor de presión 42 unido a un extremo distante de un vástago 54 del medidor. El instrumento incluye un medidor de presión 42 unido a un extremo distante de un medidor de presión 54. Un sensor de presión 40 está ubicado en una base de vástago 56 en un extremo próximo 58 del vástago 54 del medidor. El sensor de presión 40 detecta la presión del medio de proceso y transmite una señal de presión indicativa de la presión detectada al medidor de presión 42. Un conducto de transmisión 60 conecta el sensor de presión 40 al medidor de presión 42, donde la señal de presión es transmitida vía el conducto de transmisión 44 al medidor de presión 42. El vástago 54 del medidor define una cavidad 62 y el conducto de transmisión 44 está ubicado en la cavidad 62. La cavidad 62 está desprovista de medio de llenado. En la forma de realización ilustrada del instrumento 30, la señal de presión es una señal eléctrica y el conducto de transmisión comprende uno o mas cables 48. Otra estructura, por ejemplo una estructura óptica, puede ser usada para transmitir la señal de presión, u otra señal de diagnóstico, al medidor. El sensor de presión 40 es reubicado del medidor de presión 42 a la base 56 del vástago 54 del medidor. El sensor 40 puede ser soldado en una cavidad en la base 56 del vástago similar a la cavidad 50 en la base 34 de la conexión de sello 32, como se muestra en la figura 4. La medición es transmitida al medidor de presión 42 via cables 48 a través del vástago 54 del medidor al medidor de presión 42. El sensor de presión 40 puede estar a nivel o sustancialmente a nivel con la base 56 del vástago y, dependiendo de cómo se conecta el instrumento al proceso, la interfaz al proceso puede ser una superficie a nivel, pero sin requerir de medio de llenado o de diafragma. Una posible forma de realización está dirigida a una aplicación en la cual es deseable instalar el medidor de presión 42 en una conexión estándar de tubo u otro tipo de conexión y capaz de remover el medidor 42 de la conexión de tubo estándar u otro tipo de conexión. El sensor 40 puede comprender un diafragma de sensor 41.
Uno o mas cables 48 pueden conectar el medidor de presión 42 y el sensor de presión 40, y la señal indicativa de la presión del medio de proceso es transmitida al medidor de presión 42 vía los uno o mas cables 48. El sensor de presión 40 puede ser colocado en contacto directo con el medio de proceso, y la base 56 del vástago y el sensor de presión 40 puede ser sellado a nivel al proceso . En por lo menos la mayoría de las aplicaciones, un factor crítico que impacta qué usos son apropiados para un instrumento de diagnóstico dado, por ejemplo un medidor de presión, es el rango de presión y la precisión requerida de la medición. En aplicaciones donde el rango de presión es bajo (típicamente menos de 15 psi (1.0546 kg/cm2)), el error inherente en un sello de diafragma estándar (convencional) es excesivo en comparación con el rango de medición. Formas de realización de la invención son particularmente ventajosas en estas aplicaciones de rango bajo. Formas de realización de la invención son también ventajosas donde se requiere de alta precisión de una conexión de sello en cualquier rango de presión. Algunas formas de realiza-ción son ventajosas, en comparación con medidores convencionales, tanto en bajos rangos de presión y altos rangos de presión a través de amplios rangos de presión. Un método está dirigido hacia medir la presión de un medio de proceso de un proceso. El método comprende colocar un medidor de presión separado del medio de proceso; y colocar un sensor de presión en comunicación operativa con el medio de proceso para detectar cambios de presión del medio de proceso . El sensor de presión es colocado separado (v.gr., remoto) del medidor de presión. Una señal de presión basada en la presión detectada es transmitida del sensor de presión al medidor de presión. El método puede incluir el sellado de una base de una conexión de sello al proceso. El medidor de presión puede colocarse en un extremo distante de la conexión de sello, y el sensor de presión puede colocarse en una base de la conexión de sello. De preferencia, un ambiente libre de medio de llenado es mantenida entre el sensor de presión y el medidor de presión. Aunque se han ilustrado y descrito formas de realización y aplicaciones particulares de la presente invención, deberá entenderse que la invención no se limita a la construcción y las composiciones precisas divulgadas en la presente y que diversos cambios, modificaciones, y variaciones pueden ser evidentes a partir de la descripción anterior sin apartarse de la invención, como se define por las reivindicaciones anexas.