(57)【要約】  プロセス変数を計測するプロセストランスミッタは、センサモジュールと、静圧結合装置とを備える。前記センサモジュールは、工業プロセスのプロセス変数を計測し、センサ信号を発生するセンサを備える。前記センサは、前記モジュール内に液圧流体注入口を含む。前記静圧結合装置は、前記センサモジュールに接続され、アイソレータ取付部と、プロセス流体結合部と、隔離ダイアフラムとを備える。前記アイソレータ取付部は、前記センサモジュールに挿入され、前記液圧流体注入口に接続される。前記プロセス流体結合部は、前記アイソレータ取付部に接合される。前記隔離ダイアフラムは、前記センサモジュール外で、前記アイソレータ取付部と前記プロセス流体結合部との間に配置される。【選択図】図６
2013542429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス変数を計測するプロセストランスミッタであって、
センサモジュールと前記センサモジュールに接続された第１静圧結合装置とを備え、
前記センサモジュールは、工業プロセスのプロセス変数を計測し、センサ信号を発生するセンサを有し、前記センサがセンサモジュール内に液圧流体注入口を含み、
前記第１静圧結合装置は、前記センサモジュールに挿入され、前記液圧流体注入口に接続される第１アイソレータ取付部、前記第１アイソレータ取付部に接合される第１プロセス流体結合部、および前記センサモジュール外において前記第１アイソレータ取付部と前記第１プロセス流体結合部との間に配置される第１隔離ダイアフラムを有する
プロセストランスミッタ。
【請求項２】
前記第１アイソレータ取付部、前記第１プロセス流体結合部、および前記第１隔離ダイアフラムが、１つの溶接部において互いに接合される、請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項３】
前記センサモジュールが、
前記センサを含む内部を有するハウジングと、
前記センサ内に配置され、その位置は前記センサ信号の大きさに対応している可撓性センサ素子と、
前記ハウジングに接続され、モジュールベース内を延びて前記ハウジングの内部に接続される第１受け孔を有するモジュールベースと、
前記液圧流体注入口を前記第１アイソレータ取付部に接続する隔離管と、
前記隔離管と前記第１アイソレータ取付部との内部に充填され、前記第１隔離ダイアフラムの位置に基づいて前記可撓性センサ素子の位置に影響を及ぼす充填流体とを備える、請求項２に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項４】
前記センサモジュールに取り付けられる電子モジュールであって、前記センサに接続されるトランスミッタ回路を有するトランスミッタ電子モジュールをさらに備える、請求項３に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項５】
前記第１アイソレータ取付部が、
前記センサモジュールベースに近接配置される第１端、波形圧力チャンバ面を有する第２端、前記波形圧力チャンバ面を囲むフランジ、および前記第１端と前記第２端とを接続する側部を含む延出体と、
前記第１端から前記第１受け孔内を延びる長尺ネックと、
前記長尺ネックと前記延出体との内部を延び、前記波形圧力チャンバ面と交差する貫通穴とを備える、請求項３に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項６】
前記第１プロセス流体結合部が、
前記フランジと嵌合する第１面、プロセス注入ポートを有する第２面、前記プロセス注入ポートから前記第１面に延び、前記波形圧力チャンバ面と対面する貫通孔、および前記第１面と前記第２面とを接続する側部を含むカプラ体を備え、
前記第１隔離ダイアフラムが、前記カプラ体の第１面と前記第１アイソレータ取付部のフランジとの間に配置される、請求項５に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項７】
前記長尺ネックと前記第１受け孔とが、消炎通路に沿って係合する、請求項６に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項８】
前記長尺ネックが、前記受け孔のねじと係合するねじを含む、請求項７に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項９】
前記長尺ネックが、前記受け孔に圧力嵌めされ、ろう付けされる、請求項７に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項１０】
前記第１プロセス流体結合部が、前記第１アイソレータ取付部とねじ係合される、請求項６に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項１１】
前記ハウジングの内部に配置される静圧センサであって、前記静圧センサから前記アイソレータ取付部まで延びる隔離管を有する静圧センサをさらに備える、請求項３に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項１２】
第２アイソレータ取付部、第２プロセス流体結合部、および前記第２アイソレータ取付部と第２プロセス流体結合部との間に接続された第２隔離ダイアフラムを有する第２静圧結合装置をさらに備え、
前記センサが、前記内部に配置された第２液圧流体注入口を有する差圧センサを備え、
前記ベースが、前記第１受け孔と平行な第２受け孔を含み、
前記第２アイソレータ取付部が、前記第１隔離ダイアフラムと前記第２隔離ダイアフラムとが整列面上に配置されるように、前記第２受け孔内を延び、前記第２液圧流体注入口と接続される、請求項３に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項１３】
前記モジュールベースと前記第１プロセス流体結合部とが、前記ハウジングで密封される、請求項３に記載のプロセストランスミッタ。
【請求項１４】
工業プロセス制御システムにおいて用いられる圧力トランスミッタであって、
プロセス流体の差圧を検知する差圧センサ、前記差圧センサが配置されるハウジング、第１、第２受け孔を有する同一平面ベース、および前記差圧センサから前記第１、第２受け孔にそれぞれ延びる第１、第２隔離管を備えるセンサモジュールと、
それぞれ前記第１、第２受け孔を通って前記センサモジュールに挿入される第１、第２アイソレータ取付部、前記第１、第２アイソレータ取付部にそれぞれ接合される第１、第２プロセス流体結合部、および前記第１、第２アイソレータ取付部と前記第１、第２プロセス流体結合部との間にそれぞれ配置される第１、第２隔離ダイアフラムを備えるプロセス流体接続と、
前記センサモジュールに接続され、前記圧力センサの出力を処理するトランスミッタ回路を含むトランスミッタモジュールとを備える圧力トランスミッタ。
【請求項１５】
前記第１アイソレータ取付部、前記第１プロセス流体結合部、および前記第１隔離ダイアフラムを互いに接合する第１溶接部と、
前記第２アイソレータ取付部、前記第２プロセス流体結合部、および前記第２隔離ダイアフラムを互いに接合する第２溶接部とをさらに備える、請求項１４に記載の圧力トランスミッタ。
【請求項１６】
前記各第１、第２アイソレータ取付部が、
前記同一平面ベースに近接配置される第１側、波形圧力チャンバ面を有する第２側、前記波形圧力チャンバ面を囲むフランジ、および前記第１側と前記第２側とを接続する側部を含む延出体と、
前記第１側から前記受け孔のうちの１つの内部を延びる長尺ネックと、
前記長尺ネックと、前記延出体との内部を延び、前記波形圧力チャンバ面と係合する貫通穴とを備える、請求項１５に記載の圧力トランスミッタ。
【請求項１７】
前記各第１、第２プロセス流体結合部が、
アイソレータ取付部のフランジと嵌合するように構成される第１面、プロセス注入ポートを有する第２面、波形圧力チャンバ面と対面するために前記プロセス注入ポートから前記第１面に延びる貫通孔、および前記第１面と前記第２面とを接続する側部を含むカプラ体を備え、
隔離ダイアフラムが、前記第１面と前記フランジとの間に配置される、請求項１６に記載の圧力トランスミッタ。
【請求項１８】
前記第１、第２アイソレータ取付部の長尺ネックが、前記第１、第２受け孔のねじと係合するねじをそれぞれ含む、請求項１７に記載の圧力トランスミッタ。
【請求項１９】
前記ハウジング内に配置される静圧センサであって、前記静圧センサから前記第１アイソレータ取付部まで延びる隔離管を有する静圧センサをさらに備える、請求項１４に記載の圧力トランスミッタ。
【請求項２０】
プロセストランスミッタをプロセス流体に接続する結合装置であって、
波形圧力チャンバ面、前記波形圧力チャンバ面を囲むアイソレータフランジ、アイソレータ取付体から延びる長尺ネック、および前記長尺ネックと前記アイソレータ取付体との内部を延び、前記波形圧力チャンバ面と交差する貫通穴を備えるアイソレータ取付体と、
前記アイソレータ取付体のアイソレータフランジと結合される第１面、プロセス注入ポートを有する第２面、および前記プロセス入注入ポートから前記第１面に延び、前記波形圧力チャンバ面と対面する貫通孔を備えるプロセス流体結合体と、
前記プロセス流体結合体の第１面と前記アイソレータ取付体のアイソレータフランジとの間に配置される隔離ダイアフラムとを備える結合装置。
【請求項２１】
前記アイソレータ取付体、前記プロセス流体結合体、および前記隔離ダイアフラムを囲む溶接継手をさらに備える、請求項２０に記載の結合装置。
【請求項２２】
前記長尺ネックに沿ったねじをさらに備える、請求項２０に記載の結合装置。
【請求項２３】
前記プロセス流体結合体の第１面を囲むように前記アイソレータ取付体から延びる結合フランジと、
前記プロセス流体結合体と前記アイソレータ取付体の結合フランジとの間のねじ係合とをさらに備える、請求項２０に記載の結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、工業プロセス制御システムに用いられる工業プロセストランスミッタに関する。より詳細には、本発明は、トランスミッタを高静圧プロセスに接続するプロセス接続に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス計器は、工業プロセスにおいて扱われるプロセス流体の圧力、温度、流量、液面高さ等のプロセスパラメータを監視するために用いられている。例えば、プロセストランスミッタは、種々の製造ラインにおける様々なプロセスパラメータを監視するため、通常、工業製造設備において種々の箇所に設置されている。プロセストランスミッタは、プロセスパラメータの物理的変化に応じて電気的な出力を生成するセンサを含む。例えば、圧力トランスミッタは、送水管、薬品タンク等におけるプロセス流体の圧力に係る関数を表す電気的な出力を生成する圧力トランスデューサを含む。また、各プロセストランスミッタは、トランスミッタ自身とプロセスパラメータとをローカルでまたは遠隔的に監視するために、センサからの電気的な出力を受信して処理するトランスミッタ電子部品を含む。ローカルで監視されるトランスミッタは、プロセストランスミッタの設置場所において電気的な出力を表示するＬＣＤスクリーン等のディスプレイを含む。遠隔監視されるトランスミッタは、制御ループまたはネットワークを介して、制御室等の中央監視所に電気的な出力を送信する電子部品を含む。そのように構成することで、プロセスパラメータは、自動スイッチ、バルブ、ポンプ、およびその他の類似の部品をプロセス制御システムおよび制御ループに含めることによって、制御室から制御可能である。
【０００３】
圧力トランスミッタにおいて用いられる圧力センサは、圧力変化に応じて撓む電極板、ピエゾ抵抗器等の可撓性センサ素子を含む。センサ素子は、プロセス流体圧力をセンサに伝える簡単な液圧システムを介して、プロセス流体に接続されている。液圧システムは、センサ素子が第１端に配置され、可撓性隔離ダイアフラムが第２端に配置されてプロセス流体と接する密封通路を備えている。密封通路は、プロセス流体が隔離ダイアフラムに影響を与えるとセンサ素子の位置を調整する正確な量の液圧流体で充填されている。プロセス流体の圧力が変化すると、センサ素子の位置が変化し、その結果、圧力センサの静電容量や抵抗が変化する。圧力センサの電気的な出力は静電容量や抵抗に関連するため、プロセス流体圧力が変化すると、電気的な出力も変化する。差圧センサは、１つのセンサの両側に異なる圧力を伝えるために、通常、２つの液圧システムを必要とする。一般的に、プロセス流体を差動液圧システムの隔離ダイアフラムに接触させるために、プロセス流体ライン用のレセプタクルを有するプロセスフランジを、トランスミッタのベースにボルト留めする。このため、プロセス流体圧力がフランジ結合部を通過して送られるように、トランスミッタをプロセスに接続する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トランスミッタは、極めて高い静圧を有するプロセスへの接続を望まれることが多い。例えば、地中深くの油田では、石油を地表面まで輸送するために、高いライン圧力が必要となる。特に、海底油田では、毎平方インチ当たり約１５，０００ポンド（ｐｓｉ）（約１０３．４メガパスカル（ＭＰａ））〜約２０，０００ｐｓｉ（約１３７．９ＭＰａ）の高いライン圧力が必要となる。フランジとトランスミッタベースとのボルト接続では、それらの間に用いるボルトと変形しやすいシールとの応力制約上、上記のように高い圧力下で密封することは通常不可能である。シールが破損すると、プロセストランスミッタの結合部からプロセス流体の望ましくない漏出が生じる。差圧トランスミッタでは、トランスミッタのベース内で複数の隔離ダイアフラムが整列面上または同一平面上に構成されるため、上記シールを改善することは難しい。このように、プロセストランスミッタを安全に接続することができるプロセスは、その圧力により限定されるため、プロセストランスミッタの適用性は限られている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
高い静圧を有するプロセス流体のプロセス変数を計測するプロセストランスミッタは、センサモジュールと、静圧結合装置とを備える。前記センサモジュールは、工業プロセスのプロセス変数を計測し、センサ信号を発生するセンサを備える。前記センサは、前記モジュール内に液圧流体注入口を含む。前記静圧結合装置は、前記センサモジュールに接続され、アイソレータ取付部と、プロセス流体結合部と、隔離ダイアフラムとを備える。前記アイソレータ取付部は、前記センサモジュールに挿入され、前記液圧流体注入口に接続される。前記プロセス流体結合部は、前記アイソレータ取付部に接合される。前記隔離ダイアフラムは、前記センサモジュール外で、前記アイソレータ取付部と前記プロセス流体結合部との間に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】制御室と本発明の高静圧隔離ダイアフラムサブアセンブリとに接続される平面実装型の圧力トランスミッタを含むプロセス制御システムを示す図である。
【図２】隔離ダイアフラムサブアセンブリの組み立てを示す図１の圧力トランスミッタの概略断面図である。
【図３】アイソレータ取付部と、プロセス流体結合部と、隔離ダイアフラムとを含む隔離ダイアフラムサブアセンブリの分解図である。
【図４Ａ】図３のプロセス流体結合部の底面図である。
【図４Ｂ】図３のプロセス流体結合部の上面図である。
【図４Ｃ】図３のプロセス流体結合部の側面図である。
【図５Ａ】図３のアイソレータ取付部の底面図である。
【図５Ｂ】図３のアイソレータ取付部の上面図である。
【図５Ｃ】図３のアイソレータ取付部の側面図である。
【図６】プロセストランスミッタセンサモジュールのベースに設置された図３の隔離ダイアフラムサブアセンブリの断面を示す図である。
【図７】プロセス結合部と、隔離ダイアフラムと、アイソレータ取付部と間の溶接継手を示す図６の部分７の拡大図である。
【図８】図７のプロセス結合部とアイソレータ取付部と間のねじ継手を示す図である。
【図９】高静圧隔離ダイアフラムサブアセンブリに接続される静圧センサを有するセンサモジュールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、高圧流体Ｆに接続する高静圧隔離ダイアフラムサブアセンブリを用いるプロセストランスミッタ１２を有する、本発明のプロセス制御システム１０を示す。プロセス制御システム１０は、プロセストランスミッタ１２、計器ディスプレイ１４、配管１６、および制御室１８を具備している。制御室１８は、ワークステーション２２を含み、制御ループ２０によりトランスミッタ１２に接続されている。ワークステーション２２は、トランスミッタ１２と双方向通信を行うするため、電源、通信インターフェース等の種々の部品を含む。プロセストランスミッタ１２は、配管１６等のプロセスソースに接続され、種々のプロセス変数センサを用いて、差圧ΔＰ、静圧Ｐ、および温度Ｔ等のプロセス流体Ｆのプロセス変数に関する信号を発生する。サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、インパルス配管２６を介して配管１６に接続されている。サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、流体Ｆの静圧レベルが上昇すると、トランスミッタ１２を配管１６に接続する。
【０００８】
プロセストランスミッタ１２は、センサモジュール２８と、トランスミッタ電子モジュール３０とを含む。本実施形態ではオリフィス板３２を含むものとして示される一次要素により、差圧ΔＰはプロセス流体Ｆの流れの中で発生する。オリフィス板３２は、流れを規制するため、配管１６の径より小さい径を有する孔を含む。オリフィス板３２両側の比較的高い圧力および比較的低い圧力を、インパルス配管２６、およびサブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂを介してセンサモジュール２８に伝える。センサモジュール２８は、差圧ΔＰを検知する差圧センサを含む。また、センサモジュール２８は、温度Ｔを検知する温度センサと、圧力Ｐを検知する静圧センサとを含む。差圧ΔＰが、通常、最高でも５ｐｓｉ（約３４．５ｋＰａ）程度の極めて低い値であるのに対して、静圧Ｐは、これより数千倍高い値に達する可能性がある。例えば、サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、海底用途で使用される油田でしばしば遭遇する２０，０００ｐｓｉ（約１３７．９ＭＰａ）を超える静圧Ｐに耐えることが可能である。センサモジュール２８は、センサからの出力に基づき電気信号を発生し、その信号をトランスミッタ電子モジュール３０に送信する。
【０００９】
差圧ΔＰ、静圧Ｐ、および温度Ｔに関する情報は、ディスプレイ１４を用いて、トランスミッタ１２からローカルで取得できる。また、この情報は、制御室１８において、トランスミッタ１２から遠隔的に取得できる。トランスミッタ１２は、デジタル、アナログ両制御システムを介して通信することでデータを制御室１８に送信可能としてもよい。無線または有線ネットワークを介して、電子モジュール３０と制御室１８との間のデジタル通信を可能とする一体型電子部品が、トランスミッタ１２に設けられている。種々の実施形態において、プロセストランスミッタ１２は、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）、またはＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバスネットワークプロトコルを介して通信可能である。このようなデジタル通信プロトコルにより、複数のプロセス変数のデータをトランスミッタ１２から制御室１８に送信することが可能となる。また、ワークステーション２２は、アナログ制御ループ２０を利用して、制御室１８が、プロセストランスミッタ１２からデータを受信およびプロセストランスミッタ１２にデータを送信することを可能とする。一実施形態において、プロセストランスミッタ１２は、４ｍＡ〜２０ｍＡのループで動作する２線式トランスミッタである。ワークステーション２２は、トランスミッタ１２を動作させたり、ΔＰ、Ｐ、Ｔに関する制御ループ信号を操作するためのデジタルプロセッサ、ビデオディスプレイ、およびキーボード等の部品を含む。トランスミッタ１２から受信したデータに基づき、制御室１８は、制御ループ２０またはその他の制御ループを介して、プロセスパラメータを調整可能である。例えば、制御室１８は、配管１６に接続され、能動的に適切に制御されたバルブを調整することで、プロセス流体Ｆの流れを制御することができる。
【００１０】
図示の実施形態において、圧力トランスミッタ１２は、ＣОＰＬＡＮＡＲ（商標）差圧トランスミッタを備え、そのセンサモジュール２８は、サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂにおける整列面または同一平面上の隔離ダイアフラムと接続する埋め込み型ベースを含む。このようなトランスミッタベースの構成は、正確な差圧測定値を得るのに重要である。サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、同一平面構成の完全性を維持したまま、高静圧によって圧力トランスミッタ１２との間を、漏出なしに流体で連通させることができる。
【００１１】
図２は、圧力トランスミッタ１２、サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂ、センサモジュール２８、およびトランスミッタ電子モジュール３０の一実施形態を概略的に示す。センサモジュール２８は、ベース３６、センサ基板３８、差圧センサ４０、および隔離管４２Ａ、４２Ｂが接続されるハウジング３４を含む。トランスミッタ電子モジュール３０は、ハウジング４４、カバー４６、ディスプレイカバー４８、出力インターフェース５０、およびトランスミッタ回路５２を含む。サブアセンブリ２４Ａは、アイソレータ取付部５４Ａと、プロセス流体結合部５６Ａと、隔離ダイアフラム５８Ａとを含む。サブアセンブリ２４Ｂは、サブアセンブリ２４Ａの部品の参照文字を「Ｂ」に変えた類似の部品を含む。圧力Ｐ1、Ｐ2は、配管１６における一次要素３２の両側において生成される（図１）。
【００１２】
センサ基板３８とセンサ４０とは、センサモジュール２８のハウジング３４内に取り付けられている。センサモジュール２８のハウジング３４は、例えばねじ接続により、電子モジュール３０のハウジング４４に接続されている。同様に、カバー４６、４８は、ハウジング４４内部からの炎の漏れを防ぐために、当該技術分野で公知である消炎シールを形成するねじ接続により、ハウジング４４に接続されている。出力インターフェース５０とトランスミッタ回路５２とは、トランスミッタ電子モジュール３０内のハウジング４４に取り付けられている。差圧センサ４０は、可撓性センサ素子５９を含み、センサ基板３８と電子的に接続されている。センサ基板３８は、センサケーブル６０を介して、トランスミッタ回路５２と電子的に接続されている。センサケーブル６０は、難燃性を有するようにハウジング３４内部を密封するハウジング３４のネック内で、取付部とフィードスルー内を延びる。このような接続は、当該技術分野で公知であり、この取付部とフィードスルーによる接続の例は、例えば、ローズマウント  インコーポレイテッド（Rosemount Inc.）に譲渡され、これを参照することにより援用されている米国特許第６，４５７，３６７号明細書において開示されている。トランスミッタ回路５２は、電子ケーブル６２を介して、出力インターフェース５０と電子的に接続されている。出力インターフェース５０は、トランスミッタ１２を、制御ループ２０の配線に接続する。ローズマウント  インコーポレイテッド、エデンプレイリー（Eden Prairie）、ミネソタ州（MN）に譲渡され、これを参照することにより援用されている、ブローデン（Broden）らによる米国特許第５，４９５，７６９号明細書において開示されているように、一実施形態においてトランスミッタモジュール３０、センサ基板３８、およびセンサ４０は、多変数トランスミッタとして構成されている。
【００１３】
センサモジュール２８のベース３６は、配管１６（図１）に接続されるサブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂのアイソレータ取付部５４Ａ、５４Ｂにそれぞれ接続されている。取付部５４Ａ、５４Ｂは、ベース３６内を延び、ハウジング３４の内部に至る開口に挿入されている。種々の実施形態において、取付部５４Ａ、５４Ｂは、ベース３６の受け孔６３Ａ、６３Ｂに螺入、または圧力嵌めされている。また、取付部５４Ａ、５４Ｂは、ベース３６にろう付けまたは溶接されてもよい。各実施形態において、取付部５４Ａ、５４Ｂは、それぞれ、孔６３Ａ、６３Ｂと消炎または難燃性継手を形成している。プロセス流体結合部５６Ａ、５６Ｂは、溶接継手で取付部５４Ａ、５４Ｂに接合されている。一実施形態において、結合部５６Ａ、５６Ｂは、溶接前に、取付部５４Ａ、５４Ｂと螺合される。隔離ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂは、それぞれ、取付部５４Ａ、５４Ｂと、結合部５６Ａ、５６Ｂとの間に配置されている。
【００１４】
図示の実施形態において、センサ４０は、可撓性センサ素子５９が一対の電極板間に配置されるダイアフラムを備えた静電容量型差圧セルを備えている。一実施形態において、センサ４０は、ローズマウント  インコーポレイテッド、エデンプレイリー、ミネソタ州に譲渡された、フリック（Frick）らによる米国特許第６，２９５，８７５号明細書において開示されている金属ダイアフラム型センサを備えている。センサ４０は、ある量の充填液圧流体で満たされた隔離管４２Ａ、４２Ｂにより、取付部５４Ａ、５４Ｂにそれぞれ接続されている。充填流体は、実質的に非圧縮性で、圧力Ｐ1、Ｐ2をセンサ４０に伝え、通常、ダウ  コーニング  コーポレーション（Dow Corning Corporation）、ミッドランド（Midland）、ミシガン州（MI）、アメリカ合衆国（USA）から市販されているＤＣ２００（登録商標）、ＤＣ７０４（登録商標）、またはＳｙｌｔｈｅｒｍＸＬＴ（登録商標）シリコーンオイル等の、シリコーンオイル液圧流体を含む。隔離ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂは、隔離管４２Ａ、４２Ｂ内の充填流体を、プロセス流体Ｆの圧力Ｐ1、Ｐ2から隔離する。プロセス流体Ｆの圧力Ｐ1、Ｐ2における物理的変化は、隔離ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂと、アイソレータ取付部５４Ａ、５４Ｂおよび隔離管４２Ａ、４２Ｂ内の充填液圧流体とを介して、センサ４０により差圧ΔＰとして検知される。
【００１５】
サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂの組み立てを容易にするため、センサモジュール２８の外部に延びている。具体的には、サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂがモジュール２８のベース３６に設置される前に、ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂを、アイソレータ取付部５４Ａ、５４Ｂと、プロセス結合部５６Ａ、５６Ｂとにそれぞれ組み付ける。同一平面トランスミッタにおいては、ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂを通常設置する場所である、ベース３６内の凹部の外で、ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂを移動するので、ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂにアクセスしやすくなる。このため、取付部５４Ａ、５４Ｂを、それぞれ、結合部５６Ａ、５６Ｂに、より堅固に取り付けることが可能となり、これにより、ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂも固定できる。サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、組み付け時に、ベース３６の受け孔６３Ａ、６３Ｂ内に挿入される。
【００１６】
図３は、アイソレータ取付部５４Ａと、プロセス結合部５６Ａと、隔離ダイアフラム５８Ａとを含む隔離ダイアフラムサブアセンブリ２４Ａの一実施形態の分解図を示す。図４Ａ〜４Ｃは、それぞれ、プロセス結合部５６Ａの上面図、底面図、側面図を示す。図５Ａ〜５Ｃは、それぞれ、アイソレータ取付部５４Ａの上面図、底面図、側面図を示す。図３〜５Ｃについて、同時に説明する。
【００１７】
プロセス結合部５６Ａは、第１面６６、第２面６８、側面７０、プロセスカプラ７２、および貫通孔７４を含むカプラ体６４を具備している。カプラ体６４は、第１面６６と第２面６８とにおいて円形端面を有する円筒または円板形状体を含むことが好ましい。側面７０は、第１面６６と第２面６８とを接続する環状壁を備えている。なお、他の実施形態において、カプラ体６４は、八角形体等異なる形状を有していてもよい。
【００１８】
貫通孔７４は、第１面６６まで延びる小径穴を含む。プロセスカプラ７２は、ねじ付きプロセスカプラの径と一致する径を有するねじ付き孔を含む。プロセスカプラ７２は、トランスミッタ１２が接続される配管１６等（図１）のプロセス接続の種類に基づいて選択される。一実施形態において、プロセスカプラ７２は、０．５インチ（約１．２７ｃｍ）のアメリカ管用ねじ（ＮＰＴ）や管用雌ねじ（ＦＰＴ）を含む。別の実施形態においては、カプラ７２は、当該技術分野で公知の遠隔シールアセンブリに接続するように構成されている。また、その他の実施形態においては、プロセスカプラ７２は、配管が嵌め込まれて溶接される第２面６８から延出する溶接スタブを備えていてもよい。
【００１９】
アイソレータ取付部５４Ａは、延出体７６、第１端７８、第２端８０、側部８２、アイソレータフランジ８４、波形圧力チャンバ面８６、長尺ネック８８、および貫通穴９０を含む。延出体７６は、第１端７８と第２端８０とにおいて円形端面を有する円筒または円板形状体を含む。側部８２は、第１端７８と第２端８０とを接続する環状壁を備えている。なお、他の実施形態において、延出体７６は、八角形等異なる形状を有していてもよい。各実施形態において、延出体７６とカプラ体６４とは、隔離ダイアフラム５８Ａが、アイソレータ取付部５４Ａとプロセス結合部５６Ａとの間に固定されるように、同一または類似の形状を有している。
【００２０】
延出体７６の第２端８０は、プロセス結合部５６Ａのカプラ体６４の第１面６６と嵌合するように構成されている。延出体７６は、第２端８０において圧力チャンバを形成するフランジ８４を含む。フランジ８４は、波形圧力チャンバ面８６と貫通穴９０とを囲むことが好ましい。フランジ８４は、隔離ダイアフラム５８Ａを取付け可能な面を形成する。隔離ダイアフラム５８Ａは、アイソレータ取付部５４Ａとプロセス流体結合部５６Ａとの間に閉じ込められる薄い金属円板を具備する。図６、７を参照して説明するように、隔離ダイアフラム５８Ａは、まず、溶接継手を介してサブアセンブリ２４Ａに接合され、その後、圧力をかけて波形に形成されることが好ましい。長尺ネック８８は、第１端７８から同心円状に延出する。貫通穴９０は、長尺ネック８８と延出体７６との両方の内部を延び、波形圧力チャンバ面８６と交差する。長尺ネック８８は、図６に示すように、センサモジュール２８のベース３６における嵌合ねじと接続するねじ９２を有する円筒体を含む。
【００２１】
図６は、プロセストランスミッタセンサモジュール２８のベース３６に設置された図３の隔離ダイアフラムサブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂの断面図を示す。センサモジュール２８は、ハウジング３４、ベース３６、センサ基板３８、およびセンサ４０を含む。ハウジング３４は内部９４を形成し、この内部９４は、サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂが組み付けられるとセンサモジュール２８の部品を密封するスペースを含む。センサ基板３８は、ハウジング３４の内部９４に配置され、センサケーブル９６を介してセンサ４０に接続されている。センサ４０は、センサ４０をサブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂに接続する隔離管内の液圧流体における圧力が変化すると撓むダイアフラム５９を含む。隔離管９８Ｂは、センサ４０の液圧流体注入口１０７Ｂから、サブアセンブリ２４Ｂの長尺ネック８８まで延びている。また、充填管１００Ｂも長尺ネック８８内まで延び、充填液圧流体を隔離管９８Ｂに注入するポートを備えている。同様に、サブアセンブリ２４Ａは、アイソレータ取付部５４Ａのネックにおいて、充填管１００Ａと接続する隔離管を介して、センサ４０の注入口に接続されている。サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、センサモジュール２８に組み付けられる前に予備製作される。
【００２２】
図７に示すように、サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、延出体７６、カプラ体６４、および隔離ダイアフラム５８Ａの接点に、溶接部１０２を形成することで製作される。隔離ダイアフラム５８Ａは、カプラ体６４の第１面６６と延出体７６の第２端８０とに近接して配置される。延出体７６、カプラ体６４、および隔離ダイアフラム５８Ａは、同軸上に整列して積層されるように、同一外径、または、場合によっては同一外周を有する。溶接部１０２は、カプラ体６４の側面７０全周囲と、延出体７６の側部８２の全周囲とに沿って配置される。
【００２３】
図８は、延出体７６がカプラ体６４と螺合して溶接部１０２を補強するサブアセンブリ２４Ａの別の実施形態を示す。延出体７６は、第１面６６を囲む環状結合フランジ１０３を含む。フランジ１０３は、ねじ係合１０４を形成するため、延出体７６の側部８２の雄ねじと嵌合する雌ねじを含む。その後、フランジ１０３のねじ係合１０４を貫通するように溶接部１０２を配置することで、さらに破裂強度を与える。
【００２４】
溶接部１０２は、延出体７６とカプラ体６４とを強く結合するために、側面７０、側部８２、およびダイアフラム５８Ａを貫通することで、均一な性質をもつ溶接部を深部まで形成する。しかしながら、溶接部１０２は、ダイアフラム５８Ａを損傷または脆弱化しないように、フランジ８４を貫通して波形圧力チャンバ面８６の近傍のダイアフラム５８Ａの一部に到達することはない。一実施形態において、カプラ体６４、延出体７６、および隔離ダイアフラム５８Ａは、ステンレス鋼で構成される。なお、ダイアフラム５８Ａは、ヘインズ  インターナショナル  インコーポレイテッド（Haynes International, Inc.）の登録商標であるＨａｓｔｅｌｌｏｙ（登録商標）、インコ  アロイス  インターナショナル  インコーポレーテッド（Inco Alloys International, Inc.）の登録商標であるＭｏｎｅｌ（登録商標）もしくはＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）、タンタル、または当該技術分野で公知の他の材料から構成されていてもよい。溶接部１０２は、電子ビーム溶接、ＴＩＧ溶接、レーザ溶接等の種々の溶接技術を用いて生成することができる。ダイアフラム５８Ａは、初期には、波形１０５を有さない平らな円板を含む。波形１０５は、プロセス流体または製造中に用いられる流体からの圧力により加圧形成される。加圧力により、ダイアフラム５８Ａは圧力チャンバ面８６の波形１０６に押し付けられる。ダイアフラム５８Ａを上記のように成形することで、波形処理前のダイアフラムを、貫通孔７４と貫通穴９０とに位置合わせする必要がなくなる。
【００２５】
図６に戻って、ねじ９２を、ベース３６の受け孔６３Ａ、６３Ｂにおける嵌合ねじ１０８に螺入することで、組み立て済みサブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂを、ベース３６に接続する。ネック８８は、ネック８８の一部がハウジング３４の内部９４まで延びるように、ベース３６より高いことが好ましい。このため、ネック８８は、注入口１０７Ｂ等のセンサ４０の注入口の近くまで延びる。ネック８８のねじ９２は、内部９４に延びるネック８８の部分に沿っては延びていない。隔離管９８Ｂは、注入口１０７Ｂを、ネック８８の貫通穴９０に接続する。また、充填管１００Ｂも、ネック８８の貫通穴９０内部まで延びる。充填管１００Ｂと隔離管９８Ｂとをネック８８に接合するために、ネック８８の先端において、貫通穴９０は、ろう付けまたは溶接により密封されている。隔離管９８Ｂ、充填管１００Ｂ、貫通穴９０、および、圧力チャンバ面８６と隔離ダイアフラム５８Ｂとの間の圧力チャンバの一部を完全に充填液圧流体で充填するために、充填管１００Ｂを介して、充填液圧流体を貫通穴９０に注入する。充填管１００Ｂは、その後、充填流体の漏出を防ぐために、蓋、溶接、ろう付け、またはそれらの組み合わせにより密封される。このように、プロセス流体から隔離ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂにかかる圧力を、充填流体を介してセンサ４０に伝える。溶接部１０２（図７）は、ベース３６とプロセス流体ソースとの間の密封接続の完全性が損なわれることによる高静圧化を防ぐ。
【００２６】
図９は、隔離ダイアフラムサブアセンブリ２４Ａに接続される静圧センサ１１０を有するセンサモジュール２８の一実施形態の斜視図を示す。静圧センサ１１０は、センサ配線１１２と隔離管１１４とを含む。センサモジュール２８は、図６に示すように、ハウジング３４に接続されるベース３６を含む。ベース３６は、サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂと接合されたときに密封内部９４（図６）を形成するために、通常、ハウジング３４に溶接付けされている。差圧センサ４０と静圧センサ１１０とは、ベース３６に取り付けられ、アイソレータ取付部５４Ａ、５４Ｂ内の液圧流体と、一括して流体で連通する。差圧センサ４０は、隔離管９８Ａを介してアイソレータ取付部５４Ａのネック８８に接続されている。同様に、センサ４０は、差圧が検知されるようにアイソレータ取付部５４Ｂのネック８８（図６）に接続されている。一方、静圧センサ１１０は、静圧が検知されるように１つのアイソレータ取付部にのみ接続されている。図示の実施形態において、静圧センサ１１０は、センサ管１１４を介してアイソレータ取付部５４Ａのネック８８に接続されている。静圧センサ１１０は、当該技術分野で公知の適切なセンサであればいかなるセンサでもよい。例えば、センサ１１０は、歪みゲージセンサや、容量センサでもよい。
【００２７】
サブアセンブリ２４Ａのネック８８は、隔離ダイアフラム５８Ａ（図３）を、センサ４０およびセンサ１１０と流体で接続する充填液圧流体システムへのアクセスポイントを実現する。隔離管１１４と隔離管９８Ａとの両方は、ネック８８を介して液圧システムにアクセスする。このため、プロセス流体圧力のセンサ１１０と接続するために、ベース３６に孔を追設する必要はない。よって、ベース３６内へのアクセスポイントの数が少ないため、内部９４をより簡単に密封することが可能となる。センサ４０、１１０は、隔離管１１４、９８Ａがネック８８にアクセスしやすいようにベース３６上に配置される。同様に、センサ４０の配線９６と、センサ１１０の配線１１２とは、上記のようにベース３６上に配置された場合に、ハウジング３４（図２）内のセンサ基板３８に簡単に接続することができる。
【００２８】
本発明のサブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、インパルス配管２６等の高静圧ライン圧力に耐え得るモジュラーコネクタを提供する。プロセス結合部５６Ａ、５６Ｂは、それぞれ、隔離ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂを同時に閉じ込めるようにアイソレータ取付部５４Ａ、５４Ｂに溶接付けされる。サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂをベース３６に組み付ける前に、溶接部１０２により形成されたシール（密封）の検査を実施することができる。例えば、溶接部１０２を検査するために、ヘリウム漏れ試験をサブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂに実施することができる。この試験では、０．１２０インチ（約３．０ｍｍ）の深さを有する溶接部が、最高約８０，０００ｐｓｉ（約５５１．６ＭＰａ）の破裂圧に耐えることが示された。０．０８０インチ（約２．０ｍｍ）の深さを有する溶接部は、１５，０００ｐｓｉ（約１０３．４ＭＰａ）で５０，０００回の試験に耐えることが示された。
【００２９】
サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、さらに、フランジ８４に組み付けた後に隔離ダイアフラム５８Ａ、５８Ｂを損傷から守る。センサ４０が劣化して充填流体が失われた場合には、プロセス流体の圧力により、ダイアフラム５８Ａは波形圧力チャンバ面８６に押し付けられる。貫通穴９０の径が小さいため、ダイアフラム５８Ａは、破れたり等さらに破損することはなく、これにより流体が大量に漏れることが防止される。さらに、サブアセンブリ２４Ａ、２４Ｂは、ねじまたはろう付け接続により実現される難燃性通路を用いてベース３６に組み付けられることで、内部９４の密封、トランスミッタ１２の安全性の改善にも役立つ。
【００３０】
例示的な（１つまたは複数の）実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更を加えることができること、および様々な要素の代わりにそれらの等価物を使用することができることは、当業者にとっては明らかである。また、特定の状況または材料に適合するように、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく本発明の教示に多くの修正を加えることもできる。したがって、本発明は、開示した特定の１つまたは複数の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に含まれる全ての実施形態を含むものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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