(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業プロセスに使用するプロセス変数トランスミッタであって、
内部に空洞が形成されたハウジングであり、前記空洞を第１の空洞と第２の空洞に分割する障壁を含むハウジングと、
前記産業プロセスのプロセス変数を測定するように構成された、前記第１の空洞内の測定回路と、
前記第２の空洞内の端子ブロックアセンブリであり、前記ハウジングとのシールを形成し、前記障壁と前記端子ブロックアセンブリの回路基板との間の第３の空洞を形成している端子ブロックアセンブリと、
を含むプロセス変数トランスミッタ。
【請求項２】
前記端子ブロックアセンブリは、前記第３の空洞を画定するように配置されたシュラウド部材を含む、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項３】
前記シュラウド部材は、金属シュラウドを含む、請求項２に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項４】
前記シュラウド部材と前記プロセス変数トランスミッタの前記ハウジングとの間のシールを含む、請求項２に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項５】
前記シールは、Ｏリングを含む、請求項４に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項６】
前記回路基板は、前記第３の空洞内の少なくとも１つの回路部品を保持している、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項７】
前記端子ブロックアセンブリは、二線式プロセス制御ループに結合するための複数の端子を含む、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項８】
前記プロセス制御ループは、前記プロセス変数トランスミッタに電力供給するための電力を供給するために使用される、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項９】
前記障壁内に少なくとも部分的に配置され、かつ前記第３の空洞内に延在して前記回路基板を前記測定回路に電気的に接続する導電体を含む、請求項２に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項１０】
前記シュラウド部材には、開口が形成されており、前記導電体は、前記開口を貫通している、請求項９に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項１１】
前記導体は、電力を伝送する、請求項９に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項１２】
前記導体は、通信信号を伝送する、請求項９に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項１３】
前記通信信号は、二線式プロセス制御ループ通信規格に準拠している、請求項１２に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項１４】
前記通信信号は、前記プロセス変数トランスミッタの部品間の通信に使用される、請求項１２に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項１５】
前記導体は、位置合わせ不良を補償するように配置されている、請求項９に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項１６】
前記位置合わせ不良は、前記回路基板と前記測定回路の間の接続において生じる、請求項１５に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項１７】
前記障壁は穴を含み、前記端子ブロックは、前記穴に対してシールされている、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項１８】
前記回路基板は、温度センサを保持している、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項１９】
前記回路基板は、通信回路を保持している、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項２０】
前記シュラウド部材は、前記回路基板にはんだ付けされている、請求項２に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項２１】
前記回路基板と前記測定回路の間の少なくとも１つの電気接続を含む、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの電気接続は、前記障壁を貫通している、請求項２１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項２３】
前記端子ブロックは、前記ハウジングとの位置合わせ用の位置合わせ形状部を含む、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項２４】
前記ハウジングの前記第１の空洞及び前記第２の空洞をそれぞれ囲むように構成された、第１のエンドキャップ及び第２のエンドキャップを含む、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項２５】
前記プロセス変数の測定に使用するための、前記測定回路に結合されたプロセス変数センサを含む、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項２６】
前記コネクタは、前記障壁に装着されている、請求項９に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項２７】
前記コネクタは、前記端子ブロックアセンブリに装着されている、請求項９に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項２８】
前記回路基板は、外部温度センサに結合するように構成された温度測定回路を保持している、請求項１に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【請求項２９】
前記回路基板は、測定値の補償に使用する温度センサを含む、請求項２７に記載のプロセス変数トランスミッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業プロセスの制御又は監視システムに関する。特に、本発明は、そのようなシステムのプロセス変数を検知するように構成されたプロセス変数トランスミッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス変数トランスミッタは、プロセス変数を監視するために産業プロセスの制御環境において使用される。そのようなトランスミッタは、プロセス流体につながり、プロセスに関する測定値を提供する。プロセス変数トランスミッタは、化学、パルプ、石油、ガス、薬剤、食品及び他の流体の処理プラントのスラリー、液体、蒸気及び気体など、プロセスプラントの流体に関連する１つ以上のプロセス変数を監視するように構成することができる。監視されるプロセス変数の例としては、流体の圧力、温度、流量、レベル、ｐＨ、伝導性、濁度、密度、濃度、化学組成又は他の特性が挙げられる。一般的に、プロセス変数トランスミッタは、遠隔地、通常は現場に配置され、制御室などの集約的な場所に情報を送る。プロセス変数トランスミッタは、石油ガス精製所、化学貯蔵タンク集合地域、又は化学処理プラントなど、各種の用途のプロセス変数を検知する。このため、多くの事例では、プロセス変数トランスミッタには、苛酷な環境への配置が要求される。
【０００３】
いくつかのタイプのプロセス変数トランスミッタは、分離した２つの隔室に分割されたハウジングを含む。一方の隔室は、電気回路を収容し、他方の隔室は、プロセス制御ループに結合するために使用する端子ブロックを収容する。そのような一構成が、米国特許第５，５４６，８０４号に示されている。
【発明の概要】
【０００４】
産業プロセスに使用するプロセス変数トランスミッタは、内部に空洞が形成されたハウジングを含む。ハウジングは、空洞を第１の空洞と第２の空洞に分割する障壁を有する。好ましくは、第１の空洞内の測定回路が、産業プロセスのプロセス変数を測定するように構成される。端子ブロックアセンブリが、第２の空洞に配置されている。端子ブロックアセンブリは、ハウジングとのシールを形成しており、障壁と端子ブロックアセンブリの回路基板との間の第３の空洞を形成している。
【０００５】
この概要及び要約は、詳細な説明においてさらに後述する概念の選択を簡略形式で紹介するために提供される。概要及び要約は、特許請求される主題の主要な特徴又は重要な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を決定する一助として使用することを意図するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】内部に２つの空洞が形成されたハウジングを有する、先行技術のプロセス変数トランスミッタの簡略ブロック図である。
【図２】例示的な一実施形態による、端子ブロックに形成された空洞を含むプロセス変数トランスミッタの簡略ブロック図である。
【図３】図２のプロセス変数トランスミッタの部分側部断面図であり、プロセス変数トランスミッタのハウジング内の障壁にシールされた端子ブロックを示している。
【図４Ａ】図２の端子ブロックの分解図であり、金属カップを示している。
【図４Ｂ】図２の端子ブロックの組立図であり、金属カップを示している。
【図５Ａ】図２の障壁を貫通する電気コネクタアセンブリの分解図である。
【図５Ｂ】図２の障壁を貫通する電気コネクタアセンブリの組立図である。
【図６Ａ】トランスミッタハウジングの障壁に装着されたコネクタアセンブリを示す正面平面図である。
【図６Ｂ】トランスミッタハウジングの障壁に装着されたコネクタアセンブリを示す側部断面斜視図である。
【図６Ｃ】障壁に装着され、電気コネクタアセンブリに電気的に接続された端子ブロックを示す側部断面図である。
【図７】別の例示的な実施形態のプロセス変数トランスミッタの側部断面図である。
【図８】別の例示的な実施形態の端子ブロックの斜視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
シールされた隔室を有する端子ブロックを伴う多隔室ハウジングを有するプロセス変数トランスミッタが提供される。一実施形態では、シュラウド部材が回路基板にシールされており、回路基板の埋込を不要にする。シュラウド部材は、ハウジングにシールされる。この構成は、電子装置との接続が貫通できる大きな穴を可能にする。電子装置は、湿気、汚染物質及び埋込応力から保護するためにシュラウド部材の内側に配置することができる。電子装置隔室において得られる融通性によって、モジュール性が高まり、効率的な設計及び生産が可能になる。
【０００８】
一般的なプロセス変数トランスミッタの一構成は、２つの隔室を提供する。一方の隔室は、端子ブロックを保持し（シールされていない側）、他方の隔室は、電子装置をシールされた環境に収納する。そのような構成のプロセス変数トランスミッタ１０が図１に示されており、同トランスミッタでは、ハウジング１２が、シールされていない隔室１６及びシールされた隔室１８を形成する障壁１４を含む。シールされていない隔室は、端子ブロック２０を保持し、シールされた隔室は、プロセス変数センサ２４と共にフィーチャーボード２２（すなわち、測定回路など）を保持する。端子ブロック隔室１６は、ハウジングカバーによりシールされ得るが、ハウジングへのワイヤ又は他の付属品を保持する導管を通じて外部環境に露出され得る。結露水及び他の汚染物質が、端子ブロック隔室１６に蓄積することもある。
【０００９】
先行技術の一構成では、障壁１４を貫通する電気接続を提供するために、ねじ式貫通型ＲＦＩフィルタが使用される。別の構成は、シールコーンと共にシールボードを使用する。端子ブロック２０は、電子部品を汚染物質及び湿気から保護するために埋込材料内に封入される（「埋め込まれる」）。よって、端子ブロック２０に使用され得る部品のタイプが制限される。これは、埋め込みの機械的な影響に対して部品が物理的に頑丈でなければならないためである。これに伴い、端子ブロック１６は、一般的に単なるパススルー装置である。トランスミッタの機能性は、端子ブロック２０及び／又はフィーチャーボード２２を変更することにより変化し得る。
【００１０】
ＲＦＩフィルタ、埋込用樹脂、シールコーン、ラバーブーツなどの使用を含む、上で議論した各種の構成は、高価であり、製造が困難となることがある。埋め込みプロセスは、面倒かつ労働集約的であり、多くのばらつき、及び長い捕捉時間を潜在的に招くことがある。さらに、埋込用樹脂は、温度が正反対の極端なものになると、部品を損傷させたり、回路基板から離脱させたりすることがある。ねじ式貫通型ＲＦＩフィルタは、慎重に取り付けられない場合に、取付け中にひび割れによる損傷を受けやすい。
【００１１】
図２は、シールされた第１の（電子装置）空洞１０４とシールされていない第２の（端子ブロック）空洞１０６とに分割される空洞が内部に形成されたプロセス変数トランスミッタ１００の簡略ブロック図である。図２の構成では、端子ブロック１０８が、シールされた隔室１０８’を端子ブロック１０８内に作り出す。端子ブロックは、フィーチャーボード１１０及びプロセス変数センサ１１２に接続する。端子ブロック１０８のシールされた隔室１０８’は、好ましくは、コスト及び部品の複雑さを低減する単一のアセンブリとして製作される。
【００１２】
図２は、端子ブロック１０８に電気的に接続する例示的な二線式プロセス制御ループ１１４も示している。二線式プロセス制御ループは、工業規格に準拠してもよく、プロセス変数トランスミッタ１００による検知されたプロセス変数に関する情報の送信、及びプロセス変数トランスミッタ１００の電力回路への電力の受領のために使用される。そのような一通信規格は、プロセス変数を表すためにアナログ電流レベルを使用するHART（登録商標）規格である。追加情報を送信するために、アナログ電流レベルに加えてデジタル信号が変調されてもよい。二線式プロセス制御ループは、プロセス変数トランスミッタ１００に情報を送るために使用することもできる。フィールドバス規格に準拠するものなど、他のタイプのプロセス制御ループが使用されてもよい。さらに、プロセス制御ループ１１４は、情報を無線通信する無線プロセス制御ループでもよい。そのような一無線通信プロトコルは、ＩＥＣ６２５９１に準拠したWirelessHART（登録商標）通信プロトコルである。端子ブロック１０８は、それらのタイプの接続に限定されることはなく、他のタイプの電気接続又は部品を含んでもよい。例としては、ＭＯＤＢＵＳシリアルプロトコル接続、又は電力及び通信を提供する、アナログとデジタルの両方の形式の他のタイプの接続が挙げられる。温度センサ、例えば、ＲＴＤ又は熱電対などのセンサが、端子ブロック１０８に含まれてもよい。そのような温度センサは、温度を検知するために使用される装置及び圧力を測定するために使用される装置に使用することができる。他のタイプのセンサが含まれてもよい。
【００１３】
図３は、一構成例によるプロセス変数トランスミッタ１００の部分拡大断面図である。図３に示すように、障壁１２０が、ハウジング１０２の内部空洞をシールされた電子装置空洞１０４とシールされていない端子ブロック空洞１０６に分割する。端子ブロック１０８は、シュラウド部材１２４に接着されたシールされた電気回路基板１２２を含む。シュラウド部材は、好ましくは、この実施形態では金属カップとして形成される。金属カップ１２４は、Ｏリングシール１２６により障壁１２０の所でハウジング１０２にシールされる。回路基板１２２は、はんだ付けにより形成されるシールなどの任意の適切なシール技術によって金属カップ１２４にシールすることができる。この構成では、回路基板１２２に保持される任意の電気部品１３０が、端子ブロック１０８のシールされた空洞１０８’に収容される。コネクタ装着アセンブリ１３４が、回路基板１２２に装着され、電気コネクタ１３２を保持する。装着アセンブリ１３４は、例えばプラスチックなどで製作されてもよい。電気コネクタ１３２は、スクリュー端子として示されているが、任意のタイプのコネクタが用いられ得る。一般的に、それらのコネクタ１３２は、プロセス制御ループ１１４など、プロセス変数トランスミッタの外部の部品に接続するために使用される。コネクタアセンブリ１５０が、回路基板１２２をフィーチャーボード１１０に電気的に接続する。
【００１４】
図４Ａは、一実施形態による端子ブロック１０８の分解図であり、図４Ｂは組立図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、金属カップ１２４には、開口又は穴１３８が形成される。開口１３８は、図３に示したＯリング１２６に対してシールされるリップ１４０を含む。電気プラグ１４６が、回路基板１２２に保持され、開口１３８を通じてアクセス可能となる。図３を再び参照すると、電気コネクタアセンブリ１５０が、障壁１２０を貫通し、プラグ１４６内の導体に接続する導電体を保持する。
【００１５】
図５Ａは、一実施形態による電気コネクタアセンブリ１５０の分解図であり、図５Ｂは組立図である。アセンブリ１５０は、複数のピン導体１６２を内部に保持するハウジング部分１６０Ａ及び１６０Ｂにより形成されたハウジングを含む。ハウジング部分１６０Ａ、Ｂは、スナップロック機構により組立可能に構成することができ、又は接着されてもよく、又は他の取付け技術が用いられてもよい。この実施形態では、ロック形状部１６５は、ハウジング１６０Ａ、Ｂに保持され、図３に示した障壁１２０にコネクタアセンブリ１５０をロックするように動作する。ピン導体１６２が、支持体１６４により互いに対して所定の位置に保たれる。この構成によって、導体がハウジング１６０Ａ、Ｂ及び障壁１２０に対して「浮く」ことが可能となり、コネクタアセンブリ１５０に対する位置合わせ不良の公差が許容される。ピン導体１６２は、図３に示したように、フィーチャーボード１１０と端子ブロック１０８入力の回路基板１２２との間の電気接続を提供する。電気接続は、任意のタイプの電気接続であってもよい。例としては、デジタル情報も伝送することができる４〜２０mA信号などのプロセス制御ループ出力が挙げられる。２つの基板間の任意の電力接続又は任意の通信が提供されてもよい。部品間の他の電気接続が提供されてもよい。さらに、予備すなわち未使用の電気ピンが含まれてもよい。
【００１６】
図６Ａは、プロセス変数トランスミッタ１００の正面平面図であり、図６Ｂは側部断面斜視図であり、障壁１２０に装着された電気コネクタアセンブリ１５０を示している。図６Ａ及び図６Ｂは、（図３に示した）Ｏリング１２６を保持し、図４Ａ及び図４Ｂに示したリップ１４０を受けるように構成された円形凹部１７０も示している。図６Ｃは、プロセス変数トランスミッタ１００の側部断面図であり、ハウジング１０２内に装着され、ハウジング１０２の障壁１２０にシールされた端子ブロック１０８を示している。
【００１７】
上述した実施形態では、図４Ａ、図４Ｂに示した金属シュラウド（カップ）１２４は、回路基板１２２にはんだ付けされており、先行技術の構成に使用された埋込材料に置き換わることができる。これによって、電子部品は、トランスミッタハウジング内の障壁の「シールされていない側」に存在する湿気及び汚染物質から保護される。障壁１２０を貫通する電気接続は、規格化されたソケット及びピン構成とすることができる。例えば、端子ブロック１０８の回路基板１２２に保持された回路部品１３０を使用して、ＲＦＩフィルタリングを実施することができる。電気接続に使用されるピンは、電子装置ハウジング１０２の障壁部分に差し込まれるカートリッジ１５０に収容される。カートリッジは、ピンが損傷した場合に現場で容易に交換することができ、ピンが「浮く」ことを可能にするように設計されており、電気コネクタに過剰な応力を及ぼすことなく大きな位置合わせ不良を許容する。端子ブロック１０８は、ハウジング１０２に挿入されると、図３に示したＯリングシール１２６によりシールされ、導体ピン１６２は、端子ブロック１０８の回路基板１２２に保持されたコネクタアセンブリ１４６と電気的に接触する。開口１３８のリムに対するＯリングシールによって、金属シュラウドの内部は、ハウジング１０２のシールされた側１０４の延長部となる。これによって、部品に対する電気接続を作るために利用可能なオプションが増え、製造コストも低減される。埋込材料がもはや必要とされないので、埋込材料によって損傷してしもうかもしれない部品を使用して、より複雑かつ／又はより緻密な回路が端子ブロック１０８に保持されることができる。
【００１８】
図７は、プロセス変数トランスミッタ１００の側部断面図であり、図８は、端子ブロック１０８の斜視断面図であり、別の例示的な実施形態を示している。図７及び図８では、前述した同様の部品のナンバリングを維持している。図７の構成では、ハウジング１０２内の障壁１２０は、端子ブロック１０８のシュラウド部材すなわち金属カップ１２４を受容する開口を含む。この構成では、Ｏリング１２６は、ハウジング１０２の隔室間又は空洞１０４、１０６の間のシールを提供する。導電体１８０が端子ブロック１０８の回路基板１２２に電気的に接続され、マウント１８２により金属カップ１２４に対して所定位置に保たれる、一体型ピン位置合わせ方法が用いられる。導電体１８０は、フィーチャーボード１１０に装着されたコネクタプラグ１８４にプラグ接続する。
【００１９】
本明細書に示す構成は、プロセス変数トランスミッタに使用される各種の回路間のモジュール性を高める。例えば、端子と関連する回路が、端子ブロック１０８の回路基板１２２に端子に近接して配置されることができる。所望に応じて端子ブロック１０８を単に交換することによって、任意の機能をプロセス変数トランスミッタに追加することができる。端子ブロックのオプションの例としては、追加機能を有しない基礎オプション、温度測定回路が設けられる構成、通信回路が設けられる構成などが挙げられる。一構成では、端子ブロック１０８は、図２に示したプロセス変数センサ１１２とインターフェースするために使用される全ての電子回路を保持しており、フィーチャーボード１１０を不要にする。
【００２０】
各種の構成では、シールされていない端子隔室において動作する損傷を受けやすい電子装置を保護する端子ブロックアセンブリに、シールされた電子装置隔室が設けられる。シールされた電子隔室は、端子ブロックがハウジングの障壁に対して装着されるときに、回路基板に取り付けられた金属シュラウドすなわち「カップ」によって、端子側（シールされていない側）を電子部品（シールされた側）から分離して、電子装置用のシールされた隔室を提供する回路基板を含む。金属シュラウドは、はんだ付け可能なコーティングによって容易にはんだ付け又は金属メッキできる合金を使用して形成することができ、又は、はんだ付け可能な表面を有するクラッド材又は被接着材から作ることができる。シールされた電子隔室は、ハウジングのシールされた側に電気接続を通過させる、金属シュラウドと電子ハウジングの間のシールを含む。金属シュラウドと電子ハウジングの間のシールは、本明細書で議論するラジアルＯリングなど、任意の適切な技術を使用して設けることができる。シールは、好ましくは、そのシール性能を経時的にかつ極端な環境への露出に対して維持するべきである。この構成は、シールボード、ねじ式ＲＦＩフィルタ、はんだ付けされたフィルタタブ、及び／又はシーリングブーツなどの隔室シールに使用される追加部品を不要にしており、コストを低減する。一部の構成では、金属カップは、環境シールを維持しながらも、複数のピン、ケーブル、フレックス回路などを含む様々なタイプの接続を受容するのに十分大きな穴を含む。穴は、標準的なコネクタによって、多数の導電体を有するコンパクトな構成を提供することを可能にする。端子ブロック内のシールされた隔室によって保護された筐体は、補助機能を装置に追加し、規定のインターフェースにより主電子装置に接続することを可能にする。さらに、規定のインターフェースを使用することによって、様々な補助機能を有する様々な端子ブロックを取り替えることにより製品のオプションを提供して、より構成可能な装置を作り出すことが可能になる。端子ブロック１０８への電気接続を提供するピンカートリッジは、制限された空間において様々な機能性を提供するように置き換え可能であってもよい。一実施形態では、ピンカートリッジは、導電体の「ピンスタック」が浮くことを可能にしており、コネクタ又は他の部品に応力を及ぼすことなくコネクタ間の位置合わせ不良を許容する。端子ブロックアセンブリ内に作られ、フィーチャーボードに直接接続するコネクタ位置合わせ形状部を設けることができる。そのようなコネクタ位置合わせ形状部は、部品間の位置合わせ不良をいくらか許容するように自由に浮くヘッダアセンブリを設けるように構成されてもよい。本明細書で議論するカップすなわちシュラウド１２４は、金属化ポリマーなどの任意の材料で製作されてもよい。
【００２１】
好適な実施形態を参照して本発明について記述してきたが、当業者は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく形式及び詳細を変更できることを認識するであろう。図２がセンサ１１２を示しているが、一部の構成では、センサ１１２は任意なものである。センサ１１２は、圧力センサ、温度センサなど、任意のタイプのプロセス変数センサであってもよい。図２に示した接続１１４は、外部温度センサ、圧力センサ又は他のプロセス変数センサなどの外部センサへの接続を含んでもよい。外部センサは、任意のセンサ１１２と共に使用されてもよい。例えば、外部温度を検知するために単一の外部温度センサを使用してもよい。圧力検知システムでは、例えば、質量流量の決定に使用するためのプロセス流体の温度を得るために、又は単に二次的なプロセス変数を提供するために、外部圧力センサを用いてもよい。電子遠隔シール構成などに外部圧力センサを用いてもよく、そのような構成では、例えば、タンク内又は他の容器内のプロセス流体のレベルの決定に使用するための遠隔圧力が検知されうる。端子ブロックとフィーチャーボードの間の電気接続により伝送される通信信号は、例えば、ＵＡＲＴ、Ｉ２Ｃなどを使用する、プロセス変数トランスミッタ内の回路間の内部通信、及び、例えばＨａｒｔ（登録商標）プロトコルに準拠したプロセス通信であってもよい。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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