(57)【要約】【課題】産業用プロセス制御システム（１０）で使用するための産業用圧力トランスミッター（１２）を提供する。【解決手段】トランスミッター（１２）は、差圧センサ（５６）と、この差圧センサ（５６）に連結された一体のプロセスコネクタ（２６）とを含む。産業用プロセス流体を受け入れるプロセス流体流ダクト（３９）がプロセスコネクタ（２６）を貫通している。主エレメント（６４）がプロセス流体流ダクト（３９）に位置決めされており、主エレメント（６４）の前後でプロセス流体中に圧力差を発生する。差圧センサ（５６）は、主エレメント（６４）の前後の圧力差を検出するため、プロセス流体流ダクト（３９）に連結されている。【選択図】図３
2010523972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
産業用プロセス制御システムで使用するための圧力トランスミッターにおいて、
センサモジュールであって、
プロセス流体の圧力差を検出するための差圧センサ、
プロセス流体を受け入れるため、第１側から第２側まで貫通したプロセス流体流ダクトを持つベース、
前記プロセス流体流ダクトに前記第１側と前記第２側との間で位置決めされた主エレメント、
前記流体流ダクトから遠ざかる方向に向いた前記ベースの第３側に位置決めされた、第１及び第２の遮断ダイヤフラム凹所、
前記主エレメントの両側で前記流体流ダクトから、前記ベースを通って、前記第１及び第２の遮断ダイヤフラム凹所まで夫々延びる第１及び第２のインパルス配管ライン、
前記第１及び第２の遮断ダイヤフラム凹所の夫々から前記差圧センサまで延びる第１及び第２の充填流体通路、及び
前記第１及び第２の遮断ダイヤフラム凹所を前記第１及び第２のインパルス配管ラインの夫々からシールするため、前記第１及び第２の遮断ダイヤフラム凹所の夫々内に位置決めされた第１及び第２の遮断ダイヤフラムを含む、センサモジュールと、
前記センサモジュールに連結された、前記圧力センサの出力を演算処理するためのトランスミッター回路を含むトランスミッターハウジングとを含む、圧力トランスミッター。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記主エレメントにより、流体を前記プロセス流体流ダクトを通して前記第１側から前記第２側まで流し、前記プロセス流体中に前記圧力差を発生できる、圧力トランスミッター。
【請求項３】
請求項１に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記主エレメントは、ベンチュリチューブ、オリフィスプレート、パイロットチューブ、又は流れノズルからなる群から選択される、圧力トランスミッター。
【請求項４】
請求項１に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記主エレメントは、前記プロセス流体流ダクトから形成され、前記第１及び第２のインパルス配管ライン及び前記第１及び第２の遮断ダイヤフラム凹所は、前記主エレメント、前記第１及び第２のインパルス配管ライン、及び前記第１及び第２の遮断ダイヤフラム凹所が前記センサモジュールと一体であるように、前記ベースから形成されている、圧力トランスミッター。
【請求項５】
請求項１に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記プロセス流体流ダクトは、プロセス流体源を前記センサモジュールに接合するためのカップリングを含み、前記センサモジュールは、前記圧力トランスミッターを取り付け固定具に固定するためのカップリングを含む、圧力トランスミッター。
【請求項６】
請求項１に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記第１及び第２の遮断ダイヤフラムは、前記ベースの非噛み合い面に沿って取り付けられる、圧力トランスミッター。
【請求項７】
請求項１に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記センサモジュールは、前記ベースと一体の、前記差圧センサを収容するためのセンサポケットを含み、前記第１及び第２の遮断ダイヤフラム凹所は、前記センサポケットに対して開放している、圧力トランスミッター。
【請求項８】
請求項６に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記第１及び第２の遮断ダイヤフラム凹所には、噛み合いと関連した応力が加わらない、圧力トランスミッター。
【請求項９】
請求項１に記載の圧力トランスミッターにおいて、
バイパスマニホールドを更に含み、このバイパスマニホールドは、
前記プロセス流体流ダクトの第１端を前記プロセス流体流ダクトの第２端に前記ベースの外側で連結するバイパス流ダクトと、
前記バイパス流ダクトと前記プロセス流体流ダクトの前記第１端との間に位置決めされた第１バイパスバルブと、
前記バイパス流ダクトと前記プロセス流体流ダクトの前記第２端との間に位置決めされた第２バイパスバルブとを含む、圧力トランスミッター。
【請求項１０】
請求項１に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記第１及び第２の遮断ダイヤフラムは、前記センサモジュールの前記第１及び第２の遮断ダイヤフラム凹所内に位置決めされた前記第１及び第２のダイヤフラムベースディスクに固定されており、
前記第１及び第２のベースディスクは、前記第１及び第２の充填流体通路を受け入れるための開口部を備えている、圧力トランスミッター。
【請求項１１】
請求項１０に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記第１及び第２の遮断ダイヤフラムは、前記第１及び第２のベースディスクに夫々溶接されており、前記第１及び第２のベースディスクは、前記第１及び第２の遮断ダイヤフラム凹所に夫々溶接されており、これによって、前記第１及び第２のプロセス遮断ダイヤフラムを前記ベース及びこのベースと関連した応力から解放する、圧力トランスミッター。
【請求項１２】
請求項１０に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記対をなしたプロセスダイヤフラムベースディスクは、互いに同一平面内にある、圧力トランスミッター。
【請求項１３】
請求項１に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記センサモジュール及び前記トランスミッターハウジングは一体のユニットを形成する、圧力トランスミッター。
【請求項１４】
請求項１に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記主エレメントは、流体が前記流体流ダクトを通って前記第１側から前記第２側まで流れることができないように、前記流体流ダクトを二つの別個の隔室に分ける、圧力トランスミッター。
【請求項１５】
産業用プロセストランスミッターで使用するためのセンサモジュールにおいて、
プロセス流体の圧力差を検出するための差圧センサと、
プロセス流体を受け入れるためのプロセス流体流ダクトを持つベースと、
前記プロセス流体流ダクトに位置決めされた、前記プロセス流体中に圧力差を発生するための主エレメントと、
前記主エレメントの両側で前記流体流ダクトから延びるインパルス配管ラインと、
前記インパルス配管ラインを前記差圧センサに連結する充填流体通路と、
前記インパルス配管ラインを前記充填流体通路から分離するための遮断ダイヤフラムとを含み、
前記遮断ダイヤフラムは前記ベース内に位置決めされ、前記ベースの非噛み合い面に沿って取り付けられる、センサモジュール。
【請求項１６】
請求項１５に記載のセンサモジュールにおいて、
前記プロセス流体流ダクト、前記主エレメント、及び前記インパルス配管ラインは、前記センサモジュールが一体構造を持つように前記ベースから形成される、センサモジュール。
【請求項１７】
請求項１５に記載のセンサモジュールにおいて、
前記プロセス流体流ダクトは、プロセス流体源を前記センサモジュールに接合するためのカップリングを含み、前記センサモジュールは、更に、前記圧力トランスミッターを取り付け固定具に固定するためのカップリングを含む、センサモジュール。
【請求項１８】
請求項１５に記載のセンサモジュールにおいて、
前記圧力トランスミッターは、前記主エレメントを迂回して流体を流すことができるように前記主エレメントの両側の前記プロセス流体流ダクトの部分を連結するバイパスマニホールドを含む、センサモジュール。
【請求項１９】
請求項１８に記載のセンサモジュールにおいて、前記バイパスマニホールドは、
前記プロセス流体流ダクトの第１端を前記プロセス流体流ダクトの第２端に前記ベースの外側で連結するバイパス流れダクトと、
前記バイパス流ダクトと前記プロセス流体流ダクトの前記第１端との間に位置決めされた第１バイパスバルブと、
前記バイパス流ダクトと前記プロセス流体流ダクトの前記第２端との間に位置決めされた第２バイパスバルブとを含む、センサモジュール。
【請求項２０】
請求項１５に記載のセンサモジュールにおいて、
前記遮断ダイヤフラムは、前記流体流ダクトの上方で前記センサモジュールの表面内で凹所をなした、一対のプロセスダイヤフラムベースディスクに固定されている、センサモジュール。
【請求項２１】
産業用制御システムで使用するための産業用圧力トランスミッターにおいて、
差圧センサと、
前記差圧センサに内部液圧システムを通して連結されたフランジレスプロセスコネクタと、
前記フランジレスプロセスコネクタを通って延びる、産業用プロセス流体を受け入れるためのプロセス流体流ダクトと、
前記プロセス流体流ダクトに位置決めされた主エレメントであって、前記主エレメントの前後で前記プロセス流体中に圧力差を発生するための主エレメントとを含み、
前記差圧センサは、前記主エレメントの前後の圧力差を検出するため、前記プロセス流体流ダクトに連結されている、産業用圧力トランスミッター。
【請求項２２】
請求項２１に記載の産業用圧力トランスミッターにおいて、
前記液圧システムは、更に、
前記フランジレスプロセスコネクタ内で、前記主エレメントの両側で前記流体流ダクトから延びるインパルス配管ラインと、
前記インパルス配管ラインを前記差圧センサに連結する充填流体通路と、
前記インパルス配管ラインを前記充填流体通路から分離するための遮断ダイヤフラムとを含む、産業用圧力トランスミッター。
【請求項２３】
請求項２２に記載の産業用圧力トランスミッターにおいて、
前記遮断ダイヤフラムは、前記フランジレスプロセスコネクタの非噛み合い面に沿って取り付けられるように、前記一体化したプロセスコネクタの上面内で凹所をなす、産業用圧力トランスミッター。
【請求項２４】
請求項２１に記載の産業用圧力トランスミッターにおいて、
前記主エレメントは、ベンチュリチューブ、オリフィスプレート、パイロットチューブ、又は流れノズルからなる群から選択される、産業用圧力トランスミッター。
【請求項２５】
請求項２１に記載の産業用圧力トランスミッターにおいて、
前記主エレメントは、前記主エレメントが前記フランジレスプロセスコネクタと一体であるように前記プロセス流体流ダクトから形成されている、産業用圧力トランスミッター。
【請求項２６】
請求項２１に記載の産業用圧力トランスミッターにおいて、
前記フランジレスプロセスコネクタは、バイパスマニホールドを含む、産業用圧力トランスミッター。
【請求項２７】
請求項２６に記載の産業用圧力トランスミッターにおいて、前記バイパスマニホールドは、
前記プロセス流体流ダクトの第１端を前記プロセス流体流ダクトの第２端に前記フランジレスプロセスコネクタの外側で連結するバイパス流ダクトと、
前記バイパス流ダクトと前記プロセス流体流ダクトの前記第１端との間に位置決めされた第１バイパスバルブと、
前記バイパス流ダクトと前記プロセス流体流ダクトの前記第２端との間に位置決めされた第２バイパスバルブとを含む、産業用圧力トランスミッター。
【請求項２８】
請求項２７に記載の産業用圧力トランスミッターにおいて、更に、
前記第１バイパスバルブと前記プロセス流体流ダクトの前記第１端との間に位置決めされたベントバルブを含む、産業用圧力トランスミッター。
【請求項２９】
請求項６に記載の圧力トランスミッターにおいて、
前記第１及び第２の遮断ダイヤフラムは、前記センサモジュールの前記ベースの内側に位置決めされている、圧力トランスミッター。
【請求項３０】
産業用プロセス制御システムで使用するための産業用圧力トランスミッターにおいて、
差圧センサと、
前記差圧センサに連結された一体のプロセスコネクタと、
前記一体のプロセスコネクタを貫通した、産業用プロセス流体を受け入れるためのプロセス流体流ダクトと、
前記プロセス流体流ダクトに位置決めされた主エレメントであって、前記主エレメントの前後のプロセス流体中に圧力差を発生するための主エレメントとを含み、
前記差圧センサは、前記主エレメントの前後の圧力差を検出するため、前記プロセス流体流ダクトに連結されており、更に、
バイパスマニホールドを含み、このバイパスマニホールドは、
前記プロセス流体流ダクトの第１端を前記プロセス流体流ダクトの第２端に前記一体のプロセスコネクタの外側で連結するバイパス流ダクトと、
前記バイパス流ダクトと前記プロセス流体流ダクトの前記第１端との間に位置決めされた第１バイパスバルブと、
前記バイパス流ダクトと前記プロセス流体流ダクトの前記第２端との間に位置決めされた第２バイパスバルブとを含む、産業用圧力トランスミッター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、産業用プロセス制御システムで使用するプロセス機器に関する。更に詳細には、本発明は、主エレメントが一体に設けられたフランジレス圧力トランスミッターに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用プロセス流体のプロセス変数をモニターするため、産業用プロセストランスミッターが使用されている。例えば、プロセス制御産業において、化学物質又は石油製品の圧力又は流量を検出するため、圧力トランスミッターが一般的に使用されている。圧力トランスミッターは、プロセス圧力の変化に応じて電気出力を発生するセンサ又はトランスジューサーを含む。例えば、静電容量型圧力トランスジューサーは、トランスジューサーの静電容量を変化するプロセス流体の圧力に基づいて変化する電気信号を発生する。センサの電気信号をトランスミッターの回路で演算処理し、プロセス流体の圧力の表示としてモニターできる電気出力を発生する。圧力トランスミッターは、更に、電気出力を制御ループ又はネットワークを通して遠隔でモニターするため、又はＬＣＤスクリーン等で局所的にモニターするため、圧力制御システムと通信するための電子装置及び回路を含む。
【０００３】
代表的な静電容量型圧力トランスミッターは、簡単な液圧システムを通してプロセス流体に連結されている。液圧システムは、正確な量の充填流体で充填された一つ又はそれ以上の液圧通路を含む。これらの液圧通路は、プロセス流体圧力を静電容量型トランスジューサーに伝える。液圧通路の第１端には、圧力センサ用の可変容量プレートとして役立つセンサダイヤフラムが設けられている。液圧通路の第２端には、充填流体をプロセス流体から分離するトランスミッター遮断ダイヤフラムが設けられている。圧力トランスミッターでは、これらのトランスミッター遮断ダイヤフラムは、トランスミッターのベース上の噛み合い面に沿って同一平面内にあるように位置決めできる。かくして、トランスミッターベースにより、トランスミッター遮断ダイヤフラムを、プロセス流体源と噛み合うのに適したトランスミッターの外面まで延長できる。しかしながら、トランスミッター遮断ダイヤフラムが、代表的には、トランスミッターベースの噛み合い面と面一であるため、代表的には、プロセス流体源をトランスミッター遮断ダイヤフラムに密封態様で接合する上でフランジアダプタユニオン又はプロセスフランジを必要とする。プロセスフランジは、トランスミッターベースをプロセス流体源に機械的に固定するための手段を提供するカップリングデバイスである。例えば、コプラナー（コプラナー（ＣＯＰＬＡＮＡＲ）は商標である）プロセスフランジは、本発明の譲受人から商業的に入手できる。代表的なプロセスフランジは、トランスミッターベースの通穴にボルト止めするための通穴と、プロセス流体配管に接合するため、トランスミッター遮断ダイヤフラムと整合するねじ穴とを有する。かくして、プロセス流体をボルト止め接合部を通してトランスミッター遮断ダイヤフラムと接触させる。プロセス流体圧力が変動するとき、プロセス流体は、液圧システムの第１端のところで、対応する力を遮断ダイヤフラムに及ぼす。これは、充填流体を通して、液圧システムの第２端のところで静電容量型圧力センサのセンサダイヤフラムの位置を調節する。更に、トランスミッターから流れの計測値を得るため、ベンチュリチューブ、オリフィスプレート、パイロットチューブ、又は流れノズル等の主流れエレメントがプロセス配管に設けられている必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かくして、プロセス流体源を圧力トランスミッターに連結するには、多くの場合、多数の追加の構成要素を必要とする。これらの構成要素は、潜在的漏洩箇所を提供し、プロセス制御システムの設置に要する費用を増大する。従って、潜在的漏洩路の数が少ない、簡単であり且つ安価な圧力トランスミッターが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、産業用プロセス制御システムで使用するための産業用圧力トランスミッターに関する。この産業用圧力トランスミッターは、差圧センサと、この差圧センサに一体に連結されたプロセスコネクタとを含む。プロセス流体ダクトがプロセスコネクタを通って延びており、産業用プロセス流体を受け取る。主エレメントがプロセス流体流ダクトに位置決めされており、主エレメントの前後のプロセス流体中に圧力差を発生する。差圧センサは、主エレメントの前後の圧力差を検出するため、プロセス流体流ダクトに連結されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本発明のフランジレス圧力トランスミッターを含むプロセス制御システムを示す図である。
【図２】図２は、センサモジュール及びトランスミッターハウジングを含む図１のフランジレス圧力トランスミッターの分解図である。
【図３】図３は、静電容量型差圧センサを持つセンサモジュールを示す、図２の圧力トランスミッターの側断面図である。
【図４】図４は、図２のセンサモジュールのベース部分の平断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、外部バルブ及び配管が開放状態にある、図３のフランジレス圧力トランスミッターの図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、外部バルブ及び配管が閉鎖状態にある、図３のフランジレス圧力トランスミッターの図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、本発明の産業用圧力トランスミッター１２を使用する産業用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、フランジレス圧力トランスミッター１２と、配管１４と、制御室１６と、制御ループ１８とを含む。制御室１６は、通信システム２０及び電源２２を含む。一実施例では、圧力トランスミッター１２は、４−２０ｍＡのループで作動する二線トランスミッターである。このような実施例では、制御ループ１８は、トランスミッター１２の演算処理を行うため、電力を電源２２から供給する一対の導線を含む。更に、制御ループ１８により、制御室１６は、通信システム２０を使用してデータを圧力トランスミッター１２に伝達でき且つデータを圧力トランスミッター１２から受け取ることができる。代表的には、４ｍＡの直流電流が、プロセストランスミッター１２のセンサ及びトランスミッター回路、及び任意の局所的ディスプレーを作動する上で十分なエネルギを提供する。一実施例では、プロセストランスミッター１２は、デジタルバスで、無線ネットワークで、又は手持ち式デバイスによって、制御室１６と通信する。
【０００８】
圧力トランスミッター１２は、圧力センサと、産業用プロセス流体の検出された圧力に基づいて電気信号を発生するためのトランスミッター回路とを含む。圧力トランスミッター１２は、更に、電気信号を制御ループ１８で制御室１６に又はＬＣＤスクリーン等の局所的ディスプレーに、又はこれらの両方に伝達し、センサ出力を演算処理するための電気部品及び電子部品を含む。圧力トランスミッター１２は、更に、トランスミッターハウジング２４及びセンサモジュール２５を含み、プロセス流体が流れる配管１４に直接的に連結されており、差圧計測値を得る。
【０００９】
センサモジュール２５にはプロセスコネクタ２６が一体に設けられており、このコネクタには、一体のプロセス流体流ダクトを通して配管１４が直接的に連結されている。プロセスコネクタ２６は、プロセス流体の流れ計測を容易に行うことができるようにプロセス流体流ダクトに位置決めされた、オリフィスプレート等の主エレメントを含む。更に、一体に設けられたプロセスコネクタ２６は、圧力トランスミッター１２を配管１４等のプロセス流体源及びブラケット２８等の取り付け部品の両方に直接的に連結できるようにする連結特徴を含む。かくして、圧力トランスミッター１２はフランジレスであり、追加のプロセスフランジ、マニホールド、配管延長部、又は主エレメントを必要としない。
【００１０】
図２は、図１の圧力トランスミッター１２の一実施例の分解図である。ハウジング２４及びセンサモジュール２５を含む圧力トランスミッター１２は、配管１４のプロセス流体の流れを計測するように形成されている。圧力トランスミッター１２は、更に、回路３０と、端子３２と、カバー３４Ａと、カバー３４Ｂとを含む。コネクタ２６はセンサポケット３６及びベース３８を含み、このベースに配管１４がプロセス流体流ダクト３９のところで連結される。流体流ダクト３９は、様々な大きさのプロセス配管とのとりあいをとるため、様々な直径で製造できる。ポケット３６は、差圧センサと、センサから圧力信号を発生し、ケーブル４３及びプラグ４４を通してトランスミッター回路３０に伝達するための電子回路とを含む。回路３０及び端子３２は、ハブ４６のところでハウジング２４の内部に固定されている。ハブ４６は、トランスミッター１２の構成要素をハウジング２４内に固定するための固定点を提供する。回路３０は、ポケット３６内のセンサが検出したプロセス変数に基づいて出力を発生し、出力を制御ループ１８を通して制御室１６に、トランスミッター回路３０に配置された局所的ディスプレーに、又はこれらの両方に伝達する。端子３２及び回路３０は、ハウジング２４のアクセス開口部内にカバー３４Ａ及び３４Ｂによってシールされる。カバー３４Ａ及び３４Ｂは、回路３０及び端子３２にアクセスするため、トランスミッターハウジング２４内への取り外し自在であり且つ再シール可能な入口を提供する。カバー３４Ａ及び３４Ｂは、水又は他の汚染物がトランスミッター１２に入らないようにするため、及び消火(flame-quenching) 機能を提供するため、代表的には、少なくとも７つの螺合部によってハウジング２４に螺着される。更に、制御ループ１８は、導管接続部４８Ａ及び４８Ｂを通ってハウジング２４に入る。導管接続部４８Ａ及び４８Ｂは、ハウジング２４内の回路３０及び端子３２をカバー３４Ａ及び３４Ｂのところで遮断するため、制御ループ１８の周囲で、例えばプラグによってシールされている。ベース３８は、圧力トランスミッター１２を取り付けブラケット２８に固定するため、又は他のこのような固定具に固定するため、取り付けボア５０Ａ及び５０Ｂを備えている。他の実施例では、トランスミッター１２は、専ら配管１４の重量によってプロセス制御システム１０内に支持される。圧力トランスミッター１２は、配管１４のねじ山１４Ａ及び１４Ｂをコネクタ２６のダクト３９に直接螺合するように、配管１４に直接的に接合される。かくして、トランスミッター１２をプロセス流体配管１４に連結するのに追加の取り付けハードウェア又はフランジを必要としない。
【００１１】
図３は、図２の３−３線に沿った、圧力トランスミッター１２の概略側面図である。圧力トランスミッター１２は、トランスミッターハウジング２４及びセンサモジュール２５を含む。トランスミッターハウジング２４は、回路３０、端子３２、カバー３４Ａ、カバー３４Ｂ、ケーブル４３、プラグ４４、導管接続部４８Ａ、及びコネクタ５４を含む。センサモジュール２５にはプロセスコネクタ２６が一体に設けられており、このコネクタは、センサポケット３６及びベース３８を含む。トランスミッターハウジング２４及びセンサモジュール２５は、別の実施例では、互いに一体のユニットとして形成されていてもよいということは理解されよう。センサポケット３６は、センサ５６及びセンサ電子装置５７を収容しており、センサベース３８は、プロセス流体ダクト３９（ねじ山を備えたカップリング３９Ａ及び３９Ｂを含む）、充填流体通路５８Ａ及び５８Ｂ、インパルス配管ライン６０Ａ及び６０Ｂ、遮断ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂ、主エレメント６４、及びダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂを含む。
【００１２】
この実施例では、回路３０及び端子３２は、ハブ４６のところでハウジング２４に接合されている。端子３２は、通信システム２０及び電源２２がトランスミッター１２に連結されるように、制御室１６からプロセス制御ループ１８を受け入れる。端子３２はコネクタ５４を通して回路３０に連結されており、回路３０はケーブル４３を通してセンサ電子装置５７に連結されている。センサ５６は、検出されたプロセス流体ダクト３９内の圧力差に基づいて電気出力を発生する。この電気出力をセンサ電子装置５７に中継し、次いでケーブル４３を通してトランスミッター回路３０に中継する。回路３０はセンサ５６の出力信号を演算処理し、これによって加圧流体の圧力を、回路３０と関連したＬＣＤスクリーン６９等の局所的ディスプレーに中継でき、又は制御ループ１８を通して制御室１６に中継できる。一実施例では、回路３０は、４ｍＡ乃至２０ｍＡの信号を発生する。別の実施例では、回路３０は、ＨＡＲＴ（ＨＡＲＴは登録商標である）フィールドバス、又はＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮは商標である）フィールドバス等のデジタルプロトコルを使用してデジタルネットワークと相互作用し且つ通信するためのソフトウェア、回路、及び他の電子部品を含む。別の態様では、無線通信ネットワークを使用してもよい。
【００１３】
プロセス流体配管１４のねじ山を備えたカップリング１４Ａ及び１４Ｂは、ねじ山を備えたカップリング３９Ａ及び３９Ｂのところでベース３８に連結される。ベース３８は、様々な産業用プロセス接続部に合わせて様々な種類のねじ山を持つように注文製作できる。様々な実施例において、ねじ山を備えたカップリング３９Ａ及び３９Ｂは、１／４インチナショナルパイプスレッド(national pipe thread)（ＮＰＴ）又は１／８インチ雄パイプスレッド(male pipe thread)（ＭＰＴ）を含む。しかしながら、他の実施例では、カップリング３９Ａ及び３９Ｂは、迅速脱着器又はポペットバルブ型コネクタ等の他の流体カップリングを含んでいてもよい。プロセス流体は、例えばカップリング３９Ａからカップリング３９Ｂに向かって、ダクト３９を通って流れる。主エレメント６４は、プロセス流体内に圧力差が発生するように、ダクト３９内でカップリング３９Ａと３９Ｂとの間に位置決めされる。
【００１４】
主エレメント６４は、プロセス流体中に圧力差を発生すると同時にダクト３９を通してプロセス流体を流すことができるようにするための制流手段を含む。図示の実施例では、主エレメント６４はオリフィスプレートを含むが、本発明の他の実施例では、主エレメント６４は、ベンチュリチューブ、パイロットチューブ、又は流れノズルを含む。このように、プロセス流体が主エレメント６４を横切るとき、主エレメント６４の前後で圧力差が発生し、主エレメント６４の第１側即ち高圧側に第１圧力Ｐ１が作用し、主エレメント６４の第２側即ち低圧側に第２圧力Ｐ２が作用する。圧力差は、センサ５６によって検出される。
【００１５】
センサ５６は、例えば、静電容量に基づく圧力セルであり、圧力センサ５６の静電容量がダイヤフラム７０の関数として変化する。ダイヤフラム７０の位置は、充填流体通路５８Ａ及び５８Ｂを通して伝達されたプロセス流体の圧力Ｐ１及びＰ２の変化に従って変化する。センサのダイヤフラム７０は、通路５８Ａ及び５８Ｂ間に可撓性バリヤーを提供し、チャンネル６０Ａと６０Ｂとの間の圧力差（例えば、主エレメント６４の前後の圧力差、即ちＰ１−Ｐ２）の変化に応じて撓む。かくして、センサ５６の静電容量の変化を使用して、ダクト３９内の容量流量又は質量流量等のプロセス流体の様々なパラメータを、Ｐ１とＰ２との間の圧力差に基づいて決定できる。他の実施例では、センサ５６は、圧電歪ゲージ技術等の他の周知の検出技術に基づいて作動する。
【００１６】
一実施例に関し、一体のプロセスコネクタ２６は、代表的には、ベース３８及びポケット３６が一体の部品であるように鋳造され且つ機械加工される。本発明の様々な実施例では、ベース３８及びポケット３６は、ステンレス鋼、ヘステロイ（ヘステロイ（ＨＡＳＴＥＬＬＬＯＹ）は商標である）又はモネル（モネル（ＭＯＮＥＬ）は商標である）等の合金で形成される。ポケット３６は、主として、センサ５６を受け入れるための中空キャビティと、充填流体通路５８Ａ及び５８Ｂをベース３８の上方に備えている。他の実施例では、ポケット３６をベース３８に溶接し、その後カバーを設けてもよい。一体のプロセスコネクタ２６のポケット３６及びベース３８は、互いに、センサ５６がプロセス流体ダクト３９及び制御室１６と通信できるようにするフレームワークを提供する。差圧センサ５６は、回路３０及び５７、及び制御ループ１８を通して制御室１６に連結されている。センサ５６には、ダクト３９から二つの異なる圧力が提供され、これにより液圧システムを通る差圧を検出する。液圧システムは、充填流体通路５８Ａ及び５８Ｂ、インパルス配管ライン６０Ａ及び６０Ｂ、及び遮断ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂを含む。
【００１７】
ベース３８は、インパルス配管ライン６０Ａ及び６０Ｂ及びダクト３９が一体に含まれるように形成されており、インパルス配管ライン６０Ａ及び６０Ｂに関して耐漏接続部を提供する。インパルス配管ライン６０Ａ及び６０Ｂは、代表的には、ダクト３９とダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂとの間でベース３８に機械加工によって形成した細いチャンネルを含む。一実施例では、放電加工（ＥＤＭ）を使用してインパルス配管ライン６０Ａ及び６０Ｂを形成する。同様に、ダクト３９は、直接的にベース３８に機械加工される。インパルス配管ライン６０Ａは、主エレメント６４の第１側のダクト３９から延びている。このライン６０Ａは、配管１４のプロセス流体で充填されている。このように、圧力Ｐ１は、プロセス流体によって遮断ダイヤフラム６２Ａに伝達される。同様に、インパルス配管ライン６０Ｂは、主エレメント６４の第２側のダクト３９から延びている。このライン６０Ｂは、圧力Ｐ２がプロセス流体によって遮断ダイヤフラム６２Ｂに伝達されるようにプロセス流体で充填されている。ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂは、プロセス流体が通路５８Ａ及び５８Ｂに進入しないようにインパルス配管ライン６０Ａ及び６０Ｂをシールする。
【００１８】
充填流体通路５８Ａ及び５８Ｂは、代表的には、ステンレス鋼製チューブのセグメントでできており、ダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂとの溶接接続部によりインパルス配管ライン６０Ａ及び６０Ｂに連結されている。ダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂは、ベース３８のポケット３６内の穴に溶接されたステンレス鋼製ディスクを含む。ダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂにはドリル穿孔又は機械加工によって穴が形成されている。これらの穴は、充填流体通路５８Ａ及び５８Ｂの夫々をベース６８Ａ及び６８Ｂの上側から受け入れる。ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂは、代表的には、ダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂの下側に溶接又は他の方法で夫々固定された可撓性ホイル膜からなる。通路５８Ａ及び５８Ｂ、及びダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂとダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂとの間に夫々形成されたキャビティは、液圧充填流体によって充填されており、第１端が可撓性ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂによってシールされており、第２端がセンサ５６によってシールされている。液圧充填流体は、当該技術分野で周知の任意の適当な液圧流体であってもよい圧力伝達液圧流体を含む。このような液圧充填流体は、代表的には、不活性であり、安定しており、実質的に非圧縮性である。更に、液圧流体は誘電性であり、そのため、静電容量に基づく圧力センサ内で用いるのに適している。様々な実施例では、第１及び第２の液圧流体は、米国ミシガン州ミッドランドのダウコーニング社から商業的に入手できるＤＣ２００（ＤＣ２００は登録商標である）、ＤＣ７０４（ＤＣ７０４は登録商標である）、又はＳｙｌｔｈｅｒｍＸＬＴ（ＳｙｌｔｈｅｒｍＸＬＴは登録商標である）シリコーンオイルを含む。他の実施例では、米国ニュージャージー州リバーエッジのハロカーボン・プロダクツ社から入手できるハロカーボン（ハロカーボン（Ｈａｌｏｃａｒｂｏｎ）は登録商標である）等の同様の流体を使用できる。充填流体は、プロセス流体の圧力を、インパルス配管ライン６０Ａ及び６０Ｂからポケット３６内のセンサ５６まで伝達する。ダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂは、ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂをベース３８に固定するための丈夫な溶接箇所を提供する。
【００１９】
背景技術で説明したような従来技術のトランスミッターでは、ダイヤフラムは、代表的には、プロセスフランジ等に容易に接合できるようにトランスミッターの底部に設けられた平らな噛み合い面に接合される。しかしながら、ダイヤフラムの溶接箇所には、これらをプロセスフランジに対してボルト止めするときに機械的に変形するため、応力が加わる。本発明によれば、ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂは、ベース３８の内部に、機械的カップリングから遠ざかる方向に移動する。ダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂが着座する凹所は、ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂの周囲の応力箇所を減少する所定の深さまでベース３８内に延びている。これらの凹所は、更に、ダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂが互いに関して実質的に同一平面上にあるようにベース３８内に延びているが、これらは機能的である必要はない。ベース６８Ａ及び６８Ｂのディスクは、ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂがベース３８とベース６８Ａ及び６８Ｂの底部との間に完全に封入され、ベース６８Ａ及び６８Ｂの頂部がベース３８の頂部と面一であるように、これらのディスクが挿入される凹所の形状と適合する形状を備えている。一実施例では、ダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂの厚さは、約０．３１７５ｃｍ（約０．１２５インチ）乃至約０．６３５ｃｍ（約０．２５インチ）である。一実施例では、ダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂの底部は、ベース３８の上面とダクト３９の上面との間の中間に配置される。ダイヤフラムベース６８Ａ及び６８Ｂは、ベース３８内で凹所をなしており、ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂに対して凹所減少ポケットを提供する。ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂに加わる応力は、ベース３８の一体構造によって更に減少する。かくして、センサモジュール２６の形状のため、主エレメント６４及び圧力センサ５６を含むトランスミッター１２を、追加のプロセスフランジ又はマニホールドを必要とせずに、応力減少接続部を通してプロセス流体配管１４に直接的に連結できる。
【００２０】
図４は、図２の４−４線に沿ったセンサモジュール２６のベース３８の一実施例の断面図である。ベース３８は、プロセス流体ダクト３９、取り付けボア５０Ａ、取り付けボア５０Ｂ、主エレメント６４、及びインパルス配管ライン６０Ａ及び６０Ｂを含む。プロセス配管１４は、ねじ山を備えたカップリング３９Ａ及び３９Ｂを持つダクト３９に連結される。主エレメント６４は、全体として、ダクト３９の中央にインパルス配管ライン６０Ａと６０Ｂとの間に位置決めされている。図示の実施例では、主エレメント６４は、ベース３８の一部として一体に鋳造及び機械加工されたオリフィスプレートを含む。かくして、主エレメント６４はダクト３９内に及びこのダクト３９から一体成形されている。上文中に説明したように、主エレメント６４は、インパルス配管ライン６０Ａ及び６０Ｂを通してセンサ５６に伝達されたプロセス流体内に圧力差を発生する。かくして、プロセス流体は、センサ５６が差圧信号を得られるようにベース３８及び主エレメント６４を通って連続的に流れる。
【００２１】
ダクト３９は、代表的には、センサモジュールがコンパクトな一体構造を持つようにベース３８に鋳造される。ベース３８をおおまかに鋳造した後、所望の寸法に合わせて機械加工してもよい。例えば、ダクト３９及びねじ山を備えたカップリング３９Ａ及び３９Ｂの大きさは、鋳造後、機械加工に使用される産業用プロセス制御システムに基づいて最終寸法に合わせて機械加工してもよい。更に、主エレメント６４をダクト３９内にオーバーサイズ寸法で鋳造した後、機械加工を施し、所望の制流性を持つオリフィスプレート又は何らかの他のエレメントにしてもよい。他の実施例では、主エレメント６４が開口部を持たず、ダクト３９が互いに閉鎖された二つの別個の半部即ちチャンバに分割されるようにベース３８を鋳造し及び機械加工してもよい。かくして、トランスミッター１２は、標準的な差圧トランスミッターとして使用してもよいし、遠隔シールシステムと関連して使用してもよい。差圧接続部をカップリング３９Ａ及び３９Ｂに連結してもよい。この形状では、ダクト３９はベース３８に対して耐漏接続部を提供する。ベース３８は、従って、鑞付け継手や溶接継手を必要とせずに形成される。
【００２２】
かくして、ベース３８の一体構造により、トランスミッター１２をマニホールドやプロセスフランジ等の外部プロセス制御デバイスに接合する必要がなくなる。これにより、多くのボルトやファスナに対する必要がなくなるため、トランスミッター１２の費用が低減される。これにより、ねじ山を備えた代表的なカップリングと関連したエラーや漏れがなくなるため、トランスミッター１２の安定性及び従って信頼性が向上する。例えば、プロセストランスミッターは、代表的には、遮断ダイヤフラムが配置された底部がプロセスフランジにボルト止めされる。しかしながら、ボルト止め接続部は、特定の用途では、トランスミッターを不安定にしてしまう。例えば、大きな温度変化に亘り、及び高いレンジダウン(range down)状態では、ボルト止め接続部が緩み、これによりプロセスフランジとトランスミッターの遮断ダイヤフラムとの間の界面が変化し、かくして圧力の計測値を変化させ、エラーを発生する場合がある。プロセスコネクタ２６が一体に設けられた一体構造は、プロセス流体源と遮断ダイヤフラムとの間のねじ山を備えた接続部をなくし、かくしてボルト止め接続部による潜在的エラー源をなくす。
【００２３】
プロセスコネクタ２６が一体に設けられたベース３８により、トランスミッター１２を複数の産業用プロセス流体配管に単一のプロセス流体接合部だけで連結できる。例えば、取り付けボア５０Ａ及び５０Ｂは、圧力トランスミッター１２をブラケット２８に、又は何らかの他のこのような固定具に、例えばねじ山を備えたファスナで取り付けることができるようにベース３８内に延びている。プロセス流体ダクト３９及びプロセス流体カップリング３９Ａ及び３９Ｂにより、トランスミッター１２を配管１４等のプロセス流体源に直接的に連結できる。主エレメント６４は、トランスミッター１２が流体流計量デバイスに直接的に連結されるように、ダクト３９の内側に配置される。かくして、単一の湿潤接続部(wet connection)即ちプロセス流体が流通する接続部を形成するだけで、完成した圧力検出システムを産業用プロセスに迅速に且つ簡単に一体化できる。しかしながら、多くの場合、トランスミッター１２が様々な機能を実施できるように、又はトランスミッター１２の保守を行うことができるように、主エレメント６４を通る流体流を停止するのが望ましい。従って、ベース３８を外部バイパス配管に連結できる。
【００２４】
図５Ａ及び図５Ｂは、センサモジュール２６のベース３８が、バイパスマニホールド即ちバイパス配管７２、第１バイパスバルブ７４、第２バイパスバルブ７６、及びベントバルブ７８を含むように形成された本発明の実施例を示す。配管１４は、カップリング３９Ａ及び３９Ｂを通してベース３８に連結されている。上文中に説明したように、カップリング３９Ａ及び３９Ｂは、ねじ山を備えたカップリング、迅速脱着コネクタ、ポペットバルブ型コネクタ、又は任意の他の適当なコネクタ等の任意の種類のリピータブルコネクタを含む。バイパス配管７２は、プロセス流体がベース３８に進入する配管１４の上流に接合されている。配管７２は、流れ即ちプロセス流体をダクト３９を通して又はダクト３９を迂回して通すことができるように、バルブが設けられた接合部のところで配管１４に接合されている。
【００２５】
図５Ａは、通常作動状態のセンサモジュール２６を示す。通常作動状態では、バルブ７４、７６、及び７８が閉鎖しており、プロセス流体をダクト３９に差し向け、流れを主エレメント６４で計測する。かくして、圧力センサ５６は、ダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂとプロセス流体との相互作用から、圧力の読みを得ることができる。幾つかの場合では、トランスミッター１２又はセンサ５６に診断試験又は他の保守を行うのが望ましい。この場合、ダクト３９を通るプロセス流体の流れを停止する必要がある。従って、バルブ７４、７６、及び７８は、配管１４を通るプロセス流体の流れを遮断せずにプロセス流体流をバイパス配管７２を通して差し向けるように調節できる。
【００２６】
図５Ｂは、プロセス流体を配管１４からバイパス配管７２に差し向けるように形成されたバルブ７４、７６、及び７８を示す。この形状では、プロセス流体は圧力をダイヤフラム６２Ａ及び６２Ｂに作用するのを停止し、そのため圧力センサ５６はプロセス流体圧力に応じた圧力信号を発生しない。ベントバルブ７８を開放することにより、ダクト３９を大気状態に対して通気できる。このように、トランスミッター回路３０及びセンサ５６を含むトランスミッター１２に様々な試験、保守、及び診断を行うことができる。バルブ７４、７６、及び７８は、プロセス流体の流れをプロセス制御システムで制御するのに適した任意の種類のバルブを含んでいてもよい。詳細には、バルブ７４及び７６は、流体をダクト３９と配管７２との間で交互に差し向けるバルブを含む。本発明の様々な実施例において、バルブ７４、７６、及び７８には、当該産業で周知のように、ねじ山を備えたバルブピン、方向制御バルブ、ポペット型バルブ、Ｔ型又はＬ型ボールバルブ、又は標準的なベント／ドレンバルブが含まれる。更に別の実施例では、トランスミッター１２を、制御バルブ及び配管１４を通るプロセス流体流をトランスミッター１２に対して自動化するための比例積分微分（ＰＩＤ）制御装置と関連して使用する。
【００２７】
本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細における変更を行ってもよいということは当業者には理解されよう。
【符号の説明】
【００２８】
１０  プロセス制御システム
１２  圧力トランスミッター
１４  配管
１６  制御室
１８  制御ループ
２０  通信システム
２２  電源
２４  トランスミッターハウジング
２５  センサモジュール
２６  プロセスコネクタ
２８  取り付けブラケット
３０  トランスミッター回路
３２  端子
３４  カバー
３６  センサポケット
３８  ベース
３９  プロセス流体流ダクト
４３  ケーブル
４４  プラグ
４６  ハブ
４８  導管接続部
５０  取り付けボア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
2010523972.tif 000009