(57)【要約】  プロセス流体圧力測定プローブ（１００）は、単結晶材料で形成され、第１の金属製プロセス流体障壁（１３０）に装着されてプロセス流体に直接接触するように配置される。圧力センサ（１１２）は、プロセス流体圧力に従って変化する電気的特性を有する。フィードスルー（１２２）は、単結晶材料で形成され、第１の端部から第２の端部へ延びている複数の導体を有する。フィードスルー（１２２）は、第２の金属製プロセス流体障壁（１１６）に装着され、圧力センサ（１１２）から離間しているが、電気的に接続されている。圧力センサ（１１２）およびフィードスルー（１２２）は、第２の金属製プロセス流体障壁（１１６）が第１の金属製プロセス流体障壁（１３０）によってプロセス流体から隔離されるように、装着される。
2016526679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス流体圧力測定プローブにおいて、
単結晶材料で形成され、第１の金属製プロセス流体障壁に装着されてプロセス流体に直接接触するように配置された圧力センサであって、プロセス流体の圧力に従って変化する電気的特性を有する圧力センサと、
単結晶材料で形成され、第１の端部から第２の端部に延びている複数の導体を有するフィードスルーであって、第２の金属製プロセス流体障壁に装着され、前記圧力センサからしているが、電気的に接続されているフィードスルーを備え
前記圧力センサおよび前記フィードスルーが、前記第２の金属製プロセス流体障壁が前記第１の金属製プロセス流体障壁によってプロセス流体から隔離されるように、装着されているプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項２】
前記圧力センサが、前記第１の金属製プロセス流体障壁にロー付けされている請求項１のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項３】
前記単結晶基板が、サファイヤである請求項１のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項４】
前記電気的特性が、容量である請求項１のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項５】
前記フィードスルーが、前記第２の金属製プロセス流体障壁にロー付けされている請求項１のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項６】
前記フィードスルーが、前記第１の金属製プロセス流体障壁の故障を検出するように構成された第２センサを含む請求項１のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項７】
前記第２センサが、圧力センサである請求項６のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項８】
前記第１の金属製プロセス流体障壁が、プロセス流体の導管内の開口を貫通するサイズの外側金属導管に溶接されている請求項１のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項９】
前記第２の金属製プロセス流体障壁が、前記外側金属導管の範囲内で適合したサイズの内側金属導管にロー付けされている請求項８のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項１０】
さらに、前記内側金属導管および前記外側金属導管に溶接された溶接リングを備えた請求項９のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項１１】
前記内側金属導管が、前記外側金属導管と異なる金属で形成されている請求項１０のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項１２】
さらに、前記第１のプロセス障壁および前記第２のプロセス障壁に溶接されたセンサアッセンブリ・チューブを備えた請求項９のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項１３】
さらに、前記第１の金属製プロセス流体障壁に溶接されたプロセス・インタフェース・スクリーンを備えた請求項１２のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項１４】
プロセス流体圧力測定システムにおいて、
少なくとも一つの圧力センサの電気的特性を測定し、プロセス通信ループを通して少なくとも一つの測定値に関連するプロセス圧力出力を提供するように構成されたプロセス圧力送信機と、
前記プロセス圧力送信機に接続されたプロセス流体圧力測定プローブを備え、
前記プロセス流体圧力測定プローブが、
単結晶材料で形成され、第１の金属製プロセス流体障壁に装着され、プロセス流体に直接接触するように配置された圧力センサであって、プロセス流体圧力に従って変化する電気的特性を有する圧力センサと、
単結晶材料で形成され、第１の端部から第２の端部に延びている複数の導体を有するフィードスルーであって、第２の金属製プロセス流体障壁に装着され、前記圧力センサからしているが、電気的に接続されているフィードスルーを備え、
前記圧力センサおよび前記フィードスルーが、前記第２の金属製プロセス流体障壁が前記第１の金属製プロセス流体障壁によってプロセス流体から隔離されるように、装着されているプロセス流体圧力測定システム。
【請求項１５】
請求項１４のプロセス流体圧力測定システムであって、
さらに、前記プロセス流体圧力送信機に接続された第２のプロセス流体圧力測定プローブを備え、
前記第２のプロセス流体圧力測定プローブが、
単結晶材料で形成され、第１の金属製流体障壁に装着され、プロセス流体に直接接触するように配置された圧力センサであって、プロセス流体圧力に従って変化する電気的特性を有する圧力センサと、
単結晶材料で形成され、第１の端部から第２の端部へ延びている複数の導体を有したフィードスルーであって、第２の金属製流体障壁に装着され、前記圧力センサから離間しているが、電気的に接続されているフィードスルーを含み、
前記圧力センサおよび前記第２のプロセス流体測定プローブのフィードスルーが、前記第２の金属プロセス流体障壁が前記第１の金属製プロセス流体障壁によってプロセス流体から隔離されるように、装着されているプロセス流体圧力測定システム。
【請求項１６】
前記圧力センサが、プロセス流体温度の指示を前記プロセス流体圧力送信機に提供する感温要素を有する請求項１５のプロセス流体圧力測定システム。
【請求項１７】
プロセス流体圧力測定プローブにおいて、
プロセス流体の導管に装着可能であって、そこを貫通する開口を有するフランジと、
一対の端部を有し、第１の端部が前記フランジに溶接されている内側導管と、
一対の端部を有し、第１の端部が前記フランジに溶接されている外側導管と、
前記内側導管の第２の端部および前記外側導管の第２の端部に溶接された隔離プラグであって、そこを貫通する通路を有する隔離プラグと、
前記隔離プラグに溶接された隔離ダイアフラムであって、プロセス流体にさらされるように適合されている隔離ダイアフラムと、
前記隔離プラグに溶接された圧力センサモジュールであって、その中に部屋を規定し、前記隔離プラグの通路と流体的に通じている導管を有している圧力センサモジュールと、
前記部屋の中に装着された圧力センサであって、プロセス流体圧力に従って変化する電気的特性を有する圧力センサと、
前記部屋の範囲内で前記圧力センサを取り囲んでいる充填流体であって、前記隔離ダイアフラムから前記圧力センサへ圧力を結合する充填流体と、
前記圧力センサに接続され、そこから延びていて前記フランジの開口を通り、さらにプロセス圧力送信機に接続可能になっている複数のリード線を備えたプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項１８】
さらに、前記隔離プラグに取り付けられ、前記隔離ダイアフラムを取り囲んでいるプロセス・インタフェース・スクリーンを備えた請求項１７のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項１９】
さらに、前記内側導管の内表面に装着された歪みゲージを備えた請求項１７のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項２０】
前記圧力センサが、温度センサを含む請求項１７のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項２１】
さらに前記圧力センサに接続され、プロセス制御ループを通してプロセス流体圧力の指示を送信するように構成されたプロセス流体圧力送信機を備えた請求項１７のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項２２】
プロセス流体圧力測定プローブにおいて、
第１の金属製プロセス流体障壁に装着され、プロセス流体圧力に従って変化する電気的特性を有する圧力センサと、
単結晶材料で形成され、第１の端部から第２の端部へ延びている導体を有しているフィードスルーであって、第２の金属製圧力流体障壁に装着され、前記圧力センサから離間しているが、電気的に接続されているフィードスルーを備え、
前記圧力センサおよびフィードスルーが、前記第２の金属製プロセス流体障壁が前記第１の金属製プロセス圧力流体障壁によってプロセス流体から隔離されるように、装着されているプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項２３】
前記圧力センサが、単結晶材料で形成されている請求項２２のプロセス流体圧力測定プローブ。
【請求項２４】
前記圧力センサが、プロセス流体と直接接触するように適合された請求項２２のプロセス流体圧力測定プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
工業プロセス制御システムは、流体などを生産もしくは移送するために使用される工業プロセスを監視あるいは制御するために使用される。このようなシステムでは、例えば、温度、圧力、流速、および他の「プロセス変数」を測定することが一般に重要である。プロセス制御送信機は、このようなプロセス変数を測定し、そして、測定されたプロセス変数に関連する情報を中央制御室などの中央場所に送信する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス変数送信機の一つのタイプは、プロセス流体の圧力を測定し、測定された圧力に関連する出力を提供する圧力送信機である。この出力は、測定された圧力から得ることができる圧力、流速、プロセス流体レベル、あるいは他のプロセス変数である。この圧力送信機は、測定された圧力に関連する送信情報を中央制御室に送信するように構成される。通信は、一般的には２線式プロセス制御ループを通じて提供されるが、他の通信技術が使用されることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，５２０，０２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、圧力は、あるタイプのプロセス結合部を通じてプロセス変数送信機に結合される。多くの例では、送信機の圧力センサは、絶縁流体を介して、あるいはプロセス流体と直接接触するようにして、プロセス流体に流体的に結合される。プロセス流体の圧力は、圧力センサに物理的変形をもたらし、圧力センサ内の容量または抵抗などに関連する電気的変化を生じさせる。
【０００５】
圧力障壁は、プロセス流体圧力を収容する機械的構造である。圧力障壁は、それだけで、プロセス流体圧力測定システムのためのキーとなる不可欠要素である。安全で堅固なシステムを提供するため、いくらかの製作者は、冗長な圧力障壁を提供している。したがって、一次的障壁が故障したとしても、プロセス流体は、まだ、二次的障壁によって収容される。
【０００６】
圧力測定のための特に困難な環境の一つは、非常に高い動作圧力を有する用途である。このような一つの用途は、海中の環境である。この用途では、プロセス装置がさらされる静圧が極めて高くなることがある。さらに、プロセス流体は、既知の多くの金属を腐食することがある。例えば、最近、２０，０００psiの最大動作圧力(ＭＷＰ)を必要とする海中での用途が考えられている。２０，０００psi ＭＷＰが要求されると、製造認定基準では、このような環境において、一般に、最大動作圧力の２．５倍に耐える圧力センサの圧力障壁が要求される。したがって、このような用途における圧力障壁は、５０，０００psiに耐えることが必要とされることになる。圧力障壁の設計基準は、圧力障壁がプロセスの保全性を確実にするということで重要である。具体的には、圧力障壁つまり複数の圧力障壁が故障すると、プロセス流体が環境に入り込む恐れがある。これは、プロセス流体が、可燃性であったり、爆発性でもあったり、一般に、環境汚染を引き起こすこともあったりすることから、非常に好ましくないことである。したがって、海中での用途では、プロセス流体と海水との間、またはプロセス流体とプロセス流体圧力送信機の電子的機能部との間に、二つの圧力障壁を設けることが望ましい。
【０００７】
圧力障壁は、様々な形態をとる。例えば、プロセス隔離ダイアフラムは、普通、一次的圧力障壁として良好に動作する。さらに、隔離封止毛細管システムは、効果的な二次的障壁となる。ガラスまたはセラミックのヘッダは、効果的な電気的結合を可能にする一方で、有用な圧力障壁も提供する。最終的に、圧力センサそれ自体は、圧力を収容するように設計され、したがって、圧力障壁として役立つ。
【０００８】
上述したように、圧力障壁は、プロセス流体の保全性を確実にするので、プロセス流体圧力測定において極めて重要である。しかしながら、圧力障壁は、多くの難問を創り出す。この難問には、コスト、複雑さ、サイズ、信頼性、およびコンプライアンスが含まれる。
【０００９】
海中環境に効果的に対応するために、多くの設計基準が考慮されなければならない。信頼性、安全性、サイズおよびコストは、全て、設計で考慮されるべき重要な要素である。
【００１０】
プロセス流体測定システムの設計寿命は、３０年のオーダーであることがあるので、信頼性は非常に重要である。その上、故障したユニットは、簡単に取り替えたり、修理したりすることができないことが多い。さらに、交換することができるユニットを提供することは、その設計コストを非常に高くすることがあり、また、プロセスの置換自体が、百万ドルを超えるコストとなることもある。
【００１１】
圧力およびプロセス流体が収容されることは不可欠なので、安全性は重要である。海中プロセス流体圧力測定システムは、一般に、プロセス流体と海水との間に二つの圧力障壁を必要とする。
【００１２】
サイズは、設計で考慮されるべき他の重要な要素である。一般的に、より小型の構成要素およびシステムは、圧力を維持することが容易であるので、好ましいものである。さらに、より小型に設計することによって、他の設備や装置のために大きいスペースをとることができる。さらにまた、海中環境での腐食に耐えるように比較的特殊な材料の使用が指定されたとき、より小型の設計は、コストの低減に役立つ。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
プロセス流体圧力測定プローブは、単結晶材料で形成され、第１の金属製プロセス流体障壁に装着されてプロセス流体に直接接触するように配置された圧力センサを含む。この圧力センサは、プロセス流体圧力に従って変化する電気的特性を有する。フィードスルーは、単結晶材料で形成され、第１の端部から第２の端部へ延びている複数の導体を有する。フィードスルーは、第２の金属製プロセス流体障壁に装着され、圧力センサから離間しているが、電気的に接続されている。圧力センサおよびフィードスルーは、第２の金属製プロセス流体障壁が第１の金属製プロセス流体障壁によってプロセス流体から隔離されるように、装着される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態は、全般的に、従来の装置より、より低コストで、安全で、そして、より信頼性があり、非常に高い保全性がある高圧力送信機を提供する。本発明の実施形態は、全般に、それ自体がプロセス流体と直接接触するのに適した小型の単結晶圧力センサを使用する。このような圧力センサは既知である。例えば、サファイヤにより構成された圧力センサは、ミネソタ州シャンハッセンのエマーソン・プロセス・マネジメント(Emerson Process Management, of Chanhassen, Minnesota)によって使用されている。これらのセンサは、高圧力および高温に耐えることができる。また、サファイヤ圧力センサは、プロセス流体と直接接触するように配置することができる。サファイヤ圧力センサは、一般に、プロセス導管(パイプまたは流れ素子など)内に一体化できる特有の構造にするのが容易である。この構造の利点は、プロセス圧力を、よりよく導管内に収容できることである。本発明の実施形態は、全体的に、単結晶材料によって形成された圧力センサに関して説明されるが、本発明の実施形態は、後述するように、基板に搭載される、どのような圧力センサによっても実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態において特に有用である単結晶圧力センサの概略斜視図である。
【図２】一対の圧力障壁を有し、一つの環境に適用される単結晶圧力センサの概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に従う高圧力、高保全性プロセス流体圧力プローブの概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に従う二次的圧力障壁として動作する単結晶フィードスルーの概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に従う、圧力送信機に結合された高圧力、高保全性単結晶プロセス流体圧力プローブの概略断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に従う高圧力、高保全性プロセス流体圧力プローブの概略分解組立図である。
【図７】本発明の一実施形態に従う高圧力、高保全性プロセス流体圧力プローブの断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態において特に有用な、単結晶材料によって形成された圧力センサの概略斜視図である。図１に示した圧力センサ１０は既知である。例えば、特許文献１(米国特許第６，５２０，０２０号)は、このようなセンサを開示する。図１の右側に圧力センサがあり、参照番号１２で示されている。プロセス流体の圧力は、矢印１４で示される方向に作用し、実施形態ではサファイヤで形成された基板１６を圧縮する。このサファイヤ基板１６の圧縮は、サファイヤ基板の層１６と１７との間の距離を変化させる。導体１９、２１が圧力センサの内側表面上に堆積されているので、サファイヤ基板１６、１７の撓みは、導体１９と２１との間の容量の変化をもたらす。この容量の変化は、電気的端部１８に接続される適当な回路によって検出される。プロセス障壁２０が図１の中央部に示されている。これは、パイプまたはタンクの壁でもよいが、一般的には、プロセスパイプまたはタンク内に溶接などされた構造物、またはプロセス流体を収容する他の構造物である。圧力センサ１０は、プロセス障壁２０内の開口を貫通し、そこで参照番号２２および２４で示されるように、プロセス障壁にロー付けされる。図１の左側では、電気的端部１８のところに、参照番号２５で示されるように、名目上の大気圧がかかる。また、ある実施形態では、圧力センサ１０は、プロセス流体の温度に伴って変化する抵抗値のような、電気的表示を提供する抵抗温度検出器のような温度センサを含む。
【００１７】
エマーソン・プロセス・マネジメントから入手可能で、モデル４６００という販売名称で売られている、商業的に入手可能な一つの圧力センサでは、プロセスダイアフラムが、オイルで満たされた容器からプロセス流体を分離する一次的圧力障壁である。容器内を満たしているオイルは、サファイヤ基板１６、１７と接触する。このような場合、プロセスダイアフラムが一次的圧力障壁であって、ロー付けされたフィードスルーが二次的圧力障壁である。両方の障壁は、極めて高い圧力に耐えることができる。サファイヤがロー付けされた障壁は、低コストであり、小型であるので、効果的な圧力障壁である。しかしながら、隔離つまりプロセスダイアフラムが使用されない、あるいは単に大きすぎる、あるいは高価すぎるといった実施形態においては、プロセス流体圧力センサ１０がプロセス媒体に直接接触することを許容し、ロー付けされたフィードスルーが一次的圧力障壁となる場合がある。それでも、高保全性のプロセス圧力測定環境では、二次的圧力障壁を有することが必要である。
【００１８】
図２は、一対の圧力障壁を有し、一つの圧力測定環境で使用される単結晶サファイヤセンサを示す。図２に示されるように、圧力センサの感知部は、図１に示されたものと実質的に同じである。さらに、プロセス流体容器の壁２０を貫通してロー付けされた接合部も同じである。しかしながら、二次的壁３０が設けられ、圧力センサは、そこも貫通している。この障壁にロー付けされた接続部も設けられている。この構成は、高保全性の二重圧力障壁システムを表すが、様々な欠点がないものでない。第１の欠点は、ロー付けされた金属障壁と単結晶材料との間の温度変化によって引き起こされる軸ストレスが、壊滅的な故障を起こしかねないことである。第２の欠点は、センサの上側半分と下側半分との間での漏れのような、故障した共通モードサファイヤセンサによって、障壁自体が圧力を保持しないということが起こり得ることである。
【００１９】
図３は、本発明の一実施形態に従う高圧力、高保全性プロセス流体圧力プローブの概略図である。図２に関して上述した二重圧力障壁の実施形態の問題点は、図３に示すように、二つの圧力障壁の間に間隙４１を設けることによって解決される。この実施形態では、プロセス流体１２は、基板４０とプロセス容器４２の内部に直接作用する。センサ４０は、プロセス流体容器４２の開口を貫通し、接合部４４でプロセス流体容器４２にロー付けされる。第２の封じ込め構造が、参照番号４６によって示され、この構造４６の開口を貫通して伸びる単結晶材料のフィードスルー４８が設けられる。フィードスルー４８は、センサ４０が、プロセス容器４２の壁にロー付けされるのと同様の方法で、壁４６にロー付けされる。電気的相互接続部５０が、この構造体４８とセンサ４０との間に設けられる。このように、第２の圧力障壁４６は、適当な数の接続部を有する簡単かつ小型の構造体の上に作ることができる。この構造体４８の一つの適当な構成が図４に示されている。フィードスルーは、二次的圧力障壁４６の開口を貫通する単結晶基板を含む。基板５０は、溶接または他の適当な方法で導体５０(図３に示されている)に接続されるように構成された複数の導体パッド５２を含む。基板５０上のトレースまたは他の適当な構造体５１は、最終的にプロセス圧力送信機(図５に示されている)に接続される複数の導線に接続されるように構成されたパッド５４にパッド５２をそれぞれ接続する。基板５０は、障壁４６を通る開口で、障壁４６にロー付けなどの適当な方法で封止される。
【００２０】
図３に戻って、第２の構造体４８は、第１の障壁の故障を検出するためのセンサを有することができる。構造体４８のための適当なセンサは、圧力センサまたは表面抵抗センサを含む。この構成で、もし、プロセス流体がセンサ４０を通過、あるいはロー付けされた接合部４４を突破したら、壁４２と４６との間の圧力は増大し、二次的センサは、このような圧力および／またはプロセス流体の存在に応答する。
【００２１】
図５は、本発明の一実施形態に従う高圧力、高保全性単結晶圧力センサプローブの概略断面図である。プローブ１００は、送信機９０に接続され、パイプまたはタンクの壁であるプロセス障壁１０２に取り付けられ、このプロセス障壁を貫通して伸びる。図５に示す実施形態では、送信機９０は、単一のプローブに接続されているが、送信機９０は、本発明の実施形態に従って、どのような適当数の高圧力、高保全性プローブに接続されてもよい。例えば、このようなプローブを一対使用すれば、送信機９０は、差圧の表示、または絶対圧つまりゲージ圧の冗長な表示を提供できる。このようなプローブを三つ使用すれば、差圧を提供できるだけでなく、少なくとも若干の冗長性を提供できる。送信機９０は、現在までに既知、または後に開発される、どのような適当な圧力送信機でもよい。プローブ１００は、送信機９０内の適当な電子回路に接続される。電子回路は、プローブ１００の圧力センサの電気的特性の変化を測定してプロセス流体の圧力を決定するように構成される。さらに、電子回路は、ハイウェイ・アドレッサブル遠隔変換器(Highway Addressable Remote Transducer)(HART「登録商標」)ループ、またはファンデーション((FOUNDATION「登録商標」)フィールドバス・セグメント(Fieldbus segment)などのプロセス通信ループを通して圧力のデジタル情報指示を送信、あるいは伝送する制御電子回路を含むことが好ましい。ある実施形態では、送信機９０は、ループを通して電力供給され、このようにして、通信と同じ導線を通して全体が給電される。
【００２２】
プローブ１００は、近端部が溶接リング１０６に結合され、末端部がプロセス・インタフェース・スクリーン１０８に結合された外側チューブ１０４を含む。プロセス・インタフェース・スクリーン１０８は、プロセス流体１１０に直接接触するように配置されて、単結晶圧力センサ１１２をプロセス流体の流れの中の粒子および／または固体の動きによる損傷から保護する。内側チューブ１１４は、外側チューブ１０４内に配置されて、二次的障壁１１６に延びる。二次的障壁１１６は、金属製円板１１８を内側チューブ１１４の端部１２０に溶接することによって形成される。サファイヤで形成されるのが好ましい単結晶の相互接続部１２２は、円板１２０を貫通し、この円板１２０にロー付けされる。相互接続部１２２は、導線１２４と導線１２６との間の電気的接続を提供する一方、高圧力、高信頼性圧力障壁１１６を貫通する。同様に、圧力センサアッセンブリ１２８は、円板１１８に溶接される管状部材に溶接される円板１３０を含む。さらに、円板１３０は、圧力センサ１１２が貫通する開口を含む。圧力センサ１１２は、開口内にロー付けされて、もう一つの圧力障壁を形成する。また、図５に図示されるように、単結晶の相互接続部１２２とセンサ１１２との間には、なんの剛性の相互接続もない。
【００２３】
図６は、本発明の一実施形態に従う高圧力、高保全性のプロセス流体圧力プローブの概略分解組立図である。プローブを組み立てるプロセスは、センサアッセンブリ１２８の組み立てを含む。センサアッセンブリ１２８は、三つの別個の構成部分から形成される。まず、貫通する開口を有する円板１３０が提供される。次に、圧力センサ１１２が、円板１３０の開口に貫通させられ、円板１３０にロー付けされる。次に、センサアッセンブリ・チューブ１３２が、溶接部１３４で円板１３０に溶接されて、圧力センサアッセンブリ１２８が完成する。センサアッセンブリ・チューブ１３２は、ある実施形態では、内側チューブ１１４と同じ外径を有する。プロセス・インタフェース・スクリーン１０８は、参照番号１４０(図５に示されている)で示されるように、センサアッセンブリ１２８に溶接される。次に、単結晶相互接続部１２２を金属性円板１２０にロー付けすることによって二次的障壁が形成される。それから、センサアッセンブリ１２８が、溶接部１４２(図５に示されている)で障壁アッセンブリ１１６に溶接される。次に、障壁アッセンブリ１１６が、参照番号１４４(図５に示されている)で内側チューブ１１４の端部に溶接される。それから、外側チューブ１０４が、末端部１３１で溶接部１４６(図５に示されている)によりセンサアッセンブリ１２８に取り付けられる。次に、外側チューブ１０４の近端部１３３が、溶接部１４８(図５に示されている)で溶接リング１９６に溶接される。溶接リング１０６もまた溶接部で内側チューブ１１４に溶接される。それから、パイプ１０４の外径部が、溶接部１５０(図５に示されている)で示されるように、溶接リング１０６に溶接される。次に、内側チューブ１１４の内径部が、溶接部１５２(図５に示されている)で溶接リング１０６に溶接される。
【００２４】
図６に示すように、内側チューブ１１４は、プロセス流体に接触しないので、３１６ステンレス鋼などの、標準的な適当な材料で作ることができる。外側チューブ１０４は、プロセス湿潤性であるので、より高価な、インコネルまたはC２７６合金のような希少な材料で作られる。C２７６合金は、腐食性流体に適した材料の一例である。C２７６合金は、販売名称ハステロイC２７６の下で、インディアナ州ココモの、ヘインズ・インタナショナル社(Haynes International Inc, of Kokomo, Indiana)から入手できる。C２７６合金は、次の化学的成分を有している(重量パーセントによる)。モリブデン１５．０〜１７．０；クロム１４．５〜１６．５；鉄４．０〜７．０；タングステン３．０〜４．５；コバルト最大２．５；マンガン最大１．０；バナジウム最大０．３５；炭素最大０．０１；リン最大０．０４；硫黄最大０．０３；ケイ素最大０．０８、残りはニッケル。C２７６合金は、腐食性用途において、優れた耐食性と非常に高い強度とを提供する。センサ１１２が小さくて、内側チューブ１１４が圧力負荷を支えることを助けるので、外側チューブ１０４は、より小さい外径で、かつ、より薄い材料で作ることができる。さらに、これらの部品は、回転させることができるので、機械加工がより安価である。
【００２５】
プローブ１００のアッセンブリが完成したならば、プローブ１００は、パイプあるいは他の適当な導管内に設置される。そのために、溶接リング１０６が、溶接部１５４(図５に示されている)でプロセス流体導管に溶接される。これは、高圧力プロセス測定環境のための、二重圧力障壁、高保全性圧力プローブをもたらす。プロセスインターフェースは、スクリーンまたは同様に組み立てられたアッセンブリであるのが好ましい。
【００２６】
本発明の実施形態は、オイルが充填されたシステム(図７に示されているような)、またはプロセス流体が圧力センサに直接接触するシステム(図５に示されているような)を含んでもよい。オイルが充填されたシステムにおいては、一次的圧力障壁は、プロセスダイアフラムと溶接部１４０、１４６、および１５０とからなる。二次的圧力障壁は、センサアッセンブリのロー付けと溶接部１４２、１４４、１４８、１５２および１５４とからなる。オイルの無いシステムでは、センサアッセンブリのロー付け接合部が、一次的圧力障壁の部分となり、単結晶材料障壁のロー付け接合部が、二次的圧力障壁の部分となる。本発明の実施形態における重要な点は、内側チューブと外側チューブとの組み合わせを利用することである。これは、極めて低コストで、小型、かつ冗長な圧力障壁を可能にする。これらのチューブは、長さを容易にカスタム化でき、異なるサイズの容器内に設置可能である。また、溶接リング１０６は、ユニットをフランジで取り付ける場合に必要なコストやスペース無しに、容器内にアッセンブリを直接溶接することを可能にする。しかし、末端のユーザがフランジ付き組み立てを望むならば、溶接リングをフランジに置き換えることができる。
【００２７】
図７は、本発明の一実施形態に従う高保全性、高圧力プローブの断面概略図である。プローブ２００は、複数の開口２０４が貫通するプロセス・インタフェース・スクリーン２０２を含む。領域２０６内では、プロセス流体が、箔隔離体２０８と接触する。プロセス流体は、隔離ダイアフラム２０８を圧迫し、領域２１２内の充填流体を加圧する。領域２１２は、通路２１４、２１６を介して単結晶圧力センサ２２０のすぐ近くの領域２１８と流体的に結合する。このようにして、隔離ダイアフラムに作用するプロセス流体の圧力は、センサ２２０上に対応する圧力を発生させる。
【００２８】
隔離スクリーン２０２は、溶接部２２３で隔離プラグ２２２に溶接される。隔離プラグ２２２は、溶接部２２５、２２７で内側および外側導管(チューブのような）２２４、２２６にそれぞれ溶接される。さらに、隔離プラグ２２２も、参照番号２２８でテーパ付き圧力センサモジュール２３０に溶接される。テーパ付き圧力センサモジュール２３０は、圧力センサ２２０が挿入される開口を含む。圧力センサ２２０がロー付けされる円板は、テーパ付きモジュール２３０に溶接され、その内部に、圧力センサ２２０がプロセス流体圧力を感知する封止部屋を作る。圧力センサ２２０上の電気的端部は、セラミックのリード延長部あるいは他の適当な電気的導体を含む、どのような適当な方法で作ってもよい。内側導管２２４および外側導体２２６の各々もフランジ２３２に溶接される。このフランジ２３２は、どのような適当な方法でプロセスに取り付けてもよい。
【００２９】
ある実施形態では、参照番号２４０で影が示された歪みゲージのような、適当な感知構造体が、内側導管２２４の内表面に結合される。この構成で、溶接部２２７が故障してプロセス流体が外側導管２２６と内側導管２２４との間の領域に入り込むと、プロセス流体の圧力は、内側チューブを歪ませる。この歪みが、歪みゲージ２４０によって検出され、それによって、さらに二次的障壁までもが故障する前に救済措置をとることができる。
【００３０】
本発明は、好ましい実施形態を参照して記述されてきたが、当業者は、本発明の精神と範囲を逸脱することなく形式および詳細を変化させることを認識するであろう。
【符号の説明】
【００３１】
１０、１２，４０，１１２，２２０・・・圧力センサ、１４・・・プロセス流体圧力、１６，１７・・・サファイヤ基板、１８・・・電気的端部、１９，２１・・・導体、２０，４２，１０２・・・プロセス障壁(プロセス容器)、２２，２４,４４・・・接合部(ろう付け)、２５・・・大気圧３０，４６，１１６，１３０・・・プロセス障壁、４１・・・間隙、４８，１２２・・・フィードスルー、５０・・・電気的相互接続部、５１・・・トレースまたは他の適当な構造体、５２，５４・・・導体パッド、９０・・・送信機、１００，２００・・・プロセス流体圧力測定プローブ、１０４，２２６・・・外側チューブ、１０６・・・溶接リング、１０８、２０２・・・プロセス・インタフェース・スクリーン、１１０・・・プロセス流体、１１４，２２４・・・内側チューブ、１１６・・・障壁アッセンブリ、１１８，１３０・・・円板、１２０・・・内側チューブの端部、１２４，１２６・・・導線、１２８・・・圧力センサアッセンブリ、１１６、１３２・・・センサアッセンブリ・チューブ、１３１，１３３・・・外側チューブの端部、１３４，１４０，１４２，１４４，１４６，１４８，１５０，１５２，１５４，２２３，２２５，２２７，２２８・・・溶接部、２０４・・・開口、２０８・・・隔離ダイアフラム、２１４，２１６・・・通路、２２２・・・隔離プラグ、２３０・・・テーパ付き圧力センサモジュール、２３２・・・フランジ、２４０・・・感知構造体(歪みゲージ)
【図１】
2016526679.tif 000003
【図２】
2016526679.tif 000004
【図３】
2016526679.tif 000005
【図４】
2016526679.tif 000006
【図５】
2016526679.tif 000007
【図６】
2016526679.tif 000008
【図７】
2016526679.tif 000009
【国際調査報告】
2016526679.tif 000010
2016526679.tif 000011
2016526679.tif 000012