(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形凹部の周りに外部隔離体リムを有する送信機本体であって、該成形凹部は、中央支持プレート領域を有すると共に該本体を貫通する流路を介して該送信機の内部にあるポートに流体的に結合される送信機本体、
前記隔離体リムに封止されたダイヤフラムリムと、中央支持プレート領域を覆い、該中央支持プレート領域から離されて配置された中央ダイヤフラム領域とを有する隔離ダイヤフラム、
前記隔離ダイヤフラムおよび前記成形凹部の間、および前記流路内部に存在する隔離流体、
前記ポート内に配置された第１の成形端部を有するセンサチューブを介して、該ポートから圧力を受け、圧力出力を発生する圧力センサ、
前記送信機内部にあって、前記アイソレータを封止するように適合され、前記第１の成形端部と同じポート内に配置された第２の成形端部を有する充填チューブ、および
前記流路と交差する環状溝を含む中央支持プレート領域からなる隔離システムを有する圧力送信機。
【請求項２】
前記第１および第２の成形端部が、前記ポート内でろう付けされる請求項１の圧力送信機。
【請求項３】
前記第１および第２の成形端部が、ほぼ「Ｄ」形の形状を有する請求項２の圧力送信機。
【請求項４】
前記送信機本体が、前記ポートを取り囲む、立ち上げられたボスを含む請求項３の圧力送信機。
【請求項５】
前記圧力送信機が差圧送信機である請求項４の圧力送信機。
【請求項６】
成形凹部の周りに外部隔離体リムを有する送信機本体であって、該成形凹部は、中央支持プレート領域を有し、該本体を貫通する流路を介して該送信機の内部でポートに流体的に結合される送信機本体、
前記隔離体リムに封止されたダイヤフラムリムと、中央支持プレート領域を覆い、該中央支持プレート領域から離されて配置された中央ダイヤフラム領域とを有する隔離ダイヤフラム、
前記隔離ダイヤフラムおよび前記成形凹部の間、および前記流路内部に存在する隔離流体、
前記ポート内に配置された第１の成形端部を有するセンサチューブを介して、該ポートから圧力を受け、圧力出力を発生する圧力センサ、
前記送信機内部にあって、前記アイソレータを封止するように適合され、前記ポート内に配置された第２の成形端部を有する充填チューブからなり、
前記充填チューブおよび前記センサチューブが、ポート内でぴったりと合致するように成形され、ポート内でろう付けされる隔離システムを有する圧力送信機。
【請求項７】
前記中央支持プレート領域が、前記流路と交差し、隔離流体で満たされた環状溝を含む請求項６の圧力送信機。
【請求項８】
前記環状溝が、弁閉を回避するのに十分な深さを有する波形のように成形される請求項７の圧力送信機。
【請求項９】
前記溝が、過度の圧力状態下で隔離流体で満たされたままである請求項８の圧力送信機。
【請求項１０】
前記流路が前記溝の底部で、該溝と交差する請求項９の圧力送信機。
【請求項１１】
成形凹部の周りに外部隔離体リムを有する送信機本体であって、該成形凹部は、中央支持プレート領域を有すると共に該本体を貫通する流路を介して該送信機の内部にあるポートに流体的に結合される送信機本体、
前記隔離体リムに封止されたダイヤフラムリムと、中央支持プレート領域を覆い、該中央支持プレート領域から離されて配置された中央ダイヤフラム領域とを有する隔離ダイヤフラム、
前記隔離ダイヤフラムおよび前記成形凹部の間、および前記流路内部に存在する隔離流体、
前記ポート内に配置された第１の成形端部を有するセンサチューブを介して、該ポートから圧力を受け、圧力出力を発生する圧力センサ、および
前記送信機内部にあって、前記アイソレータを封止するように適合され、前記第１の成形端部と同じポート内に配置された第２の成形端部を有する充填チューブからなる隔離システムを有する圧力送信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、産業処理プラント内で用いられる圧力送信機に関する。特に、本発明は圧力送信機内で用いられるアイソレータに関する。
【０００２】
アイソレータは、腐食性のプロセス流体からの圧力を高感度の圧力センサに結合する比較的に不活性の隔離流体を用いる。可撓性の隔離ダイヤフラムは、典形的にはシリコンオイルである隔離流体から、腐食性のプロセス流体を隔離する。オイルで満たされた隔離チューブあるいは隔離流路は、隔離ダイヤフラムからの圧力を圧力センサに結合するために用いられる。アイソレータは、プロセス流体が高感度の圧力センサの動作に影響を与え、その動作を妨害することを防ぐ。
【０００３】
隔離チューブおよび流路は、各アイソレータ内で用いられるオイルの量を低減することでオイル膨張に因る温度誤差を低減するために、狭く形成されている。
【０００４】
しかしながら、狭い流路は、オイルの流れを制限し、圧力センサの応答を遅くする。特に、過度の圧力（過度の圧力）が、低温時に小形の隔離ダイヤフラムに加えられる時には、隔離ダイヤフラムは、隔離ダイヤフラム下に直結する隔離流路の開口端部を撓ませて、閉鎖（「弁閉」：valves off）する。隔離ダイヤフラムは、狭い流路の非常に小さい開口上で、まるで閉鎖「弁（valve）」のように作用する。流路が封鎖されると、圧力センサは過度の圧力に反応するのが遅くなる。
【０００５】
前記アイソレータ装置は、少量の隔離流体を有するが、その隔離流体が圧力センサの迅速な応答を過度に抑制しないことが所望される。
【０００６】
発明の概要
改良された隔離システムを有する圧力送信機が開示される。
【０００７】
本発明のひとつの特徴によれば、圧力送信機は、隔離流体（又は、液体）で満たされたセンサチューブおよび充填チューブ内に流路を含む隔離システムを有する。センサチューブおよび充填チューブは、送信機本体内の共通のポート内で結合するように配置された成形端部を有する。この配置は、アイソレータの速度を過度に抑制することのない少量の隔離流体を有する低コストの結合配置を提供する。
【０００８】
本発明の他の特徴によれば、隔離システムは、中央支持プレートを覆う中央ダイヤフラム領域を有する隔離ダイヤフラムを有する。中央支持プレートは、隔離流体で満たされ、隔離流体で満たされた流路と交差する環状溝を有する。過度の圧力の間中、環状溝によって、ダイヤフラムの下を隔離流体が自由に流れるのが可能なので、「弁閉（valve off）」が回避され、アイソレータの速度は抑制されない。
【０００９】
圧力送信機は、特に低温での過度の圧力中に、小形の隔離ダイヤフラム、温度感度の低下、および高速なアイソレータの動作の、所望の組み合わせを提供する。
【００１０】
図面の簡単な説明
図１は、従来技術のアイソレータ内で「弁閉」が発生するタイムシーケンスを概略的に図示する。
図２は、アイソレータを有する差圧送信機を概略的に図示する。
図３は、「Ｄ」形に成形されたチューブの端部を図示する。
図４は、送信機本体の共通の環状ポート内で結合された２つの「Ｄ」形に成形されたチューブの端部を図示する。
図５〜６は、単一のアイソレータを有する圧力送信機を概略的に図示する。
図７は、隔離ダイヤフラム支持プレートを図示する。
【００１１】
実施例の詳細な説明
流体アイソレータを有する圧力送信機内では、隔離流体（又は、液体）として用いられる温度感知シリコンオイルの量を低減するために、隔離流路を短くかつ狭く維持する必要がある。過度の圧力状態が、その支持プレート近傍の隔離ダイヤフラムを圧縮する時でも、送信機の応答時間を高速に維持するために流れを早くするように、オイルの流路を十分に広く維持するという、相反する要求もある。ある場合、特に、オイルの粘性が大きい低温時には、「弁閉（valve off）」と呼ばれる問題が発生することがある。
【００１２】
図１は、従来技術のアイソレータにおいて「弁閉」が発生する４段階（ステージ）のタイムシーケンスを示す。垂直の破線は、現在時間を示し、各ステージは、時間「ｔ」の関数として、複数の圧力「Ｐ」のプロットによって図示される。図示された４つのステージの間に、プロセス圧力は、正常圧力ＰＮから過度の圧力ＰＯへと高まる。各ステージは、また、圧力センサ（図示されず）に通じる流路の円形開口部４を有する支持プレート３に関する隔離ダイヤフラム２の相対位置の断面図によって図示されている。アイソレータは、点々で図示されるシリコンオイル５で満たされている。
【００１３】
ステージ１Ａでは、プロセス圧力は正常圧力ＰＮである。プロセス圧力のゆっくりとした変化が、正常に圧力センサに伝えられる。
【００１４】
ステージ１Ｂでは、プロセス圧力は、圧力の正常領域外の過度の圧力ＰＯまで高められる。この時シリコンオイル５は開口部４を通って流れるが、オイルは粘性であり、狭い流路内では圧力降下があるので、圧力センサの圧力６は、プロセス圧力から遅れて高まる。シリコンオイル５が開口部４上のダイヤフラム２の領域下に流れ込むと、隔離ダイヤフラム２は、僅かに下に押される。
【００１５】
ステージ１Ｃでは、プロセス圧力は過度の圧力ＰＯのままであり、さらなるシリコンオイル５が開口部４を通って流れ、ダイヤフラム２はさらに押し下げられる。
【００１６】
ステージ１Ｄでは、プロセス圧力は過度の圧力ＰＯのままであり、多量のシリコンオイル５が流れたので、ダイヤフラム２は、弁のように開口部４を封じて、開口部４上に安定する。圧力センサの圧力６は、ＰＯより低い値で安定するので、圧力を誤表示する。ステージ１Ｄは、「弁閉」の問題を示している。
【００１７】
本発明では、圧力送信機用の隔離システムは、隔離システム内の隔離流体を少量に維持しながら、ダイヤフラム下の隔離流体の流れが適正レベルになるようにする。流路端部の小さな開口部ではなく、隔離ダイヤフラムの背後の支持プレート内に、連続した環状のオイルの溝（または複数の溝）が設けられる。連続したオイルの溝は、十分な領域を有するので、流れは広く分配され、隔離ダイヤフラムは一つの小さな穴を塞ぐように局部的に下に押されることはない。オイルの流れは、「弁閉」されず、正確で迅速な過度の圧力表示が取得される。過度の圧力が取り除かれた後には、過度の圧力状態後の送信機の応答が同じように高速になるのを確実にするために、前記溝は、隔離ダイヤフラムの背後に自由に流れるオイルを補給する。
【００１８】
連続した環状の溝は、少しだけアイソレータ内のオイルの量を増大する傾向がある。しかしながら、センサチューブおよび充填チューブが同一の環状の穴に適合して接続されるのを可能にする配列を用いることによって、アイソレータ内のオイルの量は、少しだけ低減される。これらのチューブは、環状の穴またはポートの中で合致するように「二つのＤ」の形に成形されて、適所にろう付け、はんだ付け、あるいは溶接される。各チューブは個別の流路を必要とせず、より少量の隔離流体を用いることが可能になる。
【００１９】
図２には、差圧送信機１０が概略的に示されている。送信機１０は、１１に一般的に示されているように、プロセス圧力Ｐ１，Ｐ２からの流体隔離を提供する２つの類似または同一の隔離システムを含む。図２に示されるように、圧力Ｐ１は過度の圧力であり、圧力Ｐ２は正常動作領域である。送信機１０は、成形凹部１６の周囲に外部隔離体リム１４を有する送信機本体１２を含む。該成形凹部１６の各々は、送信機本体を貫通する流路２０を介して送信機内のポート１８にそれぞれ流体的に結合している。
【００２０】
２つの流路２０は、それぞれ、失敗時に火炎を抑えるのに十分狭い、放電加工（ＥＤＭ）によって作成される幅狭領域２２を含むのが好ましい。凹部１６はそれぞれ、中央支持プレート領域２４を有する。撓み可能な隔離ダイヤフラム２６は、好ましくは溶接によって隔離体リム１４に封止されるダイヤフラムリム２８を設けられている。隔離ダイヤフラム２６は、中央支持プレート領域２４を覆い、そこから離されて配置された中央ダイヤフラム領域３０を有する。隔離ダイヤフラム２６は、成形凹部１６の内部の、規則的に配置された浅い同心円の縁（図示されず）の形に対して流体静力学的にスエージ（swage）加工することによって、通常の方法で作られることができる。
【００２１】
隔離流体３２は、隔離ダイヤフラム２６と成形凹部１６との間の空間３４を含む隔離システム１１内の流路を満たす。隔離流体３２はまた、流路２０，２２および差圧センサ３６内の内部流路をも満たす。差圧センサ３６は、同じように隔離流体３２で満たされたセンサチューブ３８を介して、ポート１８からの圧力を受ける。センサチューブ３８は、ポート１８内に配置された第１の成形端部４０を有する。センサ３６は、線４２上に圧力出力を発生する。線４２は送信機回路４４に結合し、送信機回路４４は、線４６上に、差圧を表す送信機出力を発生する。
【００２２】
充填チューブ５０は、送信機１０の内部にあり、隔離システム１１内の隔離流体３２を封止するように構成されている。充填チューブ５０は、ポート１８内に配置された成形端部５４を有する。
【００２３】
図３は、センサチューブ３８の成形端部４０および充填チューブ５０の成形端部５４に適合可能な詳細を図示する。図３では、ほぼ円筒形のチューブ６０は、ほぼ平坦な側面６４と、ほぼ半円形の側面６６とで、ほぼ「Ｄ」形に歪められるか、成形されるか、またはスエージ加工された成形端部６２を有する。
【００２４】
図４は、センサチューブ３８の成形端部４０と充填チューブ５０の成形端部５４とが、どのように共通の円形ポート１８内に一緒に導かれるかを図示する。成形端部４０，５４は、各々の平坦な側面を向き合わせて一緒に配置されるときに、共通の円形ポート１８の内にぴったりと接する、ほぼ環状の断面を形成するような「Ｄ」形である。円形ポート１８は、高速ろう付けのためにより少ない熱容量を提供するために、送信機本体を超えて高くされたボスを含む。ろう付け予備成形またはろう付けペースト５６は、成形端部４０，５４と円形ポート１８との間の隙間を満たす。ポート１８は、ろう付け材５６を溶かし、封止されたろう付け接合部を形成するために、好ましくはレーザーによって加熱される。種々の既知のろう付け、半田付け、あるいは溶接プロセスが、この接合部を完成するために用いられ得る。接合部は、冷却後、以下詳細に説明されるように、隔離体流体３２で満たされる。充填チューブ５０から凹部までの１つの個別の流路、およびセンサチューブ３８から凹部まで別の個別の流路を用いることが回避される。送信機本体内の１つの流路は、充填チューブおよびセンサチューブの両方と凹部とを結合する。このため、用いられる隔離体流体の量が低減され、温度性能が向上される。
【００２５】
同業者は、共通ポート内で２つのチューブを密着するために、他の形状が用いられ得ることを理解するであろう。例えば、長方形のチューブ端部は、共通の長方形のポートの中で一緒に密着されることができる。種々のタイプの既知の隔離流体が用いられ得ることも同業者は理解するであろう。
【００２６】
図２，３，４に関して、充填チューブ５０は、最初は、製造プロセス中に、一時的に充電マニホールド（図示されず）に結合される開口端部５２を有する。充電マニホールドは、流路内に空気または湿気が残らないようにするために真空ポンプに結合され、隔離システム１１内の種々の流路を真空にするために用いられる。次に、充電マニホールドは、隔離システム１１内の流路を満たす量の隔離流体３２を供給するために用いられる。隔離流体３２は、典型的には、圧力を転送するために低圧縮率を有する、ガス抜きされたシリコンオイルである。隔離流体３２はまた、典型的には、圧力センサ３６内の容量（キャパシタンス）を感知するための誘電体として役立つように、高い誘電率を有する。隔離システム１１が隔離流体３２で満たされた後、外部圧力Ｐ１およびＰ２が調整される。この高圧密封法は、隔離ダイヤフラム２６を所望の位置まで撓ませるので、充填チューブが閉塞された後、端部５２がろう付けまたは溶接封鎖されると、それぞれの隔離システム１１内には制御された量の隔離流体３２が存在することになる。
【００２７】
図２に関して、中央支持プレート領域２４は、流路２２と交差する連続環状溝７０を含む。環状溝７０は十分に大きく作られるので、隔離ダイヤフラム２６は、過度の圧力状態の間、環状溝上で「弁閉」しない。ひとつの実施例では、溝７０は、隔離ダイヤフラム２６の平面に対して垂直な側壁を有し、これによってダイヤフラム２６が溝７０の基部まで押し下げられることが困難になる。流路２２の端部は、過度の圧力状態後、隔離流体の流れを容易にするように開いたままである。隔離流体の流れは、狭い流路２２の開口端部の小さな開口を覆うダイヤフラムによって「弁閉」されない。溝７０は、面積が非常に広いので、隔離ダイヤフラムが溝７０を弁閉する程に押し下げられることはない。溝７０は、過度の圧力状態の間中、隔離流体の流れを受けるために開いたままである。流路２２は、溝の基部で溝７０と交差し、全ての圧力の状態において隔離流体が流れるのを可能にする。
【００２８】
図５，６には、圧力送信機８２内で用いられるアイソレータ８０の別の実施例が示されている。アイソレータ８０は、環状の送信機本体８４を含み、該本体８４は、それ自体を貫通する流路９２を介して、送信機８２内部の環状ポート９０に流体的に結合される成形凹部８８の周りに外部隔離体リム８６を有する。凹部８８は、中央支持プレート領域９４を有する。
【００２９】
隔離ダイヤフラム９６は、溶接によって隔離体リム８６に封止されるダイヤフラムリム９８を有する。隔離ダイヤフラム９６は、中央支持プレート領域９４を覆い、中央支持プレート領域９４から離れて配置された中央ダイヤフラム領域１００を含む。
【００３０】
隔離ダイヤフラム９６と成形凹部８８との間、および流路９２の内部に隔離流体１０２が存在する。
【００３１】
圧力センサ１０４は、環状ポート９０内に配置される第１の成形端部１０８を有するセンサチューブ１０７を介してポート９０から圧力を受ける。ゲージ圧力センサまたは絶対圧力センサであり得るセンサ１０４は、図１に関連して前述したように、送信機回路に結合される圧力出力１０６を発生する。
【００３２】
図２−４に関連して前述したように、送信機８２内の充填チューブ１０９がアイソレータ８０を封止して、隔離流体が収容される。充填チューブ１０９は、環状ポート９０内に配置された成形端部１１０を有する。
【００３３】
中央支持プレート領域９４は、これも図２−４に関連して前述したように、流路９２と交差する連続環状溝１１１を含む。
【００３４】
図７は、アイソレータ支持プレート装置を図示する。
【００３５】
図７Ａには、支持プレートを横切るオイル流路１５２を有する従来技術の支持プレート１５０が示されている。支持プレート１５０は、同心波形１５４を有し、オイル流路１５２は、波形１５４の内のひとつの浅い部分１５６と連通する。オイルの量が、温度膨張を小さくするのに十分に少なく維持されるとき、図７Ａに示される装置は、ある動作環境、特に過度の圧力状態下の低温で、「弁閉」に陥りやすい。
【００３６】
図７Ｂには、隔離流体用の流路１６２を有する支持プレート１６０が示される。支持プレート１６０は、頂点間の深さ１６６が約０．１ミリ（０．００４インチ）の同心波形１６４を有する。同心環状溝１６８は、支持プレート内に切り込まれ、波形１６４の深さ１６６の少なくとも２倍の深さ１７０を有する。深い溝１６８は、隔離流体の流れのために広い表面積を提供し、低温および過度の圧力などの不利な動作環境下であっても、少量の隔離流体で「弁閉」を回避する。溝１６８は、切り欠き状の断面を有する。
【００３７】
図７Ｃには、隔離流体用の流路１８２を有する支持プレート１８０が示される。支持プレート１８０は、頂点間の深さ１８６が約０．１ミリ（０．００４インチ）である同心波形１８４を有する。より深い同心波形１８８は、支持プレート１８０内に切り込まれ、波形１８４の深さ１８６の少なくとも２倍の深さ１９０を有する。深い波形１８８は、隔離流体の流れのために広い表面積を提供し、低温および過度の圧力などの不利な動作環境下であっても、少量の隔離流体で「弁閉」を回避する。溝１８８は、支持プレート面内に、弁閉を回避するのに十分な深さの波形である断面形状を有する。
【００３８】
同業者にとっては、種々の形状が同心環状溝のために用いられ得ること、および複数の連続環状溝も用いられ得ることは明白である。
【００３９】
本明細書に開示された装置は、シリコンオイルなどの隔離流体で圧力送信機アイソレータを満たす、費用において有効な方法を提供する。その方法は、追加の充填ポートやピンを使用しなくてもよい。充填チューブおよびセンサチューブはたやすくスエージ加工され、その寸法は注意深く制御される必要がない。なぜなら、成形されたチューブ端部と環状ポートとの間のあらゆる凹凸を満たすために加熱されるときにろう付け材が流れるからである。組立体は、ハステロイ（Hastalloy）合金Ｃ−２７６、カーペンター・ガラスシーリング（Carpenter Glass Sealing）合金５２、または種々のステンレス鋼合金などのありふれたチューブ材料に適合可能である。ろう付けのための熱は、一般的に入手可能なＹＡＧレーザーを用いる制御方法で提供されることができる。
【００４０】
本発明を好ましい実施例によって説明してきたが、本発明の精神や範囲を逸脱することなく詳細や形式上の変更が可能なことを当業者は理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術のアイソレータ内で「弁閉」が発生するタイムシーケンスを概略的に図示する。
【符号の説明】
１８……円形ポート、３２……隔離流体、４０，５４……成形端部、５６……ろう付けペースト
【図１】
0003793089.tif 000002
【図２】
0003793089.tif 000003
【図３ａ】
0003793089.tif 000004
【図３ｂ】
0003793089.tif 000005
【図４】
0003793089.tif 000006
【図５】
0003793089.tif 000007
【図６】
0003793089.tif 000008
【図７Ａ】
0003793089.tif 000009
【図７Ｂ】
0003793089.tif 000010
【図７Ｃ】
0003793089.tif 000011