ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕЕ УПЛОТНЕНИЕ ДЛЯ ДВУХКАМЕРНОГО КОРПУСА
DUAL-CHAMBER PROTECTION AGAINST ENVIRONMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится главным образом к периферийным устройствам для технологических измерений и контроля. В частности, изобретение относится к защите электронной схемы технологического преобразователя от воздействия окружающей среды.
Уровень техники
Понятие «периферийные устройства» охватывает широкий круг устройств для управления технологическими процессами, которые осуществляют измерение и контроль параметров, таких как давление, температура и величина расхода. Технологический преобразователь - это тип периферийного устройства, которое связано с первичным приемником, например датчиком или исполнительным органом, а также связано с удаленным устройством контроля или управления, например с компьютером. Как правило, выходной сигнал датчика имеет недостаточную мощность, чтобы его можно было эффективно передавать в удаленное устройство контроля или управления. Технологический преобразователь выполняет роль промежуточного устройства - он принимает сигнал от датчика, преобразует данный сигнал в форму более эффективную для передачи на большое расстояние, например в модулированный сигнал токовой петли 4-20 мА или сигнал для передачи по протоколу беспроводной связи, и передает преобразованный сигнал по токовой петле или по сети беспроводной связи периферийных устройств к удаленному устройству контроля или управления.
В технологических преобразователях часто используется корпус с двумя камерами. В типичном двухкамерном корпусе одна камера содержит электронную схему технологического преобразователя, а другая камера содержит клеммный блок для монтажного соединения электронной схемы технологического преобразователя, например, с проводами контура управления технологическим процессом. Двухкамерные корпуса часто имеют цилиндрическую форму, при этом указанные две камеры расположены впритык друг к другу и разделены центральной перегородкой. Электрические соединения между клеммным блоком и электронной схемой технологического преобразователя проходят через центральную перегородку. К камере клеммного блока имеется доступ с одной стороны, а к камере электронной схемы технологического преобразователя доступ предусмотрен с другой стороны.
Электронная схема технологического преобразователя должна быть защищена от внешних опасных воздействий окружающей среды, таких как влажность, грязь и радиочастотные помехи. Если адекватно не изолировать электронную схему, то это может привести к ошибкам преобразования сигнала, нарушению связи и отказу технологического преобразователя. Камеру клеммного блока на месте эксплуатации время от времени открывают, подвергая камеру и компоненты внутри нее внешним опасным воздействиям окружающей среды. Кроме того, кабелепроводы, в которых находятся провода для монтажного соединения часто бывают соединены непосредственно с камерой клеммного блока, и могут заносить влагу в указанную камеру. Компоненты клеммного блока обычно нечувствительны к внешним опасным воздействиям окружающей среды, однако электрические соединения, проходящие через центральную перегородку между клеммным блоком и электронной схемой технологического преобразователя, могут служить путем для переноса внешних опасных воздействий окружающей среды в камеру электронной схемы. Поэтому, необходима герметизация электрических соединений между двумя камерами относительно окружающей среды для изоляции и защиты электронной схемы технологического преобразователя от внешних опасных воздействий окружающей среды.
К сожалению, технические решения, которые предлагают эффективную герметизацию относительно окружающей среды типичной цилиндрической конструкции двухкамерного корпуса, в котором камеры расположены впритык друг другу, часто непригодны для других двухкамерных конструкций.
Раскрытие изобретения
Вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой герметизирующее уплотнение для установки между двумя камерами, например камерами технологического преобразователя, соединенными переходным каналом, который содержит электрический кабель. Уплотнение содержит упор, корпус кабельного сальника, обжимную втулку, гайку кабельного сальника и первое эластомерное уплотнение. Упор выступает от внутренней поверхности переходного канала. Корпус кабельного сальника соприкасается с упором и охватывает часть электрического кабеля. Обжимная втулка находится внутри корпуса кабельного сальника и охватывает часть электрического кабеля. Гайка кабельного сальника давит на обжимную втулку, плотно прижимая последнюю к электрическому кабелю и к внутренней поверхности корпуса кабельного сальника. Первое эластомерное уплотнение расположено между наружной поверхностью корпуса кабельного сальника и внутренней поверхностью переходного канала
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показано схематическое изображение технологического преобразователя, содержащего двухкамерный корпус с расположенными бок о бок камерами, в котором реализовано герметизирующее уплотнение согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 2 показано схематическое изображение двухкамерного корпуса с Фиг. 1 в разрезе.
На Фиг. 3 показан увеличенный вид герметизирующего уплотнения с Фиг. 2. Осуществление изобретения
Настоящее изобретение относится к герметизирующему уплотнению, расположенному между камерами двухкамерного корпуса. Изобретение хорошо подходит для задачи построения двухкамерного корпуса для технологического преобразователя, который, например, требует доступа к обеим камерам с одной и той же стороны технологического преобразователя. Такая конструкция обычно требует довольно протяженного переходного канала между камерами, которые вместо того, чтобы быть разделенными тонкой центральной перегородкой в конфигурации, когда они расположены впритык друг к другу, обязательно должны быть расположены бок о бок. В настоящем изобретении предложено эффективное герметизирующее уплотнение, которое может быть расположено между камерами двухкамерного корпуса и вместе с тем является рентабельным по стоимости и простым в сборке.
На фиг. 1 представлено схематичное изображение технологического преобразователя, содержащего корпус с двумя расположенными бок о бок камерами, в котором использовано герметизирующее уплотнение согласно настоящему изобретению. В соответствии с данным вариантом осуществления, фиг. 1 изображает корпус 10 технологического преобразователя, содержащий камеру 12 электронной схемы, крышку 14 камеры электронной схемы, камеру 16 клеммного блока, крышку 18 камеры 16 клеммного блока, верхнее отверстие 20 кабелепровода, боковые отверстия 22 кабелепровода и переходный канал 24. Камера 12 электронной схемы содержит электронную схему 26 технологического преобразователя. Камера 16 клеммного блока содержит клеммный блок 28, проводящую пластину 30 и внутреннюю конструкцию 32. Клеммный блок 28 содержит контакты 34. В конструкции, изображенной на фиг. 1, также показано, что камера 12 электронной схемы содержит, при необходимости, жидкокристаллический дисплей 36, а крышка 14 камеры электронной схемы содержит соответствующее дисплею окно 38. Корпус 10 технологического преобразователя в предпочтительном случае выполнен из металла, например нержавеющей стали или алюминия.
Переходный канал 24 соединяет камеру 12 электронной схемы с камерой 16 клеммного блока. Электронная схема 26 технологического преобразователя находится внутри камеры 12 электронной схемы, так же как и, при необходимости, жидкокристаллический дисплей 36. Крышка 14 камеры электронной схемы устанавливается поверх камеры 12 электронной схемы, герметично ее закрывая так, что жидкокристаллический дисплей доступен для обзора через окно 38. Клеммный блок 28 находится внутри камеры 16 и поддерживается внутренней конструкцией 32. Верхнее отверстие 20 кабелепровода и боковые отверстия 22 кабелепровода обеспечивают вход для проводов схемы технологического участка (не показаны), например, проводов контура управления технологическим процессом. Провода схемы технологического участка крепятся к контактам 34 клеммного блока. Хотя можно задействовать и верхнее отверстие 20 кабелепровода и боковые отверстия 22 кабелепровода, обычно в одной установке все указанные отверстия не используются одновременно. Неиспользуемые отверстия кабелепровода герметизируют заглушками (не показаны). Согласно одному варианту осуществления изобретения, проводящая пластина 30 прикреплена к внутренней конструкции 32, чтобы перекрыть проем 44 внутренней конструкции 32, что будет рассмотрено ниже согласно фиг. 2. Крышка 18 камеры клеммного блока устанавливается поверх камеры 16 клеммного блока, герметично закрывая камеру 16 клеммного блока.
На фиг. 2 в разрезе изображен двухкамерный корпус с фиг. 1. В данном варианте осуществления изобретения, на фиг. 2 изображен корпус 10 технологического преобразователя, содержащий камеру 12 электронной схемы, камеру 16 клеммного блока, верхнее отверстие 20 кабелепровода, переходный канал 24, модуль 40 датчика и электрический кабель 42. Камера 12 электронной схемы содержит электронную схему 26 технологического преобразователя и, при необходимости, жидкокристаллический дисплей 36. Камера 16 клеммного блока содержит клеммный блок 28, проводящую пластину 30, внутреннюю конструкцию 32 и проем 44. Клеммный блок 28 дополнительно содержит заливочный компаунд 46. Переходный канал содержит внутреннюю поверхность 48 и герметизирующее уплотнение 50.
Как говорилось выше, переходный канал 24 соединяет камеру 12 электронной схемы с камерой 16 клеммного блока. В предпочтительном варианте, к внутренней конструкции 32 прикреплена проводящая пластина 30, чтобы закрыть проем 44 во внутренней конструкции 32. Модуль 40 датчика электрически соединен с электронной схемой 26 технологического преобразователя. Внутренняя поверхность 48 переходного канала определяет отверстие, соединяющее камеру 12 электронной схемы с камерой 16 клеммного блока. В варианте осуществления с фиг. 2, указанное отверстие, образованное внутренней поверхностью 48 переходного канала, является приблизительно цилиндрическим. Электрический кабель 42 проходит через переходный канал 24, чтобы электрически соединить электронную схему 26 технологического преобразователя с клеммным блоком 28. В предпочтительном варианте, заливочный компаунд 46 клеммного блока герметизирует электрический кабель 42 и клеммный блок 28 в том месте, где электрический кабель 42 соединяется с клеммным блоком 28, чтобы герметизировать электрический кабель 42. Герметизирующее уплотнение 50 охватывает электрический кабель 42 внутри переходного канала 24, чтобы герметизировать переходный канал 24 и одновременно дать возможность пройти через него электрическому кабелю 42.
Если рассмотреть фиг. 1 и 2 вместе, в процессе работы, модуль 40 датчика формирует выходной сигнал, который принимает электронная схема 26 технологического преобразователя. Электронная схема 26 технологического преобразователя обрабатывает выходной сигнал датчика путем его корректировки с целью компенсации охарактеризованных нелинейных воздействий датчика и температурного воздействия. Электронная схема 26 технологического преобразователя затем преобразует компенсированный сигнал датчика в сигнал для передачи. Сигнал для передачи имеет форму более эффективную для передачи на большое расстояние, например, это может быть модулированный сигнал токовой петли 4-20 мА. Электрический кабель 42 передает сигнал для передачи от электронной схемы 26 через переходный канал 24 на клеммный блок 28. Затем происходит передача указанного сигнала от клеммного блока 28 к удаленному устройству контроля или управления (не показано) через провода схемы технологического участка, прикрепленные к контактам 34 клеммного блока.
Целостность уплотнения камеры 12 электронной схемы существенно важна для правильной и надежной работы электронной схемы 26 технологического преобразователя. Должна быть обеспечена непроницаемость для внешних опасных воздействий окружающей среды, таких как влага, грязь и радиочастотные помехи. Обычно модуль 40 датчика сам по себе имеет хорошую герметизацию, так же, как и его соединение с корпусом 10 технологического преобразователя, так что он обычно не является источником внешних опасных воздействий окружающей среды. Аналогично, крышка 14 камеры электронной схемы имеет хорошее уплотнение с камерой 12 электронной схемы. В отличие от этого, хотя крышка 18 клеммного блока также хорошо герметизирует камеру 16 клеммного блока, крышку 18 клеммного блока часто снимают на месте эксплуатации, при этом ее могут не поставить обратно. Кабелепроводы, соединенные с камерой 16 клеммного блока, могут также являться источником внешних опасных воздействий окружающей среды. При разгерметизации переходный канал 24 напрямую подвергает камеру 12 электронной схемы воздействию всех опасных факторов, которые присутствуют в камере 16 клеммного блока. Герметизирующее уплотнение 50 делает непроницаемым переходный канал 24, и таким образом предотвращает любые внешние опасные воздействия окружающей среды, которые присутствуют в камере 16 клеммного блока, на электронную схему 26 технологического преобразователя.
На фиг. 3 в увеличенном виде изображено герметизирующее уплотнение, показанное на фиг. 2. Фиг. 3 изображает переходный канал 24, проходящий между камерой 12 электронной схемы и камерой 16 клеммного блока, включая часть электрического кабеля 42 и герметизирующее уплотнение 50. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, герметизирующее уплотнение 50 содержит упор 52, корпус 54 кабельного сальника, обжимную втулку 56, гайку 58 кабельного сальника, и первое эластомерное уплотнение 60. Упор 52 выступает от внутренней поверхности 48 переходного канала. Обжимная втулка 56 выполнена из эластомера и предпочтительно имеет форму усеченного конуса. Гайка 58 кабельного сальника имеет наружную резьбу 62. Корпус 54 кабельного сальника содержит первую уплотнительную канавку 64, резьбовой конец 66 и внутреннюю резьбу 70, соответствующую наружной резьбе 62 гайки 58. Внутренняя резьба 70 находится на резьбовом конце 66. Корпус 54 кабельного сальника и гайка 58 кабельного сальника, в предпочтительном варианте, изготовлены из металла, например нержавеющей стали или алюминия.
Герметизирующее уплотнение 50 собирают путем пропускания электрического кабеля 42 через гайку 58 кабельного сальника, а затем через обжимную втулку 56. Прежде чем пропустить электрический кабель 42 через корпус 54 кабельного сальника, первое эластомерное уплотнение 60 устанавливают в первую уплотнительную канавку 64, расположенную на наружной поверхности корпуса 54 кабельного сальника. Корпус 54 кабельного сальника располагают, например, посредством позиционирующего приспособления (не показано) так, чтобы указанный корпус находился в надлежащем месте вдоль длины электрического кабеля 42, так чтобы с каждой стороны герметизирующего уплотнения 50 оставалась достаточная длина электрического кабеля 42 для присоединения к клеммному блоку 28 и к электронной схеме 26 технологического преобразователя. Затем обжимную втулку 56 вводят в корпус 54 кабельного сальника, вслед за чем в корпус 54 кабельного сальника ввинчивают гайку 58 кабельного сальника, при этом наружная резьба 62 заходит во внутреннюю резьбу 70. Гайку 58 кабельного сальника затягивают с усилием достаточным для прижатия обжимной втулки 56 и к электрическому кабелю 42, и к корпусу 54 кабельного сальника. Затем электрический кабель 42 вводят в переходный канал 24, и вдавливают корпус 54 кабельного сальника в переходный канал 24 до тех пор, пока корпус 54 не упрется в упор 52, при этом первое эластомерное уплотнение 60 будет находиться в контакте с внутренней поверхностью 48 переходного канала.
Вышеописанный способ создания герметизирующего уплотнения 50 особенно полезен, когда, по соображениям простоты изготовления и снижения затрат, клеммный блок 28 соединяют с электрическим кабелем 42 перед установкой электрического кабеля 42 и герметизирующего уплотнения 50 в корпус 10 технологического преобразователя. Например, электрический кабель 42 электрически и физически соединяют с клеммным блоком 28, затем соединение герметизируют заливочным компаундом 46. Это препятствует попаданию влаги на электрический кабель 42, конец которого в противном случае был бы открыт в камере 16 клеммного блока, и препятствует капиллярному распространению влаги по длине электрического кабеля 42 и попаданию в камеру 12 электронной схемы.
После того как герметизирующее уплотнение 50 собрано, оно обеспечивает герметичную изоляцию камеры 12 электронной схемы от камеры 16 клеммного блока. Обжимная втулка 56 создает уплотнение между корпусом 54 кабельного сальника и электрическим кабелем 42. Первое эластомерное уплотнение 60, частично расположенное в первой уплотнительной канавке 64, герметизирует корпус 54 кабельного сальника относительно внутренней поверхности 48 переходного канала. Таким образом, герметизирующее уплотнение 50 эффективно герметизирует камеру 12 электронной схемы от попадания в нее влаги и грязи. Кроме того, благодаря тому, что корпус 54 кабельного сальника и гайка 58 кабельного сальника, в предпочтительном варианте, выполнены из металла, а корпус 54 кабельного сальника соприкасается с упором 52, герметизирующее уплотнение 50 также обеспечивает экранирование от радиочастотных помех.
В некоторых областях применения, могут быть полезны дополнительные средства герметизации для дополнительного улучшения качества герметизирующего уплотнения. В конструкции, показанной на фиг. 3, также изображены два дополнительных средства герметизации, которые могут быть включены в конструкцию, чтобы дополнительно усилить действие герметизирующего уплотнения 50.
В качестве первого дополнительного средства герметизирующее уплотнение 50 может включать второе эластомерное уплотнение 72, а корпус 54 кабельного сальника может содержать вторую уплотнительную канавку 74. Второе эластомерное уплотнение 72 устанавливают во вторую уплотнительную канавку 74 на наружной поверхности корпуса 54 кабельного сальника, когда устанавливают первое эластомерное уплотнение 60 перед этапом пропускания электрического кабеля 42 через корпус 54 кабельного сальника. Второе эластомерное уплотнение 72, частично находящееся во второй уплотнительной канавке 74, осуществляет герметизацию корпуса 54 кабельного сальника относительно внутренней поверхности 48 переходного канала. Таким образом, первое 60 и второе 72 эластомерные уплотнения вместе обеспечивают двойную герметизацию.
В качестве второго дополнительного средства герметизирующее уплотнение 50 может, в предпочтительном варианте, включать в себя заливочный компаунд 76. Как только корпус 54 кабельного сальника будет вдавлен в переходный канал 24 до соприкосновения с упором 52, в переходный канал 24 со стороны кабельного сальника, противоположной упору 52, вводят заливочный компаунд 76. Затем заливочный компаунд 76 отверждают, чтобы дополнительно герметизировать пространство между электрическим кабелем 42, корпусом 54 кабельного сальника, гайкой 58 кабельного сальника и внутренней поверхностью 48 переходного канала. Хотя к первому эластомерному уплотнению 60 можно независимым образом добавить либо второе эластомерное уплотнение 72, либо заливочный компаунд 76, одновременное использование всех трех средств герметизации обеспечивает повышенный уровень качества герметизирующего уплотнения.
Вариант осуществления настоящего изобретения отличается простотой конструкции, даже если основная конструкция корпуса 10 технологического преобразователя представляет собой отливку, выполненную в виде единой металлической детали. Например, ось верхнего отверстия 20 кабелепровода, показанного на фиг. 1 и 2, может быть совмещена с осью переходного канала 24, являющейся осью внутренней поверхности 48 переходного канала, которая является цилиндрической. Поскольку оси совпадают друг с другом, переходный канал 24 можно легко механически обработать через верхнее отверстие 20 кабелепровода со стороны камеры 16 клеммного блока любым известным способом, чтобы получить внутреннюю поверхность 48 переходного канала, например, сверлением, фрезерованием и т.п., остановившись при этом перед камерой 12 электронной схемы, чтобы сформировать упор 52. Кроме того, если камера 16 клеммного блока имеет конструкцию, которая мешает обработке, что обусловлено, например, наличием внутренней конструкции 32, то проем 44 может быть механически обработан через верхнее отверстие 20 кабелепровода (или выполнен, как часть отливки корпуса 10 технологического преобразователя), так чтобы диаметр проема 44 был не меньше, чем требуемый диаметр внутренней поверхности 48 переходного канала, и не мешал механической обработке внутренней поверхности 48 переходного канала через верхнее отверстие 20 кабелепровода. В предпочтительном случае, после того как такая механическая обработка будет закончена, к внутренней конструкции 32 можно прикрепить проводящую пластину 30, чтобы закрыть проем 44 внутренней конструкции 32 в целях экранирования электрического кабеля 42 и электронной схемы 26 технологического преобразователя от радиочастотных помех.
Хотя в вышеописанном варианте осуществления показано, что упор 52 находится в том месте, где внутренняя поверхность 48 переходного канала открывается в камеру 12 электронной схемы, следует понимать, что изобретение охватывает и варианты, в которых упор находится в том месте, где внутренняя поверхность переходного канала открывается в камеру клеммного блока, а электрический кабель и корпус кабельного сальника вставляют со стороны камеры электронной схемы.
Согласно вышеописанному варианту осуществления изобретения внутренняя поверхность 48 переходного канала и корпус 54 кабельного сальника предпочтительно имеют цилиндрическую форму, а первое 60 и второе 72 эластомерные уплотнения предпочтительно представляют собой кольца круглого сечения. В иных вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть применены нецилиндрические внутренние поверхности переходного канала и нецилиндрические корпуса кабельного сальника.
Настоящее изобретение хорошо подходит для применения к двухкамерному корпусу для технологического преобразователя, в котором, например, требуется доступ к обеим камерам с одной и той же стороны технологического преобразователя. Сравнительно длинный переходный канал между камерами, характерный для конструкции с расположенными бок о бок камерами, требует уплотнения новой конструкции. Как говорилось выше, в настоящем изобретении предложено новое, эффективное герметизирующее уплотнение для установки между камерами двухкамерного корпуса, которое также характеризуется низкой стоимостью изготовления и простотой сборки.
Хотя изобретение было описано со ссылками на приведенный(ые) в качестве прмера(ов) вариант(ы) осуществления, специалистам в данной области должно быть понятно, что, не выходя за границы идеи и объема изобретения, в него можно вносить изменения, а элементы можно заменять эквивалентными элементами. Кроме того, возможны различные модификации в целях адаптации идей изобретения к определенной ситуации или материалам, не выходя при этом за рамки объема изобретения. Следовательно, предполагается, что изобретение не ограничено конкретным(и) раскрытым(и) вариантом(ами) его(их) осуществления; напротив, изобретение включает в себя все варианты осуществления, которые попадают в границы объема изобретения, установленные прилагаемой формулой изобретения.