ПОВОРОТНЫЙ И РАЗЪЕМНЫЙ МНОГОШТЫРЬКОВЫЙ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ
PIVOTABLE AND DETACHABLE MULTI-BLADE EXPLOSION-PROTECTIVE CONNECTION UNIT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к инструментам для управления технологическим процессом, и, в частности, - к поворотному и разъемному многоштырьковому взрывозащищенному соединителю.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы управления технологическим процессом требуют точного измерения технологических параметров. Как правило, значение технологического параметра воспринимает первичный элемент, а передатчик генерирует выходной сигнал, имеющий величину, которая изменяется в зависимости от технологического параметра. Например, передатчик уровня включает в себя первичный элемент для восприятия уровня, а также схему для генерации электрического сигнала, пропорционального воспринятому уровню или представляющего воспринятый уровень.
Знание уровня в промышленных резервуарах или цистернах уже давно необходимо для обеспечения безопасной и экономичной работы предприятий. Существует множество технологий для осуществления измерений уровня. Назовем лишь несколько - магнитострикционные, емкостные, и основанные на ультразвуковых и СВЧ-измерениях.
Одной из форм технологического инструмента является инструмент интрузивного типа, в котором первичный элемент находится в непосредственном контакте с технологической текучей средой, для того чтобы воспринимать ее уровень. Магнитострикционный передатчик является примером такого инструмента интрузивного типа для измерения уровня. Магнитострикционный передатчик имеет зонд, содержащий магнитострикционный провод, находящийся в трубке в натянутом состоянии. Этот зонд продолжается в технологический резервуар. Рядом с зондом в резервуаре находится подвижный магнитный поплавок, который плавает в резервуаре поверх текучей среды. В магнитострикционный провод посылается электрический импульс. Электрический импульс взаимодействует с магнитным полем поплавка, что создает в провод вращающий момент, порождающий воздействующую на провод торсионную силу, инициируя таким образом, торсионную волну, которая распространяется вдоль провода со скоростью звука. Это явление известно как эффект Видемана. Как правило, на одном из концов провода расположен принимающий датчик, предназначенный для восприятия торсионной волны в проводе. При этом измеряется время, прошедшее между запуском электрического импульса, и сигналом с принимающего датчика. На основании этого измеренного прошедшего времени, умноженного на скорость торсионной волны, вычисляют расстояние между магнитом и принимающим датчиком, представляющее искомый уровень
Часто бывает желательно повернуть передатчик или другую головку электронного устройства для удобства просмотра дисплея, для получения доступа к монтажным отсекам или по каким-либо подобным причинам. Кроме того, для простоты установки и технического обслуживания предпочтительно иметь съемный передатчик. В опасных окружающих средах необходимо, чтобы связь между передатчиком и зондом удовлетворяла требованиям по взрывобезопасности приложений.
Настоящая патентная заявка имеет целью усовершенствования, которые позволяют передатчику быть поворотным, съемным и/или удаленно устанавливаемым.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одним объектом изобретения раскрыт инструмент для технологических измерений, содержащий технологический адаптер, предназначенный для крепления на технологическом резервуаре или на подобном, который функционально связан с чувствительным элементом для восприятия переменного технологического параметра и включающий в себя множество электрических проводников. Инструментальный корпус содержит схему управления. Соединительный узел функционально расположен между инструментальным корпусом и технологическим адаптером для разъемного соединения инструментального корпуса с технологическим адаптером. Соединительный узел содержит первый соединитель, содержащий цилиндрическое тело соединителя, имеющий смещенный выступ с первым многоштырьковым проводным соединителем. Второй соединитель содержит цилиндрический приемный корпус соединителя, принимающий в себя цилиндрическое тело соединителя, и имеющий смещенную выемку, принимающую в себя смещенный выступ, а также имеющий второй многоштырьковый проводной соединитель, сопрягаемый с первым многоштырьковым проводным соединителем для выборочного электрического подсоединения схемы управления к чувствительному элементу, при этом смещенный выступ и смещенное отверстие обеспечивают должное выравнивание между собой первого и второго многоштырьковых проводных соединителей.
Имеется конструктивный признак, заключающийся в том, что цилиндрическое тело соединителя содержит цельное металлическое тело с резьбой на одном конце, противоположного смещенному выступу, для соединения технологического адаптера или инструментального корпуса.
Другой конструктивный признак заключается в том, что цилиндрический приемный корпус соединителя содержит цельный металлический приемный корпус. Приемный корпус соединителя с одного конца может содержать шейку и цилиндрический шарнир, прикрепленный с возможностью поворота вокруг шейки. Шарнир имеет внешнюю резьбу для соединения с технологическим адаптером или инструментальным корпусом и обеспечивает поворот корпуса управления относительно технологического адаптера. Шарнир может включать в себя штифт, принимаемый в дугообразной канавке в цилиндрическом приемном корпусе соединителя, для ограничения поворота цилиндрического шарнира. Шарнир может включать в себя установочный винт, заходящий в шейку для выборочного предотвращения поворота цилиндрического шарнира.
Другой конструктивный признак заключается в том, что второй соединитель выполнен с возможностью обеспечения цилиндрического отводящего пламя пути между цилиндрическим шарниром и шейкой, а цилиндрическое тело соединителя и цилиндрический приемный корпус соединителя выполнены с возможностью обеспечения второго цилиндрического отводящего пламя пути с целью обеспечения взрывозащищенного узла соединительного узла.
Другой конструктивный признак заключается в том, что шейка содержит сквозное отверстие, заполненное герметизирующим компаундом, и цилиндрическое тело соединителя содержит сквозное отверстие, заполненное герметизирующим компаундом.
Еще один конструктивный признак обеспечивает удлиненный кабель, включающий в себя на одном конце третий соединитель, подобный первому соединителю, а на противоположном конце - четвертый соединитель, подобный второму соединителю. Между первым и вторым соединителями для удаленной установки корпуса управления относительно технологического адаптера соединен кабель.
Другой конструктивный признак обеспечивает уплотнительное кольцо, расположенное между цилиндрическим приемным корпусом соединителя и цилиндрическим телом соединителя.
Еще один конструктивный признак обеспечивает запорный винт, принимаемый в отверстии в цилиндрическом приемным корпусе соединителя, взаимодействующим со смещенным выступом, для крепления второго соединитель к первому соединителю.
В соответствии с другим вариантом исполнения изобретения раскрыт инструмент для технологических измерений, содержащий технологический адаптер, предназначенный для крепления на технологический резервуар или на подобное, функционально связанный с чувствительным элементом для восприятия переменного технологического параметра и включающий в себя множество электрических проводников. Инструментальный корпус, включает в себя схему управления. Соединительный узел функционально расположен между инструментальным корпусом и технологическим адаптером для разъемного соединения инструментального корпуса к технологическому адаптеру. Соединительный узел содержит первый соединитель, содержащий цилиндрическое тело соединителя со сквозным коаксиальным отверстием и имеющий на одном конце смещенный выступ, с первым многоштырьковым проводным соединителем в этом сквозном отверстии у смещенного выступа и первый электрический кабель в этом сквозном отверстии, подсоединенный к первому многоштырьковому проводному соединителю. Второй соединитель содержит цилиндрический приемный корпус соединителя со сквозным коаксиальным отверстием и с первым глухим отверстием с одного конца, принимающий в себя цилиндрическое тело соединителя, и смещенное глухое отверстие в первом глухом отверстии, принимающее в себя смещенный выступ. Второй многоштырьковый проводной соединитель расположен в смещенном глухом отверстии и продолжается в сквозное коаксиальное отверстие. Второй электрический кабель в этом сквозном отверстии подсоединен ко второму многоштырьковому проводному соединителю. При размещении смещенного выступа в смещенное глухое отверстие первый многоштырьковый проводной соединитель взаимодействует со вторым многоштырьковым проводным соединителем для выборочного электрического подсоединения, при этом смещенный выступ и смещенное отверстие обеспечивают должное выравнивание между собой первого и второго многоштырьковых проводных соединителей.
Другие конструктивные признаки и преимущества станут очевидны после ознакомления с полным описанием вместе с приложенными пунктами формулы изобретения и чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе инструмента для управления технологическим процессом с поворотным и съемным зондом, показанным в первой угловой ориентации.
Фиг. 2 представляет собой вид, аналогичный показанному на фиг. 1, с головкой управления во второй угловой ориентации.
Фиг. 3 представляет собой вид, аналогичный показанному на фиг. 1 со снятой головкой управления.
Фиг. 4 представляет собой вид, аналогичный показанному на фиг. 1 с дополнительным кабелем для удаленной установки головки управления.
Фиг. 5 представляет собой электрическую схему инструментов по фиг. 1.
Фиг. 6А представляет собой вид сбоку соединительного узла, используемого с инструментом по фиг. 1.
Фиг. 6В представляет собой вид, аналогичный виду на фиг. 6А, показывающий первый и второй соединители соединительного узла по фиг. 6А, разделенные друг от друга.
Фиг. 7А представляет собой вид сбоку первого соединителя.
Фиг. 7В представляет собой вид в перспективе первого соединителя.
Фиг. 7С представляет собой вид первого соединителя с торцевой стороны.
Фиг. 8А представляет собой вид сбоку второго соединителя.
Фиг. 8В представляет собой вид в перспективе второго соединителя.
Фиг. 8С представляет собой вид второго соединителя с торцевой стороны.
Фиг. 9 представляет собой вид в сечении соединителей в разомкнутом положении.
Фиг. 10 представляет собой вид в сечении соединительного узла в замкнутом положении.
Фиг. 11 представляет собой вид в сечении, показывающий соединительный узел в промежуточном положении относительно положений по фиг. 9 и 10.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Обратимся к фиг. 1, - на нем показан магнитострикционный первичный инструмент 20 контроля уровня. Как и обычно, инструмент 20 предназначен для контроля уровня материала, такого как текучая среда в технологическом резервуаре, и передачи электрического сигнала, указывающего на этот уровень, на прибор управления.
Инструмент 20 включает в себя передатчик 22 и зонд 24, соединенные между собой соединительным узлом 26. На зонд 24 насаживается магнит 28 (обычно - часть поплавка). Передатчик 22 включает в себя корпус 30 управления. Корпус 30 представляет собой двухотсековый инструментальный корпус, как тот, который описан в патенте США № 6.062.905 Малруни и др., описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки. Корпус 30 содержит в себе описанные далее схему датчика для определения уровня текучей среды и генерации электрического сигнала, представляющего этот уровень, для передачи его на другие приборы управления, как это хорошо известно. Имеется также технологический адаптер 32, который функционально соединен с зондом 24, предназначенный для установки на технологический резервуар или на подобное. Этот технологический адаптер 32 может принимать любую известную форму, такую как в виде фланца или резьбового соединения, - в общем, как обычно. Как описано здесь, соединительный узел 26 функционально расположен между инструментальным корпусом 30 и технологическим адаптером 32.
Соединительный узел 26, выполнен с возможностью поворота, как это показано, если сравнить ориентацию корпуса 30 управления на фиг. 2 по отношению к фиг. 1. Кроме того, корпус 30 управления является съемным, как это показано на фиг. 3, с использованием для этого соединительного узла. И, наконец, кабель 34, использующий соединительный узел 26 на каждом из своих концов, как это показано на фиг. 4, обеспечивает возможность удаленной установки корпуса 30 управления относительно зонда 24.
Магнит 28 содержит обычный магнитный поплавок, и показан схематично. Магнит 28 надежно посажен на зонд 24. Как известно, магнит в виде поплавка плавает поверх материала, уровень которого определяется в данный момент, и создает магнитное поле, представляющее расположение верхней поверхности текучей среды или другого материала. Очевидно, что магнит 28 мог бы быть заменен магнитным устройством другого типа для - в более общем смысле - определения положения магнита. Таким образом, измерительный инструмент 20 в альтернативном варианте может воспринимать положение, а не уровень.
Обратимся к фиг. 5, - зонд 24 имеет обычный магнитострикционный провод 61, имеющий первый конец 62 и второй конец 64. Оба конца 62 и 64 магнитострикционного провода 61 подсоединены к цепочкам 66 управления схемы 60 зонда. Сборка 68 кристалла датчика первичного сигнала функционально любым известным способом соединена с магнитострикционным проводом 61. Например, сборка 68 кристалла датчика может содержать магнитострикционный проводник 61 в виде сэндвича, как это показано в патенте США № 7.466.124 на имя правопреемника настоящей патентной заявки, описание которого включено в данный документ в качестве ссылки.
Сборка 68 кристалла датчика электрически соединена со схемой 70 предусилителя схемы 60 зонда. Схема 60 зонда также включает в себя схему 72 памяти. Схема 72 памяти обеспечена функцией защиты записи.
Передатчик 22 включает в себя схему 74 управления. Схема 74 управления через соединительный узел 26, как описано ниже, подсоединена к схеме 60 зонда. Эта схема 74 управления содержит контроллер в виде программируемого микроконтроллера 76. Микроконтроллер 76 содержит программируемый процессор, соответствующую память и устройства ввода/вывода, такие как клавиатура и дисплей (не показаны) для работы в соответствии с программой управления для управления работой инструмента 20.
Соединительный узел 26 соединяет многожильный кабель 78P, идущий от зонда 24, с многожильным кабелем 78T, идущим от схемы 74 управления. Эти кабели 78T и 78P содержат восемь коммутируемых линий, обозначенных A, B, C, D, E, F, G и H.
Микроконтроллер 76 включает в себя выходы "DRIVE+" и "DRIVE-", посредством коммутируемых линий А и В подсоединенные к схеме 66 управления. Сигнальный выход схемы 70 предусилителя через линию C соединительного узла соединен с линией сигнального выхода микроконтроллера 76. Микроконтроллер 76 содержит интерфейсные порты памяти зонда, подключенные через линии D и Е соединительного узла к схеме 72 памяти. Линии F и G соединительного узла как это показано, предназначены для положительного напряжения и для заземления. В поворотном соединителе 26 показана пунктирная линия, представляющая линию H соединительного узла, используемую для входа с защитой записи схемы 72 памяти. Эта линия Н используется только во время проведения заводской калибровки, как это описано ниже, и к микроконтроллеру 76 не подключена.
Как обычно, микроконтроллер 76 управляет схемой 66 управления с целью генерации и подачи электрического импульса в магнитострикционный проводник 61. Магнитное поле от поплавка 28 порождает в магнитострикционном проводе 61 торсионную волну, воспринимаемую сборкой 68 кристалла датчика. Эта волна используется микроконтроллером 76 для определения положения поплавка 28 или, в более общем смысле, - магнита, представляющего искомый уровень, при реализации его в качестве инструмента измерения уровня.
Проиллюстрированный вариант осуществления содержит инструмент для технологических измерений в виде магнитострикционного инструмента, который может быть использован для контроля положения магнита. В проиллюстрированном варианте осуществления магнит обычно плавает поверх материала с целью указания его уровня. Однако описанный здесь соединительный узел 26 не ограничен датчиком магнитострикционного типа или датчиком уровня. Этот соединительный узел 26 можно было бы использовать вместе с другими инструментами для технологических измерений, включая чувствительный элемент для контроля переменных технологических параметров и множество электрических проводников в этом чувствительном элементе для подключения к цепи управления, расположенной в отдельном корпусе управления. Назовем лишь несколько примеров устройств других типов - они включают в себя емкостные устройства, волноводный радарный датчик, ультразвуковой и микроволновой радарные датчики. Настоящее приложение относится не к конкретной технологии управления, а скорее - к использованию соединительного узла для подключения инструментального корпуса к чувствительному элементу.
Обратимся к фиг. 6А и 6B, - соединительный узел 26 содержит первый соединитель 100, и второй соединитель 102. Первый соединитель 100 включает в себя кабель 78P зонда. Второй соединитель 102 включает в себя кабель 78T передатчика. Очевидно, что их соединительные элементы должны быть взаимно противоположными.
Обратимся к фиг. 7A, 7B и 7C - первый соединитель 100 включает в себя цельное металлический цилиндрическое тело 104 соединителя. Тело 104 соединителя содержит сквозное коаксиальное отверстие 106 (см. фиг. 9). Тело 104 соединителя образован таким образом, что включает в себя верхнюю концевую втулку 108, отделенную посредством фланца 110 от нижнего резьбового конца 112. Резьбовой конец 112 обеспечивает механическое соединение с технологическим адаптером 32 или с корпусом 30 управления в зависимости от ориентации соединительного узла 26. Кольцевой паз 114 во втулке 108 прямо над фланцем 110 принимает в себе кольцевую уплотнительную прокладку 116. Тело 104 соединителя над втулкой 108 является более узким, определяя буртик 118 со смещенным выступом 120, продолжающимся от него вверх. Дистальный конец выступа 120 содержит кольцевой ободок 122. В буртике 118 предусмотрено глухое отверстие 124, которое в самой широкой части буртика 118 выставлено в радиальном направлении со сквозным отверстием 106.
Первый многоштырьковый проводной соединитель 126 принимается в сквозном отверстии 106 и устанавливается вровень с выступом 120. В проиллюстрированном варианте осуществления проводной соединитель 126, как это видно, содержит пластиковый корпус, имеющий восемь штырьков для подсоединения к восьми линиям кабеля 78P. Ниже проводного соединителя 126 это сквозное отверстие 106 заполняет герметизирующий компаунд 128 (см. фиг. 9).
Обратимся к фиг. 8A, 8B и 8C, - второй соединитель 102 включает в себя цельный металлический цилиндрический приемный корпус 130 соединителя и цилиндрический шарнир 132, установленный с возможностью поворота на приемном корпусе 130 соединителя.
Обратимся также к фиг. 9, - приемный корпус 130 соединителя содержит собственно цилиндрический корпус 134, имеющий сквозное коаксиальное отверстие 136. Корпус 134 около уступа 138 становится узким с образованием шейки 140. На конце 144 соединителя напротив шейки 140 выполнено первое глухое отверстие 142, которое определяет внутренний уступ 146. Это первое глухое отверстие 142 является коаксиальным сквозному отверстию 136. Второе глухое отверстие 148 в уступе 146 смещено относительно первого глухого отверстие 142. Второе глухое отверстие 148 открывается в сквозное отверстие 136. Первое глухое отверстие имеет такой размер и такую форму, чтобы могло принимать в себя втулку 108. Второе глухое отверстие 148 - такого размера, такой формы и имеет такое смещенное положение, чтобы могло принимать в себя смещенный выступ 120, включая и верхний ободок 122.
Второй многоштырьковый проводной соединитель 150 может частично приниматься в сквозном отверстии 136 и продолжается в смещенное глухое отверстие 148 вровень с уступом 146. Как таковой, второй многоштырьковый проводной соединитель 150 является коаксиальным с первым многоштырьковым проводным соединителем 126 и выставлен соосно с ним, как показано на фиг. 9. Этот второй многоштырьковый проводной соединитель 150 содержит пластиковый корпус с восемью электропроводящими выводами для подключения к проводам 78Т кабеля передатчика. Второй многоштырьковый проводной соединитель 150 может взаимодействовать с первым многоштырьковым проводным соединителем 126.
Шарнир 132 содержит втулку 152, имеющую наружную резьбу 154. Втулка 152 обеспечивает механическое соединение с корпусом 30 управления или с технологическим адаптером 32 в зависимости от ориентации соединительного узла 26. Втулка 152 садится на шейку 140. Между ними вставлена пара уплотнительных колец 156 и 158. Прямоугольное кольцо 159 в верхнем конце 160 шейки 140 удерживает шарнир 132 на шейке 140. В дугообразной канавке 164 в уступе 138 корпуса принимается роликовый штифт 162, продолжающийся от шарнира 132, с целью ограничения вращения шарнира 132 относительно корпуса 130 соединителя. Запорный установочный винт 166 через втулку 152 избирательно входит в зацепление с шейкой 140, запирая шарнир в требуемом положении по отношению к приемному корпусу 130 соединителя.
Для того чтобы предотвратить повреждения пластиковых проводных соединителей 126 и 150, соединители 100 и 102 должны быть выставлены между собой, прежде чем эти проводные соединители 126 и 150 начнут взаимно замыкаться в процессе вставки. Это достигается посредством смещенного выступа 120 в комбинации со смещенным отверстием 148. На фиг. 9 соединители 100 и 102 показаны разъединенными. По мере того, как первый соединитель 100 вставляется во второй соединитель 102, как это показано на фиг. 11, втулка 108 плотно входит в первое отверстие 142. Однако, прежде чем проводные соединители 126 и 150 буду взаимодействовать между собой, первый соединитель 100 необходимо повернуть так, чтобы смещенный выступ 120 совпал со смещенным отверстием 148, чтобы можно было осуществлять дальнейшую вставку. При таком выравнивании проводные соединители 150 и 126 будут правильно выставлены между собой для их полного взаимного ввода и соединения, как показано на фиг. 10.
В смещенное отверстие 148 прямо под ободок 122 продолжается пара запорных установочных винтов 168 и 170 (см. фиг. 8В и 8С) для выборочного зацепления со смещенным выступом 120, чтобы скрепить первый соединитель 100 со вторым соединителем 102.
Как и в случае с первым соединителем 100, второе сквозное отверстие 136 над вторым проводным соединителем 150 заполняет герметизирующий компаунд 72. Таким образом, проводи 78T и 78P заключены в утвержденный огнеупорный герметизирующий компаунд. Кроме того, между шарниром 132 и шейкой 140 предусмотрен цилиндрический пути FP1, отводящий пламя (см. фиг. 10). Другой цилиндрический путь FP2, отводящий пламя, предусмотрен между телом 104 первого соединителя и приемным корпусом 130 второго соединителя.
Как описано в настоящем документе, передатчик 22 является выборочно съемным с зонда 24. Это делается посредством соединительного узла 26, который дает возможность снимать передатчик 22 с зонда 24 (см. фиг. 3) и позволяет разворачивать его относительно зонда 24 (см. фиг. 1). Альтернативно, соединительный узел 26 мог бы быть использован с удлинительным кабелем 34, для того чтобы обеспечить возможность удаленной установки передатчика 22 относительно зонда 24 (см. фиг. 4).
В частности, соединительный узел 26 посредством первого соединителя 100 и второго соединителя 102 обеспечивает возможность снятия корпуса 30 управления и, таким образом, зонда 24 с технологического адаптера 32 для технического обслуживания и т.п. Кроме того, использование шарнира 132 обеспечивает возможность поворота соединителей 100 и 102 относительно друг друга, для того чтобы установить заданную ориентацию корпуса 30 управления. Более того, кабель 34 (см. фиг. 4) на одном своем конце содержит третий соединитель 100ʹ, подобный первому соединителю 100, а на противоположном конце - четвертый соединитель 102ʹ, подобный второму соединителю 102, что позволяет осуществлять удаленную установку корпуса 30 управления относительно технологического адаптера 32 с теми же соединительными элементами на каждом конце, что и соединительный узел 26.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что существует множество возможных модификаций, которые будут приложены к конкретным формам конструктивных признаков и компонентов раскрытых вариантов осуществления, оставаясь в рамках сущности раскрытых здесь концепций. Соответственно, в пунктах формулы изобретения не должно просматриваться никаких ограничений на конкретные формы раскрытых в данном документе вариантов осуществления, если это не выражено в этих пунктах в явном виде. Хотя выше было подробно описано лишь несколько вариантов осуществления изобретения, возможны и другие модификации. Эти другие варианты осуществления могут находиться в рамках объема нижеследующих пунктов формулы изобретения.