КОЛЬЦЕВАЯ КРЫШКА И КОРПУС ДЛЯ ПОЛЕВОГО УСТРОЙСТВА
CIRCULAR COVER AND BODY FOR FIELD DEVICE

ПРЕДПОСЫЛКИ
Настоящее изобретение относится к электронным блокам, заключенным в корпус, и технологиям их изготовления, а конкретнее - к взрывобезопасным полевым устройствам со съемными крышками и технологиям их изготовления.
Полевые устройства, которые могут включать технологические трансмиттеры, контроллеры и т.д., используются на промышленных объектах во многих производственных процессах. Например, они могут включать датчик для измерения давления, температуры, вибрации, расхода или практически любого другого параметра, связанного с производственным процессом, и/или могут включать привод или другое устройство, которое осуществляет управление, контроль или иным образом взаимодействует с производственным процессом. Многие промышленные объекты расположены в агрессивных средах или могут подвергаться риску пожара, взрыва или вибрации и, поэтому, полевые устройства должны, как правило, изготавливаться во взрывозащищенном исполнении и рассчитываться на условия эксплуатации. Полевое устройство может обмениваться информацией - по беспроводной или проводной связи - с диспетчерской, другим устройством и т.д. для обеспечения управления производственным процессом. Как правило, полевые устройства устанавливаются в нужном месте и настраиваются оператором в месте установки с помощью программатора. Но такие программаторы дорогостоящи и их необходимо транспортировать на место установки для использования оператором. При этом желательно выполнять настройку полевых устройств, не снимая их крышки, поскольку их трудно снять и установить на место, а при снятой крышке внутренние элементы датчиков подвергаются воздействию окружающей среды. Поэтому желательно обеспечить местный операторский интерфейс, пригодный для использования с полевым устройством.
Как правило, в полевых устройствах используются съемные резьбовые крышки, которые крепятся к корпусу трансмиттера для обеспечения взрывобезопасного кожуха. Крутящий момент, возникающий при вхождении крышки в зацепление с корпусом трансмиттера (или при выходе из такого зацепления), а также вибрации или ударные нагрузки, возникающие в течение работы, могут нарушить, повредить или даже разрушить чувствительные цепи при физическом контакте крышки с ними или сопутствующими конструкциями (например, стеклом дисплея, несущим цепи ЛОИ). Поэтому, проблематично использовать стандартную резьбовую крышку для обеспечения локального операторского интерфейса (ЛОИ) для полевого устройства с компонентами ЛОИ, расположенными около крышки.
Рис. 1 - это перспективное изображение с пространственным разделением деталей стандартного узла муфты 20 (поставляемого компанией Rosemount, Inc., Чанхассен, Миннесота, Поз. №00079-0288-0001), который отвечает требованиям к взрывобезопасности стандарта Международной электротехнической комиссии (IEC) 60079-1 (2007 г.). Узел 20 включает первый штуцер (22), второй штуцер (24) и соединительное кольцо (26). Как правило, первый и второй штуцеры (22 и 24) имеют цилиндрическую форму и открытый конец и служат для подсоединения соседних труб, каналов и т.д. Они имеют сопряженные остроугольные шлицы (28) (остроугольные шлицы (28) на первом штуцере не показаны на Рис.1), которые входят в зацепление с образованием взрывобезопасной огнестойкой дорожки. Соединительное кольцо (26) может располагаться вокруг второго штуцера (24) на буртике (30) и навинчиваться на первый штуцер (22) для ввода второго штуцера (24) в зацепление с первым штуцером (22). Узел (20) обеспечивает вращение между первым и вторым штуцерами (22 и 24).
РЕЗЮМЕ
Узел полевого устройства согласно настоящему изобретению включает корпус; узел первой цепи, смонтированный на корпусе и расположенный как минимум частично в пределах корпуса; монтажную опора первой крышки, имеющую буртик; сопряженные ограничительные конструкции огнестойкой дорожки, расположенные на монтажной опоре первой крышки и корпусе; первое резьбовое соединительное кольцо, которое подогнано под монтажную опору первой крышки и обеспечивает вращение относительно нее; и узел второй цепи, прикрепленный к монтажной опоре первой крышки. Первое резьбовое кольцо входит в резьбовое зацепление с корпусом и включает конструкцию, входящую в зацепление с буртиком монтажной опоры первой крышки для ее крепления к корпусу. Узел второй цепи включает электрический соединитель для вставного соединения с разъемом в корпусе для соединения узлов первой и второй цепи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Рис. 1 - перспективное изображение с пространственным разделением деталей стандартной взрывобезопасной муфты.
Рис. 2A - блок-схема первого варианта реализации системы полевого устройства согласно настоящему изобретению.
Рис. 2B - блок-схема второго варианта реализации системы полевого устройства согласно настоящему изобретению.
Рис. 2C - блок-схема третьего варианта реализации системы полевого устройства согласно настоящему изобретению.
Рис. 3 - перспективное изображение с пространственным разделением деталей крышки и корпуса для полевого устройства согласно настоящему изобретению.
Рис. 4 - вид части полевого устройства в разрезе по линии 4-4 (Рис. 3).
Рис. 5 - вид части полевого устройства в разрезе с показом варианта реализации конструкции предотвращения вращения.
Рис. 6 - вид части крышки полевого устройства в разрезе.
Рис. 7 - блок-схема сборки крышки и корпуса для полевого устройства согласно настоящему изобретению.
Вышеуказанные рисунки показывают несколько вариантов реализации изобретения; рассматриваются также другие варианты реализации (см. описание ниже). Во всех случаях сущность изобретения раскрывается путем представления без ограничения. Следует понимать, что специалистами могут быть разработаны многие другие модификации и варианты реализации в рамках объема и сущности принципов изобретения. Масштаб рисунков может быть не выдержан. Аналогичные детали на рисунках указаны аналогичными справочными номерами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Полевые устройства часто используются в средах, в которых они подвергаются риску коррозии, пожара, взрыва, вибрации и другим экстремальным условиям. По этой причине полевые устройства, предназначенные для использования на промышленных объектах, имеют специальную конструкцию, рассчитанную на предполагаемые условия эксплуатации. Поэтому, полевые устройства имеют, как правило, прочный корпус из долговечных литых и механических обработанных металлических материалов с резьбовой (например, навинчиваемой) крышкой. Крышка может включать прозрачную часть над узлом локального интерфейса. С учетом требований к взрывобезопасности прозрачная часть крышки часто изготавливается из относительного толстого (например, толщиной около 10 мм или более) стекла.
Желательно иметь входы полевого устройства, которые могут активироваться без снятия крышки с корпуса, поскольку при снятой крышке внутренние элементы полевого устройства подвергаются воздействию внешней среды. Считывание емкостного сигнала с помощью сенсорной цепи с одной или более контактными площадками (или кнопками) возможно посредством таких диэлектрических материалов, как стекло или пластик, в составе прозрачной части крышки. Контактная площадка сенсорной цепи и человеческий палец (или другая конечность) образуют емкость, отделенную посредством диэлектрической прозрачной части крышки. Уровень сигнала емкостного измерения зависит от диэлектрика: чем выше диэлектрические свойства разделяющего материала, тем лучше обнаружение сигнала. Поэтому, чрезмерная толщина прозрачной части крышки может отрицательно сказываться на уровне сигнала. Более того, любой воздушный зазор в емкости приводит к дальнейшему снижению уровня сигнала, поэтому необходимо минимизировать количество воздуха для поддержания приемлемых уровней сигнала. Поэтому, желательно минимизировать или устранить воздушный зазор между сенсорной цепью и стеклом крышки и обеспечить относительно точный контроль такого воздушного зазора. Но поскольку полевые устройства, как правило, имеют резьбовую крышку, что позволяет обеспечивать требования к взрывобезопасности, крутящий момент, возникающий при вхождение крышки в зацепление с корпусом трансмиттера (или при выходе из такого зацепления), может нарушить, повредить или даже разрушить чувствительную цепь индикации, сенсорную цепь и/или другие цепи при контакте крышки с такими цепями. Вибрации могут также привести к аналогичному повреждению при физическом контакте цепи с крышкой. Более того, соединение стандартной резьбовой крышки затрудняет контроль воздушного зазора между сенсорной цепью и прозрачной частью крышки. Допуски между цепями крышки, присоединенными к корпусу, трудно контролировать, а монтаж электрических цепей на резьбовой крышке, которая вращается относительно корпуса, создает проблемы с выполнением электрических соединений между цепями и неподвижными компонентами корпуса. Следует также отметить, что хотя имеются сенсорные интерфейсы не только емкостного типа, другие типы интерфейсов не пригодны для использования в стандартных производственных технологических средах. Например, сенсорные экраны, в которых используется деформируемый сенсорный слой, могут быть непригодны для обеспечения взрывобезопасного корпуса полевого устройства.
В целом, настоящее изобретение обеспечивает систему полевого устройства и метод сборки, который обеспечивает монтаж чувствительных электронных цепей на крышке, которая крепится к соответствующему корпусу для обеспечения взрывобезопасного и огнестойкого кожуха и снижения риска повреждения электронных схем. Один или более неподвижных электрических соединителей, вставляемых в электрический разъем, могут использоваться для выполнения электрических соединений между цепями, несущей и крепежной конструкцией которых служит крышка, и цепями, несущей и крепежной конструкцией которых служит корпус. Крышка может закрепляться для предотвращения ее вращения относительно корпуса посредством подходящей конструкции. Соединительное кольцо может входить в зацепление (например, резьбовое) с корпусом и с крышкой для предотвращения вращения крышки относительно корпуса. Крышка может включать буртик, который входит в контакт с соединительным кольцом, чтобы соединительное кольцо удерживало крышку на корпусе. Соединительное кольцо может вращаться относительно корпуса и относительно крышки, предотвращая при этом вращение крышки относительно корпуса. Сопряженные ограничительные конструкции огнестойкой дорожки, например, остроугольные шлицы, могут располагаться на поверхностях сопряжения крышки и корпуса для обеспечения соответствующей взрывобезопасной огнестойкой дорожки между этими компонентами. В некоторых вариантах реализации для полевого устройства может обеспечиваться несколько крышек согласно настоящему изобретению, чтобы обеспечить электронные схемы в крышках на противоположных концах корпуса трансмиттера. Последующее описание и прилагаемые рисунки позволяют понять многие особенности и преимущества настоящего изобретения.
Рисунки 2A-2C схематично показывают ряд альтернативных вариантов реализации настоящего изобретения, при этом следует понимать, что возможны дополнительные варианты реализации. Дополнительные детали настоящего изобретения в отношении вариантов реализации, показанных на рисунках 2A-2C, приводятся на рисунках 3-7, которые обсуждаются ниже.
Рис. 2A - это блок схема первого варианта реализации системы полевого устройства (40), которая включает полевое устройство (42), предназначенное для взаимодействия с производственным процессом (44), и диспетчерскую (46), которая может обмениваться данными с полевым устройством (42). Полевое устройство (42) включает корпус (48), крышки (50A и 50B), соединительные кольца (52A и 52B), цепь управления (54), датчик/привод (56), электронные блоки (58A и 58B) и электрические соединители (60A, 60B, 62A и 62B).
Диспетчерская (46) может включать дисплеи, процессоры, программное обеспечение (ПО) управления или контроля памяти и ресурсов (например, ПО AMS Suite и PlantWeb от компании Emerson Process Management, Чанхассен, Миннесота) и другие компоненты для управления и контроля производственного процесса (44) и сбора и анализа данных от полевого устройства (42).
Цепь управления (54) крепится к корпусу (48) и как минимум частично расположена на нем. Более того, цепь управления (54) соединяется с электронными блоками (58A и 58B) и может включать один или более процессоров в стандартной конфигурации. Следует отметить, что в альтернативных вариантах реализации цепь управления (54) может быть реализована в виде ряда дискретных цепей в соответствии с областью конкретного применения. Например, цепь управления может быть отделена от цепи оконечного устройства (не показана) для обмена данными с диспетчерской (46) и датчиком/приводом (56).
Датчик/привод (56) предназначен для взаимодействия с производственным процессом (44). В разных вариантах реализации датчик/привод (56)может настраиваться на измерение давления, температуры, вибрации, расхода или практически любого другого параметра, связанного с производственным процессом (44) и/или включать привод или другое устройство, которое осуществляет управление, контроль или иным образом взаимодействует с производственным процессом (44). Цепь управления (54) электрически соединяется с датчиком/приводом (56) и может иметь любую конфигурацию, подходящую для контроля работы датчика/привода (56), сбора данных, обработки данных и т.д.
Полевое устройство (42) может обмениваться данными с диспетчерской (46). Обмен данными между полевым устройством (42) и диспетчерской (46) может осуществляться по системе беспроводной или проводной связи. Более того, обмен данными с диспетчерской (46) может быть прямым или через сеть, включающую любое число промежуточных устройств (не показаны). Цепь управления (54) может обеспечивать обмен данными по управлению и контролю с полевым устройством (42).
В показанном варианте реализации крышки (50A и 50B) служат несущими и крепежными конструкциями для электронных блоков (58A и 58B, соответственно) с использованием соответствующих крепежных деталей. Каждый из электронных блоков (58A и 58B) может обеспечивать практически любые нужные функции. Например, в одном из вариантов реализации электронный блок 58A может обеспечивать локальный операторский интерфейс (ЛОИ) с функциями дисплея и сенсорного интерфейса, а электронный блок 58B - защиту от переходных процессов для подсоединенных цепей. В альтернативных вариантах реализации в каждом из электронных блоков (58A и 58B) может обеспечиваться практически любой тип нужных цепей.
В показанном варианте реализации электронные блок 58A включает электрический соединитель (60A), а электронный блок 58B - электрический соединитель 62A. Электрические соединители (60B и 62B) служат для избирательного сопряжения с электрическими разъемами (60A и 62A, соответственно) для обеспечения электрических соединений между электронными блоками (58A и 58B) и цепью управления (54). Хотя в показанном варианте реализации электрические соединители (60B и 62B) показаны в качестве дискретных компонентов, расположенных в корпусе (48), отдельно от цепи управления (54), но с соединением с ней, в других вариантах реализации электрические соединители (60B и 62B) могут сопрягаться с цепью управления (54) или иметь любую другую подходящую конфигурацию. В одном из вариантов реализации каждый из электрических соединителей (60A, 60B, 62A и 62B) может быть стандартного контактного типа (например, 10-контактным), обеспечивая одно или более дискретных соединений путем вставки одного компонента (например, электрического соединителя 60A) в разъем (например, электрический соединитель 60B). Число дискретных электрических соединений, обеспечиваемых каждым электрическим соединителем, может изменяться в зависимости от области конкретного применения. В других вариантах реализации могут использоваться другие вставные электрические соединители, а также другие типы электрических разъемов, используемые для соединителей, отличных от вставных соединителей.
Соединительные кольца (52A и 52B) могут быть съемными резьбовыми для крепления крышек (50A и 50B, соответственно) к корпусу (48). Крышки (50A и 50B) могут располагаться на корпусе (48), например на разных отверстиях в корпусе (48), и могут прижиматься к корпусу (48) за счет зацепления соединительных колец (52A и 52B) с крышками (50A и 50B, соответственно) и корпусом (48). Между крышками (50A и 50B) и корпусом (48) может обеспечиваться взрывобезопасная огнестойкая дорожка и уплотнение, защищающее от воздействия окружающей среды (для простоты это уплотнения не показано на Рис. 2A), при этом полевое устройство (42) обеспечивается герметичным и взрывобезопасным кожухом. В некоторых вариантах реализации соответствующая конструкция предотвращения вращения может входить в зацепление между каждой крышкой (50A и 50B) и корпусом (48) для ограничения или предотвращения вращения крышек (50A и 50B) относительно корпуса (48). В свою очередь, это обеспечивает ограничение или предотвращения вращения электронных блоков (58A и 58B) относительно цепи управления (54), когда электронные блоки жестко прикреплены к крышкам (50A и 50B, соответственно), а цепь управления (54) жестко прикреплена к корпусу (48). В разных вариантах реализации конструкция предотвращения вращения может представлять собой электрические соединители (60A, 60B, 62A и 62B) или ограничительную конструкцию огнестойкой дорожки или может являться дополнительной конструкцией (не показана на Рис. 2A), включающей шлиц, шпонку, штифт, «ласточкин хвост» , бобышку, ограничитель и т.д.
В других вариантах реализации может обеспечиваться удерживающая конструкция (не показана) для предотвращения вращения соединительных колец (52A и 52B) относительно крышек (50A и 50B, соответственно). Например, каждое из соединительных колец (52A и 52B) может захватываться между стопором и буртиком на крышках (50A и 50B, соответственно), обеспечивая при этом вращение или другое перемещение относительно крышек (50A и 50B). Такая конфигурация позволяет снизить риск потери соединительных колец (52A и 52B) при снятии крышей (50A и/или 50B) с корпуса (48) и последующей установкой на место оператором.
Полевое устройство (42) может включать дополнительные компоненты, не показанные на Рис. 2A. Например, по мере необходимости, могут обеспечиваться уплотнения для защиты от воздействия окружающей среды и дополнительные цепи. Более того, конкретная конфигурация полевого устройства (42) может изменяться в зависимости от области конкретного применения.
Рис. 2B - блок-схема второго варианта реализации системы полевого устройства (40) (см. Рис. 4) согласно настоящему изобретению. Как правило, конфигурация системы полевого устройства (40′) аналогична конфигурации, показанной на Рис. 2A. Однако система 40′ включает крышку (50A), которая служит несущей конструкцией электронного блока (58A), и крышку (50C), которая не несет электронных компонентов. Крышка 50A может включать прозрачную деталь (66), через которую видна как минимум часть электронного блока (58A) из точки обзора вне полевого устройства (42). Между крышкой (50A) и корпусом (48) может обеспечиваться ограничительная конструкция взрывобезопасной дорожки, которая может образовываться посредством зацепления между крышкой (50C) и корпусом (48) определенным образом и/или с помощью ограничительной конструкции, аналогичной той, которая предусматривается для крышки 50A.
В варианте реализации, показанном на Рис. 2B, электронный блок (58A) определяет локальный операторский интерфейс (ЛОИ) и включает электрический соединитель (60A), цепь цифровой индикации (68) и сенсорную цепь (70). Части цепи цифровой индикации (68) и сенсорной цепи (70) могут располагаться рядом с прозрачной деталью крышки (66) и быть видны через нее. Сенсорная цепь (70) может быть любой конфигурации, которая обеспечивает сенсорную активацию оператором, а цепь цифровой индикации (68) может быть сконфигурирована в виде одного или более жидкокристаллических индикатором (ЖКИ) с дополнительной подсветкой или в виде цифрового дисплея любого типа, способного обеспечивать визуальный вывод (как альтернативный вариант, может использоваться аналоговый дисплей). В одном из вариантов реализации сенсорная цепь (70) обеспечивает один или более сенсорных участков, определяемыми электрическими контактными площадками (или кнопками) для избирательного формирования емкости с помощью конечности (например, пальца) оператора, расположенной около любого из таких участков сенсорной цепи (70). Таким образом, сенсорная цепь (70) может обеспечивать емкостную сенсорную активацию известным способом. Следует учитывать, что контактные площадки или кнопки, определяющие сенсорные участки сенсорной цепи (70), могут иметь любую конфигурацию, подходящую для области конкретного применения. В одном из вариантов реализации сенсорная цепь (70) может иметь в значительной степени прозрачные электрические дорожки (например, отформованные из оксида индия и олова) с опорой на стеклянные слои с частью (как минимум) сенсорной цепи (70) над (т.е. поверх) цепью цифровой индикации (68), так что цепь цифровой индикации (68) видима через сенсорную цепь (70). Это позволяет цепи цифровой индикации (68) обеспечивать индикацию практически любой информации, а сенсорным участкам цепи (70) - принимать ряд разных входных сигналов, соответствующих информации, отображаемой на каждой кнопке сенсорной цепи (70). Таким образом, электронный блок (58A) обеспечивает динамический операторский интерфейс, который может отображать ряд информации и принимать ряд входных сигналов в пределах относительно малой площади. Даже обычные пользователи по достоинству оценят возможность обеспечения электронным блоком (58A) любой компоновки меню и индикации, подходящей для области конкретного применения. В некоторых вариантах реализации сенсорная цепь (70) и цель цифровой индикации (68) могут иметь конфигурацию ППнС. Следует также отметить, что в альтернативных вариантах реализации сенсорная цепь (70) и цепь цифровой индикации (68) могут располагаться рядом друг с другом или в других компоновках - непосредственно поверх друг друга.
Поскольку цепь цифровой индикации (68) и сенсорная цепь (70) могут быть чувствительны к контакту с другими предметами, электронный блок (58A) может жестко крепиться к крышке (50A), чтобы ограничить или предотвратить относительное перемещение (например, вращение).
Полевое устройство (42) может включать дополнительные компоненты, не показанные на Рис. 2B. Более того, конкретная конфигурация полевого устройства (42) может изменяться в зависимости от области конкретного применения.
Рис. 2C - блок-схема третьего варианта реализации системы полевого устройства 40′′. Как правило, конфигурация системы полевого устройства (40′′) аналогична конфигурации системы полевого устройства (40′), показанной на Рис. 2B (которая, в свою очередь, аналогична конфигурации системы полевого устройства (40), показанной на Рис. 2A). Однако в системе 40′′ полевое устройство (42′′) включает крышку (50B), которая служит несущей конструкцией для электронного блока (58B), который обеспечивает защиту переходных электрических процессов (а не ЛОИ, как в случае системы 40′). Защита от переходных электрических процессов позволяет предотвратить повреждение полевого устройства (42′′) от переходных процессов, вызванных в замкнутой электропроводке молнией, сваркой, мощным электрооборудованием, распределительными устройствами и т.д. В варианте реализации, показанном на Рис. 2C, электронный блок (58B) включает цепь защиты от переходных процессов (74) и электрический соединитель (62A). Электропитание от диспетчерской (46) может направляться через цепь защиты от переходных процессов (74) перед поступлением в цепь управления (54) и т.д. Электронный блок (58B) может жестко крепиться к крышке (50B) с ограничением или предотвращением относительного перемещения (например, вращения). Как показано на рисунке, для полевого устройства (42′′) может обеспечиваться дополнительная крышка (50C). Следует понимать, что в альтернативных вариантах реализации может обеспечиваться одна или более дополнительных крышек любой нужной конфигурации или крышка (50C) может отсутствовать.
Цепь защиты от переходных процессов (74) может иметь любую нужную конфигурацию. Например, эта цепь может включать один или более следующих компонентов в любой нужной конфигурации: заземленный молниеотвод, пара резисторов для ограничения зарядов на диоды в цепи, диоды с малой емкостью для выпрямления заряда, один или более гасителей переходных процессов (например, блок взаимно противоположных зенеровских диодов Transorb от компании Vishay Americas, Шелтон, Коннектикут) или другие общеизвестные компоненты защиты от переходных процессов. В некоторых вариантах реализации цепь защиты от переходных процессов (74) может иметь уже известную конфигурацию, например, цепь, используемую в устройстве Rosemount 470™ Transient Protector (от компании Emerson Process Management, Чанхассен, Миннесота) или конфигурацию, раскрытую в находящейся на рассмотрении патентной заявке США №2010/0123591 A1.
Поскольку компоненты цепи защиты от переходных процессов могут быть относительно большими (в сравнении с корпусом типового полевого устройства), трудно разместить такую цепь в пределах ограниченного пространства корпуса. Крепление цепи защиты от переходных процессов (74) к крышке (50B) позволяет увеличить крышку (50B) или иным образом обеспечить размещение этой цепи без помех для компонентов внутри корпуса (48) или необходимости увеличения или изменения конструкции корпуса (48) и без необходимости обеспечения отдельного дополнительного корпуса для такой цепи.
Полевое устройство (42′′) может включать дополнительные компоненты, не показанные на Рис. 2C. Более того, конкретная конфигурация полевого устройства (42′′) может изменяться в зависимости от области конкретного применения.
Рис. 3 - это перспективное изображение с пространственным разделением деталей полевого устройства (42′), ранее описанного со ссылкой на Рис. 2B, хотя даже неспециалистам видно, что особенности, показанные на Рис. 3, могут быть также легко применены в других вариантах реализации (например, в вариантах, показанных на Рис. 2A и 2C). Для упрощения цепь и другие внутренние элементы в крышке (50A) и корпусе (48) не показаны на Рис. 3.
Как показано на Рис. 3, полевое устройство (42′) включает корпус (48), крышки (50A и 50C), соединительное кольцо (52A) и уплотнения (80A и 80C). В показанном варианте реализации корпус (48) имеет приблизительно цилиндрическую форму с суженной средней секцией. Противоположные концы корпуса (49) открыты к двум внутренним компонентам (на Рис. 3 видны только одно отверстие и отсек), которые могут быть отделены внутренней стенкой (82) (через которую могут быть предусмотрены соответствующие электрические сквозные соединения). Одна или более горловин (84), которые открыты как минимум к одному из внутренних отсеков корпуса (48) может обеспечиваться для присоединения соответствующих каналов и/или монтажа полевого устройства (42′) для взаимодействия с производственным процессом (44) (рис. 2B). На корпусе (48) может обеспечиваться резьба (85). Корпус (48) может изготавливаться из металла или другого подходящего материала.
Как показано на Рис. 3, уплотнения (80A и 80C) расположены между корпусом (48) и крышками (50A и 50C, соответственно). В показанном варианте реализации уплотнения (80A и 80C) представляют собой кольцевые уплотнения, которые обеспечивают защиту от проникновения жидкой среды между корпусом (48) и крышками (50A и 50C). На корпусе (48) и/или крышках (50A и 50C) могут предусматриваться канавки под уплотнения (80A и 80C).
В показанном варианте реализации соединительное кольцо (52A) может включать резьбу (88) и буртик (90) (или конструкцию зацепления); каждый из этих элементов может располагаться на наружной или внутренней поверхности соединительного кольца (52A). Кроме того, соединительное кольцо (52A) может включать соответствующие конструкции для обеспечения зацепления соответствующих инструментов, например ключ, для вращения соединительного кольца (52A). Соединительное кольцо (52A) может изготавливаться из металла или другого подходящего материала. В показанном варианте реализации соединительное кольцо (52A) подогнано под крышку (52A) с его резьбой (88), входящей в зацепление с резьбой (85) корпуса (48). В других вариантах реализации может использоваться удерживающая конструкция (не показана), например, стопор, для удержания кольца (52A) на крышке (50A) (с ориентацией в осевом направлении) с обеспечением вращения соединительного кольца (52A) относительно крышки (50A).
Как показано на Рис. 3, крышка (50A) включает монтажную опору (92) и прозрачную деталь (66), которая крепится к монтажной опоре (92). В показанном варианте реализации прозрачная деталь крышки (66) расположена в центральной части монтажной опоры (92). Эта опора может изготавливаться из металла, а прозрачная деталь крышки (66) - из стекла толщиной около 9 мм или более в соответствии с требованиями к взрывобезопасности. Электронный блок (58A) (не показан на Рис. 3 для простоты) может крепиться к монтажной опоре (92) и располагаться как минимум частично видимым через прозрачную деталь крышки (66) (см. Рис. 6). В альтернативных вариантах реализации прозрачная деталь крышки (66) может отсутствовать, крышка (50A) служить в качестве монтажной опоры (92).
На монтажной опоре (92) может предусматриваться буртик (94); он может располагаться на наружной поверхности крышки (50A) на ее периметре. Буртик (94) на крышке (50A) и буртик (90) на соединительном кольце (52A) могут быть посажены друг на друга (находиться в физическом контакте) при соединительном кольце (52A), входящем в зацепление с корпусом (48), таким образом, что соединительное кольцо (52A) передает силу зацепления с крышкой (50A) через соответствующие буртики (90 и 94) для обеспечения прижима крышки (50A) к корпусу (48). При вращении соединительного кольца (52A) буртики (90 и 94) могут перемещаться относительно друг друга.
Как показано на Рис. 3, крышка (50C) включает резьбу (96), которая может входить в зацепление с резьбой (85) на корпусе. Крышка (50C) может изготавливаться из металла. В показанном варианте реализации крышка (50C) не включает прозрачную деталь и не служит несущей конструкцией для электронного блока.
Крышки (50A и 50C) располагаются на противоположных концах корпуса (48) на отверстиях к внутренним отсекам корпуса (48). Крышки (50A и 50C) и корпус (48) могут включать ограничительные конструкции огнестойкой дорожки (96A-96D) (ограничительная конструкция (96A) на крышке (50A) и ограничительная конструкция (96D) на корпусе не показаны на Рис. 3). Ограничительные конструкции огнестойкой дорожки (96A и 96B) на крышке (50A) и корпусе (48), соответственно, сконфигурированы для сопряженного зацепления с образованием взрывобезопасной огнестойкой дорожки между ними. Аналогичным образом, ограничительные конструкции огнестойкой дорожки (96C и 96D) на крышке (50C) и корпусе (48), соответственно, сконфигурированы для сопряженного зацепления с образованием взрывобезопасной огнестойкой дорожки между ними.
В одном из вариантов реализации ограничительные конструкции огнестойкой дорожки (96A-96D) могут быть сконфигурированы в виде ряда концентрических кольцевых шлицев. Рис. 4 - это увеличенный вид части полевого устройства (42′) в разрезе по линии 4-4 (Рис. 3), показывающей вариант реализации ограничительных конструкций огнестойкой дорожки (96A и 96B) в виде осевых шлицев, расположенных радиально внутрь от уплотнения (80A), обеспечивающего защиту от воздействия окружающей среды. Ограничительная конструкция огнестойкой дорожки (96A) расположена, как правило, рядом с буртиком (94) (с выходом в противоположных направлениях), а ограничительные конструкции (96B) расположены, как правило, рядом с резьбой (85) и уплотнением (80A). Как показано на Рис. 4, ограничительные конструкции огнестойкой дорожки (96A и 96B) включают пять шлицев, входящих в полное зацепление. Хотя в альтернативных вариантах реализации может предусматриваться большее или меньше число шлицев, минимум пять шлицев может требоваться для определенных вариантов реализации для обеспечения соответствующей взрывобезопасной конструкции. Шлицы ограничительных конструкций огнестойкой дорожки (96A и 96B) могут иметь шаг (T) и прилежащий угол (α). В некоторых вариантах реализации шаг (T) может быть ≥1,25 мм (0,05 дюйма), а прилежащий угол (α) - около 60° (+/- 5°), с общей (радиальной) шириной шлицевой поверхности каждой ограничительной конструкции огнестойкой дорожки (96A и 96B) приблизительно 8,255 мм (0,325 дюйма).
Поскольку взрывобезопасная огнестойкая дорожка обеспечивается ограничительными конструкциями (96A и 96B), для ее обеспечения не требуется резьба (85 и 88), поэтому необходимо обеспечить только относительно небольшое число витков резьбы. Меньшее число витков резьбы (85 и 88) может обеспечивать зацепление соединительного кольца (52A) с корпусом (48) при ограниченном вращении деталей, которые могут обеспечивать более прочное зацепление.
Следует отметить, что в других вариантах реализации могут использоваться ограничительные конструкции огнестойкой дорожки, отличные от шлицев, в рамках настоящего изобретения. Например, могут использоваться ограничительные конструкции огнестойкой дорожки по стандарту МЭК IEC 60079-1 (2007 г.). Шлицевые ограничительные конструкции (96A и 96B) показаны на Рис. 3 и 4 исключительно в качестве примера и без ограничения вариантов реализации.
Рис. 5 - вид части полевого устройства (42′) в разрезе с показом варианта реализации узла предотвращения вращения. Как показано на Рис. 5, крышка 50A (например, монтажная опора (92) крышки 50A) включает первую конструкцию предотвращения вращения (100), а корпус (48) включает вторую конструкцию предотвращения вращения (102). Первая и вторая конструкции (100 и 102) могут входить в зацепление друг с другом для ограничения или предотвращения вращения между крышкой (50A) и корпусом (48). Первая и вторая конструкции (100 и 102) могут располагаться на противоположных поверхностях корпуса (48) и крышки (50A) или около таких поверхностей. В показанном варианте реализации первая конструкция предотвращения вращения (100) сконфигурирована в виде шлица, а вторая конструкция (102) - в виде канавки под шлиц. В альтернативном варианте реализации шлиц может располагаться на корпусе (48), а канавка - на крышке (50A). Более того, в других вариантах реализации первая и вторая конструкции (100 и 102) могут быть сконфигурированы в виде шлица, шпонки, штифта, «ласточкина хвоста», бобышки, ограничителя или другой конструкции или конструкций предотвращения вращения.
Рис. 6 - вид части крышки (50A) полевого устройства (42′) в разрезе. Как показано на Рис. 6, электронный блок (58A) использует кожух (110) в качестве несущей конструкции и располагается рядом с прозрачной деталью крышки (66). В показанном варианте реализации зазор (G) определяется между электронным блоком (58A) и внутренней поверхностью прозрачной детали крышки (66). Кожух (110) может входить в контакт с прозрачной деталью крышки (66) и позволяет контролировать размер зазора (G). В одном из вариантов реализации минимальный зазор (G) составляет около 0,254 мм (0,01 дюйма), но в альтернативных вариантах реализации этот зазор может быть больше или меньше. Кожух может изготавливаться из полимерного или другого подходящего материала. Электронный блок (58A) крепится к кожуху (110) с помощью соответствующих крепежных деталей; в свою очередь, кожух (110) может крепиться к монтажной опоре (92) (не показано на Рис. 6). Таким образом, монтажная опора (92), прозрачная деталь крышки (66), электронный блок (58A) и кожух (110) могут быть закреплены без вращения относительно друг друга. В показанном варианте реализации электрический соединитель (60A) является штыревым соединителем, который может входить вставляться в сопряженный разъем (не показан). На Рис. 6 оперативное соединение между электрическим соединителем (60A) и электронным блоком (58A) показано исключительно схематично. Даже неспециалисты могут по достоинству оценить широкий выбор возможных электрических соединений, например провода, гибкие цепи и т.д.
Рис. 7 - блок-схема сборки крышки и корпуса для полевого устройства. Метод, показанный на Рис. 7, пригоден для сборки полевого устройства, показанного на Рис. 2A, но может также применяться для других вариантов реализации полевого устройства. Метод, показанный на Рис. 7, может использоваться для изготовления полевого устройства, для подгонки действующего полевого устройства или для техобслуживания полевого устройства в месте эксплуатации.
Вначале, как показано на Рис. 7, первая крышка располагается относительно отверстия в корпусе (Этап 200), как правило, первая крышка удерживается в физическом контакте с корпусом. Первая конструкция предотвращения вращения вводится в зацепление между первой крышкой и корпусом (Этап 202) и выполняется первое электрическое соединение между электронными компонентами, несущей конструкцией которых служит первая крышка, и цепью, несущей конструкцией которой служит корпус (Этап 204). Этап выполнение первого электрического соединения (этап 204) может выполняться без вращения первой крышки (и сопутствующих электронных компонентов) относительно корпуса (и сопутствующих цепей), например, путем использования в основном линейного соединения между двумя сопрягаемыми соединителями. Затем первое соединительное кольцо вводится в зацепление с корпусом (Этап 206). Зацепление первого кольца может быть резьбовым. Образуется взрывобезопасная огнестойкая дорожка между первой крышкой и корпусом (Этап 208). Кроме того, первое соединительное кольцо давит на первую крышку, прижимая ее к корпусу (Этап 210).
Кроме того, вторая крышка располагается относительно другого отверстия в корпусе (Этап 300); как правило, вторая крышка удерживается в физическом контакте с корпусом. Вторая конструкция предотвращения вращения вводится в зацепление между второй крышкой и корпусом (Этап 302) и выполняется второе электрическое соединение между электронными компонентами, несущей конструкцией которых служит вторая крышка, и цепью, несущей конструкцией которой служит корпус (Этап 304). Этап выполнения второго электрического соединения (этап 304) может выполняться без вращения второй крышки (и сопутствующих электронных компонентов) относительно корпуса (и сопутствующих цепей), например, путем использования в основном линейного соединения между двумя сопрягаемыми соединителями. Второе соединительное кольцо вводится в зацепление с корпусом (Этап 306). Зацепление второго кольца может быть резьбовым. Образуется взрывобезопасная огнестойкая дорожка между второй крышкой и корпусом (Этап 308). Кроме того, второе соединительное кольцо давит на вторую крышку, прижимая ее к корпусу (Этап 310).
Следует отметить, что этапы метода, показанного на Рис. 7, могут выполняться в любой подходящей последовательности, необходимой для области конкретного применения. Например, этапы, включающие вторую крышку, могут выполняться до, после или одновременно с этапами, включающими первую крышку. Более того, в альтернативных вариантах реализации вторая крышка может отсутствовать, как и все сопутствующие этапы сборки. Кроме того, аналогичным способом может выполняться сборка дополнительных крышек. Дополнительные неописанные этапы смогут также выполняться по указанному методу.
Даже неспециалисты могут по достоинству оценить многочисленные преимущества настоящего изобретения. Например, настоящее изобретение позволяет электронным компонентам использовать в качестве несущей конструкции съемную крышку, которая входит в зацепление с корпусом, служащим несущей конструкцией для других цепей. Настоящее изобретение обеспечивает относительно простое, надежное и удобное в использовании сопряжение между компонентами, которое снижает потребность в гибких цепях или других более сложных соединениях. Кроме того, настоящее изобретение воплощает модульный принцип в отношении разных крышек, которые служат несущими конструкциями разных электронных компонентов и могут избирательно вводиться в зацепление с конкретным корпусом и заменяться или переставляться в последующем без изменения цепей внутри корпуса. Это обеспечивает возможность простого и удобного расширения или изменения функций, выполняемых полевым устройством. Более того, если имеется несколько отверстий в корпусе, крышка и электронный блок могут монтироваться на любом из них. Если крышка служит несущей конструкцией для локального операторского интерфейса (ЛОИ), узел ЛОИ может располагаться на любом отверстии, который обеспечивает нудный доступ для трансмиттера. С учетом настоящего раскрытия сущности изобретения даже неспециалисты могут по достоинству оценить дополнительные преимущества настоящего изобретения.
Поскольку изобретение описано для типовых вариантов реализации, специалисты должны понимать, что можно внести множество изменений и заменить компоненты на эквиваленты, не выходя за объем изобретения. Кроме того, множество модификаций можно выполнить, чтобы приспособить конкретную ситуацию или материал к концепции изобретения, не выходя за основной объем изобретения. По этой причине предполагается, что изобретение не ограничивается конкретным вариантом реализации и включает все варианты реализации в объеме прилагаемой формулы изобретения. Например, соединительное кольцо согласно настоящему изобретению может входить в зацепление с другими компонентами любым подходящим способом, например, байонетное соединение между кольцом и корпусом.