具有双隔室壳体的过程变量变送器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用在工业控制或监测过程的过程变量变送器，其包括具有形成于其中的腔的壳体。壳体包括在腔中限定第一和第二隔室的集成接线板。变送器还包括被配置以检测工业过程的过程变量的过程变量传感器。测量电路被支承在第一隔室中，并被配置以接收来自过程变量传感器的过程变量信号且提供输出。电连接件在第二隔室中被支承在集成接线板上并电连接至测量电路。
【专利说明】具有双隔室壳体的过程变量变送器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业过程控制或监测系统。具体地，本发明涉及这种系统中被配置以 检测过程变量的过程变量变送器。
【背景技术】
[0002] 过程变量变送器用在工业过程控制环境中。这种变送器连接至过程流体以提供与 该过程相关的测量结果。过程变量变送器可以被配置以监测与加工厂中的流体，如化工、纸 浆、石油、天然气、药物、食品和其它流体加工厂中的浆体、液体、蒸汽和气体相关的一个或 多个过程变量。示例性被监测过程变量包括流体的压力、温度、流量、液位、PH值、电导率、混 浊度、密度、浓度、化学成分或其它特性。典型地，过程变量变送器位于通常在现场的远程位 置处，并发送信息至中央位置，如控制室。过程变量变送器检测包括石油和天然气精炼厂、 化学储罐场、或化学处理工厂的多种应用中的过程变量。在多种情况中，这要求过程变量变 送器位于恶劣的环境中。
[0003] -些类型的过程变量变送器包括被分成两个单独的隔室的壳体。一个隔室包含电 路，另一个隔室包含用于连接至过程控制回路的接线板。在美国专利No.5, 546, 804中示出 了一种这样的配置。
【发明内容】
[0004] 提供了一种用在工业控制或监测过程的过程变量变送器，其包括具有形成于其中 的腔的壳体。壳体包括在腔中限定第一和第二隔室的集成接线板。变送器还包括被配置以 检测工业过程的过程变量的过程变量传感器。测量电路被支承在第一隔室中，并被配置以 接收来自过程变量传感器的过程变量信号且提供输出。电连接件在第二隔室中被支承在集 成接线板上并电连接至测量电路的输出。
[0005] 根据本发明的一个实施例，用在工业过程中的过程变量变送器包括：
[0006] 壳体，该壳体具有形成于其中的腔，该腔在第一开口和第二开口之间延伸，所述壳 体包括与该壳体一体地形成的集成接线板，该集成接线板在所述腔中限定了第一隔室和第 -隔室；
[0007] 过程变量传感器，其被配置以检测工业过程的过程变量；
[0008] 测量电路，其被承载在第一隔室中并被配置以接收来自过程变量传感器的过程变 量信号且提供输出；和
[0009] 端子连接件，其在第二隔室中被承载在所述接线板上，并电连接至所述测量电路。
[0010] 优选地，电子器件壳体包括聚合物。
[0011] 优选地，过程变量变送器包括接线销，所述接线销延伸穿过聚合物壁并在测量电 路和端子连接件之间提供电连接。
[0012] 优选地，过程变量变送器包括连接至接线销并设置在第二隔室中的接线柱螺丝组 件。
[0013] 优选地，接线柱螺丝组件包括叉子，该叉子延伸到集成接线板中，由此将接线柱螺 丝组件固定至集成接线板。
[0014] 优选地，端子连接器提供通向过程变量传感器的电连接。
[0015] 优选地，端子连接器提供通向双线式过程控制回路的电连接。
[0016] 优选地，过程变量变送器包括被构造以将电连接件固定至接线柱螺丝组件的螺 钉。
[0017] 优选地，过程变量传感器包括温度传感器。
[0018] 根据本发明的另一实施例，用于制造用在工业过程中的过程变量变送器的方法包 括下述步骤：
[0019] 模制过程变量变送器壳体，该过程变量变送器壳体具有形成在其中的腔并包括将 所述腔分成第一隔室和第二隔室的集成接线板；
[0020] 提供电连接件，该电连接件从第一隔室延伸穿过集成接线板至第二隔室；
[0021] 在第一隔室中放置被连接至电连接件的测量电子器件；以及
[0022] 将过程变量传感器连接至第二隔室中的接线柱螺丝组件，接线柱螺丝组件电连接 至延伸穿过集成接线板的电连接件。
[0023] 优选地，通过使用第二隔室中的接线柱螺丝组件将测量电路通过电连接件连接至 双线式过程控制回路。
[0024] 优选地，电连接件包括接线销。
[0025] 优选地，所述方法还包括下述步骤：用延伸到集成接线板中的叉子固定接线柱螺 丝组件，由此将接线柱螺丝组件固定至集成接线板。
[0026] 优选地，过程变量传感器包括温度传感器。
[0027] 优选地，所述方法还包括采用端盖密封第一隔室和第二隔室的步骤。
[0028] 优选地，所述方法还包括将过程控制回路连接至第二隔室中的端子连接器的步 骤。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1是示出了根据本发明的一个实施例的包括聚合物壁和销组件的过程变量变 送器的剖视图的示意图。
[0030] 图2是图1的根据本发明的一个实施例的过程变量变送器的销组件的放大视图。
[0031] 图3是图1的变送器的正视图，示出了接线板连接。
[0032] 图4是示出了图1的变送器的电路的简化示意图。
【具体实施方式】
[0033] 本发明提供了一种用在工业过程中的过程变量变送器，包括被划分成两个隔室的 壳体。这两个隔室由集成接线板限定，集成接线板将测量电路密封在第一隔室中并在两个 隔室之间提供密封。
[0034] 图1是示出用于监测或控制工业过程中的过程流体的工业过程控制或监测系统 10的简化示意图。典型地，过程变量变送器12位于现场中的远程位置处，并将检测到的过 程变量回传至定位在中央位置的控制室14。各种技术可以用于传送过程变量，包括有线和 无线通信二者。一种常见的有线通信技术采用已知的双线式过程控制回路16,其中单对电 线被用于传送信息以及提供电力至变送器12。用于传送信息的一种技术是借助于将通过过 程控制回路16的电流水平控制在4mA和20mA之间。4-20mA范围内的电流的值可以映射到 过程变量的对应的值。示例性的数字通信协议包括HART?(由叠加在标准的4-20mA模 拟信号上的数字通信信号构成的混合物理层）、FOUNDATION?Fieldbus(由美国仪表学会于 1992年颁布的全数字通信协议），Profibus通信协议或其它的通信协议。也可以实施无线 协议，如射频通信技术，包括WirdessH ART?。
[0035] 根据一个实施例，过程变量变送器12包括探测器19,其延伸到过程管道18中并 被配置以测量过程管道18中的过程流体的过程变量。示例性的过程变量包括压力、温度、 流量、液位、PH值、电导率、混浊度、密度、浓度、化学成分等。过程变量变送器12包括具有 形成在其中的腔40的壳体20,腔40在第一开口 42和第二开口 46之间延伸。第一开口 42 优选地具有圆筒形形状，使得端盖26可以螺纹连接至壳体20。类似的端盖24密封第二隔 室开口 46。
[0036] 单隔室过程变量变送器是已知的。这种变送器通常具有由被放置在壳体内的变送 器橡胶圆盘（puck)承载的电子模块，所述壳体包括端子连接件。然而，在单隔室配置中，内 部电子器件和其它专用部件在盖被移除时暴露于过程环境。因此，一些现有设有的配置采 用双隔室配置，其中变送器壳体由隔离壁分成第一隔室和第二隔室。隔离壁中的开口用于 在两个隔室之间布线。
[0037] 如图1所示，变送器12包括聚合物壁53,其被构造成提供环境密封件，该环境密 封件在腔40中限定第一隔室52和第二隔室50。聚合物壁53与壳体20整体地形成（单 件）。更具体地，壁53在单个模制步骤中与壳体20 -起制造，使得在壁53和壳体20之间 不存在接缝。测量电路23在第一隔室52中被支承在聚合物壁53上。测量电路23被配置 以接收来自过程变量传感器的过程变量信号并提供输出。
[0038] 聚合物壁53在壳体20中形成的腔40中的第一隔室52和第二隔室50之间提供 密封。如图1所示，变送器12包括销组件55,其包括连接至接线柱螺丝组件59的接线销 57。接线销57被支承在第二隔室50中并被构造以电连接至测量电路23。接线销57通过 使用已知的模制或其它技术模制到聚合物壁53中并延伸穿过聚合物壁53,且被采用已知 的焊接或其它技术连接至第一隔室52中的测量电路22。
[0039] 图2示出销组件55的一部分的剖视图。销组件55包括接线销57。在第一端处， 接线销57横向地延伸进入第二隔室50至接线柱螺丝组件59。接线销57被模制到聚合物 壁53中并延伸穿过聚合物壁53,以经由焊接或其它连接技术连接至测量电路23。接线柱 螺丝组件59被构造以接受电连接。接线柱螺丝组件59优选地包括接线柱螺丝64、固定支 架65和叉子（prong) 67,叉子67延伸到聚合物壁53中的相应的腔中以将接线柱螺丝组件 59固定至壁53。如图2所示，叉子67完全延伸穿过聚合物壁53,并且可以倾斜以将接线柱 螺丝组件59牢固地固定至所述壁53。叉子67可采用任意合适的连接技术连接至接线销 57,并且可以被制造成单个元件。销组件57通常由包括元件57、65的冲压部件和螺钉64 形成。
[0040] 图3是变送器12的正视图，示出位于隔室50中的端子组件59A，59B。控制回路端 子组件59B被支承在聚合物壁53的接线板侧并被构造以连接至过程控制回路16。聚合物 壁53的该接线板侧还支承传感器端子组件59A，传感器端子组件59A被构造以连接至诸如 温度传感器之类的过程变量传感器19。在图3中示出的配置中，壁53的接线板侧可以在不 将测量电路23暴露至过程环境的情况下由操作者在隔室50中访问。
[0041] 图4是过程变量变送器12的简化框图，更详细地示出了测量电路23。如图4所 示，测量电路23被设置在腔52中并包括微处理器150,微处理器150根据存储器152中载 有的指令运行。微处理器150通过定位在隔室50中的模数转换器156和传感器端子130 连接至过程变量传感器154。传感器154可以是任何类型的过程变量传感器，包括，例如，温 度传感器。微处理器150通过定位在隔室50中的输入/输出电路160和端子120连接至 双线式过程控制回路16。I/ 0电路160还配置成以源自双线式过程控制回路16的电力 产生用于给电路23供电的电力。可选的显示器22也可以被承载在壳体20中并用于本地 地显示信息。
[0042] 如图4中示意性地示出的那样，聚合物壁53将变送器壳体20分成腔50和52。测 量电路23定位在腔52中，而端子59A，59B定位在腔50中。如上所述，可以从变送器壳体 20上去除端盖26,从而可以由操作者访问端子59A，59B和腔50。例如，这可以用于将变送 器12连接至双线式过程控制回路16以及用于将测量电路23连接至过程变量传感器19。
[0043] 通过采用本发明，过程变量变送器的壳体通过单个模制步骤制造，其中聚合物壁 53提供与壳体一体地形成的接线板。如本文中使用的那样，术语"集成接线板"指的是将变 送器12的壳体中的腔分成两个单独的隔室的聚合物壁53。用于同时地形成包括聚合物壁 53的变送器壳体20的模制可以是任何适当的模制技术，包括注射模塑法。采用这种技术， 延伸穿过接线板的销57与变送器壳体一体地制成并延伸穿过接线板/聚合物壁53。销57 可以在模制壳体20时或者在之后的某个时间固定在合适的位置。与现有设计相比，聚合物 壁在腔50和52之间提供了屏障，而不需要诸如0形环、机械连接等之类的附加密封。类似 地，可以通过聚合物壁53定位和固定销57,而不需要额外的插入或密封步骤。这减少了两 个腔50和52之间的密封件出现任何失效的可能性。
[0044] 虽然已经参照优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将会认识到，在不偏 离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。虽然示出了温度传感器， 但可以采用任何类型的过程变量传感器。一种示例性聚合物是塑料。任何类型的端子都可 以被放置在腔50中，包括传感器端子、电力端子、回路端子等。本发明不要求端子59A和 59B二者都定位在腔50中。
【权利要求】
1. 一种用在工业过程中的过程变量变送器，包括： 壳体，该壳体具有形成于其中的腔，该腔在第一开口和第二开口之间延伸，所述壳体包 括与该壳体一体地形成的集成接线板，该集成接线板在所述腔中限定了第一隔室和第二隔 室； 过程变量传感器，其被配置以检测工业过程的过程变量； 测量电路，其被承载在第一隔室中并被配置以接收来自过程变量传感器的过程变量信 号且提供输出；和 端子连接件，其在第二隔室中被承载在所述接线板上，并电连接至所述测量电路。
2. 根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中电子器件壳体包括聚合物。
3. 根据权利要求1所述的过程变量变送器，包括接线销，所述接线销延伸穿过聚合物 壁并在测量电路和端子连接件之间提供电连接。
4. 根据权利要求3所述的过程变量变送器，包括连接至接线销并设置在第二隔室中的 接线柱螺丝组件。
5. 根据权利要求4所述的过程变量变送器，其中接线柱螺丝组件包括叉子，该叉子延 伸到集成接线板中，由此将接线柱螺丝组件固定至集成接线板。
6. 根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中端子连接器提供通向过程变量传感器 的电连接。
7. 根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中端子连接器提供通向双线式过程控制 回路的电连接。
8. 根据权利要求4所述的过程变量变送器，包括被构造以将电连接件固定至接线柱螺 丝组件的螺钉。
9. 根据权利要求1所述的过程变量变送器，其中过程变量传感器包括温度传感器。
10. -种用于制造用在工业过程中的过程变量变送器的方法，包括下述步骤： 模制过程变量变送器壳体，该过程变量变送器壳体具有形成在其中的腔并包括将所述 腔分成第一隔室和第二隔室的集成接线板； 提供电连接件，该电连接件从第一隔室延伸穿过集成接线板至第二隔室； 在第一隔室中放置被连接至电连接件的测量电子器件；以及 将过程变量传感器连接至第二隔室中的接线柱螺丝组件，接线柱螺丝组件电连接至延 伸穿过集成接线板的电连接件。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中通过使用第二隔室中的接线柱螺丝组件将测量 电路通过电连接件连接至双线式过程控制回路。
12. 根据权利要求10所述的方法，其中电连接件包括接线销。
13. 根据权利要求12所述的方法，包括下述步骤： 用延伸到集成接线板中的叉子固定接线柱螺丝组件，由此将接线柱螺丝组件固定至集 成接线板。
14. 根据权利要求10所述的方法，其中过程变量传感器包括温度传感器。
15. 根据权利要求10所述的方法，包括采用端盖密封第一隔室和第二隔室的步骤。
16. 根据权利要求10所述的方法，包括将过程控制回路连接至第二隔室中的端子连接 器的步骤。
【文档编号】G01D5/00GK104457800SQ201410054296
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】亚伦·安德鲁·佩罗, 德克·威利·鲍谢克, 劳伦·迈克尔·安格斯塔德 申请人:罗斯蒙特公司