用于金属过程密封件的过程隔离膜片组件、过程流体压力变送器的制造方法
【专利摘要】一种过程流体压力变送器，包括传感器主体，传感器主体具有压力传感器和电子装置，电子装置连接到压力传感器并且从压力传感器获取压力指示。至少一个过程流体隔离组件流体连接到压力传感器并且被配置为接收过程流体，过程流体隔离组件包括焊接到焊接环上的隔离膜片，焊接环具有在第一侧面上的适合与金属密封环接触的密封表面和在第二侧面上的焊接到传感器主体上的焊接部分，密封表面和焊接部分基本互相对准。还涉及一种隔离膜片组件。基于本实用新型的技术方案，通过金属密封件传送的力以基本直线的方式被传递通过焊接环和焊接部分，如此，没有在过程流体压力的情况下创造力矩或扭矩，从而不容易出现基于疲劳的问题。
【专利说明】用于金属过程密封件的过程隔离膜片组件、过程流体压力
变送器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及过程流体压力测量。
【背景技术】
[0002]诸如过程流体压力变送器的过程装置通常使用连接到至少一个隔离膜片上的压力传感器检测压力，隔离膜片将压力传感器与将要被检测的过程流体隔离开，因此，可能是高腐蚀性的过程流体被保持为与压力传感器隔离，以避免对压力传感器的腐蚀或损坏。使用将隔离膜片流体连接到压力传感器的检测膜片上的通道中的基本上不可压缩的隔离流体将压力从隔离膜片传递至压力传感器，该检测膜片响应施加的压力而偏移，而且该偏移引起与该检测膜片连接或相关的结构的诸如电容的电参数的变化。
[0003]过程流体压力变送器通常耦合至使用集管(manifold)或其它合适的结构的过程。过程流体压力变送器被密封到集管上，以确保过程流体不泄露。在典型的过程流体压力变送器中，过程流体压力变送器的密封表面接触非金属密封件或其它合适的结构。用于连接隔离膜片的焊缝有时位于与密封件被安放的表面相同的表面上。然而，非金属密封件柔性足以容忍所述焊缝的表面的变化，而且还仍然有效地密封焊接表面。
[0004]一些非金属密封件能够保持超过6000psi的压力，但是，对于较高温度的、正常工作压力超过eooopsi的应用，金属密封件能够提供一些优点。使用金属密封件时，对于高压的应用，由于金属密封件的特定的表面精度要求，所以用于连接隔离膜片的焊缝通常不能定位在密封表面上。
[0005]提供一种保留金属密封件的所有优点以及具有较少缺点的过程隔离膜片组件，将代表对用于高压过程流体应用的过程隔离膜片组件的改进。
实用新型内容
[0006]为提供一种保留金属密封件的所有优点以及具有较少缺点的过程隔离膜片组件，提出本实用新型。
[0007]—种过程流体压力变送器，包括传感器主体，该传感器主体具有压力传感器和电子装置，该电子装置连接到所述压力传感器并且从所述压力传感器获取压力指示。至少一个过程流体隔离组件流体连接到所述压力传感器并且被配置为接收过程流体，所述过程流体隔离组件包括焊接到焊接环上的隔离膜片，所述焊接环具有在第一侧面上的适合与金属密封环接触的密封表面和在第二侧面上的焊接到所述传感器主体上的焊接部分，所述密封表面和焊缝基本互相对准。
[0008]可选地，所述焊接部分是焊接到所述传感器主体的凸焊部分。
[0009]可选地，所述至少一个过程流体隔离组件包括多个过程流体隔离组件，每一个所述过程流体隔离组件流体连接到所述压力传感器，以使得所述压力传感器提供压力差的指
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[0010]可选地，过程流体压力变送器进一步包括插入在所述隔离膜片和所述传感器主体之间的垫片。
[0011]可选地，过程流体压力变送器进一步包括将所述焊接环连接到所述传感器主体上的支撑焊缝。
[0012]可选地，所述支撑焊缝设置为邻近所述焊接环的外周。
[0013]可选地，过程流体压力变送器进一步包括连接到所述至少一个过程流体隔离组件的集管，所述集管使用金属密封件与所述隔离组件密封。
[0014]可选地，所述金属密封件是自激励密封件。
[0015]可选地，所述自激励密封件是C形环。
[0016]可选地，所述金属密封件与所述密封表面和所述凸焊焊缝基本对准。
[0017]可选地，所述焊接环的截面基本为矩形。
[0018]可选地，所述隔离膜片通过基本上不可压缩的流体流体地连接至所述压力传感器。
[0019]可选地，所述电子装置包括与所述压力传感器耦合的传感器电路和与所述传感器电路耦合的变送器电路，且该变送器电路被配置为通过过程通信线路将过程流体压力信息传送给另一装置。
[0020]一种用于过程流体压力变送器的隔离膜片组件，包括:具有第一侧面和第二侧面的圆形的焊接环，所述第一侧面具有适于与金属密封环接触的密封部分，而且所述第二侧面具有被配置为焊接到传感器主体上的焊接部分；焊接到所述焊接环的所述第二侧面上的隔离膜片；并且其中所述密封部分和所述焊接部分基本互相对准。
[0021]可选地，所述焊接部分是凸焊部分，该凸焊部分被配置为凸焊到所述传感器主体上。
[0022]可选地，隔离膜片组件进一步包括垫片，该垫片与所述膜片和被配置为凸焊到所述传感器主体上的所述第二侧面的一部分接近设置。
[0023]可选地，所述圆形的焊接环的截面基本上为矩形。
[0024]基于本实用新型的技术方案，通过金属密封件传送的力以基本直线的方式被传递通过焊接环和焊接部分。在这种方式下，没有在过程流体压力的情况下创造力矩或扭矩，从而不容易出现基于疲劳的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是过程流体差压变送器的示意图，具有该变送器的本实用新型的实施例特别有用；
[0026]图2是与已知的过程隔离膜片组件结合使用的非金属密封件的示意图；
[0027]图3是利用金属密封件的过程隔离膜片组件的示意图；
[0028]图4是根据本实用新型的实施例的利用金属密封件的过程隔离膜片组件的示意图；
[0029]图5是组装根据本实用新型的实施例的过程流体压力变送器组件的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0030]图1示出了示例性的过程流体压力变送器10，具有该变送器10的本实用新型的实施例特别有用。变送器10包括变送器主体12、连接凸缘或集管13和传感器主体14。尽管将关于共面凸缘对本实用新型的实施例进行描述，但本实用新型的实施例可以在任何种类的凸缘、集管或其它的接收过程流体的连接适配器上实施。
[0031]传感器主体14包括压力传感器16，而且变送器主体12包括变送器电路20，传感器电路18通过通信总线22被连接至变送器电路20，变送器电路20通过诸如两线过程控制回路(或电路)的过程通信线路发送与过程流体压力有关的信息。
[0032]在一些环境中，压力传感器16可以测量通路24中的压力Pl与凸缘13的通路26中的压力P2之间的压力差。压力Pl通过通路32被耦合至传感器16，压力P2通过通路34被耦合至传感器16。通路32延伸通过接头36和管40。通路34延伸通过接头38和管42。通路32和34填充有诸如硅油的相对不可压缩的流体。
[0033]通路24被定位在传感器主体14的开口 28附近，且通路26被定位在传感器主体14的开口 30附近。膜片46被定位在开口 28中，且被连接到邻近通路24的传感器主体14上。通路32通过接头36和传感器主体14延伸至膜片46。膜片50被连接到邻近通路26的传感器主体14上。通路34通过接头38和传感器主体14延伸至膜片50。
[0034]在操作中，当变送器10被螺栓连接到凸缘13上时，凸缘13挤压密封件48和52。密封件48被安放在邻近开口 24和膜片46的传感器主体14上，并防止过程流体经过凸缘13从通路24和开口 28泄露到外部环境中。类似地，密封件52被连接到邻近开口 26和膜片50的传感器主体14上，并防止过程流体经过凸缘13从通路26和开口 30泄露到外部环境中。
[0035]图2是与已知的过程隔离膜片组件结合使用的非金属密封件的示意图。隔离膜片58的外周被焊接到焊接环60上。然后焊接环60通过模块焊缝62焊接到传感器主体14上。一旦焊接环60被焊接到传感器主体14上，填充流体就可以通过通路32和填充腔64被引入到系统中。因此，随着过程流体作用在隔离膜片58上，隔离膜片58的运动使通路32中产生填充流体的运动，该运动将压力传递给差压传感器16。当压力变送器被安装到凸缘13上时，使用与焊接环60的凹槽68接合的诸如非金属密封件66的密封件。对于具有低压至中压的过程流体压力又具有低温至中温的过程流体温度的应用，非金属密封件工作得非常好。如图2所示，过程隔离膜片58被夹在传感器主体14与第二支撑件(焊接环60)之间、且经由第二支撑件(焊接环60)通过焊接被连接到传感器主体14上。焊缝位于凹槽68的底部，该凹槽68的底部也用于安放非金属密封件66。非金属密封件66能够密封模块焊缝62的表面，但仅限于能够对大约6000psi的压力进行密封，并且在暴露于极其热和/或冷的温度中时，它的密封能力下降。
[0036]金属密封件对于其可以安放的表面具有非常特定的要求，通过焊接环进行的焊接的暴露表面不满足这样的表面要求。
[0037]满足这样的表面要求的一种方式是将密封表面从直接在焊缝上或邻近焊缝的位置移到与焊缝有一偏移距离的位置，例如图3所示。图3图示了连接在凸缘13和焊接环70之间的金属密封件(C形环72)。焊接环70与传感器主体14之间的焊缝示出为与金属密封件72偏移。当图3所示的构造确保可以实现金属密封件72的表面要求时，明显的是，金属密封件作用在焊接环70的一部分上，以致施加力矩或扭矩到焊接环70中。因此，图3中所示的设计可能容易产生在过程压力超过6000psi时其疲劳寿命减少的问题。此外，金属密封件72与模块焊缝74之间的径向偏移会使得组件对金属密封件72引起的预加载荷敏感，这会负面地影响变送器的性能。
[0038]图4是根据本实用新型的实施例的用于金属过程密封件的过程隔离膜片组件的示意的剖视图。隔离膜片58在焊缝82处被焊接到焊接环80上。此外，膜片垫片84被设置或安装在膜片58上与焊缝82相对的一侧。垫片84用于允许隔离膜片58更可靠地焊接到焊接环80上。如图4所示，密封件72没有安放在焊接环80的任何凹槽中。相反地，焊接环80的截面基本为实心矩形。而且，金属密封件72压靠的焊接环80的一部分可以具有仔细控制的表面，以确保实现金属密封件72的表面要求。金属密封件72可以是任何合适的金属或合金形成的任何合适的金属密封件。然而，在一些实施例中，金属密封件72是诸如C形环的自激励金属密封件。利用这样的密封件时，随着过程流体压力增加，密封件72的密封能力相应地增加。
[0039]一旦隔离膜片58被连接到焊接环80上，并且膜片垫片84被连接在膜片58的顶部，该组件就在凸焊焊缝88处被焊接到传感器主体14上。凸焊焊缝88从焊接环80凸起到传感器主体14中。根据本实用新型的实施例，凸焊焊缝88或压靠在传感器主体14上的焊接环80的任何其它合适的结构优选与金属密封件72对准。因此，通过金属密封件72传送的力以基本直线的方式被传递通过焊接环80和凸焊焊缝88。在这种方式下，没有在过程流体压力的情况下创造力矩或扭矩。因此，相信图4所示的结构不容易出现基于疲劳的问题。
[0040]作为子组件操作，隔离膜片58通常被焊接到焊接环80上。根据已知的技术，这可以通过激光焊接完成。子组件焊接仅用于将膜片58连接到焊接环80上，而不直接影响金属密封件。然后子组件(焊接环和膜片)通过凸焊焊缝88被焊接到传感器主体14上。该凸焊焊缝具有被加工进焊接环80中的凸起特征，以与金属密封件72的安放表面直接对准的方式被定位。因为进行凸焊的过程不影响金属密封件72安放的焊接环的表面光洁度，所以这是可能的。通过将金属密封件72安放成与凸焊焊缝88直接对准，实现了焊接环80上的受压区域的更加平等的平衡，使得承受超过6000psi的过程流体压力时的疲劳寿命增加。此外，通过消除通常用于标准的焊接实践的凹槽，使得焊接环实际上更有刚性，而且如果需要，可以采用进一步增加高压疲劳寿命的第二结构支撑焊缝86。关于图4图示的实施例的另一个好处是，焊接环的凸焊焊缝88的直接载荷使得即使在高过程压力和高凸缘载荷下，过程隔离膜片组件仍保持一致的铰接点。第二支撑焊缝86可以位于邻近焊接环80的外周的位置处，以在第二位置连接焊接环80到传感器主体14上。增加第二支撑焊缝86为隔离膜片58进一步提供了改进和铰接点的一致性。在不影响膜片铰接点的情况下，还可以使用包括更大的密封载荷的其它金属密封件，而且他们不会负面地影响变送器的性能。
[0041]图5是组装根据本实用新型的实施例的过程流体压力变送器组件的方法的流程图。方法100开始于方框102，在方框102中，作为子组件操作，隔离膜片被焊接到焊接环上。该焊接可以根据包括激光焊接的任何合适的技术进行。下一步，在方框104中，使用凸焊焊缝将子组件焊接到过程流体压力变送器的传感器主体上。选择凸焊焊缝的位置以与将与金属密封件压靠的焊接环的一部分对准。要注意的是，对于每一个过程流体压力变送器的隔离子组件，方框102和104都将执行。因此，如果过程流体压力变送器是过程流体差压变送器，那么方框102和104将被执行两次。
[0042]一旦一个或多个隔离子组件被焊接到传感器主体上，如方框106中指示的那样，可以加入填充流体就。当过程流体压力变送器被安装到过程上，使用凸缘或集管来连接过程到变送器上。在方框108中，使用基本与凸焊焊缝对准的金属密封件将过程流体压力变送器安装到集管上。
[0043]尽管已经参照优选实施例对本实用新型进行了描述，然而本领域技术人员将会认识到，在不偏离本实用新型的实质和范围的情况下可以在形式和细节上进行变化。
【权利要求】
1.一种过程流体压力变送器，包括: 传感器主体，该传感器主体包括: 压力传感器； 电子装置，该电子装置连接到所述压力传感器并且被配置为从所述压力传感器获取压力指示； 至少一个过程流体隔离组件， 其特征在于: 该过程流体隔离组件流体连接到所述压力传感器并且被配置为接收过程流体，所述至少一个过程流体隔离组件包括焊接到焊接环上的隔离膜片，所述焊接环具有在第一侧面上的适合与金属密封环接触的密封表面和在第二侧面上的焊接到所述传感器主体上的焊接部分，其中所述密封表面和焊接部分基本互相对准。
2.根据权利要求1所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 所述焊接部分是焊接到所述传感器主体的凸焊部分。
3.根据权利要求2所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 所述至少一个过程流体隔离组件包括多个过程流体隔离组件，每一个所述过程流体隔离组件流体连接到所述压力传感器，以使得所述压力传感器提供压力差的指示。
4.根据权利要求2所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 过程流体压力变送器进一步包括插入在所述隔离膜片和所述传感器主体之间的垫片。
5.根据权利要求2所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 过程流体压力变送器进一步包括将所述焊接环连接到所述传感器主体上的支撑焊缝。
6.根据权利要求5所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 所述支撑焊缝设置为邻近所述焊接环的外周。
7.根据权利要求2所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 过程流体压力变送器进一步包括连接到所述至少一个过程流体隔离组件的集管，所述集管使用金属密封件与所述隔离组件密封。
8.根据权利要求7所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 所述金属密封件是自激励密封件。
9.根据权利要求8所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 所述自激励密封件是C形环。
10.根据权利要求7所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 所述金属密封件与所述密封表面和所述凸焊焊缝基本对准。
11.根据权利要求2所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 所述焊接环的截面基本为矩形。
12.根据权利要求2所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 所述隔离膜片通过基本上不可压缩的流体流体地连接至所述压力传感器。
13.根据权利要求2所述的过程流体压力变送器，其特征在于: 所述电子装置包括与所述压力传感器耦合的传感器电路和与所述传感器电路耦合的变送器电路，且该变送器电路被配置为通过过程通信线路将过程流体压力信息传送给另一>j-U ρ?α装直。
14.一种用于过程流体压力变送器的隔离膜片组件，其特征在于: 该隔离膜片组件包括: 具有第一侧面和第二侧面的圆形的焊接环，所述第一侧面具有适于与金属密封环接触的密封部分，而且所述第二侧面具有被配置为焊接到传感器主体上的焊接部分； 焊接到所述焊接环的所述第二侧面上的隔离膜片； 并且其中所述密封部分和所述焊接部分基本互相对准。
15.根据权利要求14所述的隔离膜片组件，其特征在于: 所述焊接部分是凸焊部分，该凸焊部分被配置为凸焊到所述传感器主体上。
16.根据权利要求15所述的隔离膜片组件，其特征在于: 隔离膜片组件进一步包括垫片，该垫片与所述膜片和被配置为凸焊到所述传感器主体上的所述第二侧面的一部分接近设置。
17.根据权利要求15所述的隔离膜片组件，其特征在于:所述圆形的焊接环的截面基本上为矩形。
【文档编号】G01L19/06GK204188330SQ201420688483
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】泰勒·马修·汤普森, 戴维·安东尼·霍基, 托马斯·厄尔·詹森 申请人:罗斯蒙特公司