高整体性过程流体压力探头制造技术

本发明专利技术公开了一种过程流体压力测量探头，所述过程流体压力测量探头包括压力传感器，所述压力传感器由单晶材料形成并安装到第一金属过程流体屏障并被设置成用于与过程流体直接接触。压力传感器具有随着过程流体压力而改变的电气特征。馈通由单晶材料形成并具有从第一端部延伸到第二端部的多个导体。馈通安装到第二金属过程流体屏障并与压力传感器间隔开但电连接到压力传感器。压力传感器和馈通被安装成使得第二金属过程流体屏障通过第一金属过程流体屏障与过程流体隔离。

【技术实现步骤摘要】
高整体性过程流体压力探头
技术介绍
工业过程控制系统用于监测和控制用于生产或输送流体等的工业过程。在这种系统中，通常重要的是测量诸如温度、压力、流量及其它的“过程变量”。过程控制变送器测量这种过程变量并将与测量的过程变量有关的信息发送回到诸如中央控制室的中央位置。一种类型的过程变量变送器是测量过程流体压力并提供与测量的压力有关的输出的压力变送器。这种输出可以是压力、流量、过程流体的液位、或可以由测量的压力得出的其它过程变量。压力变送器被构造成将与测量压力有关的信息发送回到中央控制室。通常通过二线式过程控制回路提供所述发送，然而，有时使用其它通信技术。通常，压力通过某些过程联结器耦合(couple)到过程变量变送器。在许多情况下，变送器的压力传感器通过隔离流体或通过与过程流体的直接接触以流体连通的方式联接到过程流体。过程流体的压力使压力传感器产生物理变形，这使压力传感器产生诸如电容或电阻的相关电变化。压力屏障是容纳过程流体压力的机械结构。因此，压力屏障是过程流体压力测量系统的关键要求。为了提供一种安全且稳固的系统，一些制造商提供冗余的压力屏障。因此，如果主屏障失效，过程流体仍然可被辅助屏障容纳。用于压力测量的一种尤其有挑战的环境是具有非常高的工作压力的应用。一种这样的应用是海底环境。在这种应用中，过程设备被暴露给的静压力可能非常高。此外，过程流体可能会腐蚀许多公知的金属。例如，当前正在考虑需要20,000psi(磅/平方英寸)的最大工作压力(MWP)的一些海底应用。由于需要20，000psi的MWP，制造验收标准通常要求位于这种环境中的压力传感器的压力屏障承受2.5倍的最大工作压力。因此，在这种应用中的压力屏障将需要能经受50,000psi的压力。压力屏障的设计准则的重要之处在于所述压力屏障确保过程的整体性。具体地，如果一个或多个压力屏障失效，则过程流体可能进入环境中。这是非常不期望的，这是因为过程流体可能会燃烧或甚至爆炸，或可能会通常导致环境污染。因此，对于海底应用来说，理想的是在过程流体与海水之间或在过程流体与过程流体压力变送器的电子隔室之间提供两个压力屏障。
技术实现思路
一种过程流体压力测量探头包括压力传感器，所述压力传感器由单晶材料形成并安装到第一金属过程流体屏障且被设置成与过程流体直接接触。压力传感器具有随着过程流体压力而改变的电气特征。馈通由单晶材料形成并具有从第一端部延伸到第二端部的多个导体。馈通安装到第二金属过程流体屏障并与压力传感器间隔开但电连接到所述压力传感器。压力传感器和馈通被安装成使得第二金属过程流体屏障通过第一金属过程流体屏障与过程流体隔离。附图说明图1是本专利技术的实施例具体使用的单晶压力传感器的图解立体图；图2是在环境中使用的具有一对压力屏障的单晶压力传感器的图解视图；图3是根据本专利技术的一个实施例的高压、高整体性过程流体压力探头的图解视图；图4是根据本专利技术的一个实施例的用作辅助压力屏障的单晶馈通(feedthrough)的图解视图；图5是根据本专利技术的一个实施例的联接到压力变送器的高压、高整体性单晶过程流体压力探头；图6是根据本专利技术的一个实施例的高压、高整体性过程流体压力流体探头的图解分解图；以及图7是根据本专利技术的实施例的高压、高整体性过程流体压力探头的横截面图解视图。具体实施方式压力屏障可以具有各种形式。例如，过程隔离膜片通常作为主压力屏障很好地工作。此外，远程密封毛细管系统可以是有效的辅助屏障。玻璃或陶瓷集水管允许有效的电连接同时还提供有用的压力屏障。最后，压力传感器本身可以被设计成容纳压力并因此用作压力屏障。如上所述，压力屏障在过程流体压力测量中极其重要，这是因为所述压力屏障确保过程流体的整体性。然而，压力屏障产生许多问题。这种问题包括成本、复杂性、尺寸、可靠性、和顺从性。为了有效地访问海底环境，必须考虑许多设计准则。可靠性、安全、尺寸和成本所有都是重要的设计考虑。可靠性非常重要，这是因为过程流体测量系统的使用期可以大约为30年。此外，出故障的单元通常不能被容易地更换或修理。进一步地，提供可以更换的单元可能会导致这种设计的成本非常高并且更换过程本身可能会产生超过百万美元的成本。安全是重要的，这是因为关键是容纳压力和过程流体。海底过程流体压力测量系统通常在过程流体与海水之间需要两个压力屏障。尺寸是另一个重要的设计考虑。通常，较小的部件和系统是优选的，这是因为其更容易保持压力。进一步地，通过较小设计，其它仪器和装置具有更多的空间。仍然进一步地，假设使用相对独特的材料以抵抗海底环境中的腐蚀，则较小的设计有助于降低成本。因此，本专利技术的实施例总体提供一种与之前的装置相比成本较低、安全并且更加可靠的极高整体性的高压变送器。本专利技术的实施例总体使用适用于与过程流体本身直接接触的小的单晶压力传感器。这种压力传感器是公知的。例如，由蓝宝石构造而成的压力传感器已经被明尼苏达州Chanhassen市的EmersonProcessManagement使用。这些传感器可以经受高压和高温。此外，蓝宝石压力传感器可以被设置成用于与过程流体直接接触。蓝宝石压力传感器通常能够具有可以集成到过程船舶(例如，管或流动元件)中的独特体系结构。这种体系结构的优点在于过程压力被较好地容纳在容器内。虽然总体相对于由单晶材料形成的压力传感器描述了本专利技术的实施例，但是可以通过安装到如下所述的基板的任何压力传感器实施本专利技术的实施例。图1是本专利技术的实施例具体地使用的由单晶材料形成的压力传感器的图解立体图。如图1所示的压力传感器10是已知的。例如，美国专利No.6,520,020公开了这样一种传感器。在图1的右侧是在附图标记12处被示意性地图示的过程压力。过程流体压力在由箭头14所示的方向上作用以压缩基板16，其中所述基板16在一个实施例中由蓝宝石形成。蓝宝石基板16的这种压缩导致蓝宝石基板的层16、17之间的距离改变。导体19、21被沉积在压力传感器的内侧表面上，使得蓝宝石基板16、17的偏转导致导体19、21之间的电容的变化。通过连接到电端子18的适当电路检测电容的这种变化。过程屏障20在图1的中间被示出。这可以是管或罐壁，但是通常是可以焊接到过程管道或罐中的结构或容纳过程流体12的任何其它结构。压力传感器10穿过过程屏障20中的孔口并然后被铜焊到如由附图标记22和24所示的位置。图1的左侧是如由附图标记25表示的名义上的大气压力，在所述大气压力中设置电端子18。此外，在一些实施例中，压力传感器10可以包括诸如电阻温度检测器的温度传感器，所述温度传感器提供随着过程流体温度变化的诸如电阻之类的电指示。在可从EmersonProcessManagement获得的以商业名称Model4600出售的压力传感器10的商业上可用的实施方案中，过程膜片是分离过程流体与充油容器的主压力屏障。充油容器内的油接触蓝宝石基板16、17。在这种情况下，过程膜片是主压力屏障，而铜焊馈通是辅助压力屏障。两个屏障都可以承受极高的压力。因此，认为蓝宝石铜焊屏障是有效的压力屏障，这部分地是因为蓝宝石铜焊屏障被证明成本低且小。然而，在不使用隔离或过程膜片或隔离或过程膜片太大或太贵的实施例中，允许过程流体压力传感器10直接接触过程介质将使铜焊馈通变成主压力屏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过程流体压力测量探头，包括：压力传感器，所述压力传感器由单晶材料形成并安装到第一金属过程流体屏障且被设置成用于与过程流体直接接触，所述压力传感器具有随着过程流体压力变化的电气特征；馈通，所述馈通由单晶材料形成并具有从第一端部延伸到第二端部的多个导体，该馈通安装到第二金属过程流体屏障并与压力传感器间隔开但电连接到压力传感器；以及其中压力传感器和所述馈通被安装成使得第二金属过程流体屏障通过第一金属过程流体屏障与过程流体隔离。

【技术特征摘要】
2013.06.28 US 13/930,5831.一种过程流体压力测量探头，包括：压力传感器，所述压力传感器由单晶材料形成并安装到第一金属过程流体屏障且被设置成用于与过程流体直接接触，所述压力传感器具有随着过程流体压力变化的电气特征；馈通，所述馈通由单晶材料形成并具有从第一端部延伸到第二端部的多个导体，该馈通被铜焊到第二金属过程流体屏障并与压力传感器间隔开但电连接到压力传感器；以及电气互连，该电气互连设置在馈通和压力传感器之间并互连馈通和压力传感器，其中压力传感器和所述馈通被安装成使得第二金属过程流体屏障通过第一金属过程流体屏障与过程流体隔离。2.根据权利要求1所述的过程流体压力测量探头，其中压力传感器被铜焊到第一金属过程流体屏障。3.根据权利要求1所述的过程流体压力测量探头，其中所述单晶材料是蓝宝石。4.根据权利要求1所述的过程流体压力测量探头，其中所述电气特征是电容。5.根据权利要求1所述的过程流体压力测量探头，其中所述馈通包括被构造以检测第一金属过程流体压力屏障的故障的第二传感器。6.根据权利要求5所述的过程流体压力测量探头，其中第二传感器是压力传感器。7.根据权利要求1所述的过程流体压力测量探头，其中第一金属过程流体压力屏障被焊接到外金属导管，所述外金属导管的尺寸被形成为通过过程流体的导管中的孔口。8.根据权利要求7所述的过程流体压力测量探头，其中第二金属过程流体屏障被焊接到内金属导管，所述内金属导管的尺寸被形成为配合在外金属导管内。9.根据权利要求8所述的过程流体压力测量探头，进一步包括焊接环，所述焊接环被焊接到内金属导管和外金属导管。10.根据权利要求9所述的过程流体压力测量探头，其中内金属导管由不同于外金属导管的金属形成。11.根据权利要求8所述的过程流体压力测量探头，进一步包括被焊接到第一金属过程流体屏障和第二金属过程流体屏障的传感器组件管。12.根据权利要求11所述的过程流体压力测量探头，进一步包括被焊接到第一金属过程流体屏障的过程接口筛网。13.一种过程流体压力测量系统，包括：过程压力变送器，所述过程压力变送器被构造成测量至少一个压力传感器的电气特征并经由过程通信回路提供与至少一个测量值有关的过程压力输出；连接到过程压力变送器的过程流体压力测量探头...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·C·海德克，弗雷德·C·西特勒，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US