针对高压应用的管道内过程流体压力变送器制造技术

提供了一种管道内过程流体压力变送器。该变送器包括被配置为与过程流体源耦合的过程流体连接器。插头与过程流体连接器耦合并且具有被配置为向插头的远端传送流体的通道。压力传感器子套件在焊缝处与插头耦合。压力传感器子套件具有与通道的远端可操作地耦合的压力传感器，使得压力传感器对过程流体压力做出反应。插头包括环绕焊缝的侧壁。变送器电子装置与压力传感器耦合，并被配置为测量压力传感器的电特性和基于所测量的电特性来提供过程流体压力值。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
工业过程流体压力变送器被用于测量工业过程流体的压力，例如化学、纸浆、汽油、制药、食品和/或其他流体处理工厂中的浆料、液体、蒸汽或气体。经常在过程流体附近或者在现场应用中放置工业过程流体压力变送器。这些现场应用经常经受恶劣和变动的环境条件，这对这种变送器的设计者提出了挑战。许多过程流体压力变送器中的感测单元经常是基于电容的或基于电阻的传感器。隔离膜片一般用于分离过程流体与电有源感测单元，由此防止有时可能粗糙的、腐蚀性的、不洁的、受污染的或具有极高温度的过程流体与压力变送器的电组件交互。过程流体一般对隔离膜片产生作用，生成隔离膜片的偏转，该偏转移动或以其他方式使得膜片后面的填充流体发生位移，这生成了压力传感器的感测膜片的关联移动。压力传感器具有电特性，例如随施加的压力变化的电容或电阻。使用过程流体压力变送器内的测量电路来测量该电特性，以提供与过程流体压力相关的输出信号。还可以根据已知的工业标准通信协议对输出信号进行格式化，并将输出信号通过过程通信环路向其它现场设备或控制器发送。管道内(inline)过程流体压力变送器一般具有能够与过程流体压力源耦合并提供对过程流体压力的指示的单个过程流体压力入口。该指示可以相对于大气(例如表指示(gage indication))，或相对于真空(例如绝对压力测量)。经受高最大工作压力(MWP)的管道内压力变送器提出了特定的设计挑战。仅仅提供能够经受最大工作压力的单个应用的结构可能不够鲁棒以在反复地移动到并超出最大工作压力的情况下避免疲劳。因此，对于日益增长的高压市场，例如海底油气井，还需要提供适用于在这种环境中扩展使用的管道内过程流体压力变送器。
技术实现思路
提供了管道内过程流体压力变送器。该变送器包括被配置为与过程流体源耦合的过程流体连接器。插头与过程流体连接器耦合并具有被配置为向插头的远端传送流体的通道。压力传感器子套件在焊缝处与所述插头耦合。压力传感器子套件具有与通道的远端可操作耦合的压力传感器，使得压力传感器对过程流体压力做出反应。插头包括环绕所述焊缝的侧壁。变送器电子器件与所述压力传感器耦合，并被配置为测量压力传感器的电特性并基于所测量的电特性来提供过程流体压力值。附图说明图1是本专利技术的实施例尤其适用的管道内过程流体压力变送器的概略透视图。图2是本专利技术的实施例尤其适用的管道内过程压力变送器100的概略图。图3是市售的高压管道内压力传感器套件的概略图。图4是根据本专利技术的实施例的高压管道内压力传感器子套件的概略图。图5是根据本专利技术的另一个实施例的高压管道内压力传感器子套件的概略图。图6是根据本专利技术的另一个实施例的高压管道内压力传感器子套件的概略图。图7是根据本专利技术的另一个实施例应用于压力传感器子套件的附加支撑环的概略图。具体实施方式图1是本专利技术的实施例尤其适用的管道内过程流体压力变送器的概略透视图。压力变送器100包括过程流体连接器102，过程流体连接器102被配置为与过程流体源104耦合。在连接器102处引入的过
程流体向隔离膜片挤压，隔离膜片将过程流体压力传送给在传感器主体106内布置的压力传感器。压力传感器(图2中概略示出)具有电特性(例如电容或电阻)，电特性由电子装置外壳108中的测量电路来测量并由控制器使用合适的计算方式来变换为过程流体压力。过程流体压力可以经由通过导管110耦合的电线110在过程通信环路上传送，和/或经由显示器112本地显示。此外，在一些实现中，可以无线传送过程流体压力。图2是本专利技术的实施例尤其适用的管道内过程压力变送器100的概略图。压力变送器100包括与传感器主体106耦合的电子装置外壳108。在电子装置外壳108内布置变送器电子装置，并且变送器电子装置包括通信电路114、电源电路118、控制器122、显示器112和测量电路124。通信电路114在电子装置外壳108内布置，并且可以经由导体116与过程通信环路耦合。凭借与过程通信环路116耦合，通信电路114允许管道内过程压力变送器100根据工业标准过程通信协议来进行通信。此外，在一些实施例中，变送器100可以经由其与过程通信环路的耦合来接收操作所必需的所有电功率。相应地，压力变送器100包括电源模块118，在一些实施例中，如在被标记为“通往所有”的附图标记120处指示的，电源模块118与过程通信环路耦合，以便向变送器100的所有组件提供合适的操作功率。合适的过程通信协议的示例包括：高速可寻址远程换能器()协议、FOUNDATIONTM现场总线协议及其他过程通信协议。此外，本专利技术的实施例包括无线过程通信，例如根据IEC 62591(无线HART)的无线过程通信。控制器122与通信电路114以及测量电路124耦合，并被配置为使测量电路124提供来自压力传感器126的数字指示或测量。对该数字指示进行处理或者以其他方式操作，以便生成控制器122经由通信电路114向其它合适的设备传送的过程压力值。在一些实施例中，控制器122可以是微处理器。本地显示器(例如显示器112)还可以显示过程流体压力或其他合适的量。本专利技术的方案一般包括对压力传感器仓设计的结构修改，其可以
被用于增加管道内类型压力变送器的最大工作压力(MWP)。在一些实施例中，MWP可以通过使用相对廉价和可容易工作的316L不锈钢以及激光焊接套件而增长到大约20,000PSI。本文所提供的各种实施例一般关注于增加在高压疲劳负载下的压力变送器的使用寿命。在焊缝的根部的应力集中是在设置传感器套件的最大工作压力中的常见限制因素。这些应力集中通常限制设计的疲劳寿命，即便套件针对最大工作压力的单一压力应用可以具有大于2.5的安全因子。此外，对压力传感器套件设计的其他约束增加了满足疲劳寿命要求的挑战。为了增加强度而增加的壁厚也增加了大小，并且在装配期间较厚的壁一般更难于焊接在一起。焊接的套件一般需要防止加压流体的损失。然而，在焊接过程期间焊接一般需要热输入，其必须被最小化以避免损坏传感器。该热输入一般限制焊接的大小和强度。压力传感器子套件的构建材料可能是限制因素。该材料优选的是廉价的、抗腐蚀的并且易于焊接的。300系列不锈钢是满足这些要求的常见选择。然而，这种廉价材料(300系列不锈钢)的代价是它们的强度。300系列不锈钢与类似的廉价的碳钢相比具有低得多的强度，并且300系列不锈钢与更强的、抗腐蚀的镍基合金相比(例如C-276和镍铬铁合金625)更廉价。合金C-276可以从印第安纳州，科科莫的海恩斯国际公司获得，商品名为哈氏合金(Hastelloy)C276；铬镍铁合金625可以从纽约，新哈特福德的特种金属家族公司获得。合金C276具有以下化学组成(按照重量％)：钼15.0～17.0、铬14.5～16.5、铁4.0～7.0、钨3.0～4.5、钴最大2.5、锰最大1.0、钒最大0.35、碳最大0.01、磷最大0.04、硫最大0.03、硅最大0.08以及其余的镍。在同一套件中使用不同的构造材料可以允许在成本和强度之间进行优化。然而，这种不同的材料会引入其他挑战，例如如何将不同材料相接合。图3是市售的高压管道内压力传感器套件的概略图。在所示的示例中，传感器套件通常可用于大约10,000PSI MWP。在传感器套件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管道内过程流体压力变送器，包括：过程流体连接器，被配置为与过程流体源耦合；插头，与所述过程流体连接器耦合，所述插头具有被配置为向所述插头的远端传送流体的通道；压力传感器子套件，在焊缝处与所述插头耦合，所述压力传感器子套件具有压力传感器，所述压力传感器与所述通道的远端可操作耦合，使得所述压力传感器对过程流体压力做出反应；其中，所述插头包括环绕所述焊缝的侧壁；以及变送器电子装置，与所述压力传感器耦合，并被配置为测量所述压力传感器的电特性并基于所测量的电特性来提供过程流体压力值。

【技术特征摘要】
2015.03.30 US 14/672,6471.一种管道内过程流体压力变送器，包括：过程流体连接器，被配置为与过程流体源耦合；插头，与所述过程流体连接器耦合，所述插头具有被配置为向所述插头的远端传送流体的通道；压力传感器子套件，在焊缝处与所述插头耦合，所述压力传感器子套件具有压力传感器，所述压力传感器与所述通道的远端可操作耦合，使得所述压力传感器对过程流体压力做出反应；其中，所述插头包括环绕所述焊缝的侧壁；以及变送器电子装置，与所述压力传感器耦合，并被配置为测量所述压力传感器的电特性并基于所测量的电特性来提供过程流体压力值。2.根据权利要求1所述的管道内过程流体压力变送器，其中，所述插头是具有隔离膜片的隔离插头，所述隔离膜片被布置为接触所述过程流体并响应于过程流体压力而偏转，并且所述隔离插头具有在所述通道中布置的填充流体。3.根据权利要求1所述的管道内过程流体压力变送器，其中，所述侧壁被配置为向所述焊缝施加径向压缩力。4.根据权利要求1所述的管道内过程流体压力变送器，其中，所述侧壁沿轴向延伸超过所述压力传感器子套件。5.根据权利要求1所述的管道内过程流体压力变送器，其中，所述压力传感器子套件具有大约0.5英寸的直径。6.根据权利要求1所述的管道内过程流体压力变送器，其中，所述插头和所述压力传感器子套件是由相同材料形成的。7.根据权利要求6所述的管道内过程流体压力变送器，其中，所述材料是从由300系列不锈钢、双相不锈钢和超奥氏体不锈钢所组成的组中选择的。8.根据权利要求1所述的管道内过程流体压力变送器，其中，所述压力传感器子套件和所述插头之一是由300系列不锈钢形成的，而另一个是由双相不锈钢形成的。9.根据权利要求1所述的管道内过程流体压力变送器，其中，所述压力传感器子套件和所述插头之一是由300系列不锈钢形成的，而另一个是由超奥氏体不锈钢形成的。10.根据权利要求1所述的管道内过程流体压力变送器，还包括绕着所述侧壁的外径布置的支撑环。11.根据权利要求10所述的管道内过程流体压力变送器，其中，所述支撑环被配置为向所述侧壁施加径向压缩力。12.根据权利要求11所述的管道内过程流体压力变送器，其中，所述支撑环被按压装配到所述侧壁上。13.根据权利要求12所述的管道内过程流体压力变送器，其中，所述支撑环由与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·M·斯特瑞，查尔斯·R·威勒克斯，布雷克·T·彼得森，大卫·A·布罗登，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US