专利名称：用于危险应用的表压传感器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及压力传感器，更具体的，涉及用在危险应用中的压力传感器。
背景技术：
压力传感器常用于监控和/或控制诸如油、水、气体之类的处理用流体的压力和流动。在很多情况下，对于以串联方式插入在处理用流体流程上的流体流量调节器来说，压力传感器是不可缺少的。在另一些情况下，对于无法实现调节功能以及附加或者串联插入在处理用流体流程上的监控设备来说，压力传感器是不可缺少的。例如，由Fisher控制国际公司提供的流体监控设备RegFloTM族(尤其是RF100系列流体监控设备)可包括入口压力传感器、出口压力传感器和辅助压力传感器，它们都可以通过螺纹啮合被连接成一体上。
对于某些工业应用，例如易燃处理用流体(例如可燃气体)之类的供给，需要防爆或者防燃等级的调节器、传感设备等。对于调节器来说，积聚在调节器壳体内的易燃处理用流体必须被适当的排放到周围环境或者大气中，以达到防燃或者防爆级别。总的来说，配置通气孔以防止易燃处理用流体在调节器壳体内的危险聚积，并防止在调节器壳体内开始的燃烧过程蔓延至调节器周围更大的过程中。例如，一个或更多的烧结金属火焰清除器(其为半多孔并具有极小的火焰通路)可用于提供必要的通气孔。
已知的防爆和防燃流体调节器、监控器等典型地被配置为使用一个或多个无需向大气排放的绝对压力传感器。众所周知，绝对压力传感器通常包含有膜片，该膜片的弯曲与其正反两面上的压力差成比例。对于绝对压力传感器来说，膜片的参考面或一侧朝向密闭腔室，而膜片的另一侧或面则受到被测的处理用流体的压力。由于绝对压力传感器膜片的参考面或侧并非一定要通气，故而将这种传感器连接到调节器或监控器壳体内，而不损害调节器或监控器的防爆或防燃级别，相对来说还是件易事。
遗憾的是，对于诸如天然气供给应用之类要求测量低压处理用流体的应用，使用绝对压力传感器并不理想。尤其是，由于膜片的参考侧或面被密封在大气压力附近，则典型的绝对压力传感器仅能准确感知高于一个大气压(即约为15磅/平方英寸的绝对压力)的压力。
另一方面，表压传感器更适于准确测量相对较低的压力。然而，表压传感器中膜片的面或侧必须要能通气。结果，要用表压传感器代替被典型用于防爆或防燃调节器和监控器的绝对压力传感器，而不损害这些设备的防爆或防燃级别，不会是件易事。
此外，典型的，表压传感器通过传感器壳体上的小开口通气，而这些小开口被暴露到传感器周围的环境空间以及与其有关联的调节器或监控器。结果，典型的表压传感器不能用于导致调节器和/或监控器被液体(例如水)淹没的调节器和/或监控器应用中。例如，许多涉及将调节器(以及诸如附加在其上的传感器等的设备)周期性或持续性的淹没在水中的地下应用。

发明内容
根据本发明的一个方面，压力传感器可包括壳体以及具有第一压力入口和第二压力入口的表压敏感元件。另外，该第一压力入口与待测的压力有关，该第二压力入口与大气压力有关。而且，该压力传感器还可包括布置在该壳体内并与该第二压力输入流体连接的火焰清除器。
根据本发明的另一个方面，防爆设备可包括带有第一火焰清除器的壳体，该第一火焰清除器使得壳体的内腔与大气压力通气。该防爆设备还可包括带有第二火焰清除器的压力传感器组件和带有第一和第二压力输入的表压敏感元件。该第一压力输入可流体连接到被配置为容纳处理用流体的端口，该第二压力输入可流体连接到该第二火焰清除器。此外，该第二火焰清除器可流体连接到该内腔。
根据本发明的再一方面，用在表压传感器的火焰清除器可包括圆柱形的主体部分，带有穿过其中的通路并被配置为布置在表压传感器组件中。该火焰清除器还可包括多个穿过该通路的耐火电接线，适于传输与该表压传感器中压力敏感元件相关的至少一个电信号。


图1是可用于防爆设备的现有绝对压力传感器组件的剖视图；图2是具有装配在其上的图1所示绝对压力传感器组件的现有防爆组件的剖视图；图3是具有装配在其上的示例表压传感器组件的示例防爆组件的剖视图。
具体实施例方式
图1是可用于防爆设备的现有绝对压力传感器组件10的剖视图。如图1所示，该压力传感器组件10包括圆柱形传感器壳体12、传感器子组件14、传输往来于传感器子组件14中的电信号的多个电接线16，以及当电接线16从该传感器壳体12中引出时，为电接线16提供出气冒口的索环或出气冒口塞(strainrelief plug)18。此外，该出气冒口塞18还可形成密封，防止处理用流体和/或其他污染物进出传感器壳体12。
该传感器子组件14包括输入端口或接头20、O形或其他圆形密封垫22以及压力敏感元件24。输入端口或接头20可被螺纹连接或压到壳体12中，并且可包括用于将传感器组件10和处理用流体相连接的内螺纹26。配置输入端口或接头20以将与该处理用流体相关的压力传送或传递给压力敏感元件24。配置O形或其他圆形密封垫22以防止处理用流体绕过压力敏感元件24并因此进入(或污染)传感器壳体12的较低部分28，和/或防止污染装配有传感器组件10的设备。
压力敏感元件24可以是具有膜片的基于硅的绝对压力传感器，该膜片对于穿过其正反两面上的压力差会发生弯曲或以其他方式进行响应。更具体的说，压力敏感元件24可提供可变阻抗和/或电容输出，响应于其第一、第二面30和32上的压力变化。特别的，如图1所示，压力敏感元件24的第一面30通过通路34接触到处理用流体。尽管图中未示出，但压力敏感元件24的第二面32朝向被加压到1个大气压左右的密闭内腔。如此，当与处理用流体相关的压力变化到高于一个大气压时，与该压力敏感元件24相关的阻抗和/或电容发生变化，并且可通过电接线16被感知。
图2是具有安装在其上的图1所示的绝对压力传感器的现有防爆组件50的剖视图。图2所示的防爆组件50，可以是对可能爆炸的处理用流体的压力和/或流量进行调节和/或监控的处理用流体流量调节器和/或监控设备。绝对压力传感器组件10安装在防爆组件50的壳体部分52上。此外，为达到防爆级别，壳体部分52被相对于其周围环境空间密封，并且通过火焰清除器54以及通气孔或开口56通气。在这种方式中，阻止积聚在壳体部分52内的任何处理用流体的燃烧蔓延至防爆组件50周围更大环境或空间。
由于压力传感器组件10被配置为检测或感知绝对压力，故压力传感器组件10相对于壳体部分52密封，且如此以来可能爆炸的处理用流体就不会积聚在压力传感器组件10内。
图3是具有内腔71且示例表压传感器组件72连接在其上的示例防爆组件70的剖视图。该示例表压传感器组件72包括带有输入部分76和连接部分78的壳体74、表压敏感元件80、印刷电路组件82以及火焰清除器84。
壳体74的输入部分76可包括被配置为向处理用流体提供1/4英寸国家管道螺纹连接的内螺纹部分86。然而，也可替代的使用其他连接机构或连接件结构。例如，壳体74的输入部分76可提供用于弹性橡胶或塑料管道的倒钩配合，用于金属管道和/或连接件的压配合，或者为用于处理用流体而设计的任意其他需要的连接方式。
壳体74的连接部分78通常是圆柱形，并包括使表压传感器组件72螺纹连接到防爆壳体90中的外螺纹88，而防爆壳体90可与诸如用于天然气的流量调节器和/或监控器之类的防爆设备相结合。当然，连接部分78并非一定要提供螺纹啮合，传感器组件72还可通过其他方式连接到防爆壳体90。例如，如有需要的话，可将连接部分78配置为压配合，则其可包括壳体90和/或传感器壳体74的弯皱(crimp)、戳伤(stab-in)或者其他机械变形，以将传感器组件72固定到防爆壳体90。可选的或者附加的，粘接、焊接等也可用于将传感器组件72固定到防爆壳体90。在任何情况下，传感器壳体74的连接部分78都优选被配置为与防爆壳体90紧密配合，以满足加拿大标准联盟(CSA)火焰通路要求，举例来说，要求连接部分78和防爆壳体90间的最大间隙为0.1毫米。
传感器组件壳体74还可包括提供机械阻挡的肩部、轴环或凸缘92，传感器组件72可抵住该肩部、轴环或凸缘92被紧固到防爆壳体90。肩部92还可发生变形或以其他方式密封防爆壳体90，以符合CSA火焰通路要求。
表压敏感元件80可以是任意需要的表压传感设备，其包括，例如基于硅的设备，以及那些利用变化的阻抗和/或电容输出以检测膜片响应于压力变化的变形的设备。特别的，敏感元件80的第一压力入口、面或侧94通过开口96承受与处理用流体相关的压力。此外，压力敏感元件80的第二压力入口、面或侧98承受防爆壳体90的内部压力，该压力通过第二火焰清除器100和通气孔102被保持在周围环境压力上。压力敏感元件80可具有直接焊接在印刷电路组件82上的电导线，以及用于如所示那样使印刷电路组件82和压力敏感元件80保持在壳体74内的保持机构104，例如定位环、波状垫圈或弹簧等。优选地，当压力传感器组件72用于诸如天然气供给应用之类要求控制和/或监控相对低压的应用时，压力敏感元件为0～3磅/平方英寸的传感器。
火焰清除器84优选但并非必须是圆柱形并由烧结金属制成。然而，也可替代的使用其他形状和/或材料。火焰清除器84的尺寸和配置满足CSA火焰通路要求(例如，火焰清除器84和壳体74间的接头长度小于0.1毫米)。多个耐火电接线106穿过火焰清除器84，以使电信号被传送入/出压力敏感元件80。优选但并非必要的，电接线106穿过火焰清除器84上的一个或多个开口或通路(未示出)，利用任何需要的技术使这些开口或通路被玻璃围住以达到耐火级别。如图3所示，可利用第二定位环108或其他设备固定或保持壳体74内的火焰清除器84。
亦如图3所示，可提供支撑或后部止动装置110，以在壳体90中发生爆炸时，提供过压保护。支撑110的尺寸和配置优选使压力敏感元件80内的膜片能承受(亦即受力时不致穿通)至少四倍的壳体90的额定爆炸压力。
因此，举例来说，通过壳体74的输入部分76，图3所示的示例表压传感器组件72流体连接到与处理用流体相关的第一压力。此外，通过火焰清除器84、传感器壳体90、以及与壳体90相关的第二火焰清除器100和通气孔102，表压传感器组件72流体连接到大气压力。以此方式，诸如图3所示的多个表压传感器组件通过它们被装配在其上的防爆壳体，以及通过例如由第二火焰清除器100和通气孔102所提供的普通防爆壳体孔，与大气压力通气。这种普通通气装置对于要求淹没防爆壳体的应用尤为有利，这是因为仅有普通通气孔需要从淹没壳体的液体表面延伸出来.。
尽管这里描述了特定的方法和装置，但本发明的覆盖范围并非仅限于此。相反，本发明覆盖落入所附权力要求的字面范围或等价原则范围之内的所有方法、装置和产品。
权利要求
1.一种压力传感器，包括壳体；表压敏感元件，具有第一压力入口和第二压力入口，其中该第一压力入口与待测的压力相关，且其中该第二压力入口与大气压力相关；以及火焰清除器，布置在该壳体内并流体连接到该第二压力入口。
2.如权利要求1所述的传感器，其中该火焰清除器包括多个连接到该表压敏感元件的耐火电接线。
3.如权利要求2所述的传感器，其中该多个电接线四周用玻璃包围。
4.如权利要求1所述的传感器，其中该壳体包括被配置为容纳可燃处理用流体的连接机构。
5.如权利要求4所述的传感器，其中该连接机构包括螺纹啮合。
6.如权利要求1所述的传感器，其中该压力传感器包括止动装置，以保持该压力敏感元件抵抗爆炸压力。
7.如权利要求1所述的传感器，其中该火焰清除器由烧结金属制成。
8.如权利要求1所述的传感器，其中该火焰清除器具有圆柱形的几何形状。
9.如权利要求1所述的传感器，其中该表压敏感元件基于硅。
10.一种防爆设备，包括壳体，具有使该壳体的内腔与大气压力通气的第一火焰清除器；以及压力传感器组件，包括第二火焰清除器以及具有第一和第二压力输入的表压敏感元件，其中该第一压力输入流体连接到被配置为容纳处理用流体的端口，且该第二压力输入被流体连接到该第二火焰清除器，并且其中该第二火焰清除器被流体连接到该内腔。
11.如权利要求10所述的传感器，其中该第二火焰清除器包括多个连接到该表压敏感元件的耐火电接线。
12.如权利要求11所述的传感器，其中该多个耐火电接线四周用玻璃包围。
13.如权利要求10所述的防爆设备，其中该防爆设备是处理用流体调节器和处理用流体监控设备中的一个。
14.如权利要求10所述的防爆设备，其中该第一和第二火焰清除器由烧结金属制成。
15.如权利要求10所述的防爆设备，其中该第二火焰清除器具有圆柱形的几何形状。
16.一种感知处理用流体表压的方法，包括在压力传感器组件的第一开口处检测该处理用流体的表压；通过流体连接在该压力传感器组件的第二开口上的火焰清除器，将该压力传感器组件的第二开口通气到流体处理设备的壳体；并且将该流体处理设备的壳体与大气压力通气。
17.如权利要求16所述的方法，其中该火焰清除器具有圆柱形的几何形状。
18.如权利要求16所述的方法，其中检测该处理用流体的表压包括通过穿过该火焰清除器的耐火电接线，传送来自该压力传感器组件的电信号。
19.如权利要求16所述的方法，其中将该流体处理设备的壳体与大气压力通气包括通过该第二火焰清除器将该流体处理设备的壳体通气。
20.一种用于表压传感器的火焰清除器，包括圆柱形的主体部分，具有穿过其中的通路，且被配置为布置在表压传感器组件中；以及多个耐火电接线，穿过该通路，并且适于传输与该表压传感器中压力敏感元件相关的至少一个电信号。
21.如权利要求20所述的火焰清除器，其中该圆柱形的主体部分由烧结金属制成。
22.如权利要求20所述的火焰清除器，其中该多个耐火电接线四周用玻璃包围。
全文摘要
用于感知表压的方法和装置，使用包括壳体、以及具有第一压力入口和第二压力入口的表压敏感元件的表压传感器。该第一压力入口与大气压力相关。配置在该传感器壳体内的火焰清除器将该第二压力入口流体连接到防爆设备的内部部分。
文档编号G01L19/06GK1754090SQ200380109869
公开日2006年3月29日 申请日期2003年11月12日 优先权日2003年2月19日
发明者唐纳德·保罗·派帕林, 丹尼斯·吉恩·希克尔斯, 理查德·J·范德拉 申请人:费希尔控制产品国际有限公司