共平面压力变送器模块及共平面压力变送器的制作方法

1.本实用新型总体上涉及测量领域，具体涉及一种共平面压力变送器模块及相应的共平面压力变送器。


背景技术：

2.本部分的内容仅提供了与本实用新型相关的背景信息，其可能并不构成现有技术。
3.压力变送器广泛应用于工业测量和控制领域，用于将所测量的过程流体的压力参数转换为各种标准电信号。压力变送器主要包括膜头、电子元件壳体、电路及其他配件。通常，膜头包含压力传感器并且经由法兰等安装件固定至容纳待测量过程流体的过程容器。电子元件壳体与膜头联接并包含用于供电、信号处理及传输等的电路。由于过程流体可能具有腐蚀性或处于高温，在膜头与法兰的密封连接交界面处通常设置有将过程流体与压力传感器隔离开的隔离膜片，隔离膜片一面暴露于过程流体，另一面经由膜头内部的不可压缩的填充流体而联接至压力传感器，从而允许通过填充流体来间接测量过程流体的压力。可测量压差的压力变送器包括两个过程流体入口，相应地包括一对隔离膜片。根据一对隔离膜片是否布置在同一平面上，压力变送器可分为双平面压力变送器和共平面压力变送器等类型。双平面压力变送器通常采用位于膜头两侧的两个平行布置的法兰进行安装，而共平面压力变送器仅需采用单个法兰进行安装，在保证高测量精度的同时显著减小了安装空间以及设备的整体重量。
4.对于共平面压力变送器而言，虽然单个法兰带来了很大的安装优势，但膜头与单个法兰之间的共平面密封连接所能承受的工作压力通常受到法兰的限制。例如，采用普通共平面法兰的共平面压力变送器的最大工作压力通常不超过4500psi。对于最大工作压力超过4500psi的高压应用，一般需要改用造价昂贵且更加厚重的特制高压法兰及配套的特制高强度螺栓，这增加了安装的成本和复杂性，需要更大的安装空间而且显著增大了设备的重量。
5.因此，对于共平面压力变送器而言，仍需要一种结构简单轻便、成本相对低廉但能够适用于高压应用的安装结构。


技术实现要素：

6.本实用新型的一个目的在于改进共平面压力变送器的膜头与法兰之间的密封连接的承压能力。
7.本实用新型的另一目的在于降低共平面压力变送器应用于高压工作环境的成本。
8.本实用新型的另一目的在于减轻适用于高压应用的共平面压力变送器的整体重量。
9.根据本实用新型的一个方面，提供了一种共平面压力变送器模块。该共平面压力变送器模块包括膜头和安装件。膜头包括具有平坦的底面的基部，基部上设置有贯穿基部
的安装孔。安装件包括具有平坦的顶面的本体，该顶面用于与膜头的底面共平面配合。本体上设置有过程流体入口和贯穿本体的安装孔。安装螺栓穿过膜头上的安装孔与安装件上的安装孔以将膜头固定至安装件。膜头还包括从基部的相对两侧延伸出的一对膜头侧凸台，每个膜头侧凸台上设置有通孔，并且安装件还包括从本体的相对两侧延伸出的一对安装件侧凸台，每个安装件侧凸台上设置有通孔，紧固螺栓穿过膜头侧凸台上的通孔与安装件侧凸台上的通孔并固定。
10.在一个实施方式中，一对膜头侧凸台可以相对于基部对称地设置，并且一对安装件侧凸台可以相对于本体对称地设置。
11.在一个实施方式中，膜头侧凸台与安装件侧凸台之间可以存在间隙。
12.在一个实施方式中，安装螺栓和紧固螺栓可以是碳钢螺栓或不锈钢螺栓。
13.在一个实施方式中，安装件还可以包括与过程流体入口流体连通的阀接口。
14.在一个实施方式中，一对膜头侧凸台和一对安装件侧凸台可以呈等腰梯形或半圆形或多边形。
15.根据本实用新型的一个方面，提供了一种包括根据上述方面的共平面压力变送器模块的共平面压力变送器。
16.在一个实施方式中，共平面压力变送器还可以包括容纳电路的电子元件壳体。
17.在一个实施方式中，共平面压力变送器还可以包括排放阀。
18.在一个实施方式中，共平面压力变送器还可以包括支承所述共平面压力变送器模块的附接件。
19.本实用新型通过在膜头及安装件的侧面设置凸台和额外的紧固螺栓来强化膜头与安装件之间的密封连接，从而提高了共平面压力变送器的最大工作压力。对于高压应用，无需再采用昂贵且厚重的高压法兰及高强度螺栓，降低了高压应用的成本并且减轻了设备的整体重量。
附图说明
20.以下将参照附图仅以示例方式描述本实用新型的实施方式。在附图中，相同的特征或部件采用相同的附图标记来表示，并且附图不一定按比例绘制。在附图中：
21.图1示出了根据本实用新型的一个实施方式的共平面压力变送器。
22.图2和图3分别示出了图1中的共平面压力变送器的膜头的立体图和俯视图。
23.图4和图5分别示出了图1中的共平面压力变送器的安装件的立体图和俯视图。
24.图6示出了根据本实用新型的共平面压力变送器模块与通用附接件连接的示意图。
具体实施方式
25.下文的描述本质上仅是示例性的而并非意图限制本实用新型、应用及用途。应当理解，在所有这些附图中，相似的附图标记指示相同的或相似的零件及特征。各个附图仅示意性地表示了本实用新型的实施方式的构思和原理，并不一定示出了本实用新型各个实施方式的具体尺寸及其比例。在特定的附图中的特定部分可能采用夸张的方式来图示本实用新型的实施方式的相关细节或结构。
26.在本实用新型的实施方式的描述中，所采用的与“上”、“下”相关的方位术语是以附图中所示出的视图的上、下位置来描述的。在实际应用中，本文中所使用的“上”、“下”的位置关系可以根据实际情况限定，这些关系是可以相互颠倒的。
27.图1示出了根据本实用新型的一个实施方式的共平面压力变送器1，其主要包括膜头2、安装件3、电子元件壳体4及布置在电子元件壳体4中的电路(未示出)，其中，膜头2与安装件3组成了本文中所称的“共平面压力变送器模块”。在使用时，共平面压力变送器1通过膜头2和安装件3而安装至过程容器(未示出)，以通过设置在膜头2内的测量膜片获取容纳在过程容器中的过程流体(气体或液体)的压力等物理参数并将获取的物理参数转换成与最终测量结果对应的各种标准电信号并输出。
28.图2和图3分别示出了膜头2的立体图和俯视图。为简明起见，图中仅示意性示出了膜头2的外部结构，省略了膜头2的诸如测量膜片、排线等公知的内部结构。膜头2包括基部21和筒状部22。筒状部22用于伸入电子元件壳体4中以将膜头2与电子元件壳体4相联接。基部21具有平坦的底面。基部21从俯视图中看大体呈四边形，并且在四个拐角处分别设置有一个贯穿的安装孔23。在靠近基部21的底面处，从基部21的相对两侧对称地延伸出一对凸台，在下文中称为膜头侧凸台24。在每个膜头侧凸台24上均设置有通孔25，通孔25可以是光孔或螺纹孔。优选地，膜头侧凸台24的底面略微高于基部21的底面。替代性地，膜头侧凸台24的底面也可以与基部21的底面齐平。尽管在本实施方式中示出膜头2的基部21大体呈四边形且膜头侧凸台24大体呈等腰梯形，但是膜头2的外形不限于此，例如，膜头2的基部21可以呈圆形，膜头侧凸台24可以呈半圆形、多边形等。安装孔23的数目也不限于四个。
29.图4和图5分别示出了安装件3的立体图和俯视图。安装件3在本领域中通常被称为法兰。安装件3包括大体呈四边形的平板状的本体31，本体31具有平坦的顶面，以用于与膜头2的基部21的平坦的底面共平面配合。本体31上设置有四个贯穿的安装孔32，其位置与膜头2上的四个安装孔23相对应。安装孔23及安装孔32可以是螺纹孔或光孔，以便经由螺栓等紧固件将安装件3固定至膜头2。在本体31的两侧分别设置有一个用于连接排放阀(在图1中示出)的阀接口33。在本体31的内部设置有两个间隔开的腔室，分别与布置在本体31的底面处的两个过程流体入口流体连通，并且两个腔室还分别与一个阀接口33流体连通。两个腔室在本体31的顶面上具有开口34，使得在测量期间过程流体可以经由开口34接触布置在膜头2与安装件3之间的隔离膜片，进而可以测量两个过程流体入口的压差。在靠近本体31的顶面处，从本体31的相对两侧对称地延伸出一对凸台，在下文中称为安装件侧凸台35。为避免安装件侧凸台35与阀接口33相互干涉，安装件侧凸台35与阀接口33在本实施方式中设置在本体31的不同侧面上。在每个安装件侧凸台35上均设置有通孔36，通孔36可以是光孔或螺纹孔。安装件侧凸台35可以与本体31的顶面齐平或者略微低于该顶面。安装件侧凸台35的尺寸与形状与膜头侧凸台24基本一致。尽管在本实施方式中示出安装件3的本体31大体呈四边形且安装件侧凸台35大体呈等腰梯形，但是安装件3的外形不限于此，例如，安装件3的本体31可以呈圆形，安装件侧凸台35可以呈半圆形、多边形等。安装孔32的数目也不限于四个。
30.下面说明根据本实用新型的共平面压力变送器模块的组装及有益效果。
31.返回参照图1，在组装状态下，膜头2的底面与安装件3的顶面共平面配合，使得安装孔23与安装孔32对准，并且膜头侧凸台24上的通孔25与安装件侧凸台35上的通孔36对
准。四个安装螺栓41贯穿安装孔23与安装孔32并固定，两个额外的紧固螺栓43贯穿通孔25与通孔36并固定。
32.优选地，膜头侧凸台24的底面略微高于基部21的底面并且/或者安装件侧凸台35略微低于本体31的顶面。也就是说，膜头侧凸台24与安装件侧凸台35之间优选留有一定的间隙。这可以减轻设备的重量并且为加工误差留出一定余量。
33.相比于仅具有四个安装螺栓的传统共平面压力变送器，根据本实施方式的共平面压力变送器1通过设置在膜头2及安装件3的侧面的凸台及两个额外的紧固螺栓43增大了夹持力，从而强化了膜头2与安装件3之间的密封连接，增大了共平面压力变送器1的承压能力。对称设置的膜头侧凸台24、安装件侧凸台35及紧固螺栓43能够均匀地施加夹持力。
34.需要注意的是，尽管两个额外的紧固螺栓43增大了夹持力，但是紧固螺栓43的预紧力并非越大越好。紧固螺栓43的预紧力过大可能导致安装件3发生过度的弯曲变形，并且导致膜头2与安装件3之间的间隙大小不均匀，即膜头2与安装件3之间的载荷分布不均匀。另一方面，紧固螺栓43的预紧力过小则无法达到预期的强化密封连接的效果。因此，在安装紧固螺栓43之前需要根据膜头2及安装件3的型号、承压能力要求等参数预先计算出合适的紧固螺栓43的预紧力，以避免安装件3的弯曲变形超出预定量，确保膜头2与安装件3之间的密封连接同时具备高承压能力和较均匀的载荷分布。这一步骤可以通过试验或数值模拟完成。
35.传统共平面压力变送器在用于高压应用时需要配装厚重的特制高压法兰和相应的高强度螺栓，其他安装配件也须相应调整更换。高压法兰不仅成本高，而且显著增大了共平面压力变送器所需的安装空间和设备的整体重量。高强度螺栓通常为经过强化处理的奥氏体不锈钢材料并包含二硫化钼固体膜润滑涂层的螺栓，造价昂贵。相比于此类传统高压应用，根据本实用新型的共平面压力变送器1仅增加了两对凸台及两个额外的紧固螺栓即可达到不亚于特制高压法兰的承压能力，没有增加安装件3的厚度，仅略微增大了设备的整体重量，并且大幅降低了高压应用的成本。此外，四个安装螺栓41及两个紧固螺栓43均可采用廉价的碳钢螺栓，进一步降低了成本。另一方面，如果安装螺栓41及紧固螺栓43采用强度更高的螺栓，例如不锈钢螺栓等，则可以进一步提高共平面压力变送器的承压能力。
36.在根据本实用新型的共平面压力变送器1中，通过为膜头2及安装件3设置凸台而起到了加强密封连接的效果。这种改进在结构上较为简单，因而在实际生产中仅需要对膜头及安装件的铸造模具进行简单的改造即可以较低的成本完成生产线的升级。另一方面，这种改进允许膜头2及安装件3仍然能够与市面上现有的安装支架等附接件进行连接，而无需进行任何额外的改造，使得本实用新型具有广泛的适用性。例如，图6示出了根据本实用新型的共平面压力变送器模块与通用附接件5连接的示意图。通用附接件5为支承共平面压力变送器模块的l型安装支架。如图所示，膜头侧凸台24、安装件侧凸台35及紧固螺栓43均不会与通用附接件5发生干涉，也不需要额外的安装空间。
37.在此，已详细描述了根据本实用新型的共平面压力变送器模块及共平面压力变送器的示例性实施方式，但是应该理解的是，本实用新型并不局限于上文详细描述和示出的具体实施方式。在不偏离本实用新型的主旨和范围的情况下，本领域的技术人员能够对本实用新型进行各种变型和变体。所有这些变型和变体都落入本实用新型的范围内。而且，所有在此描述的构件都可以由其他技术性上等同的构件来代替。