Измерительный элемент и измерительное устройство, содержащее его

Группа изобретений относится к области измерения давления. Измерительный элемент для измерения давления содержит корпус основания, диафрагму и устойчивый к проникновению слой, диафрагма жестко присоединяется к корпусу основания, с герметичной полостью, образованной между диафрагмой и корпусом основания. Устойчивый к проникновению слой размещается на поверхности внутренней стороны, обращенный в герметичную полость, диафрагмы, и продолжается непрерывно по поверхности внутренней стороны диафрагмы по меньшей мере за область соединения диафрагмы с корпусом основания. Измерительное устройство включает в себя измерительный элемент. Технический результат - повышение точности измерения давления измерительным элементом, повышение надежности измерительного элемента. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к измерительному элементу и измерительному устройству, содержащему такой элемент.

Уровень техники

[0002] Содержимое этого раздела просто предоставляет информацию об уровне техники, относящуюся к настоящему изобретению, которая может не составлять предшествующий уровень техники.

[0003] В промышленных процессах, таких как угольная химическая промышленность, бумажная промышленность, цементная и т.п., часто является необходимым получать соответствующие параметры измерений (например, давление, дифференциальное давление, уровень жидкости) технологической среды (или среды, которая должна быть измерена) для лучшей производительности в управлении производством или процессом. Вследствие ограничений рабочих условий такого производства (таких как высокая температура, сильная коррозионная активность, высокое давление), дистанционные передающие измерительные устройства (например, дистанционные передатчики) обычно используются для получения соответственных параметров среды, которая должна быть измерена. Как правило, существует измерительный элемент на конце для среды, которая должна быть измерена, в таком дистанционном измерительном устройстве. Измерительный элемент может включать в себя корпус основания и диафрагму. Герметичная полость определяется между диафрагмой и корпусом основания. Герметичная полость может быть заполнена рабочей текучей средой. Таким образом, например, измерение давления или наблюдение за средой, которая должна быть измерена, может быть выполнено посредством изменений в давлении текучей среды с обеих сторон диафрагмы.

[0004] Однако, поскольку многие из сред, которые должны быть измерены, являются обогащенной водородом средой, и водород в среде, которая должна быть измерена, может проходить сквозь диафрагму и поступать в герметичную полость, чтобы скапливаться и вызывать отклонение давления, которое ведет к ошибочной точности измерения измерительного устройства, а в серьезных случаях диафрагма может надуваться или даже рваться.

[0005] Следовательно, очень желательно предоставить улучшенный измерительный элемент и измерительное устройство.

Сущность изобретения

[0006] Целью настоящего изобретения является предоставление улучшенного измерительного элемента и измерительного устройства, чтобы добиваться по меньшей мере одной из следующих целей: улучшение точности измерения, улучшение способности устойчивости к износу, улучшение срока службы, упрощение производственных процессов и экономия затрат.

[0007] Измерительный элемент предоставляется согласно одному аспекту настоящего изобретения, который включает в себя: корпус основания; диафрагму, жестко присоединенную к корпусу основания, с герметичной полностью, определенной между диафрагмой и корпусом основания; и устойчивый к проникновению слой, расположенный на поверхности внутренней стороны, обращенной в герметичную полость, диафрагмы, и продолжающийся непрерывно по поверхности внутренней стороны диафрагмы по меньшей мере за область соединения диафрагмы с корпусом основания.

[0008] Согласно аспекту, диафрагма жестко присоединяется к корпусу основания посредством шовной контактной сварки.

[0009] Согласно варианту осуществления, диафрагма присоединяется к корпусу основания посредством TIG-сварки (дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа) и шовной контактной сварки, и область сварки для шовной контактной сварки радиально располагается на внутренней стороне для области сварки для TIG-сварки.

[0010] Согласно варианту осуществления, устойчивый к проникновению слой продолжается по всей поверхности внутренней стороны диафрагмы.

[0011] Согласно варианту осуществления, толщина покрытия для устойчивого к проникновению слоя на диафрагме меньше или равна 10 мкм.

[0012] Согласно варианту осуществления, диафрагма формируется с одной или более кольцевыми складками.

[0013] Согласно варианту осуществления, корпус основания выполнен с углублением в участке, соответствующем диафрагме.

[0014] Согласно варианту осуществления, корпус основания выполнен с каналом для текучей среды для заполнения герметичной полости текучей средой.

[0015] Согласно варианту осуществления, устойчивый к проникновению слой является позолоченным слоем, сформированным на поверхности внутренней стороны диафрагмы.

[0016] Измерительное устройство предоставляется согласно другому аспекту настоящего изобретения, которое включает в себя измерительный элемент, описанный выше.

[0017] Согласно настоящему изобретению, вещества (например, водород) в среде, которая должна быть измерена, защищаются от проникновения в герметичную полость посредством расположения устойчивого к проникновению слоя (например, позолоченного слоя) на диафрагме, который значительно улучшает точность измерения измерительного элемента и измерительного устройства. Кроме того, поскольку устойчивый к проникновению слой проектируется обращенным во внутреннюю сторону герметичной полости, устойчивый к проникновению слой не приходит непосредственно в соприкосновение со средой, которая должна быть измерена, и не может быть поцарапан частицами в среде, которая должна быть измерена, что улучшает способность устойчивости к износу изделия. При условии обеспечения прочности и качества сварки конструкция с нулевыми путями проникновения водорода реализуется, которая улучшает срок службы изделия. Кроме того, безопасная транспортировка и низкий товарный запас, также как большая экономия затрат, могут быть реализованы благодаря тому факту, что односторонний цельный или частичный устойчивый к проникновению слой может быть непосредственно расположен на изолированной диафрагме, прежде чем диафрагма присоединяется к корпусу основания. Кроме того, поскольку устойчивый к проникновению слой может покрывать только диафрагму, затраты на материал могут быть значительно уменьшены.

Краткое описание чертежей

[0018] Отличительные признаки и преимущества одного или более вариантов осуществления настоящего изобретения будут более легко поняты из последующего описания сопровождающих чертежей, на которых:

[0019] Фиг. 1 представляет собой схематичный вид в перспективе измерительного оборудования согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

[0020] Фиг. 2 представляет собой вид в разрезе измерительного элемента на фиг. 1;

[0021] Фиг. 3 представляет собой схематичный вид в разрезе измерительного элемента на фиг. 1;

[0022] Фиг. 4 представляет собой вид в частичном разрезе измерительного элемента согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

[0023] Фиг. 5 представляет собой изображение EDX-микроскопического исследования частичного разреза измерительного элемента согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и

[0024] Фиг. 6 представляет собой схематичный структурный вид измерительного устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

[0025] Последующие описания предпочтительных вариантов осуществления являются лишь примерными, а не ограничивающими настоящее изобретение и его применение и использование. Везде на нескольких чертежах одинаковые ссылочные позиции указывают одинаковые или соответствующие части, и, таким образом, конструкция одинаковых частей не будет описываться повторно.

[0026] В описании настоящего изобретения, для удобства описания, измерительный элемент и измерительное устройство согласно настоящему изобретению будут описываться, например, посредством дистанционного измерительного устройства для измерения давления или перепада давления среды, которая должна быть измерена. Однако, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается конструкциями и применениями, описанными в последующих предпочтительных вариантах осуществления, и может быть применено к любой возможной конструкции или прикладной задаче, например, измерению уровня вязкости жидкости и т.д. Также настоящее изобретение не ограничивается дистанционными измерительными устройствами и может быть применено к любым возможным устройствам или средствам.

[0027] Как описано выше, дистанционное измерительное устройство, как правило, включает в себя измерительный элемент в среде, которая должна быть измерена. Такой измерительный элемент может быть снабжен герметичной полостью, определенной диафрагмой и корпусом основания. Герметичная полость может быть заполнена текучей средой (или называемой рабочей текучей средой) для измерения. Дистанционное измерительное устройство может дополнительно включать в себя воспринимающий узел, расположенный на расстоянии от измерительного элемента, во время измерения, измерительный элемент приходит в соприкосновение со средой, которая должна быть измерена, и передает обнаруженное давление воспринимающему узлу, который преобразует физическую величину, измеренную посредством измерительного элемента, в цифровую величину, требуемую фактически. Во время применения сторона диафрагмы, обращенная от герметичной полости (называемая в данном документе внешней стороной), и сторона, обращенная в герметичную полость (аналогично, называемая внутренней стороной), подвергаются воздействию давления от среды, которая должна быть измерена, и давления рабочей текучей среды в герметичной полости, соответственно. Диафрагма передает давление от измеряемой среды к рабочей текучей среде, которая затем передает воспринятое давление воспринимающему элементу для ассоциативно связанной обработки. В схематичном структурном виде измерительного устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения, показанному на фиг. 6, измерительное устройство согласно настоящему изобретению может включать в себя измерительный элемент, который описан подробно ниже (как указано символом M на фиг. 6).

[0028] Измерительный элемент согласно настоящему изобретению будет дополнительно описан подробно в соединении с фиг. 1-6 ниже. Ради ясности, не все части на чертежах являются обозначенными.

[0029] Фиг. 1 показывает схематичный вид в перспективе измерительного элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, измерительный элемент согласно настоящему изобретению может включать в себя корпус 1 основания и диафрагму 2, которые выполнены из стали. В варианте осуществления диафрагма 2 может быть практически круглым листовым элементом. Диафрагма 2 может быть жестко присоединена к корпусу 1 основания по краю диафрагмы 2, так что герметичная полость 3 (см. фиг. 3) определяется между диафрагмой 2 и корпусом 1 основания. Рабочая текучая среда может быть расположена в герметичной полости 3. Например, герметичная область 3 может быть заполнена маслом. Таким образом, во время применения поверхность 22 внешней стороны диафрагмы 2 может смещаться посредством давления измеряемой среды, и смещение может передаваться воспринимающему элементу через рабочую текучую среду в герметичной полости, который предоставляет параметры давления, требуемые для управления процессом.

[0030] Как показано на фиг. 1-4, диафрагма 2 может быть выполнена с одной или более кольцевыми складками 23, предоставляющими возможность диафрагме 2 правильно деформироваться или частично смещаться. Альтернативно, одна или более впадин могут быть предусмотрены на диафрагме 2, если диафрагма 2 имеет достаточную толщину. Конечно, складка и впадины на диафрагме 2 не ограничиваются кольцеобразной формой.

[0031] Корпус 1 основания может быть выполнен с углублением 15 в участке, соответствующем диафрагме 2, с тем чтобы формировать герметичную полость 3 посредством корпуса 1 основания и диафрагмы 2.

[0032] Корпус 1 основания может быть дополнительно соединен с воспринимающим узлом на дальнем конце. Как показано на фиг. 1-3, корпус 1 основания может иметь фланцевый участок 11, на котором сквозное отверстие 12, через которое соединительный элемент (такой как соединительный болт) проходит, может быть предусмотрено. Канал 13 для текучей среды может также быть предусмотрен в корпусе 1 основания. Рабочая текучая среда может быть впрыснута в герметичную полость 3 через канал 13 для текучей среды, прежде чем измерительный элемент применяется, и канал 13 для текучей среды закрывается, после того как впрыск завершается. Таким образом, когда среда, которая должна быть измерена, направляется на поверхность внешней стороны диафрагмы 2, диафрагма 2 может соответствующим образом деформироваться или смещаться на основе давления измеряемой среды, которое диафрагма 2 ощущает, так что извлечение параметров или измерение может быть выполнено.

[0033] Однако автор обнаружил, что, поскольку диафрагма 2 обычно является тонкой, часть элементов или компонентов (например, водород) в среде, которая должна быть измерена, может легко проникать сквозь диафрагму 2 в герметичную полость 3, и, таким образом, может растворяться в рабочей текучей среде. Кроме того, поскольку пространство герметичной полости 3 является относительно небольшим и замкнутым, проникновение водорода может влиять на давление в герметичной полости 3 и даже вызывать выпячивание или разрыв диафрагмы 2, что влияет на точность измерения и даже вызывает повреждение измерительного элемента.

[0034] Для этого настоящее изобретение предоставляет решение для расположения устойчивой к проникновению конструкции. Устойчивый к проникновению слой может быть расположен на диафрагме 2, таким образом, блокируя путь проникновения сквозь диафрагму. Для богатой водородом среды, которая должна быть измерена, позолоченный слой может быть предусмотрен, чтобы препятствовать проникновению водорода в среде, которая должна быть измерена, в герметичную полость. В данном документе, для удобства описания, только позолоченный слой описывается в качестве примера устойчивого к проникновению слоя. Для специалистов в области техники другие устойчивые к проникновению материалы, отличные от золота, могут быть использованы для достижения цели предотвращения проникновения в зависимости от фактического применения.

[0035] Однако, если позолоченный слой предусматривается на поверхности 22 внешней стороны диафрагмы 2, считается, что может быть большое количество твердых частиц (таких как шлам, дробленые камни, зола и т.п.), содержащихся в некоторых из сред, которые должны быть измерены, которые будут царапать позолоченный слой на диафрагме 2. Поскольку диафрагма 2 обычно является тонкой, а позолоченный слой является мягким, позолоченный слой легко изнашивается. По существу, позолоченный слой потеряет свой предназначенный эффект, приводя в результате к снижению способности сопротивления износу и срока службы измерительного элемента (и даже измерительного устройства) и снижению в точности измерения. Кроме того, такое решение требует, чтобы золотой слой был нанесен по всей поверхности 22 внешней стороны диафрагмы 2, также как в зоне шва между диафрагмой 2 и корпусом 1 основания, что увеличивает не только стоимость, но также процесс производства, и не благоприятствует последующей транспортировке и хранению.

[0036] В виду вышесказанного, позолоченный слой 4 может быть предусмотрен на поверхности 21 внутренней стороны диафрагмы 2, обращенной в герметичную полость 3. Таким образом, позолоченный слой 4 не находится в соприкосновении со средой, которая должна быть измерена, и, таким образом, не подвергается воздействию твердыми частицами в среде, которая должна быть измерена.

[0037] Позолоченный слой 4 может продолжаться непрерывно между поверхностью 21 внутренней стороны диафрагмы 2 и соответствующим участком корпуса 1 основания (другими словами, внешний диаметр позолоченного слоя должен быть по меньшей мере равным или больше внешнего диаметра области соединения диафрагмы 2 и корпуса 1 основания) по меньшей мере за область соединения диафрагмы 2 с корпусом 1 основания, чтобы предотвращать возникновение пути проникновения водорода в области соединения между диафрагмой 2 и корпусом 1 основания. При необходимости, позолоченный слой 4 может покрывать всю поверхность 21 внутренней стороны диафрагмы 2 полностью.

[0038] Окружность диафрагмы 2 может быть жестко присоединена к корпусу 1 основания посредством шовной контактной сварки (или другим средством, которое не причиняет повреждения позолоченному слою в области соединения между диафрагмой 2 и корпусом 1 основания).

[0039] Фиг. 5 показывает изображение EDX-микроскопического исследования частичного разреза измерительного элемента согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Как может быть видно из фиг. 5, поскольку существует непрерывный золотой слой в области A соединения между диафрагмой 2 и корпусом 1 основания, путь проникновения водорода для герметичной полости может быть полностью блокирован, что улучшает точность измерения.

[0040] Может быть обнаружено, что при выполнении практического испытания посредством сравнения примера, когда позолоченный слой размещается на внешней стороне диафрагмы, с примером, когда позолоченный слой размещается на внутренней стороне диафрагмы согласно настоящему изобретению, эффект устойчивости к водороду для измерительного элемента согласно настоящему изобретению является почти таким же, что и эффект позолоченного слоя, расположенного на внешней стороне диафрагмы.

[0041] Таким образом, согласно настоящему изобретению, поскольку обширная площадь устойчивого к проникновению слоя покрывает по меньшей мере участок поверхности 21 внутренней стороны диафрагмы 2, который располагается в герметичной полости 3 и в области соединения между диафрагмой 2 и корпусом 1 основания, компоненты и элементы в среде, которая должна быть измерена, на внешней стороне диафрагмы 2 не могут проникать в герметичную полость 3 сквозь диафрагму 2. Следовательно, точность измерения может быть улучшена. Кроме того, поскольку позолоченный слой располагается на поверхности 21 внутренней стороны диафрагмы 2, которая не подвергается воздействию среды, которая должна быть измерена, это улучшает способность сопротивления износу и срок службы измерительного элемента. Кроме того, поскольку герметичная диафрагма 2 может быть непосредственно целиком позолочена с одной стороны или частично позолочена перед сборкой, безопасная транспортировка и низкий товарный запас могут быть обеспечены, и большая доля расходов на транспортировку и техническое обслуживание может быть сэкономлена. Кроме того, поскольку устойчивый к проникновению слой может покрывать только диафрагму, стоимость материала может быть значительно уменьшена по сравнению с ранее упомянутым решением, когда позолоченный слой наносится на внешнюю поверхность диафрагмы 2.

[0042] При необходимости, край диафрагмы 2 может быть прикреплен к корпусу 1 основания посредством TIG-сварки (как указано символом B на фиг. 4) или другими способами жесткого соединения, и затем диафрагма 2 дополнительно присоединяется к корпусу 1 основания (как показано областью C на фиг. 4) посредством шовной контактной сварки или другими возможными способами соединения. Таким образом, устойчивое жесткое соединение между диафрагмой 2 и корпусом 1 основания может быть достигнуто, и возможный путь проникновения водорода может быть также заблокирован. В таком случае, область сварки для шовной контактной сварки находится радиально внутрь от области сварки для TIG-сварки. Кроме того, покрытие из позолоченного слоя 4 на поверхности 21 внутренней стороны диафрагмы 2 может продолжаться за область сварки только для шовной контактной сварки.

[0043] Позолоченный слой 4 может быть предусмотрен на поверхности 21 внутренней стороны диафрагмы 2 посредством обычного процесса, такого как процесс электролитического покрытия или нанесение покрытия в вакууме. Толщина позолоченного слоя 4 предпочтительно является такой, что точность измерения не подвергается воздействию, например, толщина позолоченного слоя может быть 10 мкм или менее, например, толщина позолоченного слоя может быть 5 мкм. Измерительный элемент и измерительное устройство согласно настоящему изобретению также имеют преимущества в точности измерения и стоимости и т.д. с точки зрения технического решения, что проблема, вызванная нанесением позолоченного слоя на поверхность 22 внешней стороны диафрагмы 2, решается путем увеличения толщины покрытия.

[0044] Диафрагма 2 может быть выполнена из материала, который является таким же или отличается от материала корпуса 1 основания. При необходимости, диафрагма 2 и корпус 1 основания, оба, могут быть выполнены из материала нержавеющей стали.

[0045] Может быть понятно из вышеприведенного анализа, что измерительный элемент и измерительное устройство согласно настоящему изобретению улучшают точность измерения, увеличивают срок службы частей и уменьшают затраты на производство и техническое обслуживание.

[0046] Хотя различные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны здесь подробно, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается описанием деталей в данном документе и показанными вариантами осуществления, и другие изменения и модификации могут быть выполнены специалистами в данной области техники без выхода за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Предполагается, что все такие изменения и модификации охватываются объемом настоящего изобретения.

1. Измерительный элемент для измерения давления, отличающийся тем, что содержит:

корпус (1) основания;

диафрагму (2), жестко присоединенную к корпусу (1) основания, с герметичной полостью (3), образованной между диафрагмой (2) и корпусом (1) основания; и

устойчивый к проникновению слой, расположенный на поверхности (21) внутренней стороны, обращенный в герметичную полость (3), диафрагмы (2), и продолжающийся непрерывно по поверхности (21) внутренней стороны диафрагмы (2) по меньшей мере за область соединения диафрагмы (2) с корпусом (1) основания.

2. Измерительный элемент по п. 1, отличающийся тем, что диафрагма (2) жестко присоединена к корпусу (1) основания посредством шовной контактной сварки.

3. Измерительный элемент по п. 1, отличающийся тем, что диафрагма (2) присоединена к корпусу (1) основания посредством дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа и шовной контактной сварки, и область сварки для шовной контактной сварки радиально расположена на внутренней стороне от области сварки для дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа.

4. Измерительный элемент по п. 1, отличающийся тем, что устойчивый к проникновению слой продолжается по всей поверхности (21) внутренней стороны диафрагмы (2).

5. Измерительный элемент по п. 1, отличающийся тем, что толщина покрытия устойчивого к проникновению слоя на диафрагме (2) меньше или равна 10 мкм.

6. Измерительный элемент по п. 1, отличающийся тем, что диафрагма (2) выполнена с одной или более кольцевыми складками (23).

7. Измерительный элемент по п. 1, отличающийся тем, что корпус (1) основания выполнен с углублением (15) в участке, соответствующем диафрагме (2).

8. Измерительный элемент по п. 1, отличающийся тем, что корпус (1) основания выполнен с каналом (13) для текучей среды для заполнения герметичной полости (3) текучей средой.

9. Измерительный элемент по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что устойчивый к проникновению слой является позолоченным слоем (4), сформированным на поверхности (21) внутренней стороны диафрагмы (2).

10. Измерительное устройство для измерения давления, отличающийся тем, что содержит измерительный элемент по любому из пп. 1-9.

11. Измерительный элемент по п. 1, включающий в себя первый сварной шов по внутреннему радиусу диафрагмы, который герметично присоединяет диафрагму к корпусу основания.

12. Измерительный элемент по п. 11, включающий в себя первый сварной шов по внутреннему радиусу диафрагмы, который герметично присоединяет диафрагму к корпусу основания.

13. Измерительный элемент по п. 12, в котором первый сварной шов продолжается поверх устойчивого к проникновению слоя.

14. Измерительный элемент по п. 13, в котором устойчивый к проникновению слой не продолжается до внешнего радиуса и второго сварного шва.

15. Способ изготовления измерительного элемента для измерения давления, включающий этапы, на которых:

обеспечивают корпус основания, имеющий полость, выполненную в нем;

обеспечивают диафрагму;

наносят устойчивый к проникновению слой на внутреннюю поверхность диафрагмы;

герметично присоединяют диафрагму к корпусу основания посредством первого сварного шва, продолжающегося по внешнему радиусу диафрагмы, чтобы тем самым герметизировать полость, причем устойчивый к проникновению слой обращен в полость; и

герметично присоединяют диафрагму к корпусу основания посредством второго шва, продолжающегося по внутреннему радиусу диафрагмы, причем второй шов продолжается поверх устойчивого к проникновению слоя.

16. Способ по п. 15, в котором второй шов содержит шов контактной сварки.

17. Способ по п. 15, в котором диафрагму присоединяют к корпусу основания посредством дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа и шовной контактной сварки, и область сварки для шовной контактной сварки радиально располагается на внутренней стороне от области сварки для дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа.

18. Способ по п. 15, в котором устойчивый к проникновению слой продолжается по всей поверхности внутренней стороны диафрагмы.

19. Способ по п. 15, в котором толщина покрытия устойчивого к проникновению слоя на диафрагме меньше или равна 10 мкм.

20. Способ по п. 15, в котором диафрагму выполняют с одной или более кольцевыми складками.

21. Способ по п. 15, в котором корпус основания выполнен с каналом для текучей среды для заполнения полости текучей средой.

22. Способ по любому из пп. 15-21, в котором устойчивый к проникновению слой содержит позолоченный слой, сформированный на внутренней стороне диафрагмы.

23. Способ по п. 15, в котором устойчивый к проникновению слой не продолжается до внешнего радиуса и второго шва.