Внутренне безопасный взрывоустойчивый кодер

Изобретение относится к внутренне безопасному, взрывоустойчивому кодеру. Технический результат - исключение необходимости установки датчиков системы датчиков положения, используемой в опасных средах, в корпусе высокого давления, а также в больших корпусах. Технический результат достигается тем, что кодер включает в себя корпус, включающий в себя первый набор из одной или нескольких боковых стенок, определяющих первую зону, второй набор из одной или нескольких боковых стенок, определяющих вторую зону, и защитную перегородку, имеющую первую поверхность, ориентированную в направлении первой зоны, и вторую поверхность, ориентированную в направлении второй зоны. Защитная перегородка имеет отверстие датчика, определенное в ней между первой зоной и второй зоной. Узел стека плат, имеющий множество высот, расположен так, что интерфейсное устройство и первая часть защитного проводного ввода находятся в первой зоне, а вторая часть защитного проводного ввода проходит через отверстие датчика между первой зоной и второй зоной. Защитный проводной ввод может связываться с устройством датчика во второй зоне. Крышка входит в зацепление с первым набором из одной или нескольких боковых стенок для изолирования первой зоны от внешней среды. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Перекрестная ссылка на родственную заявку

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет заявки США № 15/691,429, поданной 30 августа 2017, которая включена в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте.

Предшествующий уровень техники

[0002] По меньшей мере некоторые известные системы датчиков положения, используемые в опасных средах, включают в себя датчики, расположенные в корпусе высокого давления. Такая известная конфигурация требует, чтобы валы вращения изготавливались с чрезвычайно малыми допусками, что может быть трудоемким, отнимающим много времени и/или дорогостоящим. Более того, такая известная конфигурация приводит к ограниченным ударным и вибрационным характеристикам, что делает датчики с модульной конструкцией непригодными для использования с известными взрывоустойчивыми датчиками положения. Дополнительно, известные датчики положения с встроенными подшипниками характеризуются сниженной долговечностью, не имеют возможностей диагностики и/или программирования. Другие известные системы датчиков положения, используемые в опасных средах, включают в себя датчики, находящиеся в нежелательно большом корпусе.

Краткое описание сущности изобретения

[0003] Примеры раскрытия обеспечивают кодер, который может использоваться в опасных средах действенным, эффективным и безопасным образом. Внутренне безопасный, взрывоустойчивый кодер включает в себя корпус, включающий в себя множество боковых стенок и защитную перегородку. Боковые стенки включают в себя первый набор из одной или нескольких боковых стенок, определяющих первую зону, и второй набор из одной или нескольких боковых стенок, определяющих вторую зону. Защитная перегородка имеет первую поверхность, ориентированную в направлении первой зоны, и вторую поверхность, ориентированную в направлении второй зоны. Защитная перегородка имеет сквозное отверстие датчика в ней между первой зоной и второй зоной. Кодер включает в себя узел стека (штабеля) плат, включающий в себя интерфейсное устройство и защитный проводной ввод (проходной изолятор) на множестве высот (уровней). Узел стека плат может позиционироваться так, что интерфейсное устройство и первая часть защитного проводного ввода находятся в первой зоне, вторая часть защитного проводного ввода проходит через отверстие датчика между первой зоной и второй зоной. Защитный проводной ввод может присоединяться к устройству датчика во второй зоне. Кодер включает в себя крышку, сконфигурированную, чтобы входить в зацепление с первым набором из одной или нескольких боковых стенок, так что крышка герметизирует (изолирует) первую зону от внешней среды.

[0004] В другом аспекте, обеспечена система датчиков положения. Система датчиков положения включает в себя датчик положения и кодер, коммуникативно соединяемый с датчиком положения. Кодер включает в себя корпус, определяющий первую зону и вторую зону, узел стека плат в первой зоне и крышку, сконфигурированную, чтобы изолировать первую зону от внешней среды. Узел стека плат имеет множество высот (уровней).

[0005] В еще одном аспекте, обеспечен способ для обеспечения внутренне безопасного кодера для использования с одним или несколькими устройствами датчика. Способ включает в себя сборку узла стека плат, включающего в себя интерфейсное устройство и защитный проводной ввод на множестве высот (уровней), и позиционирование узла стека плат так, что интерфейсное устройство и первая часть защитного проводного ввода находятся в первой зоне, определяемой корпусом, а вторая часть защитного проводного ввода проходит между первой зоной и второй зоной, определяемой корпусом. Корпус включает в себя защитную перегородку, отграничивающую первую зону от второй зоны. Способ включает в себя присоединение крышки к корпусу, так что крышка изолирует первую зону от внешней среды, и присоединение защитного проводного ввода к устройствам датчика во второй зоне.

[0006] Настоящее краткое описание сущности изобретения предназначено для того, чтобы ввести выбор понятий в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Настоящее краткое описание сущности изобретения не предназначено идентифицировать ключевые признаки или обязательные признаки заявленного предмета, а также не предназначено, чтобы использоваться в качестве помощи при определении объема заявленного предмета.

Краткое описание чертежей

[0007] Фиг. 1 представляет собой вид сбоку взятой только в качестве примера системы датчиков положения.

[0008] Фиг. 2 представляет собой вид с торца системы датчиков положения, показанной на фиг. 1.

[0009] Фиг. 3 представляет собой вид в поперечном сечении взятого только в качестве примера взрывоустойчивого кодера, который может использоваться с системой датчиков положения, такой как система датчиков положения, показанная на фиг. 1.

[0010] Фиг. 4 представляет собой вид в изомерии снизу взрывоустойчивого кодера, показанного на фиг. 3.

[0011] Фиг. 5 представляет собой вид в изометрии взятого только в качестве примера узла стека плат, который может располагаться в кодере, таком как взрывоустойчивый кодер, показанный на фиг. 3.

[0012] Фиг. 6 представляет собой вид сверху узла стека плат, показанного на фиг. 5.

[0013] Фиг. 7 представляет собой вид в изометрии взятого только в качестве примера устройства датчика, которое может использоваться с системой датчиков положения, такой как система датчиков положения, показанная на фиг. 1, кодером, таким как взрывоустойчивый кодер, показанный на фиг. 3, или узлом стека плат, таким как узел стека плат, показанный на фиг. 5.

[0014] Фиг. 8 представляет собой блок-схему последовательности операций взятого только в качестве примера способа обеспечения внутренне безопасного, взрывоустойчивого кодера для использования с одним или несколькими устройствами датчика.

[0015] Соответствующие ссылочные позиции указывают соответствующие части на всех чертежах.

Подробное описание

[0016] Предмет, описанный здесь, относится, в общем, к системам датчиков и, более конкретно, к внутренне безопасным, взрывоустойчивым кодерам. Примеры раскрытия могут использоваться для определения одного или нескольких параметров, ассоциированных с контролируемым объектом, таким как ротор. Примеры, описанные здесь, включают в себя защитную перегородку, которая обеспечивает возможность контроля объекта в опасной среде, например, области, где имеются взрывчатый газ, пыль или волокна. Дополнительно, примеры, описанные здесь, включают в себя устройство ограничения энергии и защитный проводной ввод, который ограничивает электрическую энергию, передаваемую в опасную среду. Использование устройства ограничения энергии и ассоциированной с ним схемы уменьшает или полностью устраняет необходимость помещать датчик и/или подшипник внутри корпуса под давлением, позволяя монтировать датчик вне корпуса под давлением и/или без подшипника. Устройство ограничения энергии и ассоциированная с ним схема могут включать в себя, например, гальванический изолятор, который уменьшает или устраняет необходимость в безотказном или высоконадежном заземлении, и/или защитный проводной ввод, который обеспечивает возможность управления или распределения энергии и/или коммуникации, передаваемой через защитную перегородку, в то же время поддерживая целостность корпуса под давлением. Таким образом, примеры раскрытия обеспечивают возможность контроля одного или нескольких объектов для широкого разнообразия применений, включая, но без ограничения, нефтяное и газовое бурение, восстановление нефтяных и газовых скважин, гидравлический разрыв пласта, химическую обработку, окраску, производство взрывчатых веществ, обработку угля, добычу угля, транспортировку зерна и хранение зерна.

[0017] Фиг. 1 и 2 показывают взятую только в качестве примера систему 100 датчиков положения. Система 100 датчиков положения включает в себя узел 110 ротора и взрывоустойчивый кодер 120. Фиг. 3 и 4 показывают кодер 120. В то время как примеры описаны здесь для использования с узлом 110 ротора, взрывоустойчивый кодер 120 может использоваться с любым устройством, контролируемым с использованием одного или нескольких датчиков.

[0018] Узел 110 ротора включает в себя ротор 122 и вал 124, проходящий аксиально от ротора 122. В некоторых примерах, узел 110 ротора соединен с двигателем (не показан) и приводится им в действие. Ротор 122 и вал 124 сконфигурированы, чтобы вращаться вокруг оси вращения 126 (показана на фиг. 2), проходящей через осевой центр ротора 122 и вала 124.

[0019] Ротор 122, например, может быть намагничен в одном или нескольких местоположениях вдоль своей периферийной поверхности 128, чтобы обеспечивать возможность контроля узла 110 ротора (например, посредством кодера 120). В некоторых примерах, намагниченные поверхности включают в себя инкрементную или "INC" дорожку (с приростом), сконфигурированную, чтобы обеспечивать заданное число импульсов, пропорциональное повороту узла 110 ротора, и/или абсолютную или "Z" дорожку, сконфигурированную, чтобы обеспечивать один индексный импульс на оборот. Альтернативно, намагниченное местоположение может находиться на любой другой поверхности узла 110 ротора, которая позволяет системе 100 датчиков положения функционировать, как описано здесь.

[0020] Как показано на фиг. 3, кодер 120 включает в себя корпус 130, определяющий первую зону 132 и вторую зону 134. Корпус 130 может включать в себя, например, множество боковых стенок, включающих в себя первый набор из одной или нескольких боковых стенок 136, определяющих первую зону 132, и второй набор из одной или нескольких боковых стенок 138, определяющих вторую зону 134. Одна боковая стенка (например, цилиндрическая боковая стенка) может включать в себя первый набор из одной боковой стенки 136 и второй набор из одной боковой стенки 138, при этом первый набор из одной боковой стенки 136 может представлять собой первую часть одной боковой стенки, которая определяет первую зону 132, и второй набор из одной боковой стенки 138 может представлять собой вторую часть одной боковой стенки, которая определяет вторую зону 134. В некоторых примерах, корпус 130 включает в себя защитную перегородку 140, имеющую первую поверхность 142, ориентированную в направлении первой зоны 132, и вторую поверхность 144, ориентированную в направлении второй зоны 134. Защитная перегородка 140 может проходить, например, в поперечном направлении через полость, определяемую корпусом 130 между противоположными боковыми стенками (например, левой стенкой и правой стенкой, передней стенкой и задней стенкой). В некоторых примерах, первый набор боковых стенок 136 и/или защитная перегородка 140 сконфигурированы, чтобы препятствовать внутреннему воспламенению и удерживать взрыв в первой зоне 132.

[0021] В некоторых примерах, кодер 120 включает в себя крышку 146, соединяемую с корпусом 130 в верхней торцевой части 148 корпуса 130. Крышка 146 может проходить, например, поперек входного отверстия, определяемого верхней частью первого набора боковых стенок 136. В некоторых примерах, крышка 146 изолирует и/или экранирует первую зону 132 от внешней среды и/или внешнюю среду от первой зоны 132. Один или несколько соединительных механизмов 150 (показаны на фиг. 1-3) могут использоваться, чтобы закреплять крышку 146 на первом наборе боковых стенок 136. Примерные соединительные механизмы 150 могут включать в себя, без ограничения, винт, проходящий через отверстие, определенное в крышке 146, и/или отверстие, определенное в корпусе 130, и тому подобное.

[0022] Как показано на фиг. 3, крышка 146 включает в себя головку 152 и хвостовик 154, проходящий от головки 152. В некоторых примерах, верхняя часть хвостовика 154 определяет канавку 156, проходящую по периметру хвостовика 154. Канавка 156 может быть выполнена с размерами, в форме и/или сконфигурирована так, чтобы принимать герметизирующий механизм 158, который герметизирует или заполняет промежуток между корпусом 130 и крышкой 146. Примерные герметизирующие механизмы 158 могут включать в себя, без ограничения, прокладку, уплотнительное кольцо и тому подобное. Дополнительно, нижняя часть головки 152 определяет паз 160, проходящий по периметру головки 152. Паз 160 позволяет съемным образом соединять крышку 146 с корпусом 130. Паз 160 может быть выполнен с размерами, в форме и/или сконфигурирован так, чтобы принимать объект для использования при поднятии крышки 146 от корпуса 130. Дополнительно, паз 160 допускает деформирование по меньшей мере части крышки 146 без нарушения целостности пламягасящего зазора, определенного между крышкой 146 и корпусом 130. Таким образом, паз 160 может уменьшать вероятность физического повреждения крышки 146 и/или корпуса 130, вызванного механическим воздействием (например, при попытке отсоединить крышку 146 от корпуса 130).

[0023] Как показано на фиг. 4, кодер 120 включает в себя один или несколько датчиков 162, соединяемых с корпусом 130 в нижней торцевой части 164 корпуса 130. Датчики 162 могут быть позиционированы, например, во второй зоне 134. В некоторых примерах, датчики 162 связаны с одной или несколькими внутренними поверхностями 166 второго набора боковых стенок 138 и/или второй поверхностью 144 защитной перегородки 140.

[0024] Датчики 162 сконфигурированы, чтобы обнаруживать объект, активность объекта и/или параметр, ассоциированный с объектом. Нижняя торцевая часть 164 может быть расположена и/или ориентирована, например, в направлении узла 110 ротора (показан на фиг. 1 и 2), так что датчики 162 выровнены с периферийной поверхностью 128 ротора 122. Таким образом, датчики 162 могут обнаруживать один или несколько объектов на периферийной поверхности 128 (например, дорожку INC, дорожку Z) и выводить один или несколько сигналов или импульсов, соответствующих обнаруженным объектам.

[0025] Обнаруженные объекты позволяют идентифицировать один или несколько параметров, ассоциированных с узлом 110 ротора. Примерные параметры могут включать в себя, например, положение, угол, направление перемещения и/или величину перемещения. В некоторых примерах, датчики 162 представляют собой или включают в себя один или несколько встречно-штыревых магниторезистивных элементов датчика, которые обеспечивают односторонние двухфазные или дифференциальные выводы. Например, датчики 162 могут обеспечивать один или несколько инкрементных (с приростом) электрических импульсных выходных сигналов (например, "A", "B", "А Quad B"), указывающих инкрементный (с приростом) поворот в ответ на магнитные шаблоны, ассоциированные с дорожкой INC, и/или один или несколько индексных электрических импульсных выходных сигналов (например, "Z") в ответ на магнитные шаблоны, ассоциированные с дорожкой Z. Альтернативно, датчики 162 могут включать в себя датчик на эффекте Холла, оптический датчик и/или любое другое устройство датчика, которое позволяет системе 100 датчиков положения функционировать, как описано здесь.

[0026] Как показано на фиг. 2 и 3, кодер 120 включает в себя один или несколько кабельных портов 168. Кабельный порт 168 может быть выполнен, например, в одной из первого набора боковых стенок 136 для обеспечения доступа к первой зоне 132. Кабельные порты 168 могут быть выполнены с размерами, в форме и/или сконфигурированы так, чтобы принимать с их помощью один или несколько проводов или кабелей (не показаны). В некоторых примерах, кабельный порт 168 обеспечивает доступ к полости в корпусе 130. Кабельные порты 168 позволяют системе 100 датчиков положения осуществлять связь с одним или несколькими внешними устройствами (например, системой управления). Параметры, ассоциированные с узлом 110 ротора, например, могут сообщаться при помощи системы управления.

[0027] Как показано на фиг. 1 и 4, кодер 120 включает в себя один или несколько индикаторов 170 диагностики, которые идентифицируют функциональность системы 100 датчиков положения и представляют одну или несколько индикаций, соответствующих идентифицированной функциональности. Индикаторы 170 диагностики могут включать в себя, например, один или несколько светоизлучающих диодов (LED). Индикаторы 170 диагностики могут быть запрограммированы, чтобы индицировать, например, одну или несколько ошибок монтажа, включая короткое замыкание, неправильное соединение (например, оставляющее выходной сигнал несоединенным), приложение обратной мощности и/или приложение мощности к соединению выходного сигнала. В некоторых примерах, кодер 120 включает в себя одну или несколько схем линейного возбудителя и/или защиты монтажа, которые предотвращают или уменьшают вероятность повреждения из-за коротких замыканий, приложения обратной мощности и/или приложения мощности к соединению выходного сигнала.

[0028] В некоторых примерах, кодер 120 включает в себя один или несколько монтажных механизмов 172 (показаны на фиг. 1-3), которые позволяют монтировать кодер 120 на внешней поверхности (например, поверхности другого устройства). Монтажные механизмы 172 могут обеспечивать множество вариантов монтажа для применения в разнообразных машинах. Монтажные механизмы 172 могут представлять собой или включать в себя, например, один или несколько контактов, проходящих от внешней поверхности кодера 120 и включающих в себя одно или несколько отверстий 174 (показаны на фиг. 1 и 3), выполненных с размерами, в форме и/или сконфигурированных так, чтобы принимать один или несколько соединительных механизмов (например, болтов, винтов) для соединения кодера 120 с другим устройством. Как показано на фиг. 2, монтажный механизм 172 может позиционироваться в удаленном углу 176, определяемом нижней поверхностью 178 одной из первого набора боковых стенок 136 и задней поверхностью 180 одной из второго набора боковых стенок 138.

[0029] Фиг. 5 и 6 показывают примерный узел 200 стека плат, который может располагаться в корпусе 130. Узел 200 стека плат имеет множество высот (уровней) 202 (показаны на фиг. 6), которые обеспечивают то, что узел 200 стека плат имеет меньшую площадь у основания. Узел 200 стека плат может включать в себя, например, одну или несколько печатных плат (PCB) 204 и один или несколько электронных компонентов, связанных с PCB 204, которые выполнены с размерами, в форме и/или ориентированы так, чтобы подгоняться к первой зоне 132 (показано на фиг. 3).

[0030] В некоторых примерах, узел 200 стека плат включает в себя интегрированное интерфейсное устройство 206 на первом уровне 208 (показано на фиг. 6), защитный проводной ввод 210 на втором уровне 212 (показан на фиг. 6) и один или несколько поддерживающих механизмов 214, проходящих между первым уровнем 208 и вторым уровнем 212. Интерфейсное устройство 206 может представлять собой, например, терминальный блок, соединяемый с одним или несколькими внешними компонентами. В некоторых примерах, узел 200 стека плат включает в себя один или несколько встроенных анкеров или опор 215 напротив интерфейсного устройства 206, которые обеспечивают структурную поддержку интерфейсному устройству 206. Опоры 215 могут быть, например, литыми, изолированными и/или инкапсулированными.

[0031] Защитный проводной ввод 210 соединяет один или несколько элементов в первой зоне 132 с одним или несколькими элементами во второй зоне 134. В некоторых примерах, защитный проводной ввод 210 имеет гладкую стенку, которая позволяет защитному проводному вводу 210 проскальзывать через отверстие датчика при сборке кодера 120. Защитный проводной ввод 210 может представлять собой или включать в себя, например, линейный вкладыш (бушинг) и/или противопожарную вставку, сконфигурированные, чтобы герметизировать отверстие датчика в защитной перегородке 140, так что первая зона 132 и вторая зона 134 в целом экранированы друг от друга. В некоторых примерах, узел 200 стека плат собирается как модуль с интерфейсным устройством 206 для облегчения сборки кодера 120.

[0032] Поддерживающие механизмы 214 сконфигурированы, чтобы обеспечивать структурную поддержку PCB 204 и/или электронным компонентам (например, интерфейсному устройству 206, защитному проводному вводу 210). Поддерживающий механизм 214 может включать в себя первую торцевую часть 216, скрепленную с корпусом 130 (показан на фиг. 1-4), например, и вторую торцевую часть 218, соединенную с кассетой 220 PCB. В некоторых примерах, PCB 204 включает в себя одно или несколько монтажных отверстий 222 (показаны на фиг. 5), которые обеспечивают возможность прохождения через них одного или нескольких соединительных механизмов (например, проставки, прокладки) для монтажа на внутреннюю поверхность корпуса 130 (например, внутреннюю поверхность первого набора боковых стенок 136). Поддерживающие механизмы 214 могут быть покрыты литым, изолирующим или инкапсулирующим компаундом.

[0033] Узел 200 стека плат также включает в себя трансформатор 224, однопроводной коммуникационный интерфейс 226 и устройство 228 ограничения энергии (показаны на фиг. 6). Устройство 228 ограничения энергии может использоваться или конфигурироваться так, чтобы изолировать однопроводной коммуникационный интерфейс 226 от трансформатора 224. Устройство 228 ограничения энергии образует барьер между внутренне безопасной частью узла 200 стека плат и остальным узлом 200 стека плат. Устройство 228 ограничения энергии может представлять собой, например, оптический изолятор, гальванический изолятор, зенеровский барьер и тому подобное. Величина электрической энергии, передаваемой в потенциально опасную среду или запасаемой в ней (например, электрической энергии, передаваемой или запасаемой в датчике 162), может быть ограничено, например, устройством 228 ограничения энергии. В некоторых примерах, внешний источник питания соединен с узлом 200 стека плат (например, через интерфейсное устройство 206), и устройство 228 ограничения энергии ограничивает величину энергии, передаваемой на защитный проводной ввод 210, который отделен, изолирован и/или защищен. Таким образом, один или несколько электронных компонентов, соединенных с однопроводным коммуникационным интерфейсом 226, могут принимать контролируемую, внутренне безопасную величину мощности. Однопроводной коммуникационный интерфейс 226 может проходить, например, через защитный проводной ввод 210.

[0034] В некоторых примерах, однопроводной коммуникационный интерфейс 226 использует одну линию данных плюс опорное заземление для двунаправленной связи. Однопроводной коммуникационный интерфейс 226 позволяет одному или нескольким электронным компонентам (например, датчику 162), соединенным с однопроводным коммуникационным интерфейсом 226, работать через управляемый трансформатор на заданном номинальном напряжении.

[0035] Источник питания может обеспечивать сверхширокий диапазон электрической энергии, и устройство 228 ограничения энергии обеспечивает высокую степень электрической изоляции между опасными секциями (например, в датчике 162 или защитном проводном вводе 210) и неопасными секциями схемы (например, в другом электрическом компоненте, соединенном с узлом 200 стека плат). В некоторых примерах, устройство 228 ограничения энергии снижает потребность в высоконадежном заземлении. Соединительная плата (ICB) 229, соединенная с трансформатором 224 и/или устройством 228 ограничения энергии, может находиться на третьей высоте 230 (показана на фиг. 6), отличной от первой высоты 208 и/или второй высоты 212. ICB 229 представляет собой, включает в себя или соединена с устройством подключения проводов, физически отделяющим незащищенную часть узла 200 стека плат от защищенной части узла 200 стека плат. В некоторых примерах, ICB 229 соединена с одним или несколькими проводами 231 (показаны на фиг. 6), которые разнесены от одного или нескольких электронных компонентов, которые находятся на высоте иной, чем высота ICB 229 (например, интерфейсное устройство 206, трансформатор 224). Провода 231 могут быть скреплены, например, чтобы облегчать поддержание положения и/или ориентации проводов 231.

[0036] Узел 200 стека плат может быть позиционирован в кодере 120 с интерфейсным устройством 206 рядом или смежно с портом (например, кабельным портом 168) и защитным проводным вводом 210 рядом или смежно с другим портом (например, отверстием датчика в защитной перегородке 140). Защитный проводной ввод 210 позволяет формировать или собирать узел 200 стека плат в глухой полости при поддержании естественно безопасного интервала разнесения. Защитный проводной ввод 210 может соединяться, например, с одним или несколькими датчиками 162. В некоторых примерах, защитный проводной ввод 210 проходит через отверстие датчика в защитной перегородке 140, так что первая часть защитного проводного ввода 210 находится в первой зоне 132, а вторая часть защитного проводного ввода 210 проходит между первой зоной 132 и второй зоной 134 (показана на фиг. 3). Отверстие датчика позволяет соединять защитный проводной ввод 210 с одним или несколькими датчиками 162 во второй зоне 134.

[0037] Как показано на фиг. 7, датчики 162 представляют собой узел стека датчиков, имеющий множество высот 232, которые позволяют подгонять одну или несколько PCB 234 и один или несколько электронных компонентов, связанных с PCB 234, к второй зоне 134 (показана на фиг. 3). В некоторых примерах, датчики 162 включают в себя первый датчик 236, расположенный и/или ориентированный так, чтобы обнаруживать дорожку INC или дорожку Z на периферийной поверхности 128 ротора 122 (показана на фиг. 1 и 2), и второй датчик 238 (показан на фиг. 7), расположенный и/или ориентированный так, чтобы обнаруживать другие из дорожки INC или дорожки Z. Альтернативно, датчики 162 могут включать в себя любой тип датчика (например, оптический, магнитный, на эффекте Холла), который позволяет кодеру 120 функционировать, как описано здесь. Первый датчик 236 и/или второй датчик 238 могут осуществлять связь с одним или несколькими электронными компонентами, связанными с PCB 204 узла стека плат, например, через защитный проводной ввод 210.

[0038] В некоторых примерах, узел стека датчиков включает в себя один или несколько светопроводов 240 (показаны на фиг. 4), проходящих между светоизлучающим диодом или LED (например, индикатором 170 диагностики) на PCB 234 и одной из второго набора боковых стенок 138. Индикаторы 170 диагностики могут идентифицировать, например, функциональность узла стека датчиков и представлять одну или несколько индикаций, соответствующих идентифицированной функциональности. Таким образом, пользователь может визуально идентифицировать функциональность узла 200 стека плат и/или узла стека датчиков на внешней поверхности корпуса 130. В некоторых примерах, индикаторы 170 диагностики ограничены по мощности (например, трансформатором 224 и/или устройством 228 ограничения энергии).

[0039] Фиг. 8 показывает операции способа 300 обеспечения внутренне безопасного кодера (например, кодера 120), который может использоваться с одним или несколькими устройствами датчика (например, датчиком 162). Способ 300 включает в себя сборку узла 200 стека плат в операции 310. Узел 200 стека плат собирается, например, чтобы включать в себя интерфейсное устройство 206 и линейный вкладыш (например, защитный проводной ввод 210) на множестве высот (например, высотах 208 и 212, соответственно).

[0040] Узел 200 стека плат позиционируется в операции 320 таким образом, что интерфейсное устройство 206 и первая часть защитного проводного ввода 210 находятся в первой зоне 132, определяемой корпусом 130 взрывоустойчивого кодера 120, а вторая часть защитного проводного ввода 210 проходит между первой зоной 132 и второй зоной 134, определяемой корпусом 130 взрывоустойчивого кодера 120. В некоторых примерах, корпус 130 включает в себя первый набор боковых стенок 136, определяющих первую зону 132, второй набор боковых стенок 138, определяющих вторую зону 134, и интегрированную защитную перегородку 140, отграничивающую первую зону 132 от второй зоны 134.

[0041] Крышка 146 соединяется с корпусом 130 в операции 330 таким образом, что крышка 146 изолирует первую зону 132 от внешней среды. В некоторых примерах, крышка 146 позиционируется во входном отверстии, определяемом первым набором боковых стенок 136, для соединения крышки 146 с корпусом 130. Входное отверстие может сообщаться текучей средой с первой зоной 132, например. В некоторых примерах, соединительный механизм 150 прочно связывает крышку 146 с корпусом 130.

[0042] Защитный проводной ввод 210 связывается с одним или несколькими датчиками 162 во второй зоне 134 в операции 340. В некоторых примерах, защитная перегородка 140 имеет отверстие датчика между первой зоной 132 и второй зоной 134, которое позволяет связывать защитный проводной ввод 210 с датчиками 162 во второй зоне 134. То есть, защитный проводной ввод 210 может проходить через отверстие датчика, так что первая часть защитного проводного ввода 210 находится в первой зоне 132, а вторая часть защитного проводного ввода 210 проходит через отверстие датчика между первой зоной 132 и второй зоной 134.

[0043] Трансформатор 224, устройство 228 ограничения энергии и однопроводной коммуникационный интерфейс 226 в первой зоне 132 используются, чтобы подавать питание и ограниченные по мощности сигналы вне корпуса 130 на один или несколько датчиков 162 во второй зоне 134 внутренне безопасным образом. То есть, датчики 162 соединены с трансформатором 224 и электроникой приемника (например, кодером 120) посредством низкоимпедансных, помехоустойчивых соединений через взрывоустойчивый интерфейс. Например, трансформатор 224 и/или устройство 228 ограничения энергии может использоваться, чтобы передавать 40 миллиампер (мА) для питания инкрементного (с приростом) датчика и/или 20 мА для питания индексного датчика и принимать сигналы "A" и "B" от инкрементного (с приростом) датчика (например, через однопроводной коммуникационный интерфейс 226) и/или сигнал "Z" от индексного датчика (например, через однопроводной коммуникационный интерфейс 226). Однопроводной коммуникационный интерфейс 226 и один или несколько сигналов, передаваемых через однопроводной коммуникационный интерфейс 226 (например, сигнал "A", сигнал "B" и/или сигнал "Z"), изолированы.

[0044] В некоторых примерах, первый набор боковых стенок 136 включает в себя множество кабельных портов 168, устанавливаемых в них. Кабельные порты 168 сообщаются по текучей среде, например, с первой зоной 132. В некоторых примерах, кабельные порты 168 включают в себя первое отверстие в первой стенке первого набора боковых стенок 136, и второе отверстие во второй стенке первого набора боковых стенок 136, напротив первой стенки.

[0045] Однопроводной коммуникационный интерфейс 226 и устройство 228 ограничения энергии позволяют кодеру 120 осуществлять связь с одним или несколькими внешними устройствами (например, системой управления) посредством одного или нескольких проводов, проходящих через кабельные порты 168 внутренне безопасным образом. В некоторых примерах, один или несколько индикаторов 170 диагностики сконфигурированы, чтобы идентифицировать функциональность узла 200 стека плат и представлять одну или несколько индикаций, соответствующих идентифицированной функциональности. Индикаторы 170 диагностики могут включать в себя, например, один или несколько светоизлучающих диодов (LED), связанных с узлом 200 стека плат.

[0046] В некоторых примерах, защитный проводной ввод 210 электрически соединяется с узлом 200 стека плат, когда он формируется вне корпуса 130. Этот узел вставляется в корпус 130. Однопроводной коммуникационный интерфейс 226 проходит через защитный проводной ввод 210 и/или защитный барьер (например, защитную перегородку 140), пока фланец защитного проводного ввода 210 не дойдет до защитной перегородки 140, и закрепляется с помощью удерживающего устройства (например, стопорного кольца) на удаленной стороне. Проводники могут быть припаяны или электрически соединены со стеком PCB (например, PCB 234) датчика вне корпуса. Затем, этот узел стека датчиков скрепляется с корпусом 130 во второй зоне 134.

[0047] Примеры, описанные здесь, включают в себя корпус и защитную перегородку, разделяющую полость, определяемую корпусом, на первую контролируемую зону и вторую зону, открытую к внешней среде. Печатная плата (PCB) может быть скомпонована или собрана в стек для обеспечения возможности располагать электронные компоненты в первой зоне. Узел стека плат включает в себя интегрированное устройство ограничения энергии, которое обеспечивает внутренне безопасную защиту для одного или нескольких электронных компонентов, связанных с узлом стека плат, включая один или несколько датчиков с модульной конструкцией, без нарушения первой зоны и/или без потребности во внешней проводке. Использование защитной перегородки для отделения первой зоны от второй зоны снижает потребность в герметичности вокруг ротора и/или датчика, дополнительно обеспечивая возможность использования описанных примеров с датчиками с модульной конструкцией. Таким образом, способы и системы конструирования и защиты, описанные здесь, пригодны для использования в опасных средах с датчиками с модульной конструкцией действенным, эффективным и безопасным образом.

[0048] В некоторых примерах, операции, проиллюстрированные на чертежах, могут быть реализованы как инструкции программного обеспечения, закодированные на считываемом компьютером носителе, в аппаратных средствах, запрограммированных или спроектированных для выполнения операций, или с использованием того и другого. Например, аспекты раскрытия могут быть реализованы как система на чипе или другая схема, включающая в себя множество взаимно соединенных, электропроводных элементов.

[0049] Порядок исполнения или выполнения операций в примерах раскрытия, проиллюстрированного и описанного в настоящем документе, не является обязательным, если не определено иным образом. То есть, операции могут выполняться в любом порядке, если не определено иным образом, и примеры раскрытия могут включать в себя больше или меньше операций, чем раскрыто здесь. Например, следует иметь в виду, что исполнение или выполнение конкретной операции перед, одновременно или после другой операции находится в пределах объема аспектов раскрытия.

[0050] При представлении элементов настоящего изобретения или его примеров, формы единственного числа, слова “этот” и “упомянутый” предназначены обозначать, что имеется один или несколько элементов. Более того, ссылки на “вариант осуществления” или “пример” настоящего изобретения не должны интерпретироваться как исключающие существование дополнительных вариантов осуществления или примеров, которые также включают в себя изложенные признаки. Термины “содержащий”, “включающий в себя” и “имеющий” подразумеваются инклюзивными и обозначают, что могут существовать дополнительные элементы, отличные от перечисленных элементов. Фраза “одно или несколько из следующего: A, B и C” означает “по меньшей мере одно из A и/или по меньшей мере одно из B и/или по меньшей мере одно из C”.

[0051] Исходя из подробного описания изобретения, должно быть очевидно, что модификации и вариации возможны без отклонения от объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения. Так как различные изменения могут выполняться в вышеописанных конструкциях, продуктах и способах без отклонения от объема изобретения, подразумевается, что все, содержание приведенного выше описания, также все признаки, показанные на прилагаемых чертежах, должны интерпретироваться как иллюстративные, а не в ограничивающем смысле.

[0052] Хотя аспекты изобретения были описаны в терминах различных примеров с их ассоциированными операциями, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что комбинация операций из любого числа разных примеров также находится в пределах объема аспектов раскрытия.

1. Безопасный взрывоустойчивый кодер, содержащий:

корпус, включающий в себя множество боковых стенок и защитную перегородку, причем множество боковых стенок включает в себя первый набор из одной или более боковых стенок, определяющих первую зону, и второй набор из одной или более боковых стенок, определяющих вторую зону, открытую к внешней среде, а защитная перегородка имеет первую поверхность, ориентированную в направлении первой зоны, и вторую поверхность, ориентированную в направлении второй зоны, причем защитная перегородка имеет отверстие датчика между первой зоной и второй зоной,

узел стека плат, включающий в себя одну или более печатных плат и интерфейсное устройство, устройство ограничения энергии, и защитный проводной ввод, связанный с одной или более печатными платами в первой зоне, причем защитный проводной ввод проходит через отверстие между первой зоной и второй зоной,

датчик, связанный с защитным проводным вводом во второй зоне, и

крышку, сконфигурированную для ее взаимодействия с первым набором из одной или более боковых стенок, так что крышка изолирует первую зону от внешней среды.

2. Кодер по п. 1, в котором узел стека плат включает в себя трансформатор и однопроводной коммуникационный интерфейс, связанный с одной или более печатными платами в первой зоне, причем устройство ограничения энергии сконфигурировано для гальванического изолирования однопроводного коммуникационного интерфейса от трансформатора.

3. Кодер по любому из пп. 1, 2, в котором узел стека плат включает в себя поддерживающий механизм, связанный с одной или более печатными платами в первой зоне, причем поддерживающий механизм проходит между первым уровнем из множества уровней и вторым уровнем из множества уровней.

4. Кодер по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащий индикатор диагностики, связанный с защитным проводным вводом во второй зоне, причем индикатор диагностики сконфигурирован для идентифицирования функциональности узла стека плат и представления одной или более индикаций, соответствующих идентифицированной функциональности.

5. Кодер по любому из пп. 1-4, в котором крышка включает в себя головку и хвостовик, проходящий от головки, нижняя часть которой определяет паз, проходящий по периметру головки.

6. Кодер по п. 5, в котором первый набор из одной или более боковых стенок определяет входное отверстие, сообщающееся по текучей среде с первой зоной, причем стержень крышки выполнен с возможностью размещения во входном отверстии для связи крышки с первым набором из одной или более боковых стенок.

7. Кодер по любому из пп. 5,6, дополнительно содержащий герметизирующий механизм, причем верхняя часть хвостовика крышки определяет канавку, сконфигурированную для приема герметизирующего механизма.

8. Кодер по любому из пп. 1-7, дополнительно содержащий соединительный механизм, связывающий крышку с первым набором из одной или более боковых стенок.

9. Кодер по любому из пп. 1-8, в котором первый набор из одной или более боковых стенок включает в себя множество отверстий в них, причем множество отверстий связаны по текучей среде с первой зоной, причем множество отверстий включает в себя первое отверстие в первой стенке первого набора из одной или более боковых стенок, и второе отверстие во второй стенке первого набора из одной или более боковых стенок напротив первой стенки.

10. Кодер по любому из пп. 1-9, дополнительно содержащий монтажный механизм, соединяемый с внешней поверхностью.

11. Система датчиков положения, содержащая:

датчик и

кодер, коммуникативно связываемый с датчиком, причем кодер включает в себя корпус, определяющий первую зону и вторую зону, открытую к внешней среде, узел стека плат в первой зоне и крышку, сконфигурированную для изоляции первой зоны от внешней среды, причем узел стека плат имеет множество уровней, включающих в себя одну или более печатных плат и интерфейсное устройство, устройство ограничения энергии, и защитный проводной ввод, связанный с одной или более печатными платами в первой зоне, причем защитный проводной ввод связан с датчиком во второй зоне.

12. Система по п. 11, в которой корпус включает в себя первый набор из одной или более боковых стенок, определяющих первую зону, второй набор из одной или более боковых стенок, определяющих вторую зону, и защитную перегородку, имеющую первую поверхность, ориентированную в направлении первой зоны, и вторую поверхность, ориентированную в направлении второй зоны.

13. Система по любому из пп. 11, 12, причем узел стека плат включает в себя интерфейсное устройство в первой зоне на первом уровне из множества уровней, защитный проводной ввод на втором уровне из множества уровней и поддерживающий механизм, проходящий между первым уровнем и вторым уровнем, причем защитный проводной ввод включает в себя первую часть в первой зоне и вторую часть, проходящую между первой зоной и второй зоной.

14. Система по любому из пп. 11-13, в которой узел стека плат включает в себя трансформатор и однопроводной коммуникационный интерфейс, причем устройство ограничения энергии сконфигурировано для гальванической изоляции однопроводного коммуникационного интерфейса от трансформатора.

15. Система по любому из пп. 11-14, в котором кодер включает в себя индикатор диагностики, связанный с защитным проводным вводом на втором уровне, причем индикатор диагностики сконфигурирован для идентификации функциональности узла стека плат и для представления одной или более индикаций, соответствующих идентифицированной функциональности.