具有帶類金剛石碳涂層的密封件的過程壓力變送器的制造方法
【專利摘要】過程壓力變送器系統包括過程壓力變送器殼體、過程壓力變送器殼體中的過程壓力傳感器、過程壓力變送器殼體中的凸緣面和凸緣面上的隔離膜片。第一毛細管通道將第一填充流體從隔離膜片運送到過程壓力傳感器。過程密封膜片耦合到工業過程的過程流體。第二毛細管通道將第二填充流體從過程密封膜片運送到隔離膜片。類金剛石碳(DLC)涂層涂覆過程密封膜片。
【專利說明】具有帶類金剛石碳涂層的密封件的過程壓力變送器

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及過程控制工業。更具體地，本實用新型涉及用于將過程控制儀器 耦合到過程的隔離膜片或密封件。

【背景技術】
[0002] 例如壓力變送器的一些類型的過程控制儀器具有通過填充流體流體地耦合到隔 離膜片的壓力傳感器。隔離膜片包括稱為"遠程密封件"或"膜片密封件"并且將壓力傳 感器與被感測的腐蝕性過程流體隔離的子組件部分。壓力被從隔離膜片通過基本不能壓縮 的并且填充兩側的腔的填充流體和毛細管（或如果密封件直接地安裝到儀器則是通孔）傳 送到傳感器。毛細管通常地是柔性的并且可以延伸數米。過程介質接觸將被施加的壓力傳 送到設置在變送器殼體中的壓力傳感器的遠程隔離膜片。
[0003] 通常地，隔離膜片和遠程密封件的任何過程潤濕部件由耐腐蝕的材料制成，使得 過程介質不損壞膜片。在本領域還已知的是，在隔離膜片上提供涂層，以保護隔離膜片免受 由于與過程流體接觸的侵蝕。然而，需要持續改進隔離膜片保護。 實用新型內容
[0004] 過程壓力變送器系統包括過程壓力變送器殼體、過程壓力變送器殼體中的過程壓 力傳感器、過程壓力變送器殼體中的凸緣面和凸緣面上的隔離膜片。第一毛細管通道將第 一填充流體從隔離膜片運送到過程壓力傳感器。過程密封膜片耦合到工業過程的過程流 體。第二毛細管通道將第二填充流體從過程密封膜片運送到隔離膜片。類金剛石碳（DLC) 涂層涂覆過程密封膜片。
[0005] 提供本實用新型內容和摘要從而以簡化的形式介紹將在下文詳細描述的構思的 選擇。本實用新型內容和摘要不意圖確定要求保護的主題的關鍵特征或本質特征，它們也 不意圖被用于幫助確定要求保護的主題的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是顯示根據本實用新型的具有遠程密封件的變送器的簡化示意圖。
[0007] 圖2A是沿著圖2B中標記2A--2A的線截得的、現有技術的遠程密封件的側面剖視 圖。
[0008] 圖2B是圖2A中的現有技術的遠程密封件的底部平面圖。
[0009] 圖2C是圖2A的現有技術的遠程密封件的頂部平面圖。
[0010] 圖3是顯示包括耦合到遠程密封件的壓力變送器的壓力變送器系統的簡化示意 圖。
[0011] 圖4A、4B和4C是剖視圖，示例了施加到隔離膜片的類金剛石碳（DLC)涂層的示例 性構造。
[0012] 圖5是顯示包括類金剛石碳（DLC)涂層和中間層的過程膜片的一部分的放大剖視 圖。

【具體實施方式】
[0013] 本實用新型涉及用于將過程變量變送器耦合到工業過程流體的膜片密封件。膜片 密封件包括被涂有類金剛石碳（DLC)以保護隔離膜片免受由于與工業過程流體接觸的損 壞的隔離膜片。圖1示出過程變量變送器11的遠程密封件12。遠程密封件12連接到殼體 14中的變送器膜片。遠程密封件12包括殼體17并且構造成用于耦合到過程流體16。
[0014] 根據一個實施例，變送器11測量過程介質16的壓力。遠程密封件12包括接觸過 程介質16的薄的柔性的膜片18。密封件12還包括與膜片18 -起限定腔20的背板19。毛 細管22將腔20耦合到設置在變送器殼體14中的壓力傳感器28,該耦合經由變送器殼體膜 片25和將膜片25與傳感器28連接的密封流體系統進行。密封流體系統以及腔20和毛 細管22由適當的流體填充，用于將過程壓力傳送到傳感器28。流體可以包括硅酮、油、甘油 和水、丙二醇和水、或優選基本地不能壓縮的任何其他的適當的流體。
[0015] 從過程介質16施加過程壓力時，膜片18移動流體，因而將被測量的壓力從遠程密 封件12通過板19中的通道并且通過管22傳送到壓力傳感器28。所產生的施加到可以是 基于電容的壓敏元件的壓力傳感器28的壓力促使這種電容作為介質16處的壓力的函數而 改變。傳感器28還可以根據其他已知的感測原理操作，例如應變儀技術。變送器殼體14 中的電路將電容電子地轉換成與過程壓力有關的通過電線對30的線性4-20mA變送器輸出 信號。可以使用包括其中數字信息被調制成4-20mA電流的Π /\ΚΤ*:通信協議、Foundation Fieldbus或Profibus通信協議等的任何適當的通信協議。還可以通過使用無線通信技術 實施過程控制回路30。無線通信技術的一個例子是根據IEC62591的WirelessllAKT?:通 信協議。
[0016] 圖2A是遠程密封件50的側面剖視圖，圖2B是遠程密封件50的底部平面圖并且 圖2C是遠程密封件50的頂部平面圖。遠程密封件50稱為"帶凸緣的等高設計"，并且包 括密封件殼體52。遠程密封件50還包括液壓流體（填充流體）填充端口 54、儀器連接件 56、和通過TIG焊件60焊接的柔性膜片58。被提供的表面62是環狀形狀并且圍繞膜片58 延伸。螺栓孔64用于將殼體52連接到，例如，填充過程流體的箱。
[0017] 通常地，殼體52由不銹鋼形成并且具有大約1英寸的厚度。殼體52以一定方式 被加工以被焊接到圓形金屬膜片58。墊圈表面62也加工在殼體52上。膜片58通常是可 以通過壓模切割和成形的箔膜片。
[0018] 圖3是顯示其中過程壓力傳感器28被設置在過程壓力變送器殼體14中的壓力變 送器系統10的簡化塊狀圖。如圖3所示，隔離膜片25承載在殼體14的凸緣面80上。第 一毛細管通道82運送隔離填充流體并且從膜片25延伸到壓力傳感器28。過程膜片密封件 18連接到過程流體，并且第二毛細管通道22運送第二填充流體并且從過程密封膜片18延 伸到隔離膜片25。當壓力被施加到膜片18時，膜片18彎曲。這促使壓力通過第二填充流 體傳送到隔離膜片25。隨后，隔離膜片25彎曲并且促使壓力傳送到毛細管通道82中的填 充流體。這壓力可以由壓力傳感器28根據已知的技術感測到。變送器電路88用于感測被 施加的壓力并且將涉及被施加的壓力的信息通信到另一個位置。
[0019] 圖4A、圖4B和圖4C是顯示密封件12的示例性構造的側面剖視圖。在圖4A和4B 中，類金剛石碳（DLC)涂層90被施加到膜片18的外表面。在圖4A的構造中，DLC涂層90 僅覆蓋膜片18。該構造將保護膜片18免受磨損。這種構造可以減少成本并且簡化制造。 進一步，在該構造中，可以在涂層程序出現之后進行用于將膜片18焊接到遠程密封件12的 凸緣面94的焊接92。這簡化制造過程。
[0020] 圖4B示出另一個示例性構造，其中DLC涂層90在包括表面94的全部潤濕表面上 延伸。這對可能接觸過程流體的密封件12的所有表面提供耐腐蝕性。
[0021] 圖4C是另一個示例性構造，其中DLC涂層90設置在膜片18的內表面上。該構造 對于防止氫通過膜片18滲透是有用的。在這種構造中，涂層90在將膜片18焊接到凸緣面 94之前被施加到膜片18。
[0022] 可以使用任何適當的技術沉積DLC涂層90。例如，可以使用物理氣相沉積技術沉 積涂層。例如，可以使用過濾陰極真空弧沉積設備（FCVA)沉積DLC涂層90。在這種裝置 中，電弧被施加到陰極材料，促使該材料汽化和電離。磁性過濾場用于過濾蒸汽，并且磁性 集中場用于將所形成的碳等離子體集中到真空腔中的膜片18的表面上。可以按所期望沉 積各種類型的類金剛石碳。
[0023] 圖5是膜片18的一部分的放大剖視圖。如圖5所示，中間層100沉積在膜片18 和DLC層90之間。可以選擇中間層以促進DLC層90附著到膜片18。中間層100可以構造 成用于改善膜片18的表面粗糙度并且提供具有在膜片18和DLC涂層90的熱膨脹系數之 間的熱膨脹系數的過渡層。進一步，中間層100可以在沉積過程中保護膜片18的材料并且 改善最終結構的耐腐蝕性。例如，可以在DLC層90中形成銷孔。類似地，可以在沉積過程 中在膜片18中形成銷孔。中間層100在該過程中保護膜片18。可以根據需要選擇中間層 100。在一個構造中，層100包括鈦。然而，其他的示例材料包括鉭、鉻、或陶瓷材料。
[0024] 可以使用不同類型的類金剛石碳涂層制造層90。在一個示例實施例中，DLC層90 包括含有a_C:H(非晶氫化類金剛石碳）的類金剛石碳涂層。在另一個優選的實施例中，涂 層包括ta-C (四面體類金剛石碳）涂層。
[0025] 雖然已經參照優選的實施例對本實用新型進行了描述，但是本領域技術人員將認 識到可以在沒有脫離本實用新型的實質和范圍的情況下進行形式和細節上的改變。遠程 密封件可以是除本文中那些具體地描繪的構造之外的構造。例子包括帶凸緣的密封件類 型，例如等高凸緣密封件、伸出的帶凸緣的密封件或餅狀密封件。其他的構造包括螺紋密封 件（RTW)、管子接頭密封件、化學T字形密封件、螺紋管安裝密封件、鞍狀和流動通過密封件 等。毛細管通道22可以是細長的，如圖1所示，或，在另一個示例性構造中，可以相對較短， 借此變送器直接安裝到密封件。在一個構造中，膜片18包括不銹鋼。其他的示例材料包括 IhisU，M oy、l(、鉭、鈦、鎳 200/201、合金 400 (Monel?)、合金 625 和 600 (鉻鎳鐵合金 ?)、超 級雙相不銹鋼2507、錯、金、銀、鉬、鎳基合金、難恪金屬和貴金屬。在一個構造中，任何焊接 在沉積DLC涂層之前執行。這確保焊接過程不損傷DLC涂層。可以根據需要選擇DLC涂層 的厚度。例如，厚度可以在0.5和5μπι之間。在一些構造中，只要其滿足應用要求優選較 薄層。雖然示出了單個的中間層，但是可以按所期望使用任何數量的中間層。
【權利要求】
1. 一種過程壓力變送器系統，其特征在于，包括： 過程壓力變送器殼體； 過程壓力傳感器，所述過程壓力傳感器在過程壓力變送器殼體中； 凸緣面，所示凸緣面在過程壓力變送器殼體中； 隔離膜片，所述隔離膜片在凸緣面上； 第一毛細管通道，所述第一毛細管通道將第一填充流體從隔離膜片運送到過程壓力傳 感器； 過程密封膜片，所述過程密封膜片構造成禪合到工業過程的過程流體； 第二毛細管通道，所述第二毛細管通道將第二填充流體從過程密封膜片運送到隔離膜 片；和 類金剛石碳DLC涂層，所述類金剛石碳DLC涂層涂覆過程密封膜片。
2. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述類金剛石碳是四面體類金剛石碳。
3. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述類金剛石碳是非晶氨化類金剛石碳。
4. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，包括在DLC涂層和過程密封膜片之間的中 間層。
5. 根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述中間層是鐵。
6. 根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述中間層是粗。
7. 根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述中間層是銘。
8. 根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述中間層是陶瓷。
9. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述DLC涂層被施加到過程密封膜片的外 表面。
10. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述DLC涂層被施加到過程密封膜片的 內表面。
11. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述過程密封膜片被攜帶在遠程密封件 中并且所述DLC涂層在遠程密封件的表面上延伸。
12. -種將過程壓力變送器禪合到過程流體的遠程密封件，其特征在于，包括；過程密 封膜片，所述過程密封膜片構造成禪合到工業過程的過程流體； 毛細管通道，所述毛細管通道將填充流體從過程密封膜片運送到遠端；和 類金剛石碳DLC涂層，所述類金剛石碳DLC涂層涂覆過程密封膜片。
13. 根據權利要求12所述的遠程密封件，其特征在于，所述類金剛石碳是四面體類金 剛石碳。
14. 根據權利要求12所述的遠程密封件，其特征在于，包括在DLC涂層和過程密封膜片 之間的中間層。
15. 根據權利要求14所述的遠程密封件，其特征在于，所述中間層是鐵。
16. 根據權利要求12所述的遠程密封件，其特征在于，所述DLC涂層被施加到過程密封 膜片的外表面。
17. 根據權利要求12所述的遠程密封件，其特征在于，所述DLC涂層被施加到過程密封 膜片的內表面。
18. 根據權利要求12所述的遠程密封件，其特征在于，所述DLC涂層在遠程密封件的表 面上延伸。
【文檔編號】G01L19/00GK204228324SQ201420356550
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2014年6月30日
【發明者】張小昂, 文森特·克雷恩 申請人:羅斯蒙特公司