火焰淬熄键盘组件

摘要

本发明公开一种过程分析装置(101)，包括具有设置在其中的电子元件的金属壳体(16)。壳体(16)包括具有基准表面(70，104)的壳体壁(54，76，102)。设置多个操作杆(58，106)。每个操作杆(58，106)被配置为通过在壳体壁(54，76，102)中的孔(60，1O8)，并且与壳体壁(54，76，102)配合，以提供火焰淬熄路径。设置有多个电气开关(84)，其中每个电气开关(84)与相应的操作杆(58，106)对准，并且远离基准表面(70，104)以受控距离安装。每个操作杆(58，106)通过火焰淬熄路径传送运动到相应的电气开关(84)。

说明书

背景技术

过程分析仪和仪器通常用于监控、优化和控制包括危险或易燃气体和 液体的过程。典型的应用包括天然气加工、炼油、化工及石油化工过程。 在许多这些应用中，要求仪器仪表和分析仪满足严格的安全标准，以防止 火灾和爆炸。必须满足这样的安全标准的过程仪表和分析仪的示例包括气 体或液体分析仪，诸如燃烧分析仪或过程气相色谱仪和/或其他过程指示 器。

取决于行业和世界区域，具有许多已知的设计和方法用于提供危险区 域保护。变化往往是通过在每个区域或辖区中安全标准驱动。保护的方法 包括防爆/防火电子壳体、使用非可燃性气体净化电子壳体、采用符合一 个或多个本质安全规格的电子元件等等。

典型的防火或防爆壳体包括通常是由铝构造的重的金属铸造件。这类 产品面临的挑战是提供易于使用的操作者接口，同时还符合相应的安全标 准。这样的操作者接口选项通常包括非接触式键盘按钮，如红外线、磁或 霍尔效应键盘按钮或复杂的操作杆键盘。

已知的操作者接口因此是复杂的、昂贵的并且通常是很难使用的。此 外，这种接口还缺乏在通用目的工业和家用装置上使用的更传统的薄膜键 盘的感觉。

提供具有类似于已知的传统薄膜键盘的触觉感觉的低成本防火操作 者接口，将促进在危险或爆炸区域中的操作者接口技术。

发明内容

过程分析装置包括具有设置在其中的电子元件的金属壳体。该金属壳 体包括具有基准表面的壳体壁。设置多个操作杆。每个操作杆被配置为通 过在壳体壁中的孔，并且与壳体壁配合，以提供火焰淬熄路径。设置有多 个电气开关，其中每个电气开关与相应的操作杆对准，并且远离基准表面 一受控距离安装。每个操作杆通过火焰淬熄路径传送运动到相应的电气开 关。

附图说明

图1和图2是采用特别适用本发明的实施例的防爆壳体的示例性过程 分析装置的示意性的正视图和侧视图。

图3是根据本发明的实施例的操作者接口的一部分的剖视图。

图4是安装到根据本发明的实施例的防爆壳体的操作者接口的剖视 图。

图5和图6是根据本发明的实施例的操作者接口的示意性分解透视图。

图7是根据本发明的实施例的操作者接口的示意性的正视图。

图8是沿着图7的B-B线获得的根据本发明的实施例的操作者接口的一 部分的示意性剖视图。

图9是沿着图7的C-C线获得的根据本发明的实施例的操作者接口的一 部分的示意性剖视图。

具体实施方式

本发明的实施例通常提供具有薄膜键盘手感的防爆或防火键盘组件； 提供高水平环保或密封；并且需要最少的机械加工，以方便在隐蔽或访问 受限的壳体上实施。此外，在本发明的一些实施例有助于提供内部的按键 开关矩阵相对于外部键盘覆盖层的准确位置，从而确保一致的键盘感觉和 开关致动，而不需要调整或壳体的内部上的基准表面的任何加工。

图1和图2是示是采用特别适用本发明的实施例的防爆壳体的示例性 过程分析装置的示意性的正视图和侧视图。装置10是可从Houston的 Rosemount Analytical Inc获得的以商标名称Model2350A售卖的气相色 谱仪控制器。特别适用本发明的实施例的过程分析装置的另一个示例是可 从Rosemount Analytical获得的以商标名称X-STREAM增强性XEFD售卖的防 爆气体分析仪。然而，本发明的实施例可以使用具有防爆壳体和操作者接 口的任何电气装置。装置10具有操作者接口，操作者接口包括显示器12和 操作者输入按钮14。显示器12可以是任何合适的显示器。在一个实施例中， 显示器12是LCD显示器。装置10还包括金属壳体16(如图2所示)，金属壳 体16被设计以遵守来自如CSA、UL、FM、ATEX和IEC的认证机构的一个或多 个业界公认标准，以提供火焰和爆炸安全操作。用于壳体16的防爆等级的 一个示例是用于潜在爆炸性环境的EEx d IIB T6标准EN50015和EN50018的 部分1和5ATEX鉴定。虽然在图1和2中所示的实施例提供铰接连接式前面板 18，但可以采用将前面板18连接到壳体16的其他的方法，只要它们符合适 用的标准。

图3是根据本发明的实施例的操作者接口的一部分的剖视图。防爆按 钮阵列50包括多个操作者按钮52。每个操作者按钮52被设置在防爆壳体壁 54的外表面上，并且凭借操作杆58连接到壳体的内部56。多个操作杆58传 送来自外部键盘覆盖层(图4中所示)的键击动作到对应于内部开关矩阵 (还在图4中示出)的一个或多个按键或开关，从而发送电键击或其他的 适当的信号到防爆壳体内部的电路。杆58可以由任何合适的材料制成，只 要该材料能够通过应用的认证。在一些实施例中，杆58由金属(如不锈钢) 形成。杆58相对于通过壁54的孔60形成尺寸，使得每个杆58的外径或外部 尺寸和孔60的直径或尺寸之间的间隙是很窄的。在壳体壁由铝构成的某些 实施例中，壳体的孔60和潜在的其它部分被阳极电镀以提供阳极电镀涂 层。在孔60上进行阳极电镀的实施例中，阳极电镀的厚度被控制为0.003 英寸或更小。另外地，可以使用任何合适的油脂或涂层以便利杆58的运动。 一个合适的油脂的特别的示例是可从特拉华州的Wilmington市的E.I.du  Pont de Nemours and Company获得的以商标名称ModelGPL225。 GPL225售卖的，是非导电的、耐腐蚀润滑脂，其中包含亚硝酸钠。 润滑脂不仅便于杆58的运动，而且还在环境温度处提供防锈、在升高的温 度处提供防腐蚀和抗磨损保护。

每个杆58的外径和相应的孔60的内径之间的窄间隙配合间隙的长度 来提供合适的火焰淬熄路径，使得电子壳体内产生或启动的任何火焰或爆 炸不能通过间隙逃逸。在这种方式下，杆58所提供的火焰淬熄路径有利于 符合来自诸如CSA、UL、FM、ATEX和IEC的认证机构的可应用的行业公认标 准，以提供火焰和爆炸安全操作。间隙的长度和尺寸可以根据设计考虑改 变，只要间隙的长度和尺寸遵守可应用的防火标准。杆58还包括固定部件， 使得即使在壳体内的爆炸作用力的情况下，杆也不能够被推出。在图3所 示的实施例中，这样的固定部件由环形凹槽62提供，环形凹槽62位于每个 杆在壳体内部的部分上。每个凹槽62与盘形的固定器64配合，盘形的固定 器64将不通过孔60。在一些实施例中，盘形的固定器64可以是公知的卡环、 e形夹子或任何其它合适的机械固定器。此外，可以实践本发明的其中固 定器是每个杆58的一体的部分的实施例。例如，杆58可以被加工成具有圆 环，所述圆环具有不能够通过孔60的较大的直径。

图4是安装到根据本发明的实施例的防爆壳体的操作者接口的剖视 图。在防爆壳体的外部上加工或以其它方式设置基准平面70。在一些实施 例中，包括一个或多个“圆顶形”按键或按钮74的外部键盘覆盖层72被粘 接地安装到基准平面70。然而，在其他实施例中，没有设置外部键盘覆盖 层，并且操作杆58的端部可以形成由操作者直接地接触的按钮。在一些实 施例中，键盘覆盖层72提供环境密封。在表面70和壳体壁76中加工或以其 它方式设置孔60直到壳体的内部78。在一个实施例中，圆顶形按键74被布 置成矩阵状。对于每个按键74，操作杆58优选地被设置为与每个圆顶形按 键74同心。额外的安装孔80被加工通过基准表面70到内部78，以在壳体内 部并且平行于基准表面70设置安装按键开关板82。按键开关板82具有被布 置成由相应的操作杆58致动的多个电气开关84。在一些实施例中，内部的 按键开关板可以包括圆顶形弹簧膜键盘，其中圆顶形弹簧在操作杆58上提 供回弹力和触觉反馈。在一些实施例中，内部的按键开关板可以由安装到 平坦的金属板的粘性膜键盘组件或印刷电路板组件提供。此外，外部键盘 还可以以与内部的按键开关板相似的特性安装到基准表面70。例如，外部 的键盘可以有圆顶形按键，该圆顶形按键具有接合内部的按键开关或致动 器所需要的操作行程相同的操作行程。因此，外部施加的操作运动由操作 杆58直接地传递到内部开关或致动部件。

在一些实施例中，电气开关84被连接到适当的电路(未显示)，所述 电路将瞬时开关致动记录为操作者键击。然而，也可以实践本发明的单个 开关84被直接地连接到诸如例如电源或电磁阀的任何合适的电气部件的 实施例。从基准表面70到按键开关板82的距离名义上是操作杆58的长度。 可以从基准表面70将安装孔80扩孔到受控深度以形成沉孔，使得常见(例 如：ISO7379或类似)有肩螺钉头86将停止在这个沉孔中，控制螺丝插入 深度。然而，在其他实施例中，如在图4中所示，有肩螺钉头86可以停靠 在基准表面70上。有肩螺钉的相对端88离有肩螺钉头86一受控距离，使得 在拧进按健开关板82时，这些部件在基准表面70和按键开关板82之间形成 一受控距离。这个组件与内部壳体表面无关，仅与有外部表面有关。按键 开关板82和防爆壳体的内部之间优选设置大间隙，以允许壁76的厚度的预 期变化。由于这个组件沿着有肩螺钉的轴线自由地向外平移，弹簧元件90 设置在壳体壁76的内部表面92和键开关板82之间，以向内地偏压该组件， 和使有肩螺钉承受张力。这个平移能力决不影响由有肩螺钉和操作杆58以 及相应孔之间的间隙所提供的火焰和爆炸保护。

图5和图6是根据本发明的实施例的操作者接口的示意性分解透视图。 操作者接口100包括板102，板102可以被安装到例如如上所述的壳体16的 电子壳体或与电子壳体一体。在一些实施例中，板102由铸铝形成，并且 包括基准表面104。提供通过板102中的孔108的多个操作杆106。每个杆106 包括或连接到固定器110，固定器110的尺寸形成为使得其不能够穿过孔 108。板102包括3个支座或凸起112，支座或凸起112为三个有肩螺钉116提 供支撑。在图5和6所示的实施例中，三个有肩螺栓116提供从基准表面104 到刚性板118的受控距离，因为每个螺栓116的肩部128(图8中所示)延伸 超过支座112的表面114。螺栓116穿过板102、支座112和固定板118。弹性 体O形圈122围绕每个有肩螺栓116设置在支座112的表面114和板118之间。 因此，当螺母120拧紧在每个相应的有肩螺栓116上时，每个相应的弹性体 O型环122被压缩，从而使有肩螺栓116承受张力。在一些实施例中，弹性 体O形环由橡胶形成。然而，在其中弹性体O形圈122被诸如间隔物、波形 垫圈等其他合适结构代替的情况下，本发明的实施例也可以被实现。

图7是根据本发明的实施例的操作者接口的示意性的正视图。板102 包括具有穿过其中的多个孔108的基准表面104。三个有肩螺栓116将固定 背衬板118(在图8中所示)拉向基准表面104，以将整个操作者接口组件 保持在一起。

图8是沿着图7的B-B线获得的根据本发明的实施例的操作者接口部分 的示意性剖视图。有肩螺栓116具有头部124，头部124埋入孔126内。有肩 螺栓116穿过板102的支座112。有肩螺栓116的肩部128延伸超出支座112的 表面114的距离小于O形环122的直径。因此，在螺母120被完全拧紧时，固 定板118直接地支承在肩部128上，并且施加一定的压缩量到下面的O形环 122。在设计中，基于弹性体的硬度等级以及肩部128延伸超出表面114的 距离和O形环122的横截面的直径之间的差异，选择压缩作用力。

图9是沿着图7的C-C线获得的根据本发明的实施例的操作者接口的一 部分的示意性剖视图。图9显示4个操作杆106通过板102以接触内部开关矩 阵130。图9还示出被压缩在支座112的表面114和板118之间的O形环122。 值得注意的是，在一些实施例中，内部开关矩阵或层130的至少一部分可 以被布置在O形环122和固定板118之间。

虽然以上图示的实施例使用多个有肩螺钉或螺栓来限定基准表面70 和按键开关板之间的受控距离，但根据本发明的实施例可以采用其他结 构。具体地说，该受控距离也可以由传统螺杆和长度受控套管产生。

在一些实施例中，不需要使用膜式键盘，而是可以采用类似于传统的 键盘的按键矩阵。在这样的实施例中，可以设置额外的或替代的弹簧元件， 用于操作杆的弹簧复位的感觉。还可以产生较大防火键盘组件。

在一些实施例中，一个或多个按钮可以包括用于将与该按钮相关联的 开关锁定进入打开或压下状态的部件或机构。这将提供上锁/挂牌的功能。 同样地，一些实施例可以包括用于提供转动(相对于平移)运动以提供类 似功能的一个或多个操作杆。在这样的实施例中，旋钮(knob)或其它合 适的转动结构被固定到操作杆的在防爆壳体的外部的部分，而内表面连接 到合适的电位计或转动编码器。因此，操作杆的功能是传送按钮的转动到 电位计或编码器，同时还提供通过防爆壳体的壁的火焰淬熄路径。此外， 转动和平移实施例不一定排斥。例如，一些控制装置可以是按钮(button)， 而其他是旋钮。另外，单个控制装置可以被配置为提供转动控制(旋钮) 和按钮控制两者。因此，操作者可以转动控制器以提供一个功能，并且然 后推动控制器以提供另一个功能。例如，转动可以用于调整机器参数，一 旦被调整，通过按压(轴向地移动)旋钮或转动控制件锁定到被调整的参 数。