具有观察区域的过程变送器壳体组件及其组装方法

摘要

本发明公开一种过程变送器壳体组件，包括壳体和盖组件，盖组件包括盖底座和透明盖片。盖底座包括从盖底座的周边向内延伸的盖凸缘。盖底座的内螺纹螺纹地接合壳体的外螺纹。当盖底座被螺纹地固定到壳体时，透明盖片被机械地夹紧在盖凸缘和壳体的最接近盖凸缘的表面之间。

说明书

技术领域

本发明一般地涉及一种用于工业过程变送器的变送器壳体组件，并且 特别地，涉及一种包括本地操作者界面的变送器壳体组件及其组装方法。

背景技术

工业过程变送器以各种设置用于工业过程设备中。例如，工业过程变 送器可以包括用于感测压力、温度、振动、流量或与工业过程相关联的几 乎任何其它参数的传感器，和/或可以包括致动器或管理、控制或以其他 方式与工业过程交互作用的其它装置。许多工业过程工厂位于腐蚀性环境 中，或可能受到火灾、爆炸或振动的风险，并且因此工业过程变送器通常 必须被构建为是防爆的和能够以其他方式承受操作环境条件。工业过程变 送器与控制室其它设备等无线地或使用硬接线连接进行通信，以帮助提供 工业过程管理。通常地，工业过程变送器安装在所需的位置处并且由操作 者使用编程设备在安装位置处进行配置。然而，这样的编程设备可能是昂 贵的，并且必须被运输到安装位置，用于由操作者使用。还希望的是，能 够在从发送机壳体上拆除变送器盖的情况下配置工业过程变送器。在现场 可能难以拆除并重新安装盖。重要的是，盖拆除将变送器的内部区域不希 望地显露到环境中。

可以设置本地操作界面，以允许配置过程变送器，而无需从壳体拆卸 盖。这样的设备通常包括具有用于观看显示器的透明盖片的变送器盖，并 且还可以包括用于配置变送器的电容触摸按钮。理想的是针对给定的壳体 的尺寸提供具有尽可能大的显示器同时容纳电容触摸按钮的操作者界面。

发明内容

一种过程变送器壳体组件包括壳体和盖组件。壳体包括在壳体的外部 上的外螺纹。盖组件包括盖底座和透明盖片。盖底座包括盖凸缘和在盖底 座的内部上的内螺纹。盖凸缘在盖底座的第一端处从盖底座的周边向内延 伸。内螺纹位于盖底座的与第一端相对的第二端处。盖底座的内螺纹用于 螺纹地接合壳体的外螺纹。当盖底座螺纹地固定到壳体时，透明盖片被机 械地夹紧在盖凸缘和壳体的最接近盖凸缘的表面之间。

一种组装过程变送器壳体组件的方法，包括首先将透明盖片插入过程 变送器的盖底座中并抵靠在盖底座的第一端处从盖底座的周边向内延伸 的盖凸缘。接着，在盖底座的内部上的螺纹在盖底座的与第一端相对的第 二端处与过程变送器壳体组件的壳体的外部上的螺纹接合。最后，通过将 盖底座螺纹地固定到壳体，透明盖片被夹紧在盖凸缘和壳体的最接近盖凸 缘的表面之间。

附图说明

图1是框图，图示包括根据本发明的工业过程变送器的工业过程管理 系统。

图2是实施本发明的过程变送器壳体组件的一部分的前视图。

图3是在图2中所示的过程变送器壳体组件的横截面图。

图4是在图3中所示的过程变送器壳体组件的放大剖视图。

图5是图示本发明的另一个实施例的过程变送器壳体组件的剖视图。

图6是在图5中所示的过程变送器壳体组件的放大剖视图。

虽然上述确定的附图阐述了本发明的几个实施例，如在讨论中所指 出，其它实施例也被考虑。在所有情况下，本公开内容以代表性的而非限 定性的方式呈现本发明。应当理解的是，本领域技术人员可以设想落入本 发明的原理的范围和精神内的许多其他的修改和实施例。这些附图可能没 有按比例绘制。在全部附图中相同的附图标记已经被用于表示相同的部 件。

具体实施方式

一般而言，本发明提供适合用于被配置以满足操作环境(如具有阻燃 电子元件备壳体)的要求的工业过程变送器的过程变送器壳体组件。过程 变送器壳体组件包括本地操作者界面，以允许配置过程变送器，而无需从 壳体拆卸变送器盖组件。变送器盖组件包括用于观看显示器的透明盖片并 且还可以包括用于配置变送器的电容触摸按钮。本发明的实施例包括多个 部件，所述多个部件夹紧透明盖片与壳体对齐，以使得对于给定的壳体尺 寸本地操作者界面具有尽可能大的显示器，同时容纳电容触摸按钮组。通 过采用该壳体作为用于透明盖片的机械支承，与单独的机械支承(例如， 止动环)相关联的部件成本被消除，降低了过程变送器壳体组件的成本。

在本发明的其它实施例中，可以发现附加的优点。通过将可变形环与 保持本地操作者界面的显示器护罩集成在一起并且将可变形环定位在透 明盖片和壳体之间，本地操作者界面可以被定位成使得电容触摸键和显示 器相对于透明盖片一致地定位。本地操作界面的一致定位允许如希望的那 样观察显示器并允许电容触摸按钮的可靠操作。使用具有集成的可变形环 的显示器护罩提供了在显示器护罩和壳体之间包括O形环的机会，以增强 本地操作界面对损坏振动的隔离。可变形环与显示器护罩的集成进一步降 低过程变送器壳体组件的成本。

图1是框图，示出用于工业过程22的工业过程管理系统20。该工业过 程管理系统包括工业过程变送器24和控制室26。工业过程变送器24包括传 感器/致动器28和本地操作者界面(LOI)32，本地操作者界面(LOI)32 包括电容触摸电路34和显示电路36。还设置了控制电路38。

控制室26可以包括显示器、处理器、存储器、资产管理或控制软件(例 如，可从明尼苏达州Chanhassen市的Emerson Process Management获得的 AMS组件和软件)，和用于管理和控制工业过程22以及用于收集 和分析来自工业过程变送器24的数据的其他组件。

传感器/致动器28被定位为与工业过程22交互作用。在各种实施例中， 传感器/致动器28可以被配置成感测压力、温度、振动、流量或几乎与工 业过程22相关联的任何其它参数和/或可以包括管理、控制或以其他方式 与工业过程22交互作用的致动器或其它设备。控制电路38被电连接到传感 器/致动器28，并且可以是用于控制传感器/致动器28的操作、收集数据、 处理数据等的任何合适的配置。应当指出，在替代实施例中，可以被实现 为多个分立电路组件，并且单独的控制电路(未示出)可以被提供用于传 感器/致动器28。

LOI32包括触摸电路34和显示电路36，触摸电路34可以是由能够操作 者触摸致动的任何合适的配置，显示电路36可以被配置为具有可选的背光 功能的一个或多个液晶显示器(LCD)，或被配置为能够产生视觉输出的任 何其它类型的数字或模拟显示器。在一个实施例中，触摸电路34提供由导 电焊盘(或按钮)限定的一个或多个可触摸致动区域，用于与定位在触摸 电路34的那些区域中的任何一个附近的操作者的附属肢体(例如，手指) 选择性地形成电容器。以这种方式，触摸电路34可以以已知的方式提供电 容触摸致动。但应该理解的是，根据用于特定应用的需要，限定触摸电路 34的可触摸致动区域的导电焊盘或按钮可以具有任何合适的配置。在一些 实施例中，触摸电路34和显示电路36可以彼此相邻定位。在其它配置中， 触摸电路34可以具有大致透明电迹线并被定位在显示电路36上。

控制电路38控制触摸电路34和显示电路36两者的操作。例如，控制电 路38可以控制在显示电路36上产生显示以及触摸电路34的操作者致动的 识别和处理。控制电路38可以包括常规配置的一个或多个处理器。

工业过程变送器24可以与控制室26通信。工业过程变送器24与控制室 26之间的通信可以通过任何合适的无线或硬线连接。例如，通信可以由二 线式回路上的范围从4mA到20mA的模拟电流表示。代替地，通信可以数字 形式在使用HART数字协议的二线式回路上、在使用诸如Foundation  fieldbus的数字协议在通信总线上或通过使用诸如无线HART(IEC62591) 的无线协议的无线传输被发送。此外，与控制室26的通信可以是直接的或 借助于具有任何数量的中间设备的网络，如无线网状网络(未示出)。控 制电路38可以帮助管理和控制到工业过程变送器24的通信和来自工业过 程变送器24的通信。

工业过程变送器24可包括在图1中未被具体示出的附加部件。此外， 将理解的是，工业过程变送器24的具体结构可根据用于特定应用的需要而 变化。

图2是体现本发明的工业过程变送器24的过程变送器壳体组件40的前 视图。如图2所示，过程变送器壳体组件40包括壳体42、盖组件44和LOI32。 LOI32包括电容性触摸电路34和显示电路36。壳体42包括导管引入件46和 传感器/致动器连接件48。盖组件44包括盖底座50和透明盖片52。

壳体42可具有大致圆筒形形状，并且可以由诸如金属或聚合物材料的 任何合适的材料制成。诸如铸造、机械加工和模制工艺或任何其它合适的 制造工艺之类的已知制造工艺可以被用来制造壳体42。壳体42可以是双室 壳体，包括电子元件室和现场端子室。盖底座50可以由金属材料、聚合材 料或其它合适的材料制成，并且还具有大致圆筒形的形状。透明盖片52可 以由大约是6毫米或更厚的玻璃制成。如参考图1描述，现场接线(未示出) 可以被输送通过导管引入件46，以连接工业过程变送器24至控制室26。可 替换地，天线连接件可以作为到控制室26的无线连接件的一部分被输送通 过导管引入件46。传感器/致动器28可以通过例如焊接或螺纹连接件(未 示出)在传感器/致动器连接件48处连接到过程变送器壳体组件24。

在图示的实施例中，显示电路36限定有观察区域54。观察区域54是在 显示电路36的中心部分处的能够产生数字显示的正方形区域。在其它实施 例中，观察区域54可具有如特定应用所需要的几乎任何配置。显示电路36 可包括一个或多个LCD屏或其他合适的显示器。

电容触摸电路34包括至少一个按钮56(在本实施例中示出四个按钮 56)。当用户触摸接近按钮56的透明盖片52来选择按钮56时，在用户的手 指和按钮56之间形成穿过透明盖片52的场通路(fieldpath)。该场与按钮 56电容性地交互作用以将按钮56被选择的信号发送到电容触摸电路34。

如在下文中参照图3和4更详细地讨论，透明盖片52装配在盖底座50 中以形成盖组件44。包括电容触控电路34和显示电路36的LOI32被设置在 壳体42内，使得当盖组件44被安装到壳体42时，显示电路36的观察区域54 可见，并且电容触摸电路34的按钮56可通过透明盖片52操作。

图3是图2中所示的工业过程变送器24的过程变送器壳体组件40的电 子元件室的横截面图。如图3所示，过程变送器壳体组件40还包括壳体密 封件59、电子元件护罩60、显示器护罩62和可变形环64。盖底座50还包括 盖凸缘66。电子元件护罩60支撑控制电路38。显示器护罩62支撑包括电容 触摸电路34和显示电路36的LOI32。壳体密封件59可以是O形环密封件。 电子元件护罩60和显示器护罩62的形状通常是圆筒形的，以安装在壳体42 内。在图3所示的实施例中，显示器护罩62由电子元件护罩60物理地支撑。 通过电子元件护罩60的这种物理支撑，相对于壳体42正确定位LOI32。可 变形环64是由可变形材料，例如某些类型的聚合物材料制成的圆环。如在 图3中示出，可变形环64具有矩形横截面。然而，可以采用其他横截面轮 廓。盖凸缘66是盖底座50的在盖底座50的第一端处从盖底座50的周边径向 向内延伸的一体部分。

图4是图3中显示的过程变送器壳体组件40的放大剖视图。如图4所示， 壳体42还包括外螺纹68。外螺纹68形成在壳体42的外部上。盖底座50还包 括内螺纹70。内螺纹70在盖底座50的与盖底座50的第一端相对的第二端处 形成在盖底座50的内部上。盖组件44还包括密封垫圈72和粘接材料74。密 封垫圈72是由诸如聚合物材料之类的弹性材料制成的圆环。粘接材料74可 以是，例如，环氧树脂。

一起考虑图3和4，内螺纹70用于在相应的外螺纹68处将盖组件44螺纹 接合到壳体42。密封垫圈72可以紧邻盖凸缘66的面对内螺纹70的一侧设 置。透明盖片52被设置成与盖凸缘66相对地紧邻密封垫圈72。粘接材料74 可以沉积在透明盖片52和盖底座50的邻近盖凸缘66的部分之间，以将透明 盖片52固定到盖底座50，以及提供粘接接头火焰通路。可变形环64可以设 置在透明盖片52和壳体表面76之间。壳体表面76是当盖底座50通过螺纹固 定到壳体42时壳体42的最接近盖凸缘66的表面。壳体密封件59围绕壳体42 的邻近外螺纹68的外部安装。

一旦盖底座50通过螺纹固定到壳体42，透明盖片52被机械地夹紧在盖 凸缘66和壳体表面76之间。以这种方式，壳体42的壳体表面76对如由一些 安全标准，例如IEC679-127第6.2节要求的粘接接头火焰通路提供 机械支承(backup)。壳体密封件59在壳体42的外部和盖底座50的邻近盖 底座50的第二端的内部之间提供密封。

因此，壳体42和盖组件44在接合在一起时，提供用于工业过程变送器 24的密封的、防火和防爆壳体。可变形环64可顾及透明盖片52和壳体表面 76之间的合理的平整度偏差。密封垫圈72可以提供环境密封，以保护在过 程变送器壳体组件40中的电子元件。重要的是，通过使用壳体表面76作为 粘接接头火焰通路的机械支承，避免使用单独的机械件作为机械支承。这 种单独的机械支承将必然被从壳体表面76径向向内定位，迫使电容触摸电 路34的按钮56径向向内定位以避免来自单独的机械支承的电容性干扰。因 为本发明的实施例不需要单独的机械支承，按钮56可以被设置在多个径向 向外位置处，释放空间使得可以制成明显较大的观察区域54。因此，本发 明的实施例包括与壳体42对齐地夹紧透明盖片52的多个部件，对于给定的 壳体尺寸，提供具有尽可能大的显示器(可见区域54)同时容纳电容触摸 电路34的按钮56的LOI32。此外，通过消除单独的机械支承持，与这样的 单独的机械支承相关联的部件成本被消除，降低工业过程变送器24的成 本。

图5是示出本发明的另一个实施例的过程变送器壳体组件140的剖视 图。图6是在图5中显示的过程变送器壳体组件140的放大剖视图。在图5和 6中图示的实施例包括在上面关于图3和4的实施方式所描述的所有的好处 和优点以及在下面所描述的益处。在图5和6中图示的本实施例中，工业过 程变送器124等同于参考图3和4如上描述的工业过程变送器24，不同之处 在于：过程变送器壳体组件140包括代替显示器护罩62的显示器护罩162， 并且可变形环64由可变形环164替换。此外，过程变送器壳体组件140还包 括弹性体环78。

如与显示器护罩62一样，显示器护罩162支撑包括电容触控电路34和 显示电路36的LOI32。可变形环164是在显示器护罩162的最接近透明盖片 52的端部处沿径向向外延伸的圆形凸缘。可变形环164与显示器护罩162集 成在一起或成一体。显示器护罩162和可变形环164由例如聚合物材料之类 的可变形材料制成。与图3和4中所示的实施例不同，在图5和6中所示的实 施例中，显示器护罩162未由电子元件护罩60物理地支撑。一旦盖底座50 通过螺纹固定到壳体42，并且可变形环164和透明盖片52被机械地夹紧在 盖凸缘66和壳体表面76之间，则显示器护罩162通过可变形环164被保持在 合适的位置。重要的是，通过集成可变形环164和显示器护罩162，LOI32 可以被定位成使得电容触摸电路34和显示电路36相对于透明盖片52一致 地定位。LOI32的这样的一致定位允许如希望的那样观察显示电路36并允 许电容触摸电路34的可靠操作。

如在图5和6中进一步显示，显示器护罩162和LOI32的附加支撑由弹 性体环78提供，弹性体环78设置在显示器护罩162的在壳体42内的部分和 壳体42的内壁之间。弹性体环是诸如由弹性体材料制成的O形环。由弹性 体环78提供的附加支撑增强了LOI32与破坏性振动源的隔离。与工业过程 变送器24进行比较，通过消除与作为与显示器护罩62分开的部件的可变形 环64相关的成本和额外处理，可变形环164与显示器护罩162的集成进一步 降低了工业过程变送器124的成本。

组装本发明的由过程变送器壳体组件40示出的一个实施例的方法包 括将透明盖片52插入盖底座50中并抵靠盖凸缘66。接着，盖底座50的内螺 纹70通过螺纹接合壳体42的外螺纹68。最后，通过将盖底座50螺纹固定到 壳体42，透明盖片52被夹紧在盖凸缘66和壳体表面76之间。

组装过程变送器壳体组件40的方法还可以包括，在接合内螺纹70与外 螺纹68之前将显示电路36插入壳体42中，使得数字显示通过透明盖片52是 可见的。组装过程变送器壳体组件24的方法可以进一步包括在插入显示电 路36之前将电容触摸电路34插入壳体42中。据理解，在电容触摸电路34和 显示电路36首先被组装成单个单元LOI32的情况下，这两个步骤可以颠倒 或结合成单个步骤。

组装过程变送器壳体组件40的方法还可以包括：在接合内螺纹70与外 螺纹68之前插入可变形环64；和在盖凸缘66和壳体表面76之间将可变形环 64和透明盖片52夹紧在一起。组装过程变送器组件壳体40的方法还可以包 括在接合内螺纹70和外螺纹68之前，在透明盖片52和盖底座50的邻近盖凸 缘66的部分之间沉积粘接材料74以形成粘接接头(cemented joint)。组装 过程变送器组件壳体40的方法可以进一步包括：在将透明盖片52插入盖底 座50中并且抵靠盖凸缘66之前，将密封垫圈72插入盖底座50中并抵靠盖凸 缘66；和在盖凸缘66和壳体表面76之间将变形环64、透明盖52片和密封垫 圈72夹紧在一起。

组装本发明的由过程变送器壳体组件140图示的另一个实施例的方法 包括将透明盖片52插入盖底座50中并抵靠盖凸缘66。接着，盖底座50的内 螺纹70与壳体42的外螺纹68螺纹接合。最后，通过将盖底座50螺纹固定到 壳体42，透明盖片52被夹紧在盖凸缘66和壳体表面76之间。

组装过程变送器壳体组件140的方法可以进一步包括，在将内螺纹70 与外螺纹68结合之前，将显示电路36插入壳体42中，使得数字显示通过透 明盖片52是可见的。组装过程变送器壳体组件124的方法可以进一步包括 在插入显示电路36之前将电容性触摸电路34插入壳体42中。据理解，在电 容触摸电路34和显示器电路36首先被组装成单个单元LOI32的情况下，这 两个步骤可以颠倒或结合成单个步骤。

组装过程变送器壳体组件140的方法可以进一步包括：在内螺纹70与 外螺纹68接合之前将包括可变形环164的显示器护罩162插入壳体42中，以 支撑显示电路36；和在盖凸缘66和壳体表面76之间将可变形环164和透明 盖片52夹紧在一起。组装过程变送器组件壳体140的方法可以进一步包括 在接合内螺纹70与外螺纹68之前，在透明盖片52和盖底座50的邻近盖凸缘 66的部分之间沉积粘接材料74以形成粘接接头。组装过程变送器组件壳体 140的方法可以进一步包括：在将透明盖片52插入盖底座50中并抵靠盖底 座50之前，将密封垫圈72插入盖凸缘66中并抵靠盖凸缘66；和在盖凸缘66 和壳体表面76之间将可变形环164、透明盖52片和密封垫圈72夹紧在一起。

本领域的普通技术人员将会理解的是，本发明提供许多优点和好处。 本发明的实施例包括一种具有多个部件的过程变送器壳体组件，所述多个 部件将透明盖片夹紧成与壳体对齐，使得能够提供一种本地操作者界面， 该本地操作者界面对于给定的壳体尺寸具有尽可能大的显示器，同时容纳 电容触摸按钮。通过采用壳体作为透明盖片的机械支承，与诸如卡环之类 的单独的机械支承相关联的部件成本被消除，降低过程变送器壳体组件的 成本。本发明的一些实施例将可变形环与保持本地操作者界面的显示器护 罩集成在一起。通过将可变形环定位在透明盖片和壳体之间，本地操作者 界面可以被定位成使得电容性触摸按钮和显示器相对于透明盖片一致地 定位。本地操作界面的一致定位允许如希望的那样观察显示器并允许电容 触摸按钮的可靠操作。使用与可变形环集成的显示器护罩还提供了在显示 器护罩和壳体之间包括O形环的机会，以增强本地操作界面对损坏振动的 隔离。可变形环与显示器护罩的集成进一步降低过程变送器壳体组件的成 本。

虽然已参照示例性实施例描述本发明，本领域技术人员将理解，可以 进行各种改变，并且等同物可以取代其为元件而不偏离本发明的范围。此 外，可以进行许多修改以使得特定情况或材料在不偏离其基本范围的情况 下适应本发明的教导。因此，其意图是，本发明并不限于披露的特定的实 施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的实施例。例如，工 业过程变送器的具体形状可以根据特定应用的需要而变化，并且显示电路 和/或触摸电路的具体结构可以根据特定应用的需要而变化。