形成有導電油墨傳感器的壓力泄放裝置的制作方法

本發明總體上涉及壓力泄放裝置，所述壓力泄放裝置包括直接印刷在其上、用于感測與所述裝置相關聯的運行狀況的電路。具體地，所述電路包括通過也直接涂覆在所述裝置上的非導電材料與金屬壓力泄放裝置電絕緣的導電油墨。防護性表涂層可選地涂覆在導電油墨上，不僅保護電路的完整性，而且還準許多個單獨電路層疊在裝置上。

背景技術：

爆裂指示器常常與爆破片監測系統結合使用，以便當片爆破時警告操作員，使得可以調查引起爆破的超壓狀況和替換爆破片。常規地，爆裂指示器包括被包在非導電材料(諸如Kapton薄膜)中的簡單電氣電路，并且靠著或鄰近爆破片放置，使得當片爆裂時，電路將被切斷，從而引起監測系統警告操作員。美國專利號8,354,934展示了這樣一種常規爆裂指示器。

這些傳統爆裂指示器設計具有限制它們在某些系統中使用的缺點。首先，常規設計在將爆裂指示器結合爆破片安裝時需要多個安裝步驟，從而需要多個安裝技術員。例如，需要管工將爆破片安裝到管道系統中，同時需要電工安裝爆裂指示器。第二，常規爆裂指示器通常在粘合劑幫助下被構造為層狀結構。經常，粘合劑對溫度敏感并且當暴露在略微提高的溫度狀況下時可能開始退化。例如，某些常規爆裂指示器包括夾在使用粘合劑緊固在一起的多層Kapton薄膜之間的電路。在200°F或更高溫度下，組成爆裂指示器的粘合劑可能分解，從而引起Kapton薄膜脫層和露出組成電路的導電材料。此外，當在低壓系統中使用時，由爆破片瓣傳遞的能量可能不足以將形成為包括Kapton薄膜的爆裂指示器撕開以及發出片已爆破的信號。而且，涉及到包在非導電薄膜中的簡單電路的常規設計局限于僅檢測片爆破事件。然而，在許多實例中將令人期望的是，監測系統警告操作員過程狀況的其他變化。因此，需要一種能夠在極高溫度和低壓下運行并且檢測片爆破事件和其他過程狀況變化的一件式爆裂指示器。

技術實現要素：

在根據本發明的一個實施例中，提供了一種超壓泄放裝置，所述超壓泄放裝置包括金屬構件。所述金屬構件包括中心可爆破區段和與所述中心區段成包圍關系的外凸緣區段。所述金屬構件具有一對相反面，并且將非導電涂層涂覆到所述面之一的至少一部分上。所述超壓泄放裝置還包括涂覆在所述非導電涂層的至少一部分上的導電油墨跡線。所述導電油墨跡線通過所述非導電涂層與所述金屬構件電絕緣。所述導電跡線限定能夠傳導電信號的電氣電路，并且所述電路可操作用于檢測與所述超壓泄放裝置相關聯的過程狀況的變化。

在根據本發明的另一個實施例中，提供了一種超壓泄放裝置，所述超壓泄放裝置包括金屬構件。所述金屬構件包括中心可爆破區段和與所述中心區段成包圍關系的外凸緣區段。所述金屬構件還包括一對相反面。所述金屬構件承載至少第一和第二導電電路，所述電路形成在所述相反面之一上。所述導電電路中的每一者能夠傳導電信號并且可操作用于檢測與所述超壓泄放裝置相關聯的過程狀況的變化。所述第一導電電路包括直接涂覆到所述金屬構件的相反面之一的至少一部分上的非導電涂層。第一導電油墨跡線涂覆在所述非導電涂層的至少一部分上并且通過所述非導電涂層與所述金屬構件電絕緣。所述第二導電電路包括與所述金屬構件并且與其他導電電路中的至少一條導電電路電絕緣的第二導電油墨跡線。

在根據本發明的又另一個實施例中，提供了一種用于固持超壓泄放裝置的設備。所述設備包括被構型成用于接納并將根據本發明的超壓泄放裝置緊固在其間的第一和第二固持器構件。所述固持器構件中的至少一者包括開路的電氣電路，所述電氣電路被構型成當所述超壓泄放裝置被緊固在所述固持器構件之間時通過所述超壓泄放裝置閉合。

在根據本發明的又另一個實施例中，組合地提供了超壓泄放裝置和第一和第二固持器構件，所述第一和第二固持器構件被構型成用于接納并將所述超壓泄放裝置緊固在其之間。所述超壓泄放裝置包括金屬構件，所述金屬構件具有中心可爆破區段和與所述中心區段成包圍關系的外凸緣區段。所述金屬構件具有一對相反面，并且將非導電涂層涂覆到所述相反面之一的至少一部分上。導電油墨跡線涂覆在所述非導電涂層的至少一部分上并且通過所述非導電涂層與所述金屬構件電絕緣。所述油墨跡線限定能夠傳導電信號的電氣電路。所述電路可操作用于檢測與所述超壓泄放裝置相關聯的過程狀況的變化。而且，所述固持器構件中的至少一者包括開路的電氣電路，所述電氣電路被構型成當所述超壓泄放裝置被緊固在所述固持器構件之間時通過所述超壓泄放裝置閉合。

附圖說明

圖1是根據本發明的一個實施例的壓力泄放裝置的透視圖；

圖2是圖1的裝置的替代透視圖，展示了非導電涂層和導電油墨跡線；

圖3是圖2的金屬構件在打開線區中的特寫橫截面視圖，展示了非導電涂層、導電油墨跡線、和打開線凹陷的相對定位；

圖4是金屬構件的凹面的平面圖，其中導電油墨跡線被構型為穿越打開線一次；

圖5是包括兩條導電油墨跡線的替代壓力泄放裝置的透視圖；

圖6是圖2的金屬構件的特寫橫截面視圖，所述金屬構件還包括涂覆在導電油墨跡線上的防護性表涂層；

圖7是本發明的另一個實施例的透視圖，其中所述金屬構件包括兩條層疊的導電油墨跡線；

圖8是圖7的金屬構件在這些層疊跡線的交叉區中的特寫橫截面視圖；

圖9是根據本發明制造的正向作用壓力泄放裝置的透視圖；

圖10是具有集成電路部件的壓力泄放裝置固持器的橫截面視圖；并且

圖11是圖10的設備中所利用的壓力泄放裝置的透視圖。

具體實施方式

在本發明的一個實施例中，提供了一種超壓泄放裝置10，如圖1中所示。所述裝置包括由導電油墨形成的電路，所述電路可操作用于檢測與所述超壓泄放裝置相關聯的狀況。能夠被這個電路檢測的此類狀況包括但不限于片或通風孔面板破裂、泄放裝置中存在泄漏、裝置溫度、壓力施加在裝置上、和裝置暴露在壓力循環下。在某些實施例中，與超壓泄放裝置相關聯的狀況可以通過切斷由導電油墨形成的電氣電路、或通過特定狀況引起的電路的電阻變化或裝置的狀況變化來進行檢測。電阻的變化改變電路攜帶的電信號，這可以通過適當的信號檢測設備檢測到。

轉到圖1，超壓泄放裝置10包括具有中心可爆破區段14和外凸緣18的金屬構件12，所述中心可爆破區段包括相反面16、17。金屬構件12可以由任何合適的金屬或適合于具體應用的合金形成。在某些實施例中，將在高溫或高度腐蝕性的應用中采用超壓泄放裝置10。在那些應用中，構件12可以由諸如不銹鋼、INCONEL或HASTALLOY的耐熱合金形成。金屬構件12還包括從中心可爆破區段14向外徑向突出的接片19。金屬構件12被描繪為反向作用爆破片，其中可爆破中心區段14包括鼓起區域15。在這樣的實施例中，中心區段14的所述相反面包括凹面16和凸面17。然而，應理解，在不脫離本發明的概念的情況下，可以采用其他類型的超壓泄放裝置。例如，在某些實施例中，金屬構件12可以是鼓起的正向作用爆破片(如圖9中所描繪的)或通風孔面板、或平坦的爆破片或通風孔面板。

金屬構件12包括形成在凹面16中的打開線20，所述打開線限定中心可爆破區段14的爆裂區。打開線20包括打開線凹陷22，所述打開線凹陷具有從面16朝面17延伸的深度。打開線20可以包括幾乎任何期望的構型。然而，在某些實施例中，打開線20可以是基本上C形的，從而在打開構件12時形成單瓣，或者具有被構型為當構件12打開時提供多個瓣的十字式樣形狀。金屬構件12可以可選地包括打開起始點21，所述打開起始點沿著打開線20或在其近側定位并且總體上在打開線20的兩端23、25之間限定的鉸鏈區域13的對面。打開線20可以通過本領域內的技術人員已知的任何過程形成，包括模具劃線、化學電拋光、機械研磨、或激光機加工。優選地，至少在預鼓起或最后鼓起操作之后，打開線20形成在中心可爆破區段14中。金屬構件12還可以包括定位在中心可爆破區段14內、并且優選地在鼓起區域15的頂點處或附近的反向開始特征(未示出)。

裝置10還包括涂覆到金屬構件12的至少一個面的至少一部分上的非導電涂層24。通常，非導電涂層24直接涂覆到中心可爆破區段14的沒有暴露在過程流的面上；然而，如果期望的話，在本發明的范圍內還可以將非導電涂層24涂覆在中心可爆破區段14的過程側上。在某些實施例中，涂層24作為液體或漿糊涂覆在區段14的面上并現場固化，而沒有中間粘合劑組合物。因此，涂層24沒有通過諸如粘合劑或薄膜(例如，Kapton薄膜)的居間材料與區段14的面分開，涂層24本身也不包括粘合劑或預制薄膜。

非導電涂層24可以包括非導電涂料、底漆或油墨。在某些實施例中，涂層24可以包括非導電蝕刻底漆。在其他實施例中，非導電涂層24包括涂覆到構件12上并且通過暴露在紫外輻射而原位固化的紫外光固化材料。非導電涂層24可以被配制成將與金屬構件12的表面的粘著力最大化，因為裝置10的多次應用涉及到暴露于極端溫度和壓力狀況、以及腐蝕環境。示例性非導電涂層24可以包括非導電金屬氧化物(諸如二氧化鈦化合物)、非導電聚合物、陶瓷、基于環氧樹脂的組分、硅酮彈性體、或PARYLENE(聚(對二甲苯)聚合物)。在某些實施例中，使用噴墨印刷技術將非導電涂層24涂覆到金屬構件12的表面上，但可以使用其他類型的印刷技術，諸如絲網印刷、平版印刷等等。涂層24可以涂覆到金屬構件12的整個面上，如圖中所示，或涂層24可以選擇性地僅涂覆到稍后將會將導電油墨涂覆到其上的期望面的預定部分上。

裝置10還包括覆蓋在非導電涂層24上的導電油墨跡線26，所述非導電涂層將油墨跡線26與金屬構件在物理上分開并與金屬構件12電絕緣。導電油墨跡線26可以包括能夠傳輸電信號的各種油墨或涂層。在某些實施例中，導電油墨可以包括尺寸被確定為能夠通過噴墨印刷頭射出、優選地具有小于1微米粒徑的金屬微粒。這些金屬微粒可以是任何過渡金屬，諸如銀、金、銅、鋁、鐵、鈦、鉑、或鎢。除了這些材料，油墨還可以包括諸如碳微粒的導電非金屬、或諸如硅或摻雜硅的半導電的類金屬物。導電聚合物油墨也可以用于這個目的。當選擇有待用于油墨跡線26的特定導電油墨時要考慮的一個因素是當將裝置10投入使用時油墨將需要承受住的溫度。如果導電油墨在所需最大操作溫度下仍然粘著在非導電涂層上并且保留某些導電特性，則認為油墨“承受住”某個溫度。在優選實施例中，導電油墨能夠承受住至少400°F、至少600°F或至少800°F的溫度。在替代性實施例中，導電油墨能夠承受住從約400°到約1200°F、從約500°到約1000°F、或從約600°到約900°F的溫度。當然，下述非導電涂層24和可選表涂層還應能夠承受住特定應用的類似溫度狀況。取決于油墨跡線26的期望功能，導電油墨跡線26的厚度可以不同。例如，油墨跡線26的厚度可以不同以便提供檢測油墨跡線26所攜帶的信號的變化所需的期望靈敏度水平。

如圖2中所示，油墨跡線26可以在可爆破區段14的外緣處或附近涂覆在非導電涂層24上，以便覆蓋打開線20的全部或至少一部分。涂層24還可以涂覆在接片19的至少一部分上，使得油墨跡線26可以構型有電引線27。如所示，跡線26延伸穿過接片19，通過鉸鏈區域13朝打開線20延伸。跡線26接著沿打開線20朝鉸鏈區域13返回并穿過接片19。應理解，在不脫離本發明的范圍的情況下，跡線26的替代性構型是有可能的。以下描述了示例性替代跡線構型。

轉到圖3，示出了構件12、打開線凹陷22、和導電油墨跡線26的關系的特寫視圖。在這個具體實施例中，跡線26的至少一部分直接覆蓋在凹陷22上并通過非導電涂層24與構件12分開。在某些實施例中，油墨跡線26可以駐留在凹陷22的邊緣之內，在面16下方延伸。在具體實施例中，跡線26基本上填滿凹陷22，因此提供了用于檢測透過可爆破區段14的裂紋或針孔泄漏的器件。由于打開線20通常包括弱化區，所以在這個區域有可能發生裝置10的過早失效。這樣的失效可能導致跡線26的完全切斷，這將被檢測為包括跡線26的電路所攜帶的信號中斷。可替代地，失效可能導致跡線26變形和電路電阻的對應變化，所述變化可以由適當的感測設備檢測。可以接著對操作員警告失效并派遣操作員替換裝置10。

圖4展示了油墨跡線26的另一種構型。在這個具體實施例中，油墨跡線26與打開線20相鄰布置并且僅在一個位置穿過打開線凹陷22。如所示，跡線26在打開起始點21處或附近穿過凹陷22。因此，當沿著打開線20打開可爆破區段14時，跡線26將被切斷，從而導致其攜帶的信號中斷。跡線26根據期望在額外點處穿過凹陷22屬于本發明的范圍。然而，為了將對可爆破區段14的打開特征的任何影響最小化，可能期望將跡線26需要被切斷的次數最小化。盡管如此，可以采用具有極小撕裂耐受性的跡線構型，因此對區段14的打開特征具有幾乎可忽略不計的影響。這在低壓應用中使用裝置的背景下非常重要。在低壓應用中，從過程流體可獲得的能量較低，并且可能不足以撕開由諸如Kapton的聚合物薄膜組成的傳感器。因此，或者裝置將打開，但不切斷傳感器電路，或者聚合物薄膜所賦予的額外撕裂耐受性將完全阻止裝置有意義地打開。通過選擇適當的非導電涂層和導電油墨、及其相應的構型，本發明可以避免這樣的問題。

圖5展示了本發明的另一個實施例，其中，可爆破區段14包括至少兩條分開的電路跡線26、30，每條電路跡線被構型成用于執行單獨的功能。以與圖1至圖3中的構型類似的泄漏檢測構型示出了跡線26。然而，跡線30包括更復雜得多的構型并且可以用于基于電阻的變化來檢測與裝置10相關聯的狀況(諸如溫度或壓力)。為了最大化所述狀況對跡線30的物理影響，由此引起其所攜帶的電信號的變化最大，與跡線26相比，跡線30可以構型有更大的長度。因為跡線26和30不需要重疊或覆蓋在可爆破區段14的相同部分上，所以這些跡線可以簡單地彼此側向間隔開，從而覆蓋在相同的非導電涂層24上。然而，如以下更詳細解釋的，在某些應用中，可能期望這些跡線延伸穿過區段14上的相同點。這可以通過使這些跡線“層疊”，即通過在其之間插入第二非導電層，來完成。

這個另外的非導電層可以是表涂層28的形式。如圖6中所示，表涂層28可以涂覆在油墨跡線26上以便使另外的導電油墨跡線能夠涂覆在其上，同時確保每個電路的電絕緣。在某些實施例中，跡線26與表涂層28之間沒有居間粘合劑層或薄膜。甚至在沒有跡線“層疊”的實施例中，可能仍然期望將表涂層28用作防護層，保護跡線26不被氧化或不受其他類型的破壞。在某些實施例中，表涂層28包括為了其承受住高溫的能力而選擇的且與涂層24和跡線26粘合或粘結的材料。因此，表涂層26可以包括與用于涂層24的那些材料類似的材料。

在使中心可爆破區段14鼓起并且創造打開線20之后，非導電涂層24、導電油墨跡線25、和表涂層28全都可以涂覆到金屬構件12上。優選地，使用噴墨印刷技術涂覆這些層中的一個或多個層。因此，這些材料中的至少一種材料的沉積發生在三維的形成的基底上而不是像噴墨印刷的典型情況那樣沉積在平坦薄膜或表面上。

圖7和圖8描繪了可爆破區段14，其中跡線30的至少一部分覆蓋在跡線26的一部分上。在這個實施例中，跡線30包括基本上U形的構型，其中跡線延伸穿過接片19、穿過鉸鏈區域13并在打開點21附近穿過打開線20。跡線30包括回線區段31，所述回線區段引導跡線返回穿過打開線20、穿過鉸鏈區域13、并穿過接片19。在某些實施例中，跡線30可以包括例如在檢測裝置10的運行溫度的變化時有用的熱電偶。如所示，跡線26和30通過表涂層28分開，以便隔離每個電路。跡線30本身可以被防護表涂層(未示出)覆蓋。本發明的替代性實施例可以包括多個交替地導電層和非導電層，以便在構件12上提供多個層疊電路。

圖9展示根據本發明的另一個實施例構造的正向作用超壓泄放裝置10a。裝置10a包括金屬構件12a、和在中心可爆破區段14a中形成的打開線20a。打開線20a被構型為十字式樣，所述十字式樣具有的打開起始點21a定位在區段14a的頂點處或附近。并且，打開線20a形成在可爆破區段14a的凸面17a中，正如正向用作裝置一樣，凹面暴露于過程流體。構件12a包括以與前述方式類似的方式構型的兩條導電跡線26a、30a。

圖10和圖11展示了根據本發明的又另一個實施例。在某些應用中，超壓泄放裝置10b通過包括固持器構件42和44的固持設備40而被固持就位。在某些實施例中，超壓泄放裝置包括支撐構件12b的凸緣18b并且與其一起插入墊圈構件47中的支撐環45。支撐環45包括齒50，所述齒被構型成當裝置10b爆破時與金屬構件12b的第一打開點21b接觸。固持器構件42和44中的至少一者構型有整體的、開路的電氣電路，所述電路被構型成，當將裝置10b緊固在固持器構件之間時，由金屬構件12b承載的一條或多條跡線使電路閉合。因此，當安裝裝置10b時，感測電路自動連接至適當的電路，由此消除了在替換裝置10b時另外的工作人員單獨連接外圍電子部件的需要。

在某些實施例中，固持器42包括電觸頭46、48，這些電觸頭被構型成用于接合金屬構件12b上的對應端子52、54以使電氣電路閉合。在金屬構件包括多條導電跡線的實施例中，可以采用類似的構型。在這樣的實施例中，固持器42可以包括多條開路的電氣電路和對應的觸頭，這些觸頭被構型成當將壓力泄放裝置緊固在這些固持器之間時閉合。

固持器42攜帶的電觸頭46、48可以包括任意數目的替代性構型。然而，如所展示的，觸頭46、48包括一對從平坦泄放裝置接合表面56突出的銷。端子52、54包括一對穿過凸緣18b的開口，觸頭46、48插入所述開口中。因此，不僅觸頭46、48不僅提供接合端子52、54的器件，而且它們還確保當被安裝在固持器構件42與44之間時裝置10b取向正確。將電觸頭集成在固持器42、44之一內的其他器件是有可能的，并且前述說明不應被視為限制本發明的范圍。替代性構型可以包括“斑馬”線的使用，所述“斑馬”線包括電路板或LCD顯示器組件中常用的彈性體材料。