JP2001264200A

JP2001264200A - センサ故障診断装置およびガス圧力監視装置

Info

Publication number: JP2001264200A
Application number: JP2000076171A
Authority: JP
Inventors: Takumi Okitsu; 匠興津; Yukio Watabe; 幸雄渡部; Tomoyasu Nobe; 友康野部; Noboru Nakayama; 登中山
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】断線や短絡などのセンサあるいはセンサ信号
線の故障を診断するセンサ故障診断装置、ガス圧力監視
装置を提供する。【解決手段】圧力センサ１が検出した圧力データと、
温度センサ２が検出した温度データとは、センサ故障診
断装置３の入力部４において、所定のタイミングで取り
込まれる。圧力変動量算出部５ａは圧力データの時間的
な変動量を算出し、温度変動量算出部５ｂは温度データ
の時間的な変動量を算出する。変化率算出部５ｃは、温
度変化に対する圧力変化の変化率を算出する。判定部６
は、上述した変化率が所定範囲を超えたか否かを判定
し、所定範囲を超えたときには「１」を出力する。監視
時間タイマ７は、判定部６の出力「１」が連続して所定
回数を超えたときにセンサ故障信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＦ₆ガスが封入
された開閉装置，断路器，変圧器，遮断器等の、密閉容
器に封入されたガスの圧力および温度を検出するセンサ
の故障診断に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】送配電システムにおいて、ガス絶縁開閉
装置（ＧＩＳ：Gas Insulated Switchgear、キュービク
ル型を含む）、ガス絶縁変圧器（Gas Insulated transf
ormer）、ガス絶縁送電線（ＧＩＬ：Gas Insulated tra
nsmission Line）等が用いられている。これらの電力機
器または送電線では、ＳＦ₆等の電気絶縁用気体が封入
された密閉容器内に開閉器等の機器や送電線が収容され
ている。この密閉容器内で発生する地絡，短絡等の尖絡
現象、異常通電などを検出するために、電気絶縁用気体
の圧力を監視するガス圧力監視システムが、例えば、特
開平１１−８３６５３号公報等で知られている。このよ
うなガス圧力監視システムでは、温度補償された圧力を
計算するために、圧力に加えて温度も検出している。

【０００３】このようなガス圧力監視システムに使用す
る圧力センサおよび温度センサとして、複合化センサを
用いた圧力温度検出器が提案されている。図６は、複合
化センサを用いた圧力温度検出器の一例を示す断面図で
ある。図中、６１は圧力温度検出器である。この圧力温
度検出器６１は、図示しない圧力継電器のケース下面に
配設されるとともに、接続管部６２によって、図示しな
い圧力導入管に接続され、圧力導入管は図示しない密閉
容器に接続される。６１ａは開口を有するキャップ部、
６１ｂはヘッダ部であり、両者の間に間隙部が設けられ
ている。ヘッダ部６１ｂの中心部には液室６１ｆが設け
られ、この液室６１ｆ内にセンサチップ６１ｅが設置さ
れている。ヘッダ部６１ｂの下面には、金属製のダイヤ
フラム６１ｄが設けられ、液室６１ｆと間隙部とを仕切
っている。ダイヤフラム６１ｄはこれを保護するための
カバー部６１ｃを間隙部側に備えている。

【０００４】密閉容器内の電気絶縁用気体の圧力は、接
続管部６２、キャップ部６１ａの開口を介して、間隙部
に伝わり、カバー部６１ｃの穴を通してダイヤフラム６
１ｄを押圧する。センサチップ６１ｅは、液室６１ｆ内
にあるので、密閉容器の圧力は、ダイヤフラム６１ｄ、
液室６１ｆ内の液体を介してセンサチップ６１ｅに伝わ
り、図７を参照して後述するセンサチップ６１ｅのダイ
ヤフラム部を押圧する。ダイヤフラム部の背面側は、圧
力ポート６１ｊを介して圧力がほぼ一定とみなせる大気
側につながっている。したがって、このダイヤフラム部
の上に形成された圧力センサ部は、密閉容器内の電気絶
縁用気体の圧力を検出する。同時に、電気絶縁用気体の
熱エネルギも、液室６１ｆ内の液体を通じてセンサチッ
プ６１ｅに伝わる。したがって、センサチップ６１ｅに
形成された温度センサ部は、密閉容器内の電気絶縁用気
体の温度を検出する。その結果、センサチップ６１ｅ
は、電気絶縁用気体の圧力および温度を同時に検出する
ことができる。

【０００５】センサチップ６１ｅは、液室６１ｆ内のボ
ンディングワイヤ６１ｇにより、リード６１ｉに接続さ
れ、リード６１ｉは中継基板６１ｈ上のプリント配線、
あるいは、回路素子等を介して、フラットケーブル６１
ｋに接続される。したがって、センサチップ６１ｅが出
力する温度検出信号および圧力検出信号は、フラットケ
ーブル６１ｋを介して、圧力温度検出器６１の外部に出
力される。

【０００６】図７は、図６に示したセンサチップ６１ｅ
の構造の一例を示す平面図である。このセンサチップ６
１ｅは、圧力センサ部（圧力検出素子）と温度センサ部
（温度検出素子）を兼ね備えた複合化センサである。図
中、７１はボンディングワイアが接続される電極、７２
は導電層、７３，７４はピエゾ抵抗素子であり、いずれ
も、シリコンの半導体基板の表面に形成されている。ピ
エゾ抵抗素子７３は、図中、破線で示された内側の領域
の４カ所に設けられ、導電層７２を経て電極７１に接続
されている。内側の領域は、圧力に応じて変形するよう
に薄く形成されたダイヤフラム部であるので、ピエゾ抵
抗素子７３は、圧力センサ部となる。一方、ピエゾ抵抗
素子７４は、シリコンの半導体基板表面の周辺の固定部
に形成されて、温度センサ部となる。圧力の影響は受け
ない。図中、丸数字〜は電極を特定する番号を表
し、図７に示した構造と図８に示す等価回路との対応を
表す。

【０００７】図８は、図７に示したセンサチップ６１ｅ
の等価回路図である。圧力センサ部８１はブリッジ回路
で構成され、４個のピエゾ抵抗素子７３への応力のかか
り具合の相違により生じる正負の抵抗値変化が加算され
る。電極と電極との間に電源を接続し、電極，
，側から圧力検出信号を取り出す。図示しない調整
用抵抗や温度補償用抵抗が外付けされる。一方、温度セ
ンサ部８２はピエゾ抵抗素子７４の抵抗値の温度特性を
利用して温度を検出する。

【０００８】上述した圧力温度検出器６１のセンサチッ
プ６１ｅは、同一の場所で圧力と温度とを同時に検出す
ることができるだけでなく、小型であるので有用であ
る。しかし、図６に示したボンディングワイヤ６１ｇの
部分において、断線あるいは短絡のおそれがある。ま
た、圧力センサ部８１側と温度センサ部８２側とでボン
ディングワイヤ６１ｇが相互に接触（混触）を起こすお
それもある。また、センサチップ６１ｅのピエゾ抵抗素
子７３，７４自体の破損、あるいは、中継基板６１ｈ上
のプリント配線や回路素子、フラットケーブル６１ｋ以
降のセンサ信号線等においても、断線や短絡、混触、あ
るいは類似の破損が発生するおそれもある。

【０００９】圧力センサ部８１または温度センサ部８２
が、完全に断線あるいは短絡してしまえば、センサ信号
線を通して検出されるセンサ出力電圧の異常値を検出す
ることにより、断線あるいは短絡が検出可能である。し
かし、短絡あるいは断線した際に、実使用上十分あり得
る圧力値あるいは温度値を呈示したままで壊れる場合が
ある。このような場合、単純にハードウエアで異常値を
検出できない。このように、中途半端な状態で故障した
場合は、一般的には故障を検出できない。ところが、上
述したような密閉容器内の圧力および温度を検出するセ
ンサに限ってみれば、上述した圧力温度検出器における
断線時、短絡時の圧力および温度の挙動は、測定対象と
しての圧力および温度の平常時の挙動とは異なるはずで
ある。

【００１０】ここで、測定対象としての圧力および温度
の変化について説明する。図９は、ＧＩＳ等の密閉容器
内のガスの温度および圧力の１日の変動を示す模式的な
線図である。図９（ａ）は温度の１日の変動を示す線
図、図９（ｂ）は圧力の１日の変動を示す線図である。
横軸は時刻、縦軸は電気絶縁用気体の温度（Ｔ）または
圧力（Ｐａ）を示す。上述したＧＩＳ等の密閉容器の気
密が守られており、密閉容器内の電気絶縁用気体の密度
は一定値であるとする。このとき、１日を通じて電力量
が変化するので、電気絶縁用気体の温度および圧力は、
電力量に比例して変化する。また、これらは、外気温等
の周囲環境によっても同様に変化する。

【００１１】図１０は、電気絶縁用気体の温度対圧力特
性を示す線図である。横軸は温度（Ｔ）、縦軸は圧力
（Ｐａ）を示す。電気絶縁用気体であるＳＦ₆ガスは、
理想気体ではないが、その温度（Ｔ）と圧力（Ｐａ）と
の間には、次に示す、ビーティー・ブリッジマン（Beat
tie andBridgeman）の特性式が成立することが知られて
いる。Ｐａ＝ＲＴ（Ｖ＋Ｂ）／Ｖ²ーＡ／Ｖ² （Ｖ＞０．２１
５の場合）ただし、Ｖは体積、Ｒ，Ｂ，Ａは定数である。また、密
度Ｄは、次式で表される。Ｄ＝Ｍ／Ｖただし、Ｍは、分子量であり、ＳＦ₆ガスではＭ＝１４
６．０６である。したがって、密閉容器内の電気絶縁用
気体の密度が一定値である限り、電気絶縁用気体の温度
（Ｔ）と圧力（Ｐａ）との間には、理想気体におけるボ
イル・シャルルの法則と同様に、図１０に示したような
比例関係がある。なお、圧力監視には、常温（２０℃）
における圧力（温度補償圧力）が用いられる。

【００１２】再び、センサ故障について説明する。実使
用上あり得る出力値を示した状態で故障した場合であっ
ても、密閉容器内の電気絶縁用気体の圧力および温度を
検出するセンサに限ってみれば、故障状態における圧力
および温度の変動特性は、測定対象としての圧力および
温度の本来の変動特性とは異なるはずであることから、
故障を検出することが可能である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するためになされたもので、断線や短絡など
のセンサあるいはセンサ出力の信号線の故障を診断す
る、センサ故障診断装置、および、このセンサ故障診断
機能を備えた圧力監視装置を提供することを目的とする
ものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載の発明においては、密閉容器に封入されたガスの圧力
を検出する圧力センサから圧力データを、前記ガスの温
度を検出する温度センサから温度データを入力し、前記
圧力センサ側，前記温度センサ側のいずれかの故障を診
断するセンサ故障診断装置であって、前記圧力データ，
前記温度データのそれぞれの時間的変動の相関関係を検
出する相関関係検出手段、および、該相関関係検出手段
により検出された前記それぞれの時間的変動の相関関係
が予め設定された所定の相関関係を満たさないという状
態が、所定の監視時間にわたって続いたと判定されたと
きに、センサ故障信号を出力する出力手段を有するもの
である。したがって、圧力データまたは温度データが実
使用上あり得る値を呈示した状態で、センサあるいはセ
ンサ出力の信号線が短絡、断線、あるいは混触した際に
も、センサあるいはセンサ出力の信号線の故障を診断す
ることができる。

【００１５】請求項２に記載の発明においては、請求項
１に記載のセンサ故障診断装置において、前記圧力デー
タ，前記温度データのそれぞれの時間的変動の相関関係
は、前記温度データの時間的変動に対する前記圧力デー
タの時間的変動の比である。したがって、密閉容器に封
入されたガスの圧力および温度の特性を利用して、相関
関係を容易に検出することができる。

【００１６】請求項３に記載の発明においては、密閉容
器に封入されたガスの圧力を検出する圧力センサ，前記
ガスの温度を検出する温度センサを有し、前記圧力セン
サから圧力データを入力し、前記温度センサから温度デ
ータを入力して、前記ガスの圧力を監視するガス圧力監
視装置であって、前記圧力データ，前記温度データのそ
れぞれの時間的変動の相関関係を検出する相関関係検出
手段、および、該相関関係検出手段により検出された前
記それぞれの時間的変動の相関関係が予め定められた相
関関係を満たさないという状態が、所定の監視時間にわ
たって続いたと判定されたときに、前記圧力センサ側，
前記温度センサ側のいずれかの故障を報知するセンサ故
障信号を出力する出力手段を有するものである。したが
って、ガス圧力監視手段の圧力データまたは温度データ
が実使用上あり得る値を呈示した状態で、センサあるい
はセンサ出力の信号線が短絡、断線、あるいは混触した
際にも、センサあるいはセンサ出力の信号線の故障を診
断することができるから、ガス圧力監視手段の信頼性を
向上させることができる。

【００１７】請求項４に記載の発明においては、請求項
３に記載のガス圧力監視装置において、前記圧力センサ
および温度センサは、温度検出部と圧力検出部とが半導
体基板上に形成された複合化センサである。したがっ
て、１チップの半導体基板上に形成された複合化センサ
が断線、短絡、混触したことを検出することができるの
で、この複合化センサによる圧力および温度の同時検出
の利点を活かしてガス圧力の監視を容易に行うことがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は、圧力データ，温度デー
タが、上述した特性式で示される圧力と温度変動の相関
関係を満足しないような変動をしたときに、センサ部あ
るいはセンサ信号線が断線，短絡等の故障をしていると
診断するものである。図１は、本発明の実施の一形態の
ブロック構成図である。図中、１は圧力センサ、２は温
度センサ、３はセンサ故障診断装置、４は入力部、５は
相関検出部、５ａは圧力変動量算出部、５ｂは温度変動
量算出部、５ｃは変化率算出部、６は判定部、７は監視
時間タイマである。

【００１９】圧力センサ１が検出した圧力データ（Ｐ
ａ）と、温度センサ２が検出した温度データ（Ｔ）と
は、直接的に、あるいは圧力中継装置等を介して間接的
に、センサ故障診断装置３に入力され、その入力部４に
おいて、所定のタイミング（ｔ_n）で取り込まれる。圧
力センサ１が検出した圧力（Ｐａ）、温度センサ２が検
出した温度（Ｔ）は、もともと電圧値あるいは電流値で
表されるアナログ信号であるが、図示しないＡ／Ｄ変換
器を介して、あるいは、入力部４に設けたＡ／Ｄ変換器
においてデジタルデータに変換され、以後、デジタル演
算される。

【００２０】入力部４において、圧力データおよび温度
データを取り込む時間間隔（ｔ_n−ｔ_n-1）は、比較的長
期の、例えば、１時間に設定される。相関検出部５の圧
力変動量算出部５ａは、入力部４で取り込まれた圧力デ
ータ（Ｐａ）の時間的な変動量を算出する。具体的に
は、例えば、現在取り込まれた圧力データ（Ｐａ_n）か
ら１タイミング前の圧力データ（Ｐａ_n-1）を引き算す
る。同様に、温度変動量算出部５ｂは、入力部４で取り
込まれた温度データ（Ｔ）の時間的な変動量を算出す
る。具体的には、例えば、現在取り込まれた温度データ
（Ｔ_n）から１タイミング前の温度データ（Ｔ_n-1）を引
き算する。

【００２１】変化率算出部５ｃは、温度変化に対する圧
力変化の変化率［（Ｐａ_n−Ｐａ_n-1）／（Ｔ_n−
Ｔ_n-1）］を算出する。判定部６は、上述した変化率
が、図示しないメモリに予め設定されていた所定範囲を
超えたか否かを判定し、所定範囲を超えたときには
「１」を出力し、所定範囲を超えないときには「０」を
出力する。監視時間タイマ７は、判定部６の出力「１」
が連続して、図示しないメモリに予め設定された所定回
数を超えたときに、センサ故障信号を出力し、圧力中継
器等の表示盤に故障を表示したり、図示しない通信イン
ターフェースを介して故障状態を監視センタのコンピュ
ータに通知したりする。

【００２２】図２は、センサ故障時の温度データと圧力
データとの時間的変動を模式的に説明する線図である。
図２（ａ）は温度センサ側の異常時における温度データ
（Ｔ）と圧力データ（Ｐａ）との模式的な線図である。
一方、図２（ｂ）は圧力センサ側の異常時における示す
温度データ（Ｔ）と圧力データ（Ｐａ）との模式的な線
図である。まず、図２（ａ）を参照し、温度センサ側の
異常時について説明する。ＧＩＳ等が供給する電力量が
大きくなったり、外気温度が上がった場合に、ＧＩＳ等
の密閉容器では温度，圧力がともに上昇する。しかし、
温度センサ側が故障すると、温度データは圧力データに
比例しては増加しない。故障の具体的事例にもよるが、
例えば、図示の１１ｂに示すように温度データが一定値
となる。これに対し、図示の１２ａに示すように、圧力
データは上昇する。その結果、データの上では、密閉容
器内の電気絶縁用気体の温度対圧力の相関関係が崩れ
る。

【００２３】一方、図２（ｂ）において、圧力センサ側
の異常時について説明する。同様に、ＧＩＳ等が供給す
る電力量が大きくなったり、外気温度が上がった場合
に、ＧＩＳ等の密閉容器では温度と圧力とがともに上昇
する。しかし、圧力センサ側が故障すると、例えば、図
示の１２ｂに示すように、圧力データは一定値となる。
これに対し、図示の１１ａに示すように、温度データは
上昇する。その結果、データの上では、密閉容器内の電
気絶縁用気体の温度対圧力の相関関係が崩れる。

【００２４】上述した説明では、センサ故障時には、温
度データあるいは圧力データの時間的な変動率が０にな
る特殊な事例を説明した。実際には、時間的な変動率が
必ずしも０にはならない。しかし、温度変化に対する圧
力変化の変化率が、センサおよびセンサの信号線が正常
時のときに比べて異なれば、温度変化に対する圧力変化
の変化率が、所定範囲を超えたか否かを判定することに
より、センサまたはセンサの信号線の故障を検出するこ
とができる。図示の例は、電力量や外気温度が上がった
場合について説明したが、これらが下がった場合につい
ても同様に、センサやセンサ信号線に故障が発生した場
合に、データの上では、密閉容器内の電気絶縁用気体の
温度対圧力の相関関係が崩れる。したがって、同様に、
温度変化に対する圧力変化の変化率が、所定範囲を超え
たか否かを判定することにより、センサ異常を検出する
ことができる。

【００２５】なお、上述した説明では、センサで検出さ
れた温度データおよび圧力データが、密閉容器内の電気
絶縁用気体の温度および圧力を反映しているものとして
説明したが、圧力は速やかに圧力センサに伝達される
が、温度は配管等の要因で温度センサに伝わるまでに遅
延が発生する。また、外気温変化、直射日光等の外的要
因による過渡的な変化により、圧力と温度とが上述した
状態方程式からずれる可能性がある。そのため、前回
（ｔ_n-1）と今回（ｔ_n）との入力データに基づいて変動
率を算出しただけでは、温度変化に対する圧力変化の変
化率が、過渡的に所定範囲を超えるおそれがある。

【００２６】また、圧力データ、温度データの変動に基
づいて、故障を診断するものであるので、電力量と外気
温度の変化によって密閉容器内の圧力および温度が変化
することが明らかにわかっている期間において変動特性
を調べる必要がある。したがって、１回の変動率の値に
よって即座にセンサ故障とせず、電力量と外気温度が変
化する、ある時間（例えば１２時間以上、あるいは２４
時間以上、さらには３６時間以上など、）にわたって、
圧力データと温度データとを監視し、その間、継続して
相関関係が崩れていることを検出することにより、セン
サあるいはセンサ信号線の故障を診断することができる
とともに、精度を上げることができる。

【００２７】なお、密閉容器内で発生する尖絡現象、異
常通電などによる圧力異常は、従来のガス圧力監視装置
で監視されているが、この圧力異常は、瞬時に生じる変
動であるから、変動の時間間隔を長くとる本発明の診断
装置では、これらの圧力異常は検出対象から除かれ
る。。以上の点を考慮して、図１において、入力部４
は、例えば所定時間毎に、より具体的には１時間毎に、
データを入力して、相関検出部５で相関検出を行い、監
視時間タイマ７は、例えば、相関関係が所定範囲を超え
た状態が、所定の監視時間、例えば、１２時間にわたっ
て続いたと判定されたときには、センサ故障信号を出力
する。

【００２８】図３は、図１０に示した線図上に、電気絶
縁用気体の温度および圧力の正常な変動範囲を示した線
図である。図１の変化率算出部５ｃは、直前の取り込み
タイミング（ｔ_n-1）における圧力データ（Ｐａ_n-1）と
温度データ（Ｔ_n-1）、現時点での取り込みタイミング
（ｔ_n）における圧力データ（Ｐａ_n）と温度データ（Ｔ
_n）に基づいて変化率を算出している。したがって、判
定部６は、この変化率が、特性式の直線２１の勾配を基
準値として図示のハッチングを施した範囲を超えるかど
うかを判定している。

【００２９】例えば、直線２１の勾配をＲとし、この
（１±ｋ）倍までを正常範囲とすると、｛（Ｐａ_n−Ｐａ_n-1）／（Ｔ_n−Ｔ_n-1）｝＜Ｒ（１−
ｋ）、または、Ｒ（１＋ｋ）＜｛（Ｐａ_n−Ｐａ_n-1）／（Ｔ_n−
Ｔ_n-1）｝となるときに、判定部は、異常変動を示すフラグ「１」
を出力する。

【００３０】上述した式は、上限と下限とで同じ係数ｋ
を用いたが、異なる係数を用いてもよい。また、変化率
が増加する方向と減少する方向とで、異なる係数ｋを用
いてもよい。上述した式は、特性式に従い、直線２１の
勾配Ｒを一定とした。しかし、従来の温度補償演算にお
いても、特性式を使用する代わりに、電気絶縁用気体の
温度対圧力特性をメモリに記憶しておく場合もある。こ
れと同様に、温度Ｔ_n-1（あるいはＴ_n）における勾配
を、メモリに記憶された温度対圧力特性テーブルから算
出し、算出された勾配に対して、異常変動範囲を決定し
てもよい。あるいは、温度Ｔ_n-1（あるいはＴ_n）におけ
る勾配の異常変動範囲のテーブルをメモリに記憶してお
き、これを読み出してもよい。

【００３１】なお、圧力センサ１，温度センサ２として
は、従来技術の項において提案例を説明したような、複
合化センサを必ずしも前提とするものではない。任意の
圧力センサ、温度センサであっても、そのセンサあるい
はセンサ信号線の断線、短絡、および、混触を検出する
ことができる。圧力センサ１と温度センサ２とが、同一
半導体基板上に形成されていなくても、近接して配置さ
れていて、複合化センサとして一体化された圧力温度検
出器である場合には、圧力検出側と温度センサ側の相互
の混触の問題が内在するため、本発明のセンサ故障診断
装置を適用するのに適している。

【００３２】上述した説明では、温度センサ側または圧
力センサ側のいずれかに故障があるかどうかを診断し
た。これに加えて、図１の圧力変動量算出部５ａ，温度
変動算出部５ｂにおいて算出された、圧力データ，温度
データの変動量についても判定すれば、温度センサ側，
圧力センサ側のいずれに故障があったかも診断すること
ができる。すなわち、図２（ａ）に示したように、変化
率の異常検出時に、温度データの変動量（Ｔ_n−Ｔ_n-1）
が所定の閾値を超えないときに、温度センサ側の故障で
あることが診断できる。一方、図２（ｂ）に示したよう
に、圧力データの変動量（Ｐａ_n−Ｐａ_n-1）が所定の閾
値を超えないときに、圧力センサ側の故障であることが
診断できる。

【００３３】ただし、圧力センサ１，温度センサ２の故
障が、必ずしも、それらの時間変動率を０とするもので
はないので、常に検出できるとは限らない。これに対
し、温度データに対する圧力データの変化率について
は、異常変動時に特性式に従うことはまれであるので、
異常検出を高精度に診断できる。上述した説明では、変
化率の異常が所定時間以上継続したことをもって、時間
的変動の相関関係が所定の相関関係を満たさない状態が
所定の監視時間にわたって続いたと判定した。これに代
えて、所定監視時間内の所定回数以上のタイミングにお
いて、変化率が異常であることをもって、所定の相関関
係を満たさない状態が所定の監視時間にわたって続いた
と判定してもよい。

【００３４】図４は、本発明のセンサ故障診断装置のハ
ードウエア構成の一例を説明するブロック構成図であ
る。図中、３１はセンサ部、３２，３３はアンプ、３４
は設定スイッチ、３５は制御部、３６はＲＯＭ（Read O
nly Memory）、３７はＲＡＭ（Random Access Memor
y）、３８は表示器、３９は通信インターフェースであ
る。センサ部３１の圧力センサ１の出力および温度セン
サ２の出力は、それぞれ、アンプ３２，３３で増幅され
て制御部３５に入力される。制御部３５としては、例え
ば、ＲＯＭ３６に記憶されたセンサ故障診断プログラム
をＲＡＭ３７をワーキングエリアとして実行する１チッ
プマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を用いる。Ａ／Ｄ変
換器は、マイクロコンピュータに内蔵のものを用いるこ
ともできる。

【００３５】変化率の正常範囲、および、異常を判断す
るための監視時間等は、予めＲＯＭ３６に設定しておい
てもよいが、各種の初期設定を行う設定スイッチ３４に
よってＲＡＭ３７に設定してもよい。表示部３８として
発光ダイオード等を用いればセンサ故障時に点灯させる
ことができ、液晶表示装置を用いれば、センサ故障を文
字表示させることができる。通信インターフェース３９
は、センサ故障を検出したときに、監視センタのホスト
コンピュータにセンサ故障を報知する。本発明のセンサ
故障診断装置は、既存のガス圧力監視装置から温度デー
タと圧力データとを取り込んで、図示した単独の装置と
して実現することができる。新たにハードウエアを用い
る必要はなく、従来のガス圧力監視装置のプログラム
に、センサ故障診断プログラムを、サブルーチンなどに
して追加的に組む込むことにより実現することができ
る。

【００３６】図５は、本発明のセンサ故障診断装置の動
作を説明するためのフローチャートである。この動作例
は、従来のガス圧力監視装置のプログラムに故障診断プ
ログラムを組み込んだ形で実行されるものである。従来
のガス圧力監視装置も、マイクロコンピュータを用いて
実行される。電源投入後、初期設定のステップを経てメ
インフローが繰り返し実行される。このメインフローに
対して、例えば１msec程度のタイマ割込により、あるい
は、例えば１msec程度の周期で実行されるサブルーチン
として、図５に示す故障診断プログラムが実行され、処
理が完了すると、再びメインフローに戻るようになって
いる。故障診断プログラムの初期設定は、従来の圧力異
常監視装置の初期設定時に同時に行われるものとする。
また、この故障診断プログラム用に所定時間（例えば、
１時間）の経過を検出する時間経過タイマがあるものと
する。

【００３７】Ｓ５１において、前回この故障診断プログ
ラムが実行されてから、所定時間（例えば、１時間）が
経過したか否かを、上述した時間経過タイマで判定し、
所定時間が経過していないときには、直ちにメインフロ
ーに戻る。所定時間が経過したときには、Ｓ５２に処理
を進める。Ｓ５２においては、現時点（ｔ_n）の温度デ
ータ（Ｔ_n）と圧力データ（Ｐａ_n）とをＲＡＭに格納
し、Ｓ５３に処理を進める。Ｓ５３においては、現時点
（ｔ _n）の圧力データ（Ｐａ_n），温度データ（Ｔ_n）
と、所定時間前の圧力データ（Ｐａ_n-1），温度データ
（Ｔ_n-1）とを比較し、相関関係を見る。具体例として
は、図１に示したように、変化率｛（Ｐａ_n−Ｐａ_n-1）
／（Ｔ_n−Ｔ_n-1）｝を演算し、Ｓ５４に処理を進める。
なお、圧力データ（Ｐａ_n）と温度データ（Ｔ_n）とは、
データログとしてそのままＲＡＭに残しておいてもよい
が、センサの故障診断としては、所定時間前の圧力デー
タ（Ｐａ_n-1）と温度データ（Ｔ_n-1）とが記憶されてい
ればよく、それ以前のデータは、毎回消去されてもよ
い。

【００３８】Ｓ５４において、Ｓ５３で算出した相関関
係から、圧力データ、温度データのいずれかに異常が発
生したか否かを判定し、異常があったときには、Ｓ５５
に処理を進め、異常がなかったときには、Ｓ５６に処理
を進める。Ｓ５５においては、監視時間タイマの値を＋
１してインクリメントして、Ｓ５７に処理を進める。一
方、Ｓ５６においては、監視時間タイマをリセットして
０にし、メインフローに戻る。なお、この監視時間タイ
マは初期設定時にも０にリセットされている。Ｓ５７に
おいては、監視時間タイマにより、既設定時間を経過し
たか否かを判定し、経過したときにはＳ５８に処理を進
め、まだ経過していないときにはメインフローに戻る。
Ｓ５８においては、センサが故障しているというフラグ
「１」を立てて、メインフローに戻る。メインフローに
おいては、センサ故障フラグがたったことを検出して、
センサ故障表示あるいは通信インターフェースを介して
監視センタのホストコンピュータにセンサ故障を報知す
る。

【００３９】上述したように、本発明のセンサ故障診断
装置は、１日を通じて電力量・外気温度の変化によって
密閉容器内の電気絶縁用気体の圧力・温度が特性式に基
づいて変化することがわかっていることに着目したもの
である。したがって、ＧＩＳ等の特定の電気機器の密閉
容器内の圧力と温度とを検出するセンサの故障診断に限
られるものではない。すなわち、圧力および温度に時間
的な変動があることがわかっている場合において、密閉
容器内の圧力および温度を検出するものにおいても、同
様の原理で圧力センサ，温度センサの異常を診断するこ
とができる。さらに、変動の相関関係が予めわかってい
る２つ以上の物理量を検出する任意のシステムにおい
て、その物理量間の時間変動の相関関係に基づいて、各
物理量を検出するセンサ、あるいはセンサ信号線の故障
を診断するために、本発明を適用することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、上述した説明から明らかなよ
うに、実使用上あり得る値を呈示した状態の短絡、断
線、および、混触を検出することができるので、センサ
およびセンサ出力の信号線の精度の高い故障診断が可能
になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態のブロック構成図であ
る。

【図２】センサ故障時の温度データと圧力データとの時
間変動を模式的に説明する線図である。

【図３】電気絶縁用気体の温度および圧力の正常な変動
範囲を示した線図である。

【図４】本発明のセンサ故障診断装置のハードウエア構
成の一例を説明するブロック構成図である。

【図５】本発明のセンサ故障診断装置の動作を説明する
ためのフローチャートである。

【図６】複合化センサを用いた圧力温度検出器の一例を
示す断面図である。

【図７】図６に示したセンサチップの構造の一例を示す
平面図である。

【図８】図７に示したセンサチップの等価回路図であ
る。

【図９】ＧＩＳ等の密閉容器内のガスの温度および圧力
の１日の変動を示す模式的な線図である。

【図１０】電気絶縁用気体の温度対圧力特性を示す線図
である。

【符号の説明】

１圧力センサ、２温度センサ、３センサ故障診断
装置、４入力部、５相関検出部、５ａ圧力変動量算
出部、５ｂ温度変動量算出部、５ｃ変化率算出部、
６判定部、７監視時間タイマ、６１ｄダイヤフラ
ム、６１ｅセンサチップ、６１ｆ液室、６１ｇボン
ディングワイヤ、６１ｈ中継基板、６１ｉリード、６
１ｈフラットケーブル、６２接続管部、７１電
極、７２導電層、７３，７４ピエゾ抵抗素子、８１
圧力センサ部、８２温度センサ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野部友康埼玉県所沢市青葉台1311 株式会社鷺宮製作所所沢事業所内 (72)発明者中山登埼玉県所沢市青葉台1311 株式会社鷺宮製作所所沢事業所内Ｆターム(参考） 2F055 AA14 BB20 CC02 DD05 EE14 FF31 FF49 GG49 4M112 AA01 BA01 CA12 DA17 GA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉容器に封入されたガスの圧力を検出
する圧力センサから圧力データを、前記ガスの温度を検
出する温度センサから温度データを入力し、前記圧力セ
ンサ側，前記温度センサ側のいずれかの故障を診断する
センサ故障診断装置であって、前記圧力データ，前記温度データのそれぞれの時間的変
動の相関関係を検出する相関関係検出手段、および、該相関関係検出手段により検出された前記それぞれの時
間的変動の相関関係が予め設定された所定の相関関係を
満たさないという状態が、所定の監視時間にわたって続
いたと判定されたときに、センサ故障信号を出力する出
力手段、を有することを特徴とするセンサ故障診断装置。
【請求項２】前記圧力データ，前記温度データのそれ
ぞれの時間的変動の相関関係は、前記温度データの時間
的変動に対する前記圧力データの時間的変動の比であ
る、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ故障診断装
置。
【請求項３】密閉容器に封入されたガスの圧力を検出
する圧力センサ，前記ガスの温度を検出する温度センサ
を有し、前記圧力センサから圧力データを入力し、前記
温度センサから温度データを入力して、前記ガスの圧力
を監視するガス圧力監視装置であって、前記圧力データ，前記温度データのそれぞれの時間的変
動の相関関係を検出する相関関係検出手段、および、該相関関係検出手段により検出された前記それぞれの時
間的変動の相関関係が予め定められた相関関係を満たさ
ないという状態が、所定の監視時間にわたって続いたと
判定されたときに、前記圧力センサ側，前記温度センサ側のいずれかの故障
を報知するセンサ故障信号を出力する出力手段、を有することを特徴とするガス圧力監視装置。
【請求項４】前記圧力センサおよび温度センサは、温
度検出部と圧力検出部とが半導体基板上に形成された複
合化センサであることを特徴とする請求項３に記載のガ
ス圧力監視装置。