JP2014098559A - 差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】差圧/圧力複合センサの適切な交換時期をオンラインで決定する。
【解決手段】差圧/圧力複合センサ4とは別個に2次側圧力センサ5を設ける。一定期間が経過する毎に、差圧センサチップ43からの差圧信号ΔPと、圧力センサチップ46からの静圧信号PGと、2次側圧力センサ5からの2次側圧力信号P2とを取得し、P0=|ΔP−(PG−P2)|として評価指標P0を求める。この評価指標P0のトレンドから差圧/圧力複合センサ4の交換時期を決定する。
【選択図】 図1
【解決手段】差圧/圧力複合センサ4とは別個に2次側圧力センサ5を設ける。一定期間が経過する毎に、差圧センサチップ43からの差圧信号ΔPと、圧力センサチップ46からの静圧信号PGと、2次側圧力センサ5からの2次側圧力信号P2とを取得し、P0=|ΔP−(PG−P2)|として評価指標P0を求める。この評価指標P0のトレンドから差圧/圧力複合センサ4の交換時期を決定する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、差圧測定用の差圧センサと静圧測定用の圧力センサ(静圧センサ)とを備えた差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法に関するものである。
従来より、流体の流量を測定する方法として、流路に絞りを設け、絞りの上流と下流の圧力差が流速に比例することを利用して、絞りの上流と下流の圧力差を測定して流量に変換する方法がある。このような場合、通常は差圧センサが用いられる。差圧センサは、2種類の測定圧をセンサダイアフラムに同時に受け、その差圧を検出するセンサである。一方、このような流量計測がなされるとき、静圧、すなわち大気圧を基準としたゲージ圧、又は真空圧を基準とした絶対圧を測定し、流体の密度変化の補正を同時に行うことがある。前述のとおり、差圧センサは、2点間の圧力差を測るものなので、静圧自体を測ることはできない。
そこで、差圧測定用の差圧センサと静圧測定用の圧力センサ(静圧センサ)とを組み合わせた差圧/圧力複合センサが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この差圧/圧力複合センサでは、封入液が封止されたボディの内部空間に、差圧センサと静圧センサを収容している。
この差圧/圧力複合センサは、1つのセンサで差圧と静圧を検出することができる長所を有するが、差圧センサと静圧センサの何れか一方が異常となるとセンサの検出出力の信頼性が損なわれる。そこで、従来は、例えば特許文献2に開示されているように、正常時の差圧センサの出力値を基準として差圧センサの正常時の上下限の範囲を定め、この上下限の範囲を差圧センサの出力値が逸脱すれば差圧センサの異常と判断し、同様に、正常時の圧力センサの出力値を基準として静圧センサの正常時の上下限の範囲を定め、この上下限の範囲を圧力センサの出力値が逸脱すれば静圧センサの異常と判断していた。
しかしながら、上述した特許文献2に開示されている方法では、差圧センサや静圧センサの出力値が正常時の上下限の範囲を超えるまで、すなわち大きな出力異常が発生するまで差圧/圧力複合センサの異常を知ることができず、差圧/圧力複合センサの異常によってトラブルが発生する虞があった。
また、そのようなトラブルが発生することを避けるため、早めの周期で差圧/圧力複合センサを交換すると、本来使用可能であるにも拘わらず交換されてしまうことになり、コスト増となってしまう。
例えば、差圧センサ、静圧センサの各出力を確認するには、(1)両側を大気開放してゼロ点を確認、(2)検査圧力を配管にかけ出力を確認(別の基準圧力センサが必要)、(3)取り外して検査する、というような作業が必要となる。
例えば、差圧センサ、静圧センサの各出力を確認するには、(1)両側を大気開放してゼロ点を確認、(2)検査圧力を配管にかけ出力を確認(別の基準圧力センサが必要)、(3)取り外して検査する、というような作業が必要となる。
なお、本出願人が先に提案したように(例えば、特許文献3参照)、差圧センサによって検出される差圧と静圧センサによって検出される測定圧と基準圧との差から評価指標を求め、この評価指標をメモリに記憶して行き、この評価指標のトレンドに基づいて差圧/圧力複合センサの交換時期を決定することも考えられるが、このような交換時期の決定方法では、定期的に圧力/差圧測定を中断しなければならず、オンラインで差圧/圧力複合センサの交換時期を決定することができない。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、差圧/圧力複合センサの適切な交換時期を決定することにより、トラブルの発生やコスト増を避けることが可能な差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法を提供することにある。
また、通常の圧力/差圧測定を中断することなく、オンラインで差圧/圧力複合センサの適切な交換時期を決定することが可能な差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法を提供することにある。
また、通常の圧力/差圧測定を中断することなく、オンラインで差圧/圧力複合センサの適切な交換時期を決定することが可能な差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法を提供することにある。
このような目的を達成するために本発明は、第1の測定圧P1と第2の測定圧P2との差を差圧ΔPとして検出する差圧センサと、第1の測定圧P1を静圧PGとして検出する静圧センサとを備えた差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法であって、差圧/圧力複合センサとは別個に設けられた圧力センサによって第2の測定圧P2を検出する第1ステップと、定期的に、差圧センサによって検出される差圧ΔPと、静圧センサによって検出される静圧PGと、圧力センサによって検出される第2の測定圧P2とを取得し、この取得した「差圧ΔP」と「静圧PGと第2の測定圧P2との差」との比較結果を記憶し、その記憶された比較結果に基づいて差圧/圧力複合センサの交換時期を決定する第2ステップとを備えることを特徴とする。
本発明では、差圧センサによって第1の測定圧P1と第2の測定圧P2との差が差圧ΔPとして検出され、静圧センサによって第1の測定圧P1が静圧PGとして検出され、差圧/圧力複合センサとは別個に設けられた圧力センサによって第2の測定圧P2が検出される。そして、差圧センサによって検出される差圧ΔPと、静圧センサによって検出される静圧PGと、圧力センサによって検出される第2の測定圧P2とが取得され、その取得された「差圧ΔP」と「静圧PGと第2の測定圧P2との差」との比較結果が記憶され、その記憶された比較結果に基づいて差圧/圧力複合センサの交換時期が決定される。
この場合、正常であれば、静圧PG=第1の測定圧P1となり、静圧センサによって検出される静圧PGおよび圧力センサによって検出される第2の測定圧P2をともに例えば大気圧を基準とした場合、「差圧ΔP(P1−P2)」と「静圧PGと第2の測定圧P2との差(PG−P2)」とは等しくなるはずである。したがって、「差圧ΔP(P1−P2)」と「静圧PGと第2の測定圧P2との差(PG−P2)」とを比較し、その比較結果を評価指標として記憶して行くようにすれば、この記憶された評価結果から差圧/圧力複合センサの劣化を予測し、適切な交換時期を決定することが可能となる。また、差圧/圧力複合センサとは別個に圧力センサが設けられ、この圧力センサが常に第2の測定圧P2を検出するので、通常の圧力/差圧測定を中断することなく、オンラインで差圧/圧力複合センサの適切な交換時期を決定することが可能となる。
また、例えば、本発明を差圧/圧力複合センサと流量制御バルブとを組み合わせたシステムに適用するものとした場合、第1の測定圧P1を流量制御バルブの1次側の流体圧力とし、第2の測定圧P2を流量制御バルブの2次側の流体圧力とする。この場合、第2ステップでは、差圧センサによって検出される差圧ΔP(1次側の流体圧力と2次側の流体圧力との差)と、静圧センサによって検出される静圧PG(1次側の流体圧力)と、圧力センサによって検出される第2の測定圧P2(2次側の流体圧力)とが取得され、その取得された「差圧ΔP(1次側の流体圧力と2次側の流体圧力との差)」と「静圧PG(1次側の流体圧力)と第2の測定圧P2(2次側の流体圧力)との差」との比較結果が記憶され、その記憶された比較結果に基づいて差圧/圧力複合センサの交換時期が決定される。
なお、本発明では、静圧センサによって第1の測定圧P1を静圧PGとして検出し、差圧/圧力複合センサとは別個に設けられた圧力センサによって第2の測定圧P2を検出するが、この静圧PGや第2の測定圧P2は必ずしも大気圧を基準としたものでなくてもよく、真空圧を基準としたものであってもよい。また、基準とする圧力は、大気圧や真空圧に限られるものでもない。また、本発明において、差圧センサや静圧センサは、それぞれセンサチップとして独立したものであってもよく、1チップ上に形成されたものであってもよい。
本発明によれば、差圧/圧力複合センサとは別個に設けられた圧力センサによって第2の測定圧P2を検出するものとし、差圧センサによって検出される差圧ΔPと、静圧センサによって検出される静圧PGと、圧力センサによって検出される第2の測定圧P2とを取得し、この取得した「差圧ΔP」と「静圧PGと第2の測定圧P2との差」との比較結果を記憶し、その記憶された比較結果に基づいて差圧/圧力複合センサの交換時期を決定するようにしたので、その記憶された比較結果から差圧/圧力複合センサの劣化を予測し、適切な交換時期を決定することが可能となり、トラブルの発生やコスト増を避けることが可能となる。また、通常の圧力/差圧測定を中断することなく、オンラインで差圧/圧力複合センサの適切な交換時期を決定することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の実施に用いる流量計測機能付きバルブ100の要部の構成を示す図である。図1において、1は流体が流れる流路L1中に設けられたバルブ(流量制御バルブ)、2はバルブ1を駆動するアクチュエータ、3はアクチュエータ2の駆動を制御するコントローラ、4はバルブ1の上流側(1次側)と下流側(2次側)とをバイパスする管路L2中に設けられた差圧/圧力複合センサ、5は差圧/圧力複合センサ4とは別個に設けられた2次側圧力センサである。なお、コントローラ3は実際にはアクチュエータ2に内蔵されているが、この例では分かり易いようにアクチュエータ2の外部に示している。
図1は本発明の実施に用いる流量計測機能付きバルブ100の要部の構成を示す図である。図1において、1は流体が流れる流路L1中に設けられたバルブ(流量制御バルブ)、2はバルブ1を駆動するアクチュエータ、3はアクチュエータ2の駆動を制御するコントローラ、4はバルブ1の上流側(1次側)と下流側(2次側)とをバイパスする管路L2中に設けられた差圧/圧力複合センサ、5は差圧/圧力複合センサ4とは別個に設けられた2次側圧力センサである。なお、コントローラ3は実際にはアクチュエータ2に内蔵されているが、この例では分かり易いようにアクチュエータ2の外部に示している。
図2に差圧/圧力複合センサ4の要部の断面図を示す。図2において、41は金属製のボディであり、管路L2の上流側管路L21と下流側管路L22との間に設けられている。ボディ41は、内部空間として、隔壁41−1によって区画された第1の空間41−2と第2の空間41−3とを有している。隔壁41−1には、第1の空間41−2と第2の空間41−3とを連通する貫通路41−4と、第1の空間41−2とボディ41の外部空間とを連通する連通路41−5が設けられている。第1の空間41−2の開口部41−2aには第1の金属ダイアフラム(第1の受圧ダイアフラム)42−1が設けられており、第2の空間41−3の開口部41−3aには第2の金属ダイアフラム(第2の受圧ダイアフラム)42−2が設けられている。
43は差圧センサチップであり、その中央部を薄肉状としてセンサダイアフラムS1が形成されており、このセンサダイアフラムS1の一方の面43aに対する他方の面43bに凹部43cが形成されている。差圧センサチップ43は、センサダイアフラムS1の一方の面43aを第1の受圧ダイアフラム42−1に臨むようにして、センサダイアフラムS1の他方の面43bに通ずる連通路44を隔壁41−1の貫通路41−4に連通させるようにして、第1の空間41−2に位置する隔壁41−1の壁面41−1aに台座45を介して接合されている。台座45は筒状とされており、その中空部45aと差圧センサチップ43の凹部43cとによって、センサダイアフラムS1の他方の面43bに通ずる連通路44が形成されている。差圧センサチップ43はシリコンなどから成り、台座45はシリコンやガラスなどから成る。
46は圧力センサチップであり、その中央部を薄肉状としてセンサダイアフラムS2が形成されており、このセンサダイアフラムS2の一方の面46aに対する他方の面46bに凹部46cが形成されている。圧力センサチップ46は、センサダイアフラムS2の一方の面46aを第1の受圧ダイアフラム42−1に臨むようにして、センサダイアフラムS2の他方の面46bに通ずる連通路47を隔壁41−1の連通路41−5に連通させるようにして、第1の空間41−2に位置する隔壁41−1の壁面41−1aに台座48を介して接合されている。台座48は筒状とされており、その中空部48aと圧力センサチップ46の凹部46cとによって、センサダイアフラムS2の他方の面46bに通ずる連通路47が形成されている。圧力センサチップ46はシリコンなどから成り、台座48はシリコンやガラスなどから成る。
ボディ41には、第1の空間41−2を第1の封入室49−1として、第1の圧力伝達用媒体40−1が封止されている。また、第2の空間41−3および隔壁41−1の貫通路41−4および差圧センサチップ43のセンサダイアフラムS1の他方の面43−1bに通ずる連通路44を第2の封入室49−2として、第2の圧力伝達用媒体40−2が封止されている。圧力伝達用媒体40−1,40−2としては、シリコーンオイル等の非圧縮性流体が用いられる。
この差圧/圧力複合センサ4では、バルブ1の1次側の流体圧力が測定圧P1として第1の受圧ダイアフラム42−1に加わり、この第1の受圧ダイアフラム42−1が受けた測定圧P1が第1の圧力伝達用媒体40−1を介して差圧センサチップ43のセンサダイアフラムS1の一方の面43aに伝達され、バルブ1の2次側の流体圧力が測定圧P2として第2の受圧ダイアフラム42−2に加わり、この第1の受圧ダイアフラム42−2が受けた測定圧P2が第2の圧力伝達用媒体40−2を介して差圧センサチップ43のセンサダイアフラムS1の他方の面43bに伝達される。その結果、差圧センサチップ43のセンサダイアフラムS1が測定圧P1と測定圧P2との圧力差に応じて撓み、その圧力差に応じた信号が差圧ΔPを示す信号(以下、この信号を差圧信号ΔPと呼ぶ)として差圧センサチップ43から出力される。この差圧信号ΔPはコントローラ3へ送られる。差圧センサチップ43のセンサダイアフラムS1には、差圧信号ΔPを出力するための構成として、圧力変化に応じて抵抗値が変化する歪抵抗ゲージが形成されている。
また、この差圧/圧力複合センサ4では、バルブ1の1次側の流体圧力が測定圧P1として第1の受圧ダイアフラム42−1に加わり、この第1の受圧ダイアフラム42−1が受けた測定圧P1が第1の圧力伝達用媒体40−1を介して圧力センサチップ46のセンサダイアフラムS2の一方の面46aに伝達され、ボディ1の外部空間の圧力(大気圧)が基準圧P3として圧力センサチップ46のセンサダイアフラムS2の他方の面46bに伝達される。その結果、圧力センサチップ46のセンサダイアフラムS2が測定圧P1と基準圧(大気圧)P3との圧力差に応じて撓み、その圧力差に応じた信号が静圧PGを示す信号(以下、この信号を静圧信号PGと呼ぶ)として圧力センサチップ46から出力される。この静圧信号PGはコントローラ3へ送られる。圧力センサチップ46のセンサダイアフラムS2には、静圧信号PGを出力するための構成として、圧力変化に応じて抵抗値が変化する歪抵抗ゲージが形成されている。
2次側圧力センサ5は、バルブ1の上流側(1次側)と下流側(2次側)とをバイパスする管路L2中、差圧/圧力複合センサ4の下流側に位置する下流側管路L22に設けられている。この2次側圧力センサ5は、下流側管路L22内の流体の圧力を、すなわちバルブ1の2次側の流体圧力を、大気圧を基準として、測定圧P2として検出する。この2次側圧力センサ5が検出する測定圧P2を示す信号(以下、この信号を2次側圧力信号P2と呼ぶ)はコントローラ3へ送られる。
コントローラ3は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、基本機能としてバルブ1の流量制御機能に加え、本実施の形態特有の機能として差圧/圧力複合センサ4の交換時期決定機能を有している。
〔流量制御機能〕
先ず、コントローラ3が有する流量制御機能について説明する。コントローラ3は、差圧/圧力複合センサ4からの差圧信号ΔPを入力とし、この入力された差圧信号ΔPに基づいて、バルブ1を流れている現在の流体の流量Qpvを計測する。そして、この計測した流量Qpvと上位から与えられる設定流量Qspとを比較し、Qpv=Qspとなるようにアクチュエータ2へ駆動指令を送り、バルブ1の開度を制御する。
先ず、コントローラ3が有する流量制御機能について説明する。コントローラ3は、差圧/圧力複合センサ4からの差圧信号ΔPを入力とし、この入力された差圧信号ΔPに基づいて、バルブ1を流れている現在の流体の流量Qpvを計測する。そして、この計測した流量Qpvと上位から与えられる設定流量Qspとを比較し、Qpv=Qspとなるようにアクチュエータ2へ駆動指令を送り、バルブ1の開度を制御する。
〔交換時期決定機能:第1例(実施の形態1)〕
次に、コントローラ3が有する交換時期決定機能の第1例について説明する。この交換時期決定機能の第1例では、一定期間が経過する毎に、差圧/圧力複合センサ4の交換時期の決定処理を実行する。なお、この交換時期の決定処理の周期(診断周期)は差圧/圧力複合センサ4の交換対応時間より短いものとし、この例では、診断周期を1週間、差圧/圧力複合センサ4の交換対応時間を3週間とする。図3にコントローラ3が実行する交換時期の決定処理のフローチャートを示す。
次に、コントローラ3が有する交換時期決定機能の第1例について説明する。この交換時期決定機能の第1例では、一定期間が経過する毎に、差圧/圧力複合センサ4の交換時期の決定処理を実行する。なお、この交換時期の決定処理の周期(診断周期)は差圧/圧力複合センサ4の交換対応時間より短いものとし、この例では、診断周期を1週間、差圧/圧力複合センサ4の交換対応時間を3週間とする。図3にコントローラ3が実行する交換時期の決定処理のフローチャートを示す。
コントローラ3は、一定期間が経過すると(ステップS101のYES)、その時の差圧センサチップ43からの差圧信号ΔPと、圧力センサチップ46からの静圧信号PGと、2次側圧力センサ5からの2次側圧力信号P2とを取得する(ステップS102)。すなわち、差圧センサチップ43によって検出される測定圧P1(1次側の流体圧力)と測定圧P2(2次側の流体圧力)との差である差圧ΔPを取得し、圧力センサチップ46によって検出される測定圧P1(1次側の流体圧力)と基準圧P3(大気圧)との差である静圧PGを取得し、2次側圧力センサ5によって検出される測定圧P2(2次側の流体圧力)を取得する。
そして、コントローラ3は、その取得した「差圧ΔP」と「静圧PGと測定圧P2との差」との差を求め、その差の絶対値を評価指標P0(P0=|ΔP−(PG−P2)|)として求め(ステップS103)、今回の評価指標P0(P0n)としてメモリに記憶する(ステップS104)。この時、差圧/圧力複合センサ4が正常であれば、PG=P1となり、「差圧ΔP」と「静圧PGと測定圧P2との差」とは等しく、評価指標P0は零となるはずである。
次に、コントローラ3は、その求めた評価指標P0と予め設定されている使用限界値とを比較する(ステップS105)。ここで、評価指標P0が使用限界値を超えていれば(ステップS105のYES)、直ちに警報信号を出力し(ステップS111)、差圧/圧力複合センサ4に異常が生じたことを知らせる。
評価指標P0が使用限界値を超えていなければ(ステップS105のNO)、コントローラ3は、前回の評価指標P0(P0n-1)がメモリに記憶されていることを確認のうえ(ステップS106のYES)、前回の評価指標P0n-1と今回の評価指標P0nとから評価指標P0と経過時間Tの1次式を作成する(ステップS107)。なお、前回の評価指標P0n-1がメモリに記憶されていなければ、すなわちP0nが初回の評価指標であった場合には、ステップS101へ戻り、次の交換時期の決定処理に備える。
コントローラ3は、ステップS107において評価指標P0と経過時間Tの1次式を作成すると、この作成した1次式より評価指標P0が使用限界値と交差する時間Tc(以下、交差時間Tcと呼ぶ)を算出する(ステップS108)。
図4に評価指標P0のトレンドを例示する。通常は、図4に示されるように、評価指標P0は時間の経過に伴って大きくなって行く。このようなトレンドで変化して行く評価指標P0に対して使用限界値が定められている。ステップS108では、前回の評価指標P0n-1と今回の評価指標P0nとから作成された評価指標P0と経過時間Tの1次式から、現在の時点を基点とする使用限界値に達するまでの時間を交差時間Tcとして算出する。
次に、コントローラ3は、この算出した交差時間Tcと交換対応時間(3週間)に対して余裕をもって定められた比較判断時間Tth(4週間)を比較し、交差時間Tcが比較判断時間Tthよりも短ければ(ステップS109のYES)、差圧/圧力複合センサ4の交換時期と判断し、センサ交換信号を出力して(ステップS110)、差圧/圧力複合センサ4の交換を促す。交差時間Tcが比較判断時間Tth以上であれば(ステップS109のNO)、ステップS101へ戻り、次の交換時期の決定処理に備える。
このようにして、コントローラ3は、一定期間が経過する毎に、差圧/圧力複合センサ4の交換時期の決定処理を実行する。これにより、大きな出力異常が認められる前に異常を察知して、差圧/圧力複合センサ4を交換することが可能となり、トラブルを最小限に抑えることが可能となる。また、メモリに記憶されている評価指標P0(P0n-1,P0n)から差圧/圧力複合センサ4の劣化を予測して、差圧/圧力複合センサ4の適切な交換時期が決定されるため、差圧/圧力複合センサ4を使用限界直前まで有効に活用でき、交換コストを削減することが可能となる。また、評価指標P0が使用限界値を超えた場合には直ちに警報信号が出力されるので、差圧/圧力複合センサ4の大きな出力異常にも速やかに対処することが可能となる。また、差圧/圧力複合センサ4を定期的に取り外して検査したり、確認する必要もない。
また、差圧/圧力複合センサ4とは別個に設けられた2次側圧力センサ5が常に測定圧P2を検出するので、通常の圧力/差圧測定を中断することなく、オンラインで差圧/圧力複合センサ4の適切な交換時期を決定することができる。
図5にコントローラ3が有する交換時期決定機能の第1例の機能ブロック図を示す。同図において、31−1は圧力データ取得部、31−2は評価指標算出部、31−3は記憶部、31−4は異常判定部、31−5はトレンド関係式算出部、31−6は交差時間算出部、31−7は交差時間比較部である。
圧力データ取得部31−1は、一定期間が経過する毎に、差圧センサチップ43からの差圧信号ΔPと、圧力センサチップ46からの静圧信号PGと、2次側圧力センサ5からの2次側圧力信号P2とを取得する。
評価指標算出部31−2は、圧力データ取得部31−1が取得した差圧信号ΔPから得られる差圧ΔPと、静圧信号PGから得られる静圧PGと、2次側圧力信号P2から得られる測定圧P2とから、評価指標P0をP0=|ΔP−(PG−P2)|)として求め、今回の評価指標P0nとして記憶部31−3へ記憶させる一方、その求めた今回の評価指標P0nを異常判定部31−4およびトレンド関係式算出部31−5へ送る。
異常判定部31−4は、評価指標算出部31−2からの評価指標P0nを入力とし、評価指標P0nが使用限界値を超えていれば警報信号を出力する。
トレンド関係式算出部31−5は、評価指標算出部31−2から今回の評価指標P0nが送られてくると、記憶部31−3から前回の評価指標P0n-1を取込み、今回の評価指標P0nと前回の評価指標P0n-1とから評価指標P0と経過時間Tの1次式を作成し、その作成した1次式を交差時間算出部31−6へ送る。
交差時間算出部31−6は、トレンド関係式算出部31−5からの1次式より、使用限界値までの交差時間Tcを算出する。
交差時間比較部31−7は、交差時間算出部31−6によって算出された交差時間Tcと比較判断時間Tthとを比較し、交差時間Tcが比較判断時間Tthよりも短ければ、差圧/圧力複合センサ4の交換時期と判断し、センサ交換信号を出力する。
〔交換時期決定機能:第2例(実施の形態2)〕
次に、コントローラ3が有する交換時期決定機能の第2例について、図6に示すフローチャートを用いて説明する
次に、コントローラ3が有する交換時期決定機能の第2例について、図6に示すフローチャートを用いて説明する
コントローラ3は、一定期間が経過すると(ステップS201のYES)、その時の差圧センサチップ43からの差圧信号ΔPと、圧力センサチップ46からの静圧信号PGと、2次側圧力センサ5からの2次側圧力信号P2とを取得する(ステップS202)。すなわち、差圧センサチップ43によって検出される測定圧P1(1次側の流体圧力)と測定圧P2(2次側の流体圧力)との差である差圧ΔPを取得し、圧力センサチップ46によって検出される測定圧P1(1次側の流体圧力)と基準圧P3(大気圧)との差である静圧PGを取得し、2次側圧力センサ5によって検出される測定圧P2(2次側の流体圧力)を取得する。
そして、コントローラ3は、その取得した「差圧ΔP」と「静圧PGと測定圧P2との差」との差を求め、その差の絶対値を評価指標P0(P0=|ΔP−(PG−P2)|)として求め(ステップS203)、今回の評価指標P0(P0n)としてメモリに記憶する(ステップS204)。この時、差圧/圧力複合センサ4が正常であれば、PG=P1となり、「差圧ΔP」と「静圧PGと測定圧P2との差」とは等しく、評価指標P0は零となるはずである。
次に、コントローラ3は、その求めた評価指標P0と予め設定されている使用限界値とを比較する(ステップS205)。ここで、評価指標P0が使用限界値を超えていれば(ステップS205のYES)、直ちに警報信号を出力し(ステップS210)、差圧/圧力複合センサ4に異常が生じたことを知らせる。
評価指標P0が使用限界値を超えていなければ(ステップS205のNO)、コントローラ3は、前回の評価指標P0(P0n-1)がメモリに記憶されていることを確認のうえ(ステップS206のYES)、メモリに記憶されているそれまでの全ての評価指標P0(P01〜P0n)から評価指標P0と経過時間Tの関係式を作成する(ステップS207)。なお、前回の評価指標P0n-1がメモリに記憶されていなければ、すなわちP0nが初回の評価指標であった場合には、ステップS201へ戻り、次の交換時期の決定処理に備える。
コントローラ3は、ステップS207において評価指標P0と経過時間Tの関係式を作成すると、この作成した関係より評価指標P0が使用限界値と交差する時点を推定交換時期として求め(ステップS208)、この求めた推定交換時期を出力・表示する(ステップS209)。
図7に評価指標P0のトレンドを例示する。通常は、図7に示されるように、評価指標P0は時間の経過に伴って大きくなって行く。このようなトレンドで変化して行く評価指標P0に対して使用限界値が定められている。ステップS208では、メモリに記憶されているそれまでの全ての評価指標P01〜P0nから作成された評価指標P0と経過時間Tの関係式から、現在の時点を基点とする使用限界値に達するまでの時間を交差時間Tcとして算出し、この交差時間Tcが経過した時点を差圧/圧力複合センサ4の推定交換時期として求める。
管理者は、推定交換時期が出力・表示されると、交換時期が近いか否かを判断し(ステップS301)、交換時期が近ければ交換計画を立て(ステップS302)、その立てた計画に従って差圧/圧力複合センサ4を交換する(ステップS303)。
このようにして、コントローラ3は、一定期間が経過する毎に、差圧/圧力複合センサ4の交換時期の決定処理を実行する。これにより、大きな出力異常が認められる前に異常を察知して、差圧/圧力複合センサ4を交換することが可能となり、トラブルを最小限に抑えることが可能となる。また、メモリに記憶されている評価指標P0(P01〜P0n)から差圧/圧力複合センサ4の劣化を予測して、差圧/圧力複合センサ4の適切な交換時期が決定されるため、差圧/圧力複合センサ4を使用限界直前まで有効に活用でき、交換コストを削減することが可能となる。また、評価指標P0が使用限界値を超えた場合には直ちに警報信号が出力されるので、差圧/圧力複合センサ4の大きな出力異常にも速やかに対処することが可能となる。また、差圧/圧力複合センサ4を定期的に取り外して検査したり、確認する必要もない。
また、差圧/圧力複合センサ4とは別個に設けられた2次側圧力センサ5が常に測定圧P2を検出するので、通常の圧力/差圧測定を中断することなく、オンラインで差圧/圧力複合センサ4の適切な交換時期を決定することができる。また、推定交換時期が表示されるので、メンテナンス計画が立てやすく、効率的な作業を行うことができる。
図9にコントローラ3が有する交換時期決定機能の第2例の機能ブロック図を示す。同図において、32−1は圧力データ取得部、32−2は評価指標算出部、32−3は記憶部、32−4は異常判定部、32−5はトレンド関係式算出部、32−6は推定交換時期算出部である。
圧力データ取得部32−1は、一定期間が経過する毎に、差圧センサチップ43からの差圧信号ΔPと、圧力センサチップ46からの静圧信号PGと、2次側圧力センサ5からの2次側圧力信号P2とを取得する。
評価指標算出部32−2は、圧力データ取得部32−1が取得した差圧信号ΔPから得られる差圧ΔPと、静圧信号PGから得られる静圧PGと、2次側圧力信号P2から得られる測定圧P2とから、評価指標P0をP0=|ΔP−(PG−P2)|)として求め、今回の評価指標P0nとして記憶部32−3へ記憶させる一方、その求めた今回の評価指標P0nを異常判定部32−4およびトレンド関係式算出部32−5へ送る。
異常判定部32−4は、評価指標算出部32−2からの評価指標P0nを入力とし、評価指標P0nが使用限界値を超えていれば警報信号を出力する。
トレンド関係式算出部32−5は、評価指標算出部32−2から今回の評価指標P0nが送られてくると、記憶部32−3からそれまでの評価指標P01〜P0nを取込み、この取り込んだ評価指標P01〜P0nから評価指標P0と経過時間Tの関係式を作成し、その作成した関係式を推定交換時期算出部32−6へ送る。
推定交換時期算出部32−6は、トレンド関係式算出部31−5からの関係式より、使用限界値までの交差時間Tcを算出し、この交差時間Tcが経過した時点を差圧/圧力複合センサ4の推定交換時期として求め、バルブ本体あるいは外部装置の表示部に出力・表示させる。
なお、図10に今回の評価指標P0nの算出時点をt1として示すように、次の評価指標P0n+1が得られる前に評価指標P0が使用限界値に達すると予測される場合には、その時点を差圧/圧力複合センサ4の交換時期と判断し、センサ交換信号を出力するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態において、コントローラ3からのセンサ交換信号や警報信号についても、推定交換時期と同様、通信で上位装置へ送るようにしてもよく、流量計測機能付きバルブ100においてその信号に基づく表示を行わせるようにしてもよい。
また、上述した実施の形態では、基準圧P3を大気圧とし静圧PGとしてゲージ圧を測定するものとしたが、基準圧P3を真空圧とし静圧PGとして絶対圧を測定するようにしてもよい。
図11に静圧PGとして絶対圧を測定するようにした場合の差圧/圧力複合センサ4の要部の断面図を示す。以下、図2に示した差圧/圧力複合センサ4と区別するために、図2に示した差圧/圧力複合センサ4を差圧/圧力複合センサ4Aとし、図11に示した差圧/圧力複合センサ4を差圧/圧力複合センサ4Bとする。
この差圧/圧力複合センサ4Bでは、差圧/圧力複合センサ4Aがボディ41に連通路41−5を設けていたのに対し、この連通路41−5をボディ41からなくし、圧力センサチップ4のセンサダイアフラムS2の他方の面46bに通ずる連通路47を真空としている。これにより、基準圧P3が真空圧とされ、絶対圧を示す静圧信号PGがコントローラ3へ送られるものとなる。
この差圧/圧力複合センサ4Bでは、静圧信号PGから得られる静圧PG(絶対圧)から大気圧を差し引いた値を静圧PG’(ゲージ圧)として求め、その求めた静圧PG’(ゲージ圧)と、差圧信号ΔPから得られる差圧ΔPと、2次側圧力センサ5からの2次側圧力信号P2から得られる測定圧P2(ゲージ圧)とから評価指標P0を求める。この時、差圧/圧力複合センサ4Bが正常であれば、PG’=P1となり、「差圧ΔP」と「静圧PGと測定圧P2との差」とは等しく、評価指標P0は零となるはずである。したがって、P0=|ΔP−(PG’−P2)|として評価指標P0を求めることにより、上述した実施の形態と同様にして差圧/圧力複合センサ4Bの異常の有無を判定することができる。
なお、この場合、静圧PG(絶対圧)から差し引く大気圧は、標準大気圧としてもよいし、その時の大気圧としてもよい。また、差圧信号ΔPから得られる差圧ΔPに大気圧を加算した値を差圧ΔP’として求め、この求めた差圧ΔP’と、静圧信号PGから得られる静圧PG(絶対圧)と、真空圧を基準として検出した測定圧P2(絶対圧)とから評価指標P0を求めるようにしてもよい。
また、上述した実施の形態では、差圧センサを差圧センサチップ43とし、静圧センサを圧力センサチップ46とし、ボディ41内にそれぞれ独立して収容するようにしたが、差圧センサと静圧センサを1チップ上に形成して1つのセンサチップとし、このセンサチップをボディ41内に収容するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態では、差圧センサチップ43や圧力センサチップ46を圧力変化に応じて抵抗値が変化する歪抵抗ゲージを形成したタイプとしたが、静電容量式のセンサチップとしてもよい。静電容量式のセンサチップは、所定の空間(容量室)を備えた基板と、その基板の空間上に配置されたダイアフラムと、基板に形成された固定電極と、ダイアフラムに形成された可動電極とを備えている。ダイアフラムが圧力を受けて変形することで、可動電極と固定電極との間隔が変化してその間の静電容量が変化する。
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
1…バルブ(流量制御バルブ)、2…アクチュエータ、3…コントローラ、L1…流路、L2…管路、L21…上流側管路、L22…下流側管路、4(4A,4B)…差圧/圧力複合センサ、5…2次側圧力センサ、40−1…第1の圧力伝達用媒体、40−2…第2の圧力伝達用媒体、41…ボディ、41−1…隔壁、41−2…第1の空間、41−3…第2の空間、41−4…貫通路、41−5…連通路、42−1…第1の受圧ダイアフラム、42−2…第2の受圧ダイアフラム、43…差圧センサチップ、S1…センサダイアフラム、44…連通路、45…台座、46…圧力センサチップ、S2…センサダイアフラム、47…連通路、48…台座、49−1…第1の封入室、49−2…第2の封入室、31−1…圧力データ取得部、31−2…評価指標算出部、31−3…記憶部、31−4…異常判定部、31−5…トレンド関係式算出部、31−6…交差時間算出部、31−7…交差時間比較部、32−1…圧力データ取得部、32−2…評価指標算出部、32−3…記憶部、32−4…異常判定部、32−5…トレンド関係式算出部、32−6…推定交換時期算出部、100…流量計測機能付きバルブ。
Claims (5)
- 第1の測定圧P1と第2の測定圧P2との差を差圧ΔPとして検出する差圧センサと、前記第1の測定圧P1を静圧PGとして検出する静圧センサとを備えた差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法であって、
前記差圧/圧力複合センサとは別個に設けられた圧力センサによって前記第2の測定圧P2を検出する第1ステップと、
定期的に、前記差圧センサによって検出される差圧ΔPと、前記静圧センサによって検出される静圧PGと、前記圧力センサによって検出される第2の測定圧P2とを取得し、この取得した「差圧ΔP」と「静圧PGと第2の測定圧P2との差」との比較結果を記憶し、その記憶された比較結果に基づいて前記差圧/圧力複合センサの交換時期を決定する第2ステップと
を備えることを特徴とする差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法。 - 請求項1に記載された差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法において、
前記第1の測定圧P1は、流量制御バルブの1次側の流体圧力であり、
前記第2の測定圧P2は、前記流量制御バルブの2次側の流体圧力である
ことを特徴とする差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法。 - 請求項1又は2に記載された差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法において、
前記第2ステップは、
前記記憶された比較結果に基づいて前記差圧/圧力複合センサの使用限界までの時間を算出し、その算出された時間が予め定められた時間を下回っていた場合、その時を前記差圧/圧力複合センサの交換時期と判断する
ことを特徴とする差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法。 - 請求項1又は2に記載された差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法において、
前記第2ステップは、
前記記憶された比較結果に基づいて前記差圧/圧力複合センサの使用限界までの時間を算出し、その算出された時間が経過した時点を前記差圧/圧力複合センサの交換時期と判断する
ことを特徴とする差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法。 - 請求項1又は2に記載された差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法において、
前記第2ステップは、
前記記憶された比較結果に基づいて前記差圧/圧力複合センサの使用限界に達するまでの時間を算出し、次の比較結果が得られる前に前記差圧/圧力複合センサが使用限界に達すると予測される場合、その時点を前記差圧/圧力複合センサの交換時期と判断する
ことを特徴とする差圧/圧力複合センサの交換時期決定方法。
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CN103983401A (zh) * | 2014-05-31 | 2014-08-13 | 福州大学 | 一种用于差压传感器的等精度测量方法 |
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-
2012
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