JP5012324B2 - 圧力検出器及び圧力検出システム - Google Patents

Description

本発明は、圧力検出器及び圧力検出システムに関する。

圧力検出器の一種に、流体が流れる配管の途中にオリフィスプレート等の絞り機構を設け、絞り機構の上流側の圧力（高圧側圧力）と下流側の圧力（低圧側圧力）とを検出し、これらの差圧を示す差圧信号と静圧を示す静圧信号とを求める圧力検出器がある。この種の圧力検出器は、絞り機構の上流側に位置して配管に接続された導圧管と下流側に位置して配管に接続される導圧管とを備えており、この導圧管を伝う流体の圧力を検出することで、上記の高圧側圧力と低圧側圧力とを検出する。

圧力検出器で求められた差圧信号及び静圧信号は、アナログ伝送路又はディジタル伝送路を介してホストコンピュータに送信される。尚、従来の圧力検出器の詳細については、例えば以下の特許文献１〜９を参照されたい。
特開２００６−３２９８４６号公報 特開２００６−１０５７０７号公報 特開２００５−２７４５０１号公報 特開２００６−３２９８４７号公報 特開２００４−３５４２８０号公報 特開２００４−２９４１７５号公報 特開２００４−１３２８１７号公報 米国特許第６６５４６９７号明細書 米国特許第６９０７３８３号明細書

ところで、上記の圧力検出器において、原油等の粘度が高い流体が配管内を流れる場合、不純物／固形物等の多い流体が配管内を流れる場合、或いは配管内を流れる流体が低外気温により凝固するものである場合には、導圧管に詰まりが生ずる虞がある。導圧管に詰まりが生ずると、圧力検出器では配管内を流れる流体の高圧側圧力や低圧側圧力が検出される訳ではなく詰まりが生じた導圧管内の圧力が検出されてしまい、圧力検出器で求められる差圧信号及び静圧信号が無意味な値になってしまう。

従来、導圧管の詰まりの検出は、正常運転状態からの変化を捉えるといった熟練作業員の経験や勘に頼る部分が大きかったが、近年では導圧管の詰まりを自動的に検出する方法が提案されている。例えば、上記の特許文献８には、差圧値等のプロセス値のスペクトル密度の計算結果の変化や、前回検出結果との自己相関係数の計算結果の変化から導圧管の詰まりを自動的に検出する方法が開示されている。また、上記の特許文献２には、差圧信号の微小変化量の分散比と、静圧信号の微小変化量の分散比とをそれぞれ算出して導圧管の詰まりを自動的に検出する方法が開示されている。

しかしながら、上記の特許文献８に開示された方法では、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）等の演算を行う必要があるため、高速且つ大規模のディジタル回路やサンプリングのためのメモリが必要となり圧力検出器のコストが上昇するという問題がある。また、圧力検出器の設置場所は危険性雰囲気内であることが多く、エネルギー制限を受けるため大規模な回路は不向きである。更に、近年では電池で駆動可能な程度の低消費電力が求められており、ＦＦＴ等の回路を用いる場合には、高速処理と低消費電力及び小型化とを両立する必要があるという問題がある。

また、上記の特許文献２に開示された方法では、特許文献８のような大規模なディジタル回路を必須とする訳ではない。しかしながら、特許文献２では、短時間カウンタと長時間カウンタの２種類で測定される差圧信号の微小時間変化量（時間微分）の分散の比と、静圧信号の微小時間変化量（時間微分）の分散の比をそれぞれ計算し、更に、差圧信号の２回微分値の分散の比と、静圧信号の２回微分値の分散の比を計算しており、ハードウェア的にもソフトウェア的にも冗長である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、導圧管の詰まりを安価に高感度で検出することができる圧力検出器及び圧力検出システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の圧力検出器は、流体（Ｘ）が流れる配管（４）の互いに異なる位置に接続された第１，第２導圧管（６ａ，６ｂ）と、当該第１導圧管内の圧力と当該第２導圧管内の圧力との差圧及び静圧を検出するセンサ（１１）とを備える圧力検出器（２）において、前記センサで検出される前記差圧の揺動と前記静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方に基づいて、前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりを検知する検知部（１９）を備えることを特徴としている。
この発明によると、流体が流れる配管の互いに異なる位置に接続された第１，第２導圧管内の圧力の差圧及び静圧がセンサで検出され、このセンサで検出された差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方に基づいて、第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりが検知部で検知される。
また、本発明の圧力検出器は、前記検知部が、前記差圧の揺動と前記静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方を求める計算部（１９ａ）と、前記計算部で求められた値と所定の閾値とを比較することで前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりの有無を診断する診断部（１９ｂ）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の圧力検出器は、前記検知部が、前記差圧の揺動と前記静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方を求める計算部（１９ａ）と、前記計算部で求められた現在の値と前記計算部で過去に求められた値との比較、又は前記計算部で求められた値の変化の傾向から前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりの有無を診断する診断部（１９ｂ）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の圧力検出器は、前記診断部が、前記計算部で求められた値と複数の閾値とを比較して前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりの程度を診断し、前記診断部で診断された詰まりの程度を示す情報を表示する表示部（１７）を備えることを特徴としている。
更に、本発明の圧力検出器は、前記センサの検出結果及び前記計算部の計算結果の少なくとも一方を、上位の管理装置に伝達する通信部（１８）を備えることを特徴としている。
本発明の圧力検出システムは、流体（Ｘ）が流れる配管（４）に設置される圧力検出器（２）と、当該圧力検出器を管理する管理装置（３）とを備える圧力検出システム（１）において、前記圧力検出器として、上記の本発明による圧力検出器を備えており、前記管理装置は、前記圧力検出器から伝達される前記センサの検出結果から、前記差圧の揺動と前記静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方を求め、当該値を用いて前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりの有無を診断することを特徴としている。
また、本発明の圧力検出システムは、流体（Ｘ）が流れる配管（４）に設置される圧力検出器（２）と、当該圧力検出器を管理する管理装置（３）とを備える圧力検出システム（１）において、前記圧力検出器として、上記の本発明による圧力検出器を備えており、前記管理装置は、前記圧力検出器から伝達される前記計算部の計算結果の変化の傾向から前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりの有無を診断することを特徴としている。

本発明によれば、流体が流れる配管の互いに異なる位置に接続された第１，第２導圧管内の圧力の差圧及び静圧をセンサで検出し、検出された差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方に基づいて、第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりを検知しており、従来のように、大規模なディジタル回路等が不要であるため、第１，第２導圧管の詰まりを安価に高感度で検出することができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による圧力検出器及び圧力検出システムについて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による圧力検出システムの概要を示す図である。図１に示す通り、本実施形態の圧力検出システム１は、差圧圧力伝送器２（圧力検出器）とホストコンピュータ３（管理装置）とを備える。尚、差圧圧力伝送器２とホストコンピュータ３とは、有線又は無線のアナログ伝送路又はディジタル伝送路（図示省略）を介して相互に接続されている。

差圧圧力伝送器２は、流体Ｘが流れる配管４に設置されている。この差圧圧力伝送器２は、配管４内に設置されたオリフィス５（絞り機構：図２参照）の上流側の配管４に接続された導圧管６ａ（第１導圧管）と、下流側の配管４に接続された導圧管６ｂ（第２導圧管）とを備えており、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧及び静圧を検出する。差圧圧力伝送器２は、図１に示す通り、上記の静圧及び差圧以外に流体Ｘの温度や質量流量の検出も可能である。

図２は、差圧圧力伝送器２の内部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、差圧圧力伝送器２は、センサ部１１、周波数カウンタ１２、発振回路１３、中央処理装置（ＭＰＵ：Micro Processing Unit）１４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１５、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）１６、表示部１７、通信部１８、及びＲＯＭ（Read Only Memory）２０を備える。センサ部１１は、シリコンレゾナントセンサの振動子２１ａ、トランス２２ａ、アンプ２３ａ、及び駆動回路２４ａからなる第１センサ部１１ａと、シリコンレゾナントセンサの振動子２１ｂ、トランス２２ｂ、アンプ２３ｂ、及び駆動回路２４ｂからなる第２センサ部１１ｂとを備える。

図３は、シリコンレゾナントセンサが形成されたセンサチップの構成を示す図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面矢視図である。図３に示す通り、センサチップ３０は、シリコンによって形成された略直方体の形状であって、その底面３０ｂの中央部に凹部３１が形成されていることによりセンサチップ３０の表面３０ａ側の中央部がダイアフラム３２とされている。図３（ａ）に示す通り、振動子２１ａはセンサチップ３０の表面３０ａ上であってダイアフラム３２の端部に取り付けられており、振動子２１ｂは同表面３０ａ上であってダイアフラム３２の中央部に取り付けられている。

センサチップ３０の表面３０ａには、振動子２１ａに接続された一対の配線が紙面に沿う上下方向にそれぞれ延びており、対をなす一方の配線の端部に励振端子３３が設けられ、対をなす他方の配線の端部に検出端子３４が設けられている。同様に、センサチップ３０の表面３０ａには、振動子２１ｂに接続された一対の配線が紙面に沿う上下方向にそれぞれ延びており、対をなす一方の配線の端部に励振端子３５が設けられ、対をなす他方の配線の端部に検出端子３６が設けられている。励振端子３３は図２中の駆動回路２４ａに接続されており、検出端子３４は図２中のトランス２２ａに接続されている。同様に、励振端子３５は図２中の駆動回路２４ｂに接続されており、検出端子３６は図２中のトランス２２ｂに接続されている。

以上の構成のシリコンレゾナントセンサに対して、図３（ａ）の紙面に沿う上方向又は下方向から磁界が印加されており、振動子２１ａ，２１ｂに電流を流せば振動子２１ａ，２１ｂが所定の固有振動数で振動する。第１センサ部１１ａに設けられたトランス２２ａ、アンプ２３ａ、及び駆動回路２４ａは振動子２１ａをその固有振動数で振動させるための回路であり、第２センサ部１１ｂに設けられたトランス２２ｂ、アンプ２３ｂ、及び駆動回路２４ｂは振動子２１ｂをその固有振動数で振動させるための回路である。

また、図３に示すセンサチップ３０の表面３０ａ側には導圧管６ａを介した流体が導かれ、裏面３０ｂ側（凹部３１内）には導圧管６ｂを介した流体が導かれる。このため、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差に応じてダイアフラム３２に歪が生ずると、振動子２１ａ，２１ｂが伸縮又は圧縮を受けて自身の張力が変化し、振動子２１ａ，２１ｂの固有振動数が以下の（１）式に示す通り変化する。

但し、上記（１）式中の各変数は以下の通りである。
ｆ ：固有振動数
Ｅ ：シリコンのヤング率
ρ ：シリコンの密度
ｌ ：振動子の長さ
ｈ ：振動子の厚さ
ε ：張力
ε_０ ：初期張力
ε_ｄｐ：差圧による張力変化
ε_ｓｐ：静圧による張力変化
尚、ε＝ε_０＋ε_ｄｐ＋ε_ｓｐなる関係がある。

ここで、図３に示す通り、振動子２１ａはダイアフラム３２の端部に取り付けられており、振動子２１ｂはダイアフラム３２の中央部に取り付けられている。このため、振動子２１ａ，２１ｂの固有振動数の変化はダイアフラム３２の歪み量に応じてそれぞれ異なったものになる。本実施形態では、振動子２１ａ，２１ｂの各々の固有振動数の変化を検出することにより、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧及び静圧を検出している。

尚、導圧管６ａ，６ｂの固有振動数が変化した場合には、第１センサ部１１ａに設けられたトランス２２ａ、アンプ２３ａ、及び駆動回路２４ａは変化後の固有振動数で振動子２１ａを駆動し、第２センサ部１１ｂに設けられたトランス２２ｂ、アンプ２３ｂ、及び駆動回路２４ｂは変化後の固有振動数で振動子２１ｂを駆動する。このため、駆動回路２４ａ，２４ｂは、振動子２１ａ，２１ｂの固有振動数を示す信号（振動子２１ａ，２１ｂを駆動する信号）を周波数カウンタ１２に出力する。

周波数カウンタ１２は、発振回路１３から出力される基準クロックを用いて第１センサ部１１ａ，１１ｂから出力される信号をそれぞれサンプリングし、各々の信号のパルス数をカウントする。ここで、周波数カウンタ１２のサンプリング周期は数十ｍｓｅｃ程度である。発振回路１３は、周波数カウンタ１２及びＭＰＵ１４に対して所定の周波数の基準クロックを供給する。ＭＰＵ１４は、発振回路１３から供給される基準クロックに同期して動作し、差圧圧力伝送器２の動作を統括的に制御する。また、ＭＰＵ１４は、ＲＯＭ２０に格納されたプログラムを読み出して実行することにより検知部１９をソフトウェア的に実現する。尚、ＲＯＭ２０は、ＭＰＵ１４に内蔵されていても、外部に設けられていても良い。

検知部１９は、データ収集計算部１９ａ（計算部）と診断部１９ｂとからなり、周波数カウンタ１２でカウントされたパルス数から振動子２１ａ，２１ｂの固有振動数を求めるとともに、上記（１）式から導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧及び静圧を求め、これらの微小時間変化（以下、揺動という）の比の平均値及び分散の値の少なくとも一方に基づいて導圧管６ａ，６ｂの少なくとも一方の詰まりを検知する。尚、以下の説明では、振動子２１ａの固有振動数をｆ_ｃとし、振動子２１ｂの固有振動数をｆ_ｒとする

データ収集計算部１９ａは、周波数カウンタ１２でカウントされたパルス数から上記の固有振動数ｆ_ｃ，ｆ_ｒを求めるとともに、上記（１）式から導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧及び静圧を求め、更には導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方を求める。具体的には、データ収集計算部１９ａは、周波数カウンタ１２から出力されるパルス数から固有振動数ｆ_ｃ，ｆ_ｒを求め、周波数カウンタ１２のサンプリング周期毎に、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧を示す差圧信号ｘ（ｉ）と静圧を示す静圧信号ｙ（ｉ）とを以下の（２），（３）式を用いて求める。

但し、上記（２），（３）式中におけるｉは正の値（整数）をとる変数である。また、ａ，ｂ，ｋ，ｌは正の定数であり、ｃ，ｍは定数である。尚、ｆ_ｃ（ｉ），ｆ_ｒ（ｉ）は、ｉ番目のサンプリング時に求められた振動子２１ａ，２１ｂの固有振動数を意味する。

また、データ収集計算部１９ａは、上記（２）式を用いて求めた差圧信号ｘ（ｉ）の揺動ｄｘ（ｉ）を以下の（４）式を用いて求めるとともに、上記（３）式を用いて求めた静圧信号ｙ（ｉ）の揺動ｄｙ（ｉ）を以下の（５）式を用いて求める。尚、本実施形態では、周波数カウンタ１２のサンプリング周期が数十ｍｓｅｃ程度である。このため、差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）は数十ｍｓｅｃ程度の微小時間における差圧の変化であり、静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）は数十ｍｓｅｃ程度の微小時間における静圧の変化である。

ここで、差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）及び静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）は、導圧管６ａ，６ｂの詰まりの度合いによって変化する。いま、差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）及び静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）をシミュレーションによって求め、以下の（６）式で正規化してｘｙ平面にプロットすると図４に示す結果が得られる。

図４は、差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）及び静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）の変化を示すシミュレーション結果である。尚、図４に示すシミュレーション結果は、配管４を流れる流体が水の場合のものであって、開度を自由に設定することができるバルブを導圧管６ａに取り付け、バルブの開度を調整することで得られたものである。尚、図４（ａ）は、導圧管に詰まりがない場合のシミュレーション結果であり、図４（ｂ）は導圧管に軽度の詰まりがある場合のシミュレーション結果であり、図４（ｃ）は導圧管が完全に詰まった場合のシミュレーション結果である。

図４（ａ）に示されている通り、詰まりがない場合には、差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）及び静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）のプロット結果はほぼ円形になることが分かる。これに対し、図４（ｂ），図４（ｃ）を参照すると、詰まりの度合いがひどくなるにつれてグラフの上部及び下部のプロットが少なくなる反面、グラフの左部及び右部のプロットが密集しだす。つまり、この図４は、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧の揺動と静圧の揺動との比に基づく位相差が、導圧管６ａ，６ｂの詰まりの度合いに応じて変化することを表している。

以下の表１は、図４（ａ）〜図４（ｃ）の各々の場合における差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値と分散の値を示す表である。

この表１を参照すると、詰まりの度合いに応じて平均値及び分散の値が大きく変化することが分かる。具体的には、詰まりの度合いがひどくなるにつれて平均値は小さくなり、分散の値も小さくなっている。これは、図４に示す通り、詰まりの度合いがひどくなるにつれてプロットがグラフの左部及び右部に密集していくのと整合がとれる。以上から、差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方を用いれば、導圧管６ａ，６ｂの詰まりの有無を診断する上で好都合である。

データ収集計算部１９ａは、過去に求めたＮ周期（Ｎは、２以上の整数）分の差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）及び静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）を収集し、以下の（７）式を用いてある時点ｋにおける差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値avg_p（ｋ）を求め、或いは、以下の（８）式を用いてある時点ｋにおける差圧の揺動と静圧の揺動との比の分散var_p（ｋ）を求める。

尚、データ収集計算部１９ａは過去に求めた差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）及び静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）をＲＡＭ１５に記憶させる。これにより、データ収集計算部１９ａが過去の値をＲＡＭ１５から読み出せば上記の平均値及び分散を求めることができる。この平均値及び分散の値もＲＡＭ１５に記憶される。尚、これら平均値及び分散の算出は、周波数カウンタ１２のサンプリング周期の毎周期行っても良く、所定の周期毎に行っても良い。

診断部１９ｂは、データ収集計算部１９ａが求めた値（平均値及び分散の値の少なくとも一方）と所定の閾値とを比較することで、導圧管６ａ，６ｂの少なくとも一方の詰まりの有無を診断する。或いは、診断部１９ｂは、データ収集計算部１９ａで求められた現在の値（平均値及び分散の値の少なくとも一方）と過去に求められた値（平均値及び分散の値の少なくとも一方）とを比較し、又はデータ収集計算部１９ａで求められた値（平均値及び分散の値の少なくとも一方）の変化の傾向から導圧管６ａ，６ｂの少なくとも一方の詰まりの有無を診断する。

例えば、診断部１９ｂは、データ収集計算部１９ａが上記の（８）式を用いて求めた差圧の揺動と静圧の揺動との比の分散var_p（ｋ）の値を、以下の表２に従って分類することで、導圧管６ａ，６ｂの詰まりの有無を診断する。

つまり、上記の表２の例では、２つの閾値「１」，「０．０１」を用い、分散var_p（ｋ）の値が１以上であれば導圧管は正常（詰まり無し）と診断し、警報の分類を「正常」とする。また、分散var_p（ｋ）の値が０．０１よりも大きく且つ１よりも小さければ導圧管は詰まる傾向にあると診断し、警報の分類を「ワーニング（warning）」とする。更に、分散var_p（ｋ）の値が０．０１以下であれば導圧管は詰まっていると診断し、警報の分類を「アラーム（alarm）」とする。このように、詰まりの程度に応じて警報の種類を変えることができる。

尚、ここでは、差圧の揺動と静圧の揺動との比の分散var_p（ｋ）の値と所定の閾値とを比較して診断する場合を例に挙げたが、差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値avg_p（ｋ）と所定の閾値とを比較して同様の診断を行っても良い。或いは、診断の確度を向上させるために、分散var_p（ｋ）の値及び平均値avg_p（ｋ）の双方について所定の閾値とそれぞれ比較しても良い。

また、診断部１９ｂは、ＲＡＭ１５に記憶された平均値avg_p（ｋ）及び分散var_p（ｋ）の値から図５に示す回帰直線を計算することにより、これらの変化の傾向から導圧管６ａ，６ｂの詰まりの有無を診断する。図５は、診断部１９ｂで求められる回帰直線の一例を示す図である。図５に示すグラフは横軸に時間をとり、縦軸に差圧の揺動と静圧の揺動との比の分散var_pの値をとっている。

図５において、符号Ｖ１を付した記号「×」は時点ｋ１のときに得られた分散の値（var_p（ｋ１）の値）を示しており、符号Ｖ２を付した記号「×」は時点ｋ２のときに得られた分散の値（var_p（ｋ２）の値）を示している。同様に、符号Ｖ３を付した記号「×」は時点ｋ３のときに得られた分散の値（var_p（ｋ３）の値）を示しており、符号Ｖｐを付した記号「×」は時点ｋｐのときに得られた分散の値（var_p（ｋｐ）の値）を示している。尚、時点ｋ１〜ｋ３は過去の時点であり、時点ｋｐは現在の時点（＝ｔ０）であるとする。これらの各時点ｋ１〜ｋｐの間隔は任意であって、サンプリング周期以上の任意の間隔に設定される。

また、図５において、符号Ｌ１を付した直線は、上記の分散var_p（ｋ１）〜var_p（ｋｐ）の値から求められた回帰直線である。尚、この回帰直線Ｌ１は、以下の式に示すとおり、任意の変数ａ，ｂを用いて時間ｔの関数として表すことができる。
var_p（ｔ）＝ａ・ｔ＋ｂ
更に、図５中のグラフの縦軸に示されている数値「０．０１」，「１」は、診断部１９ｂが詰まりの診断に用いる閾値であって、表２に示した閾値と同様のものである。

診断部１９ｂは、上記の回帰直線Ｌ１を求めると、回帰直線Ｌ１と閾値「１」との交点Ｃ１を求め、分散の値が閾値「１」になるまでに要する予想到達時間Ｔ１（交点Ｃ１の時刻ｔ１と現在時刻ｔ０との差）を求める。同様に、診断部１９ｂは、回帰直線Ｌ１と閾値「０．０１」との交点Ｃ２を求め、分散の値が閾値「０．０１」になるまでに要する予想到達時間Ｔ２（交点Ｃ２の時刻ｔ２と現在時刻ｔ０との差）を求める。これにより、分散の値の変化の傾向が求められ、導圧管６ａ，６ｂの詰まりの有無が予知又は早期診断される。

尚、ここでは、差圧の揺動と静圧の揺動との比の分散var_pの値の変化の傾向を用いて診断する場合を例に挙げたが、差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値avg_pの変化の傾向を用いて同様の診断を行っても良い。或いは、診断の確度を向上させるために、分散var_p（ｋ）の値及び平均値avg_p（ｋ）の双方について変化の傾向を求めて診断を行っても良い。

ＲＡＭ１５は、データ収集計算部１９ａが算出する差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）及び静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）、差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値avg_p（ｋ）及び分散var_p（ｋ）、その他の各種値を一時的に記憶する。ＥＥＰＲＯＭ１６は、ＭＰＵ１４でのプログラムの実行に必要な振動子２１ａ，２１ｂの固有振動数ｆ_ｃ，ｆ_ｒ等を求めるために用いる各種変数や定数、診断部１９ｂが診断に用いる閾値、その他の各種情報を記憶する。ＲＯＭ２０は、ＭＰＵ１４で実行される各種プログラム等を記憶する。

表示部１７は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶表示ディスプレイ）等の表示装置を備えており、検出された導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧及び静圧、アラーム（詰まりの程度に応じて警報の種類が変わるアラーム）、その他の各種情報を表示する。通信部１８は、図１に示すホストコンピュータ３との間で各種情報の通信を行う。具体的には、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧及び静圧の検出結果、差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方、又は診断部１９ｂの診断結果を示す情報等をホストコンピュータ３に送信する。尚、この通信部１８は、差圧圧力伝送器２とホストコンピュータ３との間の接続形態に応じた通信（有線通信、無線通信、アナログ信号を用いた通信、ディジタル信号を用いた通信）が可能である。

ホストコンピュータ３は、差圧圧力伝送器２から送信される情報に基づいて、差圧圧力伝送器２の管理を行う。尚、一般的に、ホストコンピュータ３は、不図示の伝送路を介して複数の差圧圧力伝送器２と接続されており、これら複数の差圧圧力伝送器２を一元管理する。ここで、上述した通り、差圧圧力伝送器２は、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧の揺動及び静圧の揺動を求め、これらの比の平均値及び分散の値の少なくとも一方を算出し、閾値との比較等により、導圧管６ａ，６ｂの詰まりを自ら診断するものであった。しかしながら、かかる機能をホストコンピュータ３に設けてホストコンピュータ３が導圧管６ａ，６ｂの詰まりを診断しても良い。

つまり、差圧圧力伝送器２のＭＰＵ１４で実現される検知部１９をホストコンピュータ３で実現し、差圧圧力伝送器２から送信されてくる導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧及び静圧の検出結果から差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方を求め、この値を用いて導圧管６ａ，６ｂの少なくとも一方の詰まりの有無を診断しても良い。或いは、差圧圧力伝送器２から送信されてくる差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方の変化の傾向から導圧管６ａ，６ｂの少なくとも一方の詰まりの有無を診断しても良い。

次に、以上説明した差圧圧力伝送器２の動作について詳細に説明する。図６は、差圧圧力伝送器２で行われる処理を示すフローチャートである。図６に示す処理は、差圧圧力伝送器２の電源を投入することによって、或いは、ユーザがホストコンピュータ３を操作して差圧圧力伝送器２に対して明示的な動作開始の指示を行うことにより開始される。

差圧圧力伝送器２の動作が開始されると、第１センサ部１１ａに設けられた駆動回路２４ａ及び第２センサ部１１ｂに設けられた駆動回路２４ｂから駆動信号が出力され、これにより図３に示すセンサチップ３０に設けられた振動子２１ａ，２１ｂが各々の固有周波数で振動する。そして、第１センサ部１１ａ，１１ｂからは振動子２１ａ，２１ｂの固有振動数を示す信号（振動子２１ａ，２１ｂを駆動する信号）が出力され、この信号が周波数カウンタ１２に入力される。

第１センサ部１１ａ，１１ｂからの信号が入力されると、周波数カウンタ１２は発振回路１３から出力される基準クロックを用いてこれらの信号をそれぞれサンプリングし、各々の信号のパルス数をカウントする。周波数カウンタ１２でカウントされたパルス数は、ＭＰＵ１４に入力される。次いで、ＭＰＵ１４でソフトウェア的に実現されている検知部１９のデータ収集計算部１９ａは、入力されるパルス数から振動子２１ａ，２１ｂの固有振動数ｆ_ｃ，ｆ_ｒをそれぞれ求めるとともに、前述した（２），（３）式を用いて、周波数カウンタ１２のサンプリング周期毎に、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧を示す差圧信号ｘ（ｉ）と静圧を示す静圧信号ｙ（ｉ）とを求めてＲＡＭ１５に記憶させる（ステップＳ１１）。

次に、データ収集計算部１９ａは、前述した（４），（５）式を用いて差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）及び静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）をそれぞれ求めてＲＡＭ１５に記憶させる（ステップＳ１２）。尚、（４），（５）式を参照すると、揺動ｄｘ（ｉ），ｄｙ（ｉ）を求めるには過去の差圧信号ｘ（ｉ−１）及び静圧信号ｙ（ｉ−１）が必要になるが、最初に揺動ｄｘ（ｉ），ｄｙ（ｉ）を求める場合には、例えば上記の差圧信号ｘ（ｉ−１）及び静圧信号ｙ（ｉ−１）として所定の初期値をＲＡＭ１５に記憶しておけば良い。そして、データ収集計算部１９ａは、差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）と静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）との比を算出してＲＡＭ１５又はＥＥＰＲＯＭ１６に記憶する（ステップＳ１３）。

次いで、データ収集計算部１９ａは、過去に求めたＮ周期分の差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）及び静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）との比をＲＡＭ１５又はＥＥＰＲＯＭ１６から読み出し、前述した（７）式を用いてある時点ｋにおける差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値avg_p（ｋ）を求め、或いは、前述した（８）式を用いてある時点ｋにおける差圧の揺動と静圧の揺動との比の分散var_p（ｋ）を求める（ステップＳ１４）。尚、平均値avg_p（ｋ）及び分散var_p（ｋ）は何れか一方のみを求めても良く、両方を求めても良い。算出されたこれらの値は、ＲＡＭ１５又はＥＥＰＲＯＭ１６に記憶される。

以上の処理が終了すると、検知部１９の診断部１９ｂは、データ収集計算部１９ａで求められた値を用いて導圧管６ａ，６ｂの詰まりの有無を診断する（ステップＳ１５）。例えば、ＥＥＰＲＯＭ１６に記憶された閾値を読み出し、分散var_p（ｋ）の値と読み出した閾値とを比較することにより、前述した表２に従って導圧管６ａ，６ｂの詰まりの有無を診断する。尚、かかる診断と同様の診断を平均値avg_p（ｋ）に対してのみ行っても良く、平均値avg_p（ｋ）と分散var_p（ｋ）の値との双方に対して行っても良い。また、ＥＥＰＲＯＭ１６に記憶された過去の値を読み出し、図５に示した回帰直線と同様の回帰直線を算出して平均値及び分散の値の少なくとも一方の変化の傾向を求めて、導圧管６ａ，６ｂの詰まりの有無を診断しても良い。

次に、以上の詰まり診断の結果、診断部１９ｂにおいて導圧管６ａ，６ｂに詰まりが有るか否かが判断される（ステップＳ１６）。導圧管６ａ，６ｂに詰まりがあると判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、検知部１９は表２及び図５に示したワーニング又はアラームを示す情報を表示部１７に出力して、これらを表示部１７に表示させる。更に、検知部１９は、このワーニング又はアラームを示す情報を通信部１８を介してホストコンピュータ３へ伝送する（ステップＳ１７）。以上の処理が終了した場合、及びステップＳ１６で導圧管６ａ，６ｂに詰まりが無いと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、処理はステップＳ１２に戻る。

尚、図６に示すフローチャートでは、ステップＳ１６で導圧管６ａ，６ｂに詰まりが有ると判断された場合に、ステップＳ１７でワーニング又はアラームを示す情報を表示部１７に表示させ、その後に一律にステップＳ１２の処理に戻るようにしていた。しかしながら、アラームの場合には診断を停止させ、ワーニングの場合には診断を継続する等のように、ワーニング又はアラームに応じて処理を変えても良い。また、図６に示すフローチャートでは、ステップＳ１６で導圧管６ａ，６ｂに詰まりが無いと判断された場合に、単にステップＳ１２に戻っていたが、正常状態である表示を表示部１７に対して行っても良い。

以上説明した通り、本実施形態によれば、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧の揺動と静圧の揺動とをそれぞれ算出し、これらの比の平均値及び分散の値の少なくとも一方に基づいて導圧管６ａ，６ｂの少なくとも一方の詰まりを検知しているため、導圧管６ａ，６ｂの詰まりを安価に高感度で検出することができる。具体的には、差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値及び分散を求め、所定の閾値との比較を行い、或いは、値の変化の傾向等を求めることで、詰まりの初期段階から導圧管６ａ，６ｂの詰まりを高い確度で検出することができる。これにより、ユーザは、実際に詰まりが始まる前又は完全に詰まりが発生する前に、導圧管６ａ，６ｂの調査、点検、保守という対応をとることができるため、プラントの運用を円滑に行うことが可能となる。更に、差圧圧力伝送器２に設けられる検知部１９をホストコンピュータ３で実現すれば、既に設置されている差圧圧力伝送器２に手を加えることなく、導圧管６ａ，６ｂの詰まりを安価に高感度で検出することも可能になる。

以上、本発明の実施形態による圧力検出器及び圧力検出システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧及び静圧を検出することが可能なセンサチップ３０を備える場合について説明したが、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧を検出するセンサと静圧を検出するセンサとを備える場合にも本発明を適用することができる。

図７は、差圧圧力伝送器の変形例の内部構成を示すブロック図である。図７に示す差圧圧力伝送器は、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧を検出する差圧センサ４１、直接又は導圧管７を介して接続された配管４の静圧を検出する静圧センサ４２、及び検知部４３を備える。尚、検知部４３は、図２に示す検知部１９に相当するものである。尚、図７においては、差圧センサ４１、静圧センサ４２、及び検知部４３以外の構成については図示を省略している。

検知部４３は、データ収集部４３ａ、計算部４３ｂ、及び診断部４３ｃを備える。データ収集部４３ａは、差圧センサ４１の検出結果と静圧センサ４２の検出結果とを収集する。計算部４３ｂは、データ収集部４３ａで収集された各種データを用いて、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧の揺動と配管４の静圧の揺動とをそれぞれ算出する。また、差圧の揺動と静圧の揺動との比の平均値及び分散を求める。診断部４３ｃは、図２に示す診断部１９ｂと同様のものであり、計算部４３ｂの計算結果と所定の閾値との比較を行い、或いは、計算部４３ｂの計算結果の変化の傾向等を求めることで、導圧管６ａ，６ｂ，７の詰まりを検出する。

以上の構成の差圧圧力伝送器においても、導圧管６ａ，６ｂ内の圧力の差圧の揺動と配管４の静圧の揺動とをそれぞれ算出し、これらの比の平均値及び分散の値の少なくとも一方に基づいて導圧管６ａ，６ｂ，７の詰まりを検知しているため、導圧管の詰まりを安価に高感度で検出することができる。尚、図７に示す検知部４３を差圧圧力伝送器に設けた構成でも良いが、この検知部４３は差圧圧力伝送器を管理するホストコンピュータにも設けることも可能である。

また、上記実施形態においては、配管４内に設置される絞り機構としてオリフィスを例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、絞り機構としてノズルやベンチュリ管が設けられている場合にも本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態による圧力検出システムの概要を示す図である。 差圧圧力伝送器２の内部構成を示すブロック図である。 シリコンレゾナントセンサが形成されたセンサチップの構成を示す図である。 差圧信号の揺動ｄｘ（ｉ）及び静圧信号の揺動ｄｙ（ｉ）の変化を示すシミュレーション結果である。 診断部１９ｂで求められる回帰直線の一例を示す図である。 差圧圧力伝送器２で行われる処理を示すフローチャートである。 差圧圧力伝送器の変形例の内部構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 圧力検出システム
２ 差圧圧力伝送器
３ ホストコンピュータ
４ 配管
６ａ，６ｂ 導圧管
１１ センサ部
１７ 表示部
１８ 通信部
１９ 検知部
１９ａ データ収集計算部
１９ｂ 診断部
Ｘ 流体

Claims (7)

1. 流体が流れる配管の互いに異なる位置に接続された第１，第２導圧管と、当該第１導圧管内の圧力と当該第２導圧管内の圧力との差圧及び静圧を検出するセンサとを備える圧力検出器において、
   前記センサで検出される前記差圧の揺動と前記静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方に基づいて、前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりを検知する検知部を備えることを特徴とする圧力検出器。
2. 前記検知部は、前記差圧の揺動と前記静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方を求める計算部と、
   前記計算部で求められた値と所定の閾値とを比較することで前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりの有無を診断する診断部と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の圧力検出器。
3. 前記検知部は、前記差圧の揺動と前記静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方を求める計算部と、
   前記計算部で求められた現在の値と前記計算部で過去に求められた値との比較、又は前記計算部で求められた値の変化の傾向から前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりの有無を診断する診断部と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の圧力検出器。
4. 前記診断部は、前記計算部で求められた値と複数の閾値とを比較して前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりの程度を診断し、
   前記診断部で診断された詰まりの程度を示す情報を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項２記載の圧力検出器。
5. 前記センサの検出結果及び前記計算部の計算結果の少なくとも一方を、上位の管理装置に伝達する通信部を備えることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載の圧力検出器。
6. 流体が流れる配管に設置される圧力検出器と、当該圧力検出器を管理する管理装置とを備える圧力検出システムにおいて、
   前記圧力検出器として、請求項５記載の圧力検出器を備えており、
   前記管理装置は、前記圧力検出器から伝達される前記センサの検出結果から、前記差圧の揺動と前記静圧の揺動との比の平均値及び分散の値の少なくとも一方を求め、当該値を用いて前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりの有無を診断することを特徴とする圧力検出システム。
7. 流体が流れる配管に設置される圧力検出器と、当該圧力検出器を管理する管理装置とを備える圧力検出システムにおいて、
   前記圧力検出器として、請求項５記載の圧力検出器を備えており、
   前記管理装置は、前記圧力検出器から伝達される前記計算部の計算結果の変化の傾向から前記第１，第２導圧管の少なくとも一方の詰まりの有無を診断することを特徴とする圧力検出システム。

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