JP2003509684A - 温度測定に特徴を有するプロセス流量プレート - Google Patents
温度測定に特徴を有するプロセス流量プレートInfo
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Abstract
Description
ス測定と制御産業は、懸濁液、液体、蒸気、気体、化学製品、パルプ、石油、薬
品、食品及びその他の食品加工プラントのような流動体と連動したプロセス変数
を遠隔的に監視するために、プロセス変数の送信機を用いている。プロセス変数
には、圧力、温度、流体、レベル、混濁、濃度、濃縮、化学組成及びその他の特
性を含む。
50を示している。装置50は、パイプのフランジ54、56間に固定されてい
る流量プレート52と遠隔温度センサ60を含んでいる。流体流動のための全流
速(mass flow rate)は以下の関数で表される。
については、圧力は流体の密度(ρ)に比較的な大きな影響を与える。温度の変
動は、全流速が流体の絞りの面積及び形状と同様に密度ρの関数であるので、全
流速の計算に影響を及ぼす。流体の絞りの面積及び形状は温度膨張のために温度
変動と共に変化する。特に、流体密度は少なくとも温度の関数であり、金属の開
口部(オリフィス)プレートは温度の変化によって拡張し収縮する。
所で測定されていた。その離れた温度測定は流体の絞りの近くの温度を評価する
のに使われていた。その離れた温度測定は、分離したパイプ接続を必要とするた
め、メンテナンスを増強し設備を複雑にする必要を生じた。そのような付加され
た複雑さは、組み立てと検査時間を増やす結果、現場据え付け時間を増加させた
。さらに、それぞれの封止された接続部は、一般にパイプの中に存在する大きな
静圧力によって、漏れを増長する潜在的可能性を提供する。このような漏れは、
一時的な放射として知られているが、望ましくないものである。
一方、装置の正確さと寿命を増強するために、流量プレートに近接して配列され
る。この発明の実施例は流量プレートと、感応チャンネルの中の流量プレートに
近接して配列された温度センサに関する。
100の一実施例を示している。図示のように、流量プレート102は、図2に
示した流体通路106内のパイプフランジ54、56間に差し込み可能である。
図示の実施例では、ボルト108は流体通路106内の流量プレート102また
はパイプを支持するために、フランジ54、56をつないでいる。流体通路10
6内の流量プレート102を支持するために、他の接続が使われることができ、
図示の特定な接続に限定されるものではない。
開口112を取り囲む流体通路、すなわちパイプ106の周辺に延びる、流量障
害部110を含んでいる。図3、5ないし9において、流量プレート102は、
絞られた流体開口をもつ開口プレートである。代替流量障害部110は、絞られ
たノズル開口部(図示せず)を持つノズルプレート(図示せず)であることが可
能であり、流量障害部110は開口プレートに限定されない。種々の開口プレー
トとノズルプレートについての詳細な説明は、チルトンブックカンパニー(Chil
ton Book Company)(1995年)発行、リプターク(Liptak)、ベトー(Beto
)著、装置工学者ハンドブック(Instrument Engineer's Handbook)の“プロセ
ス測定および解析(Process Measurement and Analysis)”第3版、およびマグ
ローヒル社(McGraw-Hill, Inc.)(1996年)発行、ミラー(Miller)、リ
チャード(Richard)著“流体測定工学ハンドブック(Flow Measurement Engine
ering Handbook)”第3版になされている。
って延びる温度センサチャンネル120を含むことが可能である。しかし、もし
温度センサチャンネル120が流量プレート102中に含まれない場合には、チ
ャンネル120はプレート102と温度的に連通するように配置されなければな
らない。温度センサチャンネル120は、図4ないし図7に示したように、流量
プレート102の外部周辺122から、絞られた流体開口部112に近接するよ
うに延びている。センサチャンネル120は、流体の絞りの温度を測定するに十
分な距離の所まで延びている。
露出から感応要素(たとえば、抵抗温度装置)を保護するために封鎖されている
。センサチャンネル120のポート126は、外部周辺122上で蓋(closure
)128によってシールされている。実施例では、蓋128として、センサチャ
ンネル120中に温度探査をシールするために丁度良いSwagelok(登録
商標)が用いられている。しかし、蓋128は、適当な既知の蓋であってもよい
。適用例では、温度センサチャンネル120は爆発に対する耐久性と安全性の要
求を満足するように封鎖されている。
公表されている寸法標準規格を満たす。開口プレートと流量障害部102の厚さ
t(図6および10)は、パイプの寸法または直径の関数である。図4−6では
、大きい直径のパイプの流量プレートの実施例を図示しており、図7−10では
小さい直径のパイプに適応させた流量プレート102の実施例を図示している。
図4−6に示される実施例では、流量プレートは、パイプフランジ54、56間
を固定しているベース部分130、および流体通路106中に支持される流量障
害部110を持つ平板である。流量プレートの厚さtは、絞られた開口部112
と流量障害部110に近接している温度センサを配置するために、ベース部分1
30と流量障害部110を通る温度センサチャンネル120を形作るに十分な厚
さである。
サイズ用のセンサチャンネル120を収容するために、厚めのベース部分130
を含むように段を付けられている。図7−10に示されているように、センサチ
ャンネル120はベース部分130を通って伸び、センサチャンネル120の部
分は、図9−10に示されているように、流体の絞りに近接して温度センサーを
支持するために、流量障害部110の背面側(低圧側)に形成されている。セン
サチャンネル120は、既知の製造業や鋳造技術によって、流量障害部110の
背面側に伸びる隆起バルブ132を通って形成されることができる。
ンサチャンネル120の中に挿入されている。温度センサ134は、約1/8イ
ンチ〜1/4インチの間の寸法を持つ、販売されている抵抗温度装置であること
が可能であり、たとえばコネチカット州スタンフォード(Stamford)のオメガ工
学社(Omega Engineering)や、ミネソタ州エデン プレイリー(Eden Prairie)
のフィッシャーローズマウント株式会社(FIsher-Rosemount Inc.)などから提
供されているものを用いることができる。他の温度センサ134は、約1/16
インチ〜3/8インチの寸法を持つ熱電対であることが可能であり、たとえばコ
ネチカット州スタンフォード(Stamford)のオメガ工学社(Omega Engineering
)から提供されているものを用いることができる。
ンサモジュール136は、図2および3に示されているように、絞り112の両
側の差圧を測定する。差圧は、図3、5、9に示されているように、流量プレー
ト102の両側にある圧力タップ140、142を通ってセンサモジュール13
6へと送られる。センサモジュール136からの出力は、コンピュータやプロセ
ス計算機のための他の装置146へと転送される。たとえば、センサモジュール
136からの出力は、リモートコンピュータ146または分配制御システムへと
送信するための、ミネソタ州エデン プレイリー(Eden Prairie)のフィッシャ
ーローズマウント株式会社(FIsher-Rosemount Inc.)で開発されたローズマウ
ントモデル送信機3095MVのような送信機に連結される。図2および3に示
されるように、センサのリード線150は、温度センサ134を、プロセス計算
のためのプロセッサまたは送信機148に電気的に接続する。
ように、プロセス制御ループをこえて、制御室やコンピュータ146へ、感応プ
ロセス変数に関する出力を供給する。そのプロセス制御ループは、2線の4〜2
0ミリアンペアのプロセス制御ループであることができる。そのプロセス制御ル
ープは、テキサス州78759−6540、オースチン(Austin)のHART(
登録商標)通信財団から提供されるHART(登録商標)フィールド通信プロト
コルである“技術総覧(A Technical Overview)”に記載されている、HART
(登録商標)(“Highway Addressable Remote Transducer”)デジタルプロト
コルのようなプロセス工業標準プロトコルに従って、2線ループの上に重畳され
るデジタル信号も持ってもよい。ローカルプロセス制御装置は、たとえば、ミネ
ソタ州エデン プレイリー(Eden Prairie)のフィッシャーローズマウントシス
テム株式会社(FIsher-Rosemount Inc.)から入手できる「フィールドバス技術
総覧(Fieldbus Technical Overview)」に記載されているように、フィールド
バスインターフェイスとネットワークシステムを通ってプロセス制御に接続され
ている。いくつかの実施例では、送信機148は安全性の要求を満足することが
できる。
ートと一体に構成されることができる。図11−13に示されているように、流
量プレート152は、絞られた流体開口158を形成する流量障害部156を支
持する導管154を含む。流体導管154は圧力タップ160、162を含む。
流体導管154は、圧力タップ160、162と流量障害部156との間の圧力
の損失と低下を制限する継ぎ目を、流量障害部156と圧力タップ160、16
2の間に有しない。この圧力タップ160、162と流量障害部156との間の
継ぎ目のないインターフェイスは、流速や流体の絞りと関係なく、測定精度を低
減し、また__に出願された出願番号第__の「改良された圧力測定の特徴を備
えたプロセス流量装置(PROCESS FLOW DEVICE WITH IMPROVED PRESSURE MEASURE
MNET FEATURE)」に記されている変わり易い放射の可能性を増やす非属性圧力損
失を低減する。流量プレート152は、パイプフランジ54、56の間に挿入、
支持されていて、流量プレート152の外部周辺から流量障害部156へと延び
ている、図12−13に中空で示した通りの、温度センサチャンネル164を含
んでいる。センサチャンネル164は、流体温度を測定するのに十分、絞り15
8に近接している。
量プレート102の絞られた流体開口112を通って絞られ、差圧を発生する。
流体障害部110の両側では、図3で概略的に図示されている、差圧力タップ1
40、142は、ブロック172に示されているように、差圧測定のための圧力
を運ぶために、センサモジュール136に結合されている。温度はブロック17
4で図示されているように、流体の絞りで測定される。全流速は、流体の絞りに
おける、測定差圧、静圧力および温度とに基づいて、ブロック176に示されて
いるように、計算される。差圧は、流体の流量に応答して開口部112の両側に
生成される圧力であり、一方、静圧力は流体が流れていないときでもパイプ内で
提供される圧力である。
囲から逸脱することなく、変形できることは明らかである。たとえば、適当な補
正因子は、ISO5167−1のような標準によって推奨された場所に対して、
この発明の実施例で測定された温度を関係付けるのに使われることが可能である
。
通路、110……流量障害部、112……流体の絞り、120……センサチャン
ネル、124……延長末端、140、142……圧力栓
る流体導管を含み、該流体導管が前記流量障害部と第1および第2の圧力タップ
との間で継ぎ目がないことを特徴とする請求項1の流量装置。
Claims (17)
- 【請求項1】 少なくとも一つの絞られた流体の開口を形成する流体通路の外
部周辺まで延びている流量障害部、および 該流量障害部に近接し、統合して配置された温度センサチャンネルを具備した
、流体量通路へ挿入できる温度測定に特徴を有する流量プレート。 - 【請求項2】 流量プレートがセンサチャンネル蓋を含むことを特徴とする請
求項1に記載の流量プレート。 - 【請求項3】 前記温度センサチャンネルが温度センサを含むことを特徴とす
る請求項1に記載の流量プレート。 - 【請求項4】 前記温度センサが抵抗温度装置であることを特徴とする請求項
2に記載の流量プレート。 - 【請求項5】 前記温度センサが熱電対であることを特徴とする請求項2に記
載の流量プレート。 - 【請求項6】 前記流量障害部を支持し、該流量障害部の両側の第1と第2の
圧力タップを含み、さらに該流量障害部と第1および第2の圧力タップの間に継
ぎ目がない流体導管を具備することを特徴とする請求項1に記載の流量プレート
。 - 【請求項7】 少なくとも一つの絞りのある流体開口部を形成する流体パイプ
の外部周辺に延びている流量障害部を含む流量プレート、 該流量障害部に近接して配置された温度センサチャンネル、 該流量障害部の両側にある第1と第2の圧力タップ、 該第1と第2の圧力タップに連結した圧力センサ、および 該センサに連結した送信機を含む高温センサを備えた流量装置。 - 【請求項8】 前記温度センサチャンネルが、温度センサを含む請求項7に記
載の流量装置。 - 【請求項9】 温度センサが、送信機と電気的に連結されている請求項7に記
載の流量装置。 - 【請求項10】 前記温度センサが、コンピュータと電気的に連結されている
請求項7に記載の流量装置。 - 【請求項11】 前記送信機が分配制御システムと電気的に連結されている請
求項7に記載の流量装置。 - 【請求項12】 前記送信機がコンピュータと電気的に連結されている請求項
7に記載の流量装置。 - 【請求項13】 流量障害部と第1と第2の圧力タップを支持し、該流量障害
部と第1と第2の圧力タップとの間に継ぎ目がない流体導管を含むことを特徴と
する請求項7に記載の流量装置。 - 【請求項14】 絞りポイントを通過する差圧を作り出すために、流体パイプ
を通る流体の流れを絞る手段、および 該絞りポイントに近接する絞り流体の温度測定をする手段を含む差流量プレート
。 - 【請求項15】 流量プレートをもつ流量通路に沿って流体の流れを絞ること
、絞られた流体の両側の差圧を測定すること、および絞りポイント近くの絞り流
体の温度を測定することを含むプロセス変数の測定方法。 - 【請求項16】 絞られた流体の差圧と温度を、コンピュータへ送信すること
をさらに含む請求項15の方法。 - 【請求項17】 測定された差圧と温度に基づいて全流速(mass flow rate)
を計算することをさらに含む請求項16の方法。
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