JP2006105707A - 圧力検出器及び圧力検出器の詰まり診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 診断の確度が高い圧力検出器及び圧力検出器の詰まり診断方法を提供する。
【解決手段】 センサで導圧管の圧力を検出し、前記圧力の揺動の分散に基づいて前記導圧管の詰まりを診断する圧力検出器において、前記センサの短い積分時間の出力をサンプリングし、前記揺動の第１分散を演算する第１サンプリング手段と、前記センサの長い積分時間の出力をサンプリングし、前記揺動の第２分散を演算する第２サンプリング手段と、を備えることを特徴とする圧力検出器。
【選択図】 図１

Description

本発明は、導圧管の圧力を検出する圧力検出器及び圧力検出器の詰まり診断方法に関し、特に、振動式であって、差圧及び静圧を伝送する圧力検出器及び圧力検出器の詰まり診断方法に関する。

従来の圧力検出器及び圧力検出器の詰まり診断方法は、圧力の揺動の分散に基づいて導圧管の詰まりを診断するものもある（例えば、特許文献２参照。）。
例えば、圧力検出器である差圧・圧力伝送器において、差圧信号または静圧信号の揺動の統計計算を実施して導圧管の詰まりを診断する。

以下に図６に基づいて本発明を詳細に説明する。図６は、従来の圧力検出器を示す構成図である。

流体が流れる管路１の途中にオリフィス２が設置される。オリフィス２の高圧側の圧力と低圧側の圧力とは導圧管３によって圧力伝送器５０に伝達する。

圧力伝送器５０は、センサ４１と演算手段５２とを備える。そして、センサ４１は導圧管３の圧力を検出し、演算手段５２はセンサ４１の出力から、差圧信号と静圧信号とを生成する。また、センサ４１は、例えば、振動式のセンサで形成する。

さらに、演算手段５２は、周波数カウンタ６３と揺動演算部６１と分散演算部６２と判定部７２とを備える。そして、揺動演算部６１は、カウンタ６３が規定する積分時間に基づき上述の差圧信号と静圧信号とを出力し定期的にサンプリングし、差圧信号と静圧信号との揺動Ｆ０ｐ（ｎ）を演算する。また、分散演算部６２は、揺動Ｆ０ｐ（ｎ）の分散Ｖ０ｄを演算する。さらに、判定部７２は、分散Ｖ０ｄの値に基づき、導圧管３の詰まりを診断する

特許第３１２９１２１号公報 特開２００４−１３２８１７公報

しかしながら、従来の圧力検出器及び圧力検出器の詰まり診断方法は、オリフィスに流れる流量の影響を受けることがあり、診断の確度が低いという課題がある。

本発明の目的は、以上説明した課題を解決するものであり、診断の確度が高い圧力検出器及び圧力検出器の詰まり診断方法を提供することにある。

このような目的を達成する本発明は、次の通りである。
（１）センサで導圧管の圧力を検出し、前記圧力の揺動の分散に基づいて前記導圧管の詰まりを診断する圧力検出器において、前記センサの短い積分時間の出力をサンプリングし、前記揺動の第１分散を演算する第１サンプリング手段と、前記センサの長い積分時間の出力をサンプリングし、前記揺動の第２分散を演算する第２サンプリング手段と、を備えることを特徴とする圧力検出器。
（２）前記第１分散と前記第２分散との比に基づき、前記導圧管の詰まりを診断することを特徴とする（１）記載の圧力検出器。
（３）前記比の値に対する下限値と上限値とを格納する記憶手段を備えることを特徴とする（２）記載の圧力伝送器。
（４）正常な状態の前記比の値を格納する記憶手段を備えることを特徴とする（２）記載の圧力伝送器。
（５）振動式であって、差圧及び静圧を伝送し、前記差圧に対する前記比と、前記静圧にする前記比とに基づき、高圧側の前記導圧管の詰まりと低圧側の前記導圧管の詰まりとを診断することを特徴とする（３）記載の圧力検出器。
（６）センサで導圧管の圧力を検出する圧力検出器の詰まり診断方法において、前記センサの短い積分時間の出力をサンプリングして前記圧力の揺動の第１分散を演算し、前記センサの長い積分時間の出力をサンプリングして前記圧力の揺動の第２分散を演算するステップ、前記第１分散と前記第２分散との比を演算するステップ、前記比の値に基づいて前記導圧管の詰まりを診断するステップを備えることを特徴とする圧力検出器の詰まり診断方法。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
本発明によれば、流量の影響を受けない詰まり診断方法を提供できる。

以下に図１に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成図である。図６の従来例と同等の要素には同等の符号を付し、説明を省略する。

図１の実施例の特徴は、第１サンプリング手段１０と、第２サンプリング手段２０とを備える点にある。

第１サンプリング手段１０は、短い時間周波数を計測するカウンタ１３と揺動演算部１１と分散演算部１２とを備える。また、揺動演算部１１は、一定間隔で周波数をサンプリングし差圧信号を演算し、差圧信号の差圧揺動Ｆ１ｄｐ（ｎ）を演算する。さらに、分散演算部１２は、差圧揺動Ｆ１ｄｐ（ｎ）の差圧分散Ｖ１ｄｐを演算する。

例えば、差圧揺動Ｆ１ｄｐ（ｎ）は、以下の式（１）で定義する。ただし、ｎ番目にサンプリングする差圧信号Ｄ１ｄｐ（ｎ）とし、（ｎ−１）番目にサンプリングする差圧信号Ｄ１ｄｐ（ｎ−１）とする。
Ｆ１ｄｐ（ｎ）＝Ｄ１ｄｐ（ｎ）−Ｄ１ｄｐ（ｎ−１） （１）

また、例えば、差圧分散Ｖ１ｄｐは、以下の式（２）で定義する。ただし、Ｎは全サンプル数とする。
Ｖ１ｄｐ＝Σ｛Ｆ１ｄｐ（ｎ）・Ｆ１ｄｐ（ｎ）｝／Ｎ （２）

また、第２サンプリング手段２０は、長い時間周波数を計測するカウンタ２３と揺動演算部２１と分散演算部２２とを備える。また、揺動演算部２１は、一定間隔で周波数をサンプリングし差圧信号を演算し、差圧信号の差圧揺動Ｆ２ｄｐ（ｎ）を演算する。さらに、分散演算部２２は、差圧揺動Ｆ２ｄｐ（ｎ）の差圧分散Ｖ２ｄｐを演算する。

例えば、差圧揺動Ｆ２ｄｐ（ｎ）は、以下の式（３）で定義する。ただし、ｎ番目にサンプリングする差圧信号Ｄ２ｄｐ（ｎ）とし、（ｎ−１）番目にサンプリングする差圧信号Ｄ２ｄｐ（ｎ−１）とする。
Ｆ２ｄｐ（ｎ）＝Ｄ２ｄｐ（ｎ）−Ｄ２ｄｐ（ｎ−１） （３）

また、例えば、差圧分散Ｖ２ｄｐは、以下の式（２）で定義する。ただし、Ｎは全サンプル数とする。
Ｖ２ｄｐ＝Σ｛Ｆ２ｄｐ（ｎ）・Ｆ２ｄｐ（ｎ）｝／Ｎ （４）

さらに、比率演算部３１は、差圧分散Ｖ１ｄｐと差圧分散Ｖ２ｄｐとの比（Ｖ１ｄｐ／Ｖ２ｄｐ）を演算する。

また、記憶手段３３は、所定の閾値Ｋを格納する。さらに、判定部３２は、比（Ｖ１ｄｐ／Ｖ２ｄｐ）と閾値Ｋとを比較する。そして、比（Ｖ１ｄｐ／Ｖ２ｄｐ）が閾値Ｋよりも大きいときは、正常な状態と判定し、比（Ｖ１ｄｐ／Ｖ２ｄｐ）が閾値Ｋよりも小さいときは、導圧管が詰まった状態と判定する。

ここで、図２に基づいて第１サンプリング手段１０と第２サンプリング手段２０との作用を詳細に説明する。図２は、図１の実施例における圧力の遥動を示す図である。横軸は時間を示す。

同図において、波形ｐは導圧管の圧力の変化を示し、波形ｇ１は第１サンプリング手段１０でサンプリングする差圧信号Ｄ１ｄｐ（ｎ）の変化を示し、波形ｇ２は第２サンプリング手段２０でサンプリングする差圧信号Ｄ２ｄｐ（ｎ）の変化を示す。

また、短時間カウンタ１３が規定する積分時間Ａｖｅ１（ｎ）における導圧管の圧力ｐの平均値は差圧信号Ｄ１ｄｐ（ｎ）となる。具体的には、積分時間Ａｖｅ１（１）における導圧管の圧力ｐの平均値は差圧信号Ｄ１ｄｐ（１）となり、積分時間Ａｖｅ１（２）における導圧管の圧力ｐの平均値は差圧信号Ｄ１ｄｐ（２）となり、・・・、積分時間Ａｖｅ１（６）における導圧管の圧力ｐの平均値は差圧信号Ｄ１ｄｐ（６）となる。

同様に、長時間カウンタ２３が規定する積分時間Ａｖｅ２（ｎ）における導圧管の圧力ｐの平均値は差圧信号Ｄ２ｄｐ（ｎ）となる。具体的には、積分時間Ａｖｅ２（１）における導圧管の圧力ｐの平均値は差圧信号Ｄ２ｄｐ（１）となり、積分時間Ａｖｅ２（２）における導圧管の圧力ｐの平均値は差圧信号Ｄ２ｄｐ（２）となり、積分時間Ａｖｅ２（３）における導圧管の圧力ｐの平均値は差圧信号Ｄ２ｄｐ（３）となる。

また、図３に基づいて第１サンプリング手段１０と第２サンプリング手段２０との作用を詳細に説明する。図３は、図１の実施例の出力におけるボード線図である。横軸は時間を示す。縦軸は、図１の実施例で測定した圧力の揺動と、オリフィスと導圧管との接続点における圧力の揺動との比である揺動利得（Fluctuation Gain）である。

同図において、特性ｆｓは正常な状態の特性であり、特性ｆＡは導圧管が詰まった状態の特性である。また、ポイント１Ｓ及びポイント１Ａは、第１サンプリング手段１０でサンプリングする特性に対応し、ポイント２Ｓ及びポイント２Ａは、第２サンプリング手段２０でサンプリングする特性に対応する。

詳しくは、第１サンプリング手段１０の特性は、積分時間が短いため、圧力の揺動の高周波成分に対して感度が大きく、第２サンプリング手段２０の特性は、積分時間が長いため、圧力の揺動の低周波成分に対して感度が大きい。

そして、導圧管が正常な状態から詰まった状態になると、特性ｆｓは特性ｆＡに変化し、第１サンプリング手段１０の特性はポイント１Ｓからポイント１Ａに変化し、第２サンプリング手段２０の特性はポイント２Ｓからポイント２Ａに変化する。

さらに、ポイント１Ｓからポイント１Ａまでの変化は、ポイント２Ｓからポイント２Ａまでの変化よりも大きい。

したがって、ポイント１Ｓからポイント１Ａまでの変化と、ポイント２Ｓからポイント２Ａまでの変化とを監視すれば、導圧管の詰まりを診断できる。

そして、このような診断は、差圧分散Ｖ１ｄｐと差圧分散Ｖ２ｄｐとの比（Ｖ１ｄｐ／Ｖ２ｄｐ）を演算し、閾値Ｋと比較することで簡便に実現できる。即ち、比率演算部３１及び記憶手段３３を備えることで簡便に形成できる。

また、上述の実施例では、差圧信号のサンプリングに関する演算を実施する場合のみを説明したが、静圧信号のサンプリングに関しても同様の演算を実施するようにできる。

このとき、例えば、第１サンプリング手段１０における静圧揺動Ｆ１ｐ（ｎ）は、差圧揺動Ｆ１ｄｐ（ｎ）と同様に、以下の式（５）で定義する。ただし、ｎ番目にサンプリングする静圧信号Ｄ１ｐ（ｎ）とし、（ｎ−１）番目にサンプリングする静圧信号Ｄ１ｐ（ｎ−１）とする。
Ｆ１ｐ（ｎ）＝Ｄ１ｐ（ｎ）−Ｄ１ｐ（ｎ−１） （５）

さらに、例えば、静圧分散Ｖ１ｐは、差圧分散Ｖ１ｄｐと同様に、以下の式（６）で定義する。
Ｖ１ｐ＝Σ｛Ｆ１ｐ（ｎ）・Ｆ１ｐ（ｎ）｝／Ｎ （６）

また、例えば、第２サンプリング手段２０における静圧揺動Ｆ２ｐ（ｎ）は、差圧揺動Ｆ２ｄｐ（ｎ）と同様に、以下の式（７）で定義する。ただし、ｎ番目にサンプリングする差圧信号Ｄ２ｐ（ｎ）とし、（ｎ−１）番目にサンプリングする静圧信号Ｄ２ｐ（ｎ−１）とする。
Ｆ２ｐ（ｎ）＝Ｄ２ｐ（ｎ）−Ｄ２ｐ（ｎ−１） （７）

さらに、例えば、静圧分散Ｖ２ｐは、差圧分散Ｖ２ｄｐと同様に、以下の式（８）で定義する。
Ｖ２ｐ＝Σ｛Ｆ２ｐ（ｎ）・Ｆ２ｐ（ｎ）｝／Ｎ （８）

また、比率演算部３１は、静圧分散Ｖ１ｐと静圧分散Ｖ２ｐとの比（Ｖ１ｐ／Ｖ２ｐ）を演算する。

そして、判定部３２は、比（Ｖ１ｄｐ／Ｖ２ｄｐ）と比（Ｖ１ｐ／Ｖ２ｐ）とに基づいて、正常な状態か詰まった状態かを判定する。このような図１の実施例は、導圧管の詰まりを正確に診断できる。

以下に図４に基づいてこのような図１の実施例の詰まり診断方法を説明する。図４は、図１の実施例の詰まり診断方法におけるフローチャートである。

まず、低周波成分に対する圧力の揺動の第１分散（Ｖ１ｄｐ、Ｖ１ｐ）を演算し、高周波成分に対する圧力の揺動の第２分散（Ｖ２ｄｐ、Ｖ２ｐ）を演算するステップＳ１１を実行する。具体的には、上記の式（２）、式（４）、式（６）、式（８）をそれぞれ演算する。

次に、第１分散（Ｖ１ｄｐ，Ｖ１ｐ）と第２分散（Ｖ２ｄｐ、Ｖ２ｐ）との比（Ｖ１ｄｐ，Ｖ１ｐ）/（Ｖ２ｄｐ、Ｖ２ｐ）を演算するステップＳ１２を実行する。具体的には、比（Ｖ１ｄｐ／Ｖ２ｄｐ）と比（Ｖ１ｐ／Ｖ２ｐ）とをそれぞれ演算する。

最後に、比の値に基づいて導圧管の詰まりを診断するステップＳ１３を実行する。具体的には、比（Ｖ１ｄｐ／Ｖ２ｄｐ）と比（Ｖ１ｐ／Ｖ２ｐ）とが閾値Ｋ（Ｋｄｐ，Ｋｐ）よりも大きいときは正常、即ち導圧管の詰まり無し、と診断する。また、比（Ｖ１ｄｐ／Ｖ２ｄｐ）と比（Ｖ１ｐ／Ｖ２ｐ）とが閾値Ｋ（Ｋｄｐ，Ｋｐ）よりも小さいときは導圧管の詰まり有りと診断する。

このように、図１の実施例は、簡便・正確に導圧管の詰まりを診断できる。

また、上述の実施例とは別に、図１の実施例の記憶手段３３は、正常な状態のポイント１Ｓ及びポイント２Ｓにおける比（Ｖ１ｓｄｐ／Ｖ２ｓｄｐ）と比（Ｖ１ｓｐ／Ｖ２ｓｐ）とを格納し、判定部３２の判定に使用するようにしてもよい。

以下に図５に基づいてこのような図１の実施例の詰まり診断方法を説明する。図５は、図１の実施例の詰まり診断方法における他のフローチャートである。図４のフローチャートと同等のものは説明を簡略にする。

図５のフローチャートの特徴は、正常な状態における演算と、診断のときにおける演算とを備える点にある。正常な状態は、例えば、メンテナンス直後の導圧管が詰まっていない状態とする。また、診断のときは、導圧管が詰まっているか、導圧管が詰まっていないかのはっきりしていない状態のときとする。

第１に、正常な状態における低周波成分に対する圧力の揺動の第１分散（Ｖ１ｓｄｐ、Ｖ１ｓｐ）を演算し、高周波成分に対する圧力の揺動の第２分散（Ｖ２ｓｄｐ、Ｖ２ｓｐ）を演算するステップＳ２１を実行する。

第２に、正常な状態における第１分散（Ｖ１ｓｄｐ，Ｖ１ｓｐ）と第２分散（Ｖ２ｓｄｐ、Ｖ２ｓｐ）との比（Ｖ１ｓｄｐ，Ｖ１ｓｐ）/（Ｖ２ｓｄｐ、Ｖ２ｓｐ）を演算するステップＳ２２を実行する。

第３に、正常な状態における比（Ｖ１ｓｄｐ，Ｖ１ｓｐ）/（Ｖ２ｓｄｐ，Ｖ２ｓｐ）を記憶手段３３に格納するステップＳ２３を実行する。

第４に、診断のときにおける低周波成分に対する圧力の揺動の第１分散（Ｖ１ｄｐ、Ｖ１ｐ）を演算し、高周波成分に対する圧力の揺動の第２分散（Ｖ２ｄｐ、Ｖ２ｐ）を演算するステップＳ２４を実行する。

第５に、診断のときにおける第１分散（Ｖ１ｄｐ，Ｖ１ｐ）と第２分散（Ｖ２ｄｐ、Ｖ２ｐ）との比（Ｖ１ｄｐ，Ｖ１ｐ）/（Ｖ２ｄｐ、Ｖ２ｐ）を演算するステップＳ２５を実行する。

第６に、比の値に基づいて導圧管の詰まりを診断するステップＳ２６を実行する。具体的には、比（Ｖ１ｄｐ，Ｖ１ｐ）/（Ｖ２ｄｐ、Ｖ２ｐ）が比（Ｖ１ｓｄｐ，Ｖ１ｓｐ）/（Ｖ２ｓｄｐ，Ｖ２ｓｐ）と同等のときは正常、即ち導圧管の詰まり無し、と診断する。また、比（Ｖ１ｄｐ，Ｖ１ｐ）/（Ｖ２ｄｐ、Ｖ２ｐ）が比（Ｖ１ｓｄｐ，Ｖ１ｓｐ）/（Ｖ２ｓｄｐ，Ｖ２ｓｐ）よりも十分に小さいときは導圧管の詰まり有りと診断する。

また、前述の例は、カウンタを２つ備える実施例であったが、これとは別に、１つのカウンタから、短い積分時間の周波数出力と、長い積分時間の周波数出力とを同じカウンターから計算するようにしても、第１サンプリング手段と第２サンプリング手段とを形成できる。よって、このような場合であっても、同等の作用効果を得ることができる。
更に別の手段としては、短い積分時間の周波数出力から計算された差圧信号をＤ１ｄｐとし、その差圧信号を一定時間平均化した差圧信号をＤ２ｄｐとすることもできる。

さらに、前述の例は振動式の圧力検出器であったが、これとは別に、振動式以外の圧力検出器であっても、実質的に同等の構成となり、同等の作用効果を得ることができる。詳しくは、短い積分時間のアナログ出力をサンプリングする第１サンプリング手段と、長い積分時間のアナログ出力をサンプリングする第２サンプリング手段とを備える。

また、前述の例は、サンプリング手段を２つ備える実施例であったが、これとは別に、サンプリング手段を２つ以上備えるものであっても、同等の作用効果を得ることができる。

以上のように、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲でさらに多くの変更及び変形を含むものである。

本発明の一実施例を示す構成図である。 図１の実施例における圧力の遥動を示す図である。 図１の実施例の出力におけるボード線図である。 図１の実施例の詰まり診断方法におけるフローチャートである。 図１の実施例の詰まり診断方法における他のフローチャートである。 従来の圧力検出器を示す構成図である。

符号の説明

１ 管路
２ オリフィス
３ 導圧管
１０，２０ サンプリング手段
１３ 短時間カウンタ（周波数カウンタ）
２３ 長時間カウンタ（周波数カウンタ）
１１，２１ 揺動演算部
１２，２２ 分散演算部
３１ 比率演算部
３２ 判定部
３３ 記憶手段
４０ 圧力検出器
４１ センサ
４２ 演算手段

Claims (6)

1. センサで導圧管の圧力を検出し、前記圧力の揺動の分散に基づいて前記導圧管の詰まりを診断する圧力検出器において、
   前記センサの短い積分時間の出力をサンプリングし、前記揺動の第１分散を演算する第１サンプリング手段と、
   前記センサの長い積分時間の出力をサンプリングし、前記揺動の第２分散を演算する第２サンプリング手段と、
   を備えることを特徴とする圧力検出器。
2. 前記第１分散と前記第２分散との比に基づき、前記導圧管の詰まりを診断することを特徴とする請求項１記載の圧力検出器。
3. 前記比の値に対する下限値と上限値とを格納する記憶手段を備えることを特徴とする請求項２記載の圧力伝送器。
4. 正常な状態の前記比の値を格納する記憶手段を備えることを特徴とする請求項２記載の圧力伝送器。
5. 振動式であって、差圧及び静圧を伝送し、
   前記差圧に対する前記比と、前記静圧にする前記比とに基づき、高圧側の前記導圧管の詰まりと低圧側の前記導圧管の詰まりとを診断する
   ことを特徴とする請求項３記載の圧力検出器。
6. センサで導圧管の圧力を検出する圧力検出器の詰まり診断方法において、
   前記センサの長い積分時間の出力をサンプリングして前記圧力の揺動の第１分散を演算し、前記センサの短い積分時間の出力をサンプリングして前記圧力の揺動の第２分散を演算するステップ、
   前記第１分散と前記第２分散との比を演算するステップ、
   前記比の値に基づいて前記導圧管の詰まりを診断するステップ
   を備えることを特徴とする圧力検出器の詰まり診断方法。
   

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