JP2007529742A - 環状静電容量式圧力センサ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体の流れに関連する圧力または差圧を測定するための圧力センサに関する。さらに具体的には、本発明は、静電容量式環状エレメントを用いて、流体の圧力または流体の流れ方向および流量を測定するための圧力センサに関する。
圧力センサおよび流量センサは、多くの異なった用途に用いることができる。工業用プロセス制御環境において、たとえば、圧力センサは、ゲージ圧力、絶対圧力等を測定するために利用することができる。加えて、流量センサは、たとえば、プロセス流体の流量を測定して、流量表示計、制御部、および流量測定部へ流量信号を供給するために用いることができる。明細書中で用いられる用語「流体」とは、液体とガスとの双方、およびそれらの組み合わせをいう。
パイプ内のプロセス流体の圧力を測定するための圧力センサは、電極およびダイヤフラムを有する。電極は、パイプの内壁と一体化されている。ダイヤフラムは、電極の少なくとも一部分を覆うように延び、プロセス流体の圧力に反応する電極に関連して動くように構成されている。電極とダイヤフラムとの間の静電容量は、プロセス流体の圧力に関連する。
図1は、処理プラントの一例を描写し、本発明の静電容量式および差圧式流量センサ10を用いることができる環境を図示している。流量センサ10は、パイプ12とインライン状に設置されている。流体の流れは、パイプ12を通して矢印(A)で示される方向へ流れる。流体センサ10は、流体の圧力低下を感知し、これを用いてパイプ12を通過する流体の流量を測定することができる。明細書中に用いられる用語「流体」およびフレーズ「流体の流れ」は、液体およびガスの双方を指す。したがって、流体の流れとは、液体またはガスでもよい。
ここで、Rは開口部46の内径であり、Wは流体の流れ方向(A)の静電容量電極50の幅であり、dは静電容量電極50に関連するダイヤフラムの平均的な変位である。このように、センサ28内部の360°全体にわたって静電容量の変化が測定される。
ここで、
Qm=質量流量
Qv=体積流量
N=単位変換係数(定数)
Cd=一次エレメント流出係数(スロート部の形状に関連する)
Y=気体の膨張係数(液体については、Y=1.0)
d=一次エレメントスロート部直径
β=一次エレメントベータ比(パイプ領域に対するスロート領域の比率)
ρ=流体密度
h=差圧センサ22により測定された差圧の絶対値
である。マイクロプロセッサ66はさらに、流体の流れ方向および流量を示す流量信号を、I/Oポート68を通して生成するよう構成されている。前述のとおり、流量信号を制御システム16(図1)に伝送することができる。
Claims (33)
- プロセス流体の圧力を測定するための圧力センサであって、
プロセス流体を受ける容器と、
容器の内壁に一体化した電極と、
少なくとも電極の一部を覆うように延び、プロセス流体の圧力に応じて電極に関連して動くよう構成されたダイヤフラムとを含み、
電極とダイヤフラムとの間の静電容量がプロセス流体の圧力に関連する圧力センサ。 - 電極が容器の内壁の一部に延びている、請求項1記載の圧力センサ。
- ダイヤフラムが容器の内壁の一部に延びている、請求項2記載の圧力センサ。
- 内壁と一体化した温度センサであって、流体温度を測定し、流体の温度を示す温度信号を生成する温度センサ
をさらに含む、請求項1記載の圧力センサ。 - 温度信号と関係のある圧力信号を生成するよう適合された電子処理機器
をさらに含む、請求項4記載の圧力センサ。 - 電極が容器の内壁全周にわたって延びている、請求項1記載の圧力センサ。
- ダイヤフラムが容器の内壁全周にわたって延びている、請求項6記載の圧力センサ。
- 静電容量に基づいて圧力信号を生成するよう適合された測定回路
をさらに含む、請求項1記載の圧力センサ。 - ハウジングに搭載されたワイヤレストランシーバであって、制御および/または監視システムに圧力信号をワイヤレス送信するための環状コンデンサに、電気的に接続されたワイヤレストランシーバ
をさらに含む、請求項1記載の圧力センサ。 - 電極およびダイヤフラムが第1のコンデンサを形成する圧力センサであって、
容器の内壁からプロセス流体内へ延びる流れ絞りエレメントと、
内壁と一体化した第2の電極と、少なくとも電極の一部を覆うように延び、プロセス流体の圧力に応じて電極に関連して動くよう構成された第2のダイヤフラムとを有する、第2のコンデンサとをさらに含み、
流れ絞りエレメントが、第1のコンデンサと第2のコンデンサとの間に位置付けられ、第1および第2の静電容量の間の差異が、プロセス流体の差圧を表す静電容量の差異である第1の静電容量および第2の静電容量を測定する、請求項1記載の圧力センサ。 - ダイヤフラムが内壁から離れてプロセス流体内へ延びる、請求項1記載の圧力センサ。
- ダイヤフラムが流体管の内壁と同一平面をなし、電極が内壁の凹んだ所に設けられる、請求項1記載の圧力センサ。
- 導管内のプロセス流体の差圧を測定するための差圧センサであって、
導管の内壁と一体化し、流体の流れにインライン状に配置されたときに、圧力低下を生成するよう適合された流れ絞りエレメントと、
導管の内壁と一体化し、流れ絞りエレメントの上流に、プロセス流体にインライン状に位置付けられた第1のコンデンサと、
導管の内壁に一体化し、流れ絞りエレメントの下流に、プロセス流体にインライン状に位置付けられた第2のコンデンサとを含み、
第1の静電容量および第2の静電容量が、プロセス流体の圧力に関連する差圧センサ。 - 第1および第2の静電容量の関数として、プロセス流体の方向および流量を示す流量信号を生成するよう適合された電子処理機器
をさらに含む、請求項13記載の差圧センサ。 - 導管の内壁に一体化した電極と、
少なくとも電極の一部を覆うように延び、プロセス流体の圧力に応じて電極に関連して動くよう構成されたダイヤフラムとを、第1のコンデンサおよび第2のコンデンサそれぞれが含み、
電極とダイヤフラムとの間の静電容量がプロセス流体の圧力に関連する、請求項13記載の差圧センサ。 - 流れ絞りエレメントが、対称になった第1および第2のスロート部の間に延び、狭い流体通路を有する、請求項13に記載の差圧センサ。
- 流体の流れの温度の少なくとも一部と圧力センサの運転温度とを感知し、感知した温度を示す温度信号を生成するよう適合された温度センサ
をさらに含む、請求項13記載の差圧センサ。 - 流量信号がさらに温度信号と関係がある、請求項17記載の差圧センサ。
- 第1のコンデンサと第2のコンデンサとがそれぞれ、導管の内壁の少なくとも一部分に延びる、請求項13記載の差圧センサ。
- 第1のコンデンサと第2のコンデンサとがそれぞれ、導管の内壁全周にわたって延びる、請求項13記載の差圧センサ。
- 導管内のプロセス流体の圧力および流れ方向を測定するよう適合された流量計であって、
第1の静電容量信号を発生させるように適合された第1の静電容量圧力センサと、
第2の静電容量信号を発生させるように適合された第2の静電容量圧力センサと、
導管内の第1および第2の静電容量圧力センサの間に位置付けられ、導管内に圧力低下を起こすよう適合された流れ絞りエレメントとを含み、
第1および第2の静電容量信号が差し引かれ、差圧を表す静電容量の差異が計算されるように、第1および第2の静電容量信号がプロセス流体の第1および第2の圧力を示す流量計。 - 導管の内壁に一体化した電極と、
少なくとも電極の一部を覆うように延び、プロセス流体の圧力に応じて電極に関連して動くよう構成されたダイヤフラムとを含む静電容量圧力センサであって、
電極とダイヤフラムとの間の静電容量がプロセス流体の圧力に関連する静電容量圧力センサである、請求項21記載の流量計。 - ダイヤフラムが流体管の内壁と同一平面をなし、電極が壁の凹んだ所に設けられる、請求項22記載の流量計。
- ダイヤフラムがプロセス流体内に延び、電極が導管の内壁と同一平面をなす、請求項22記載の流量計。
- 電極が導管の内壁の一部に延びる、請求項22記載の流量計。
- ダイヤフラムが導管の壁の一部に延びる、請求項25記載の流量計。
- 壁と一体化し、流体温度を測定し、流体の温度を示す温度信号を発生させる温度センサ
をさらに含む、請求項21記載の流量計。 - 温度信号と関係がある圧力信号を生成するよう適合された電子処理機器
をさらに含む、請求項27記載の流量計。 - 電極が導管の内壁全周にわたって延びる、請求項22記載の流量計。
- ダイヤフラムが導管の内壁全周にわたって延びる、請求項29記載の流量計。
- 静電容量に基づいて圧力信号を生成するよう適合された測定回路
をさらに含む、請求項22記載の流量計。 - 導管に取り付けられ、制御および/または監視システムに差圧をワイヤレス送信するための第1および第2の静電容量圧力センサに、電気的に接続されたワイヤレストランシーバ
をさらに含む、請求項21記載の流量計。 - 第1の静電容量圧力センサの絶縁体内部に埋設され、機器の温度を測定し、機器の温度を示す温度信号を発生させる温度センサ
をさらに含む、請求項21記載の流量計。
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