JP2008039126A - 弁装置の監視システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の不純物拡散抵抗で構成されるブリッジ回路を有する半導体基板を、弁装置の弁棒,バルブヨーク,トルクスプリング、軸のうちの何れかに設け、該ブリッジ回路の計測値からスラスト力とトルクを求め、弁装置の監視に供する。
【選択図】図1
Description
19で変換した後にインターネット網に載せられ遠隔監視センタ20で遠隔監視される。このとき半導体基板2からのひずみデータの他、各制御送信部に固有のアドレスデータを送信することが望ましい。また、該単結晶半導体基板2の主面2aの対向面である接着面は弁棒10に接続されているが、接続の手段は接着剤による接着や溶着もしくはボルトによる固定が望ましい。また、バルブヨーク9内に窪みを形成し、そこに半導体基板2を埋め込んでも良い。なお、本実施例では無線通信およびインターネット接続によって遠隔監視を実現する例を示したが、有線で監視センタへ伝送しても良いし、PHSや携帯電話のような通信手段を用いても良い。
(4a,4c)を平行、別の対辺を構成する残りの2本(4b,4d)を直角になるように配置する。また、それらの不純物拡散層の長手方向、すなわち電流を流す方向は、p型の不純物拡散層4a〜4dが大きなひずみ感度を持つ半導体基板2の結晶方向の<110>の結晶方位と一致するように配置する。このように不純物拡散層4a〜4dを設けてブリッジ回路4を構成することにより、弁棒10に平行もしくは直角の垂直ひずみに対してのみ、ピエゾ抵抗効果によって大きな抵抗値の変化が得られるように出来る。なお、このブリッジ回路4はせん断ひずみに対しては感度がほとんど無い。弁棒10の反力としてバルブヨーク9には軸方向の垂直ひずみが主に作用することから、ブリッジ回路4によってスラスト力が測定可能となる。
5dが大きなひずみ感度を持つ半導体基板2の結晶軸方向の<100>方向と一致させる。このように不純物拡散層5a〜5dを配置したブリッジ回路5を設けることによって、垂直ひずみに対して感度が無く、せん断ひずみに対して大きな抵抗値の変化が得られるように出来、トルクを高精度に計測することが可能となる。
45度の配置であるので、不純物拡散層4a〜4dと不純物拡散層5a〜5dは45度の角度を持つ。そして結晶軸方向はそれぞれ大きなひずみ感度を持つ方向として、p型の不純物拡散層4a〜4dが単結晶の<110>、n型の不純物拡散層5a〜5dが単結晶の<100>を向いているので、ちょうど45度の角度をもって配置されるようになる。このように構成した1枚の半導体基板2を用いることで弁装置のスラスト力とトルクの計測が可能となった。
<110>方向が一致するように設置する。
10に取り付けた制御送信部3でデータをデジタル化してから送信する。該半導体基板2内のひずみ感知部であるホイートストンブリッジ回路4,5からの出力は制御送信部3へ導かれ、処理装置3内のA/D変換器6でデジタル化され、CPUやMPU等の制御演算装置7で演算処理された後に、通信モジュール17によって電送される。そのデータは通信モジュール18によって受信され、IP変換モジュール19で変換した後にインターネット網に載せられ遠隔監視センタ20で遠隔監視される。
<100>の結晶方位と一致させても良い。図7に示した実施例の場合には、トルクは計測できないが、弁棒10のスラスト力を精度よく計測することが可能となる。また、半導体基板2が弁棒10の内部に埋め込まれているため、耐環境性に優れ、より長期の使用に耐えうることが出来るという利点がある。また、処理装置3は弁棒10先端に取り付けられ、外部への通信を行い易くなっているが、弁棒10とともに回転するようになっているため、半導体基板2から処理装置3への配線が弁棒10の回転により絡まることはない。本発明では、内部電源と無線通信を採用したため、外部とは有線接続が無くなり、回転する弁棒に設置が可能になったためである。
15には、図16の左側から見た図を示す。p型の不純物拡散抵抗4a〜4dは弾性体
28の径方向に直角,平行になるように配する。また、半導体基板2の結晶<110>方向が、弾性体28の径方向に直角,平行になるようにする。軸27のスラスト力は弾性体28の円板板バネの径方向にひずみを発生させ、周方向にはひずみを発生させない。図
16に示すようにp型の不純物拡散抵抗4a〜4dを配置することにより、この径方向のひずみを高精度に検知することが可能となる。また、図17のように、n型の不純物拡散抵抗5a〜5dを弾性体28の径方向に直角,平行になるように配し、半導体基板2の結晶軸方向<100>を弾性体28の径方向に直角,平行になるようにしても同様な効果が得られる。
31に本発明を適用した例である。
5a〜d…拡散抵抗、6…A/D変換器、7…制御演算装置、8…接着面、9…バルブヨーク、10…弁棒、11…モータ、12…弁箱、13…弁駆動ギア、14…方向表示印、15…温度センサ、17,18…通信モジュール、19…IP変換モジュール、20…遠隔監視センタ、21…インターネット網、22…ハンドル、23…アンテナ、24…アンプ、25…ウェル、26…ギア、27…軸、28…弾性体、29…ウオームギア、30…動力軸、31…手動弁、32…弁体、33…充填物、34…面取り面、35…発光装置、36…ステムナット、37…ナット部。
Claims (48)
- 不純物拡散抵抗で構成されるブリッジ回路を有する半導体基板を、
弁装置の弁棒に取り付けることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項1において、
前記弁装置は、
弁棒と、
前記弁棒の一部を内部に有し、内部を流体が流れる弁箱と、
前記弁棒の周囲であり前記弁箱に設けられ、前記流体をシールするシール部材と、
前記弁棒を回転駆動させる駆動装置とを有し、
前記半導体基板を前記シール部材よりも前記駆動装置側に備えたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項1において、
前記半導体基板は、前記弁棒の内部に備えられたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項1において、
前記弁棒の側面に平面部を有し、
前記半導体基板を、前記平面部に備えたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項1において、
前記半導体基板は、前記弁棒の側面に取り付けられ、前記半導体基板を取り付けた領域の近傍は、前記弁棒が中空であることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項1において、
p型不純物拡散抵抗から構成される第一のブリッジ回路を有する半導体基板と、
n型不純物拡散抵抗から構成される第二のブリッジ回路を有する半導体基板とを前記弁棒に取り付けたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項1において、
p型不純物拡散抵抗から構成される第一のブリッジ回路とn型不純物拡散抵抗から構成される第二のブリッジ回路とを有する単一の半導体基板を前記弁棒に取り付けたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記弁装置は手動弁であることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 不純物拡散抵抗で構成されるブリッジ回路を有する半導体基板を、弁装置に取り付ける弁装置の監視システムにおいて、
前記弁装置は、
弁棒と、
駆動力を発生させる駆動装置と、
前記駆動装置の駆動力を伝える駆動軸と、
前記駆動軸の回転を前記弁棒に伝えるギアとを有し、
前記半導体基板を前記駆動軸に備えたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項9において、
前記不純物拡散層は、その長手方向が前記半導体基板の結晶方位の<110>方向を向いたp型不純物拡散層であり、
前記半導体基板の結晶方位の<110>方向は前記駆動軸の回転軸方向を向いていることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項9において、
前記不純物拡散層は、その長手方向が前記半導体基板の<100>方向を向いたn型不純物拡散層であり、
前記半導体基板の<100>方向は前記駆動軸の回転軸方向を向いていることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項9において、
前記駆動軸は、その先端にバネを有し、
前記半導体基板を前記バネに備えたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項9において、
前記駆動軸は、その先端にトルクスプリングを有し、
前記半導体基板をトルクスプリング上に備え、
前記半導体基板は、ブリッジ回路を構成する不純物拡散層のうち2本の長手方向が該トルクスプリングの径方向を向いていることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 不純物拡散抵抗で構成されるブリッジ回路を有する半導体基板を、弁装置に取り付ける弁装置の監視システムにおいて、
前記弁装置は、
弁棒と、
駆動力を発生させる駆動装置と、
前記駆動装置の駆動力を伝える駆動軸と、
前記駆動軸の前記駆動軸の軸方向端部に備えられた弾性体と、
前記駆動軸の回転を前記弁棒に伝えるギアとを有し、
前記半導体基板を前記弾性体に備えたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項14において、
前記半導体基板は、
その長手方向が前記半導体基板の結晶方位の<110>方向を向き、前記弾性体の周方向に平行または直角になるように配置されるp型不純物拡散層と、
前記p型不純物拡散層で構成されるブリッジ回路を有することを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項14において、
前記半導体基板は、
その長手方向が前記半導体基板の結晶方位の<100>方向を向き、前記弾性体の周方向に平行または直角になるように配置されるn型不純物拡散層と、
前記n型不純物拡散層で構成されるブリッジ回路を有することを特徴とする弁装置の監視システム。 - 不純物拡散抵抗で構成されるブリッジ回路を有する半導体基板を、
弁装置のバルブヨークに取り付けることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項17において、
前記半導体基板は、前記バルブヨークの弁棒側に取り付けられることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項17において、
前記半導体基板からの信号を処理する演算処理装置と、前記処理された信号を無線送信する通信装置を有し、
前記通信装置は前記バルブヨークの弁棒側とは異なる側に取り付けられたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項1,9,17のいずれかにおいて、
前記半導体基板は、
長手方向が結晶方位の<110>方向を向いたp型不純物拡散層で構成される第一のブリッジ回路と、
長手方向が結晶方位の<100>方向を向いたn型不純物拡散層構成される第二のブリッジ回路とを有し、
該半導体基板の結晶方位の<110>方向を前記弁棒の軸の長手方向に向けて取り付けたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項1,9,17において、
前記半導体基板は、
長手方向が結晶方位の<110>方向を向いたp型不純物拡散層で構成される第一のブリッジ回路と、
長手方向が結晶方位の<100>方向を向いたn型不純物拡散層で構成される第二のブリッジ回路とを有し、
該半導体基板の結晶方位の<100>方向を前記弁棒の軸の長手方向に向けて取り付けたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項20または請求項21において、
前記半導体基板上に温度センサを備えたことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 弁棒と、バルブヨークと、有する弁装置を監視する弁装置の監視システムであって、
前記弁棒または前記バルブヨークに取り付けられる半導体基板と、
前記半導体基板に形成された不純物拡散層であって、その長手方向が前記弁棒の軸方向に平行または直角になるように形成され、ブリッジ回路を構成する不純物拡散層と、を有することを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項23において、
前記不純物拡散層は、その長手方向が前記半導体基板の結晶方位の<110>方向を向いたp型不純物拡散層であり、
前記半導体基板の結晶方位の<110>方向は前記弁棒の回転軸方向を向いていることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項23において、
前記不純物拡散層は、その長手方向が前記半導体基板の結晶方位の<100>方向を向いたn型不純物拡散層であり、
前記半導体基板の結晶方位の<100>方向は前記弁棒の回転軸方向を向いていることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 弁棒と、バルブヨークと、有する弁装置を監視する弁装置の監視システムであって、
前記弁棒または前記バルブヨークに取り付けられる半導体基板と、
前記半導体基板に形成された不純物拡散層であって、その長手方向が前記弁棒の軸方向に対して45度をなす方向を向いて形成され、ブリッジ回路を構成する不純物拡散層と、を有することを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項26において、
前記不純物拡散層は、その長手方向が前記半導体基板の結晶方位の<110>方向を向いたp型不純物拡散層であり、
前記半導体基板の結晶方位の<100>方向は前記弁棒の軸方向を向いていることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項26において、
前記不純物拡散層は、その長手方向が前記半導体基板の結晶方位の<100>方向を向いたn型不純物拡散層であり、
前記半導体基板の結晶方位の<110>方向は前記弁棒の軸方向を向いていることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項23において、
前記半導体基板上に、その長手方向が前記弁棒の軸方向に対して45度をなす方向を向いて前記半導体基板上に形成され、ブリッジ回路を構成する不純物拡散層を有することを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項29において、
前記半導体基板の結晶方位の<110>方向は、前記弁棒の軸方向を向いており、
前記その長手方向が前記弁棒の軸方向に平行または直角になる不純物拡散層は、該半導体基板の結晶方位の<110>方向を向いたp型不純物拡散層であり、
前記その長手方向が前記弁棒の軸方向と45度をなす方向を向いた不純物拡散層は、該半導体基板の結晶方位の<100>方向を向いたn型不純物拡散層であることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項29において、
前記半導体基板の結晶方位の<100>方向は、前記弁棒の軸方向を向いており、
前記その長手方向が前記弁棒の軸方向に平行または直角になる不純物拡散層は、該半導体基板の結晶方位の<100>方向を向いたn型不純物拡散層であり、
前記その長手方向が前記弁棒の軸方向と45度をなす方向を向いた不純物拡散層は、該半導体基板の結晶方位の<110>方向を向いたp型不純物拡散層であることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項26において、
前記半導体基板上に、その長手方向が前記弁棒の軸方向に平行に設けられ、ブリッジ回路を構成する不純物拡散層を有することを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項32において、
前記半導体基板の<100>方向は、前記弁棒の軸方向を向いており、
前記その長手方向が前記弁棒の軸方向と45度をなす方向を向いた不純物拡散層は、該半導体基板の結晶方位の<110>方向を向いたp型不純物拡散層であり、
前記その長手方向が前記弁棒の軸方向に平行になる不純物拡散層は、該半導体基板の結晶方位の<100>方向を向いたp型不純物拡散抵抗及びn型不純物拡散層であることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 不純物拡散層で構成されるブリッジ回路を有する半導体基板を弁装置に取り付け、
前記半導体基板により弁の開閉状態を検知して伝送する弁装置の監視システム。 - 請求項34において、
前記伝送は、無線伝送であることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項35において、
前記半導体装置を用いて前記弁の開閉状態を検知し、
前記開閉状態が変化したときに無線伝送を行うことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項35において、
前記半導体装置を用いて計測を行い、
前記計測値の変化量が所定の値よりも大きいときに無線伝送を行うことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項35において、
前記弁の開閉状態の伝送を、受信設備に向けて行い、
前記受信設備が発する受信確認信号を受信するまで前記伝送を連続または間欠的に行うことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項35において、
前記半導体装置を用いて前記弁の開閉状態を検知して間欠的に伝送を行い、
前記開閉状態が変化したときに、前記開閉状態が変化しないときよりも短い間隔で間欠伝送を行う、または連続伝送を行うことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項35において、
前記半導体装置を用いて計測を行って間欠的に伝送を行い、
前記計測値の変化量が所定の値よりも大きいときに、前記計測値の変化量が所定の値よりも小さいときよりも短い間隔で間欠伝送を行う、または連続伝送を行うことを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項35において、
前記半導体基板により測定したデータもしくはこれを加工したデータを記憶する記憶装置を有することを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項35において、
計測値の変化量もしくはこれを加工したデータを伝送することを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項35において、
内部電源を備え、前記内部電源の残量を意味する数値を伝送することを特徴とする弁装置の監視システム。 - 不純物拡散層で構成されるブリッジ回路を有する半導体基板を弁装置に取り付け、
前記半導体基板により弁の開閉状態を検知して伝送し、
前記弁の開閉状態を検知して報知する報知装置を内蔵または接続した弁装置の監視システム。 - 請求項44において、
前記報知装置は、前記処理装置に設けられた発光装置であることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項45において、前記不純物拡散層が計測したひずみ状態に応じて、前記報知装置を作動させることを特徴とする弁装置の監視システム。
- 請求項44において、
前記弁の開閉状態は、
前記弁が開である第一の状態と、前記弁が閉である第二の状態と、前記弁が前記第一の状態と前記第二の状態の間の状態である第三の状態とを有し、
前記弁が前記第三の状態のときに前記報知装置を作動させることを特徴とする弁装置の監視システム。 - 請求項45において、外部からの信号を受信し、前記受信した信号に応じて前記報知装置の作動させることを特徴とする弁装置の監視システム。
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