JP2010513889A - 格納式アセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、アセンブリ筐体と、アセンブリ筐体内において第一の位置と第二の位置の間で直線的なストローク動作を介して移動されるセンサーのための管状ホルダーとを含む格納式アセンブリに関し、センサーは、プロセス内の物理的および／または化学的プロセス変数を確認する。格納式アセンブリ、プロセス、および／またはセンサーの少なくとも一つの他の状態変数に関する情報を、単数もしくは複数の実測値として確認する、周辺電子機器が提供される。周辺電子機器には記憶装置が付随し、その中に、確認された単数もしくは複数の実測値が記憶され、および／または、所定の希望値が記憶される。

Description

本発明は、アセンブリ筐体と、アセンブリ筐体内において第一の位置と第二の位置の間で直線的なストローク動作を介して動かされる管状のセンサーホルダーとを含む、格納式アセンブリに関する。センサーはプロセス内の物理的および／または化学的プロセス変数を確認する。センサーは、例えばpH電極、電流測定センサー、ガスセンサー、伝導度センサーなどであってよい。

格納式アセンブリは、分析測定技術において広く利用されている。格納式アセンブリは、高いプロセス圧力下においてさえも、プロセスを中断することなく、センサーをプロセスから引き抜き、その後また再導入するために役立つ。このためセンサーは、測定位置から保全位置（maintenance position）もしくはサービス位置（service position）へと、自動的にもしくは手動で動かされ、その後測定位置に戻される。保全位置では、センサーの点検、較正、もしくは単に洗浄のみが行われ、これらは特定用途によっては、測定品質のために極めて重要となり得る。測定位置では、確認もしくはモニタリングされるプロセス変数が測定される。

媒体に対するプロセスの遮断法として、二つの異なる方法が使用される。第一の実施形態では、ボール弁、もしくはプラグ弁が使用され、これらをまわすことで、プロセスの開口部の開閉を行い、その開口部を通ってセンサーはプロセスを出入りする。第二の実施形態では、閉鎖プラグが使用される。この閉鎖プラグは格納式アセンブリの不可欠な構成部品である。

ボール弁アセンブリは、固体画分を含む媒体の場合に使用されることが好ましい。“固体”とは、繊維、粘着性の固化した石灰や同様の材料を含む。ボール弁アセンブリ内のセンサーは、開閉機構とは別にプロセスに出入りする。このため、ボール弁はそれぞれ閉鎖および開放される。センサーの洗浄のため、センサーは保全位置に置かれ、プロセスから離れた洗浄チャンバに入れられる。

格納式アセンブリは、“CleanFit”という名前で、異なる実施形態で出願人から利用可能である。例えば閉鎖プラグを備えたアセンブリは、CleanFit S, CPA471, CPA472, CPA473, CPA474という名前で販売されている。これらの格納式アセンブリの場合、センサーのホルダー自体が密封部材として実装される。ホルダーの前部はプラグの形をとり、プロセス接続に戻る動作中、既に半径方向に密封している。このような場合、アセンブリCPA471およびCPA472の密封システムの構成は、実にホルダーの全ての位置において、洗浄チャンバ、つまり“外界”と、プロセスとの間で完全な分離を確実にする。

当然のことながら、この分離は密封リングが損傷していない場合にのみ有効である。従って密封リングの入念な点検が強く推奨される。しかしながら多くのアセンブリの場合、点検は完全な格納式アセンブリの分解を意味するので、かなりの時間を消費しなければならない。また、その後格納式アセンブリは一般的なプロセス条件の下で再び正確に作動しなければならないので、密封リングの点検もしくは交換は熟練者のみによってなされるということにも注意すべきである。

密封リングの交換は、密封機能の確保のため、一定の時間間隔で行われる必要がある。これは、通常はポリマーで作られるOリングが、一定の耐用期間後、それが押し付けられている表面に粘着する傾向があるためである。つまりホルダーがアセンブリ筐体に対して動く場合、ポリマーの表面、従ってOリングが損傷する危険性がある。この現象は“スティックスリップ現象”という名前で知られている。この現象が起こると、Oリングの密封機能はもはや確実ではなくなる。

上記の考察から、多数のストローク動作は、密封リングの機能に比較的大きな影響を与え、それに伴い、格納式アセンブリの密封状態にも影響を与えることが明らかである。密封リングの磨耗に関するその他の影響変数は温度と圧力である。過去には、これらの変数は保全間隔の設定では考慮されていなかった。むしろ、連続保全間隔の間隔は経験的評価に基づいていた。

本発明の目的は、自己診断可能な知的格納式アセンブリを提供することである。

この目的は以下の特徴によって実現される。格納式アセンブリ、プロセス、および／またはセンサーの少なくとも一つの他の状態変数に関する情報を、単数もしくは複数の実測値として確認する周辺（on-site）電子機器が提供される。この周辺電子機器には記憶装置が付属し、確認した単数もしくは複数の実測値はその中に記憶される。実測値は、例えば格納式アセンブリが実行したストローク動作の回数、格納式アセンブリもしくはプロセスの温度、プロセス圧力、格納式アセンブリの圧力供給ライン内の圧力などであってもよい。

従って本発明によれば、デジタル格納式アセンブリが含まれる。格納式アセンブリは、さらに固有の識別を備えることが好ましい。こうすることで、とりわけ、格納式アセンブリ固有のサービス事例を容易に追跡することができる。

本発明の格納式アセンブリのさらに有利な発展例では、周辺電子機器は電子モジュールもしくは電子装置の中に配置される。電子モジュールもしくは電子装置は格納式アセンブリの中に組み込まれるか、あるいは、既に現場に設置されている格納式アセンブリにも本発明の補助機能を備えることができるように、後ほど格納式アセンブリが電子モジュールもしくは電子装置に取り付けられる。

本発明の格納式アセンブリの有利な実施形態では、少なくとも一つのインターフェースもしくはプラグ接続が周辺電子機器に提供され、それを介して、周辺電子機器は測定送信機の遠隔電子機器と情報を交換し、および／またはそれを介して、周辺電子機器はエネルギーを供給され、および／またはそれを介して、周辺電子機器はセンサーに付随するセンサー電子機器と情報および／またはエネルギーを交換する。周辺電子機器は例えばインターフェースを介してエネルギーを供給され、一方格納式アセンブリは従来通り空気圧で動作することが好ましい。応用可能な技術は、MEMOSENSという名前で利用可能な製品において、既に出願人によって使用されている。この既知のMEMOSENS技術は引用により本明細書に組み込まれる。

本発明の装置のさらに有利な発展例では、格納式アセンブリは、MEMOSENSセンサーに現在既に提供されているようなセンサープラグを持つ。このプラグは、既に述べたように、測定送信機を格納式アセンブリ内の周辺電子機器と接続する。周辺電子機器からは、さらに非接触式のプラグ接続がセンサー電子機器にのびる。従って、デジタル格納式アセンブリは、非デジタル格納式アセンブリとも互換性がある。この実施形態は、測定送信機から格納式アセンブリへの接続ラインが一つだけ提供されればよい限りにおいては有利である。当然のことながら、接続は電気接触でもたらされてもよい。

本発明の格納式アセンブリの好ましい実施形態は、格納式アセンブリ内の管状ホルダーのストローク動作を検出する、少なくとも一つの検出器を提供する。制御／評価装置は、完了したストローク動作の回数を実測値として利用し、および／または、ストローク動作回数が、希望値として予め定められたストローク動作回数に達するもしくは超える時に、警告を発する。この警告は、格納式アセンブリの保全が行われるべきである、あるいは、密封リングの交換の時期であることを意味する。従って本発明の格納式アセンブリは、予知保全を可能にする手段を備え、つまり特に、保全が本当に必要な時にのみ行われることを意味する。このようにして、運転コストが削減され、格納式アセンブリの機能が常に確保される。

周辺電子機器は、測定送信機内に配置された制御／評価装置に接続する。特に、格納式アセンブリは、センサープラグ、特に非接触センサープラグを備える。ストローク動作の実行回数が所定のストローク動作回数に達するとすぐに、制御／評価装置は所定のストローク動作回数が発生したという報告を発する。この報告は、ディスプレイ上に出力されるか、もしくは上位の制御部に送られる。当然のことながら、周辺電子機器もしくは電子モジュールにディスプレイを備えることも可能である。また当然のことながら、オプションとして、データ交換が無線で可能なように電子モジュールもしくは周辺電子機器に無線モジュールを備えてもよい。このように、格納式アセンブリは洗浄水や腐食性蒸気の影響を比較的受けにくい。

検出器は、管状ホルダーの、第一の位置、すなわち測定位置と、第二の位置、すなわち保全位置への到達を検出する、二つの終点スイッチであることが好ましい。

既に示したように、機械的ストローク動作に加えて、格納式アセンブリの環境における他の状態変数もまた、保全間隔間の時間に影響する。従って、本発明の格納式アセンブリのさらに有利な発展例に従って、格納式アセンブリおよび／またはプロセスの温度を確認する少なくとも一つの温度センサーが提供される。制御／評価装置は、最大測定温度値、および／または、温度が所定の閾値を超えている時間間隔を、記憶装置内に記憶する。

既に言及したように、最後の保全から実行されたストローク動作の現在の回数、および／または格納式アセンブリの磨耗部品の交換の表示は、ストローク動作回数が所定の希望値に達するとすぐに表示される。当然のことながら、到達可能なストローク動作回数は、温度と圧力に強く依存し、所望のストローク動作回数は、これらの二つの変数の関数として確認されるようになっていることが好ましい。

既に上記で述べたように、格納式アセンブリの作動は、空気圧式作動装置を介して、手動もしくは自動的に行われる。空気圧式作動装置は、格納式アセンブリ内において、センサー用の管状ホルダーを、第一の位置と第二の位置の間、もしくは第二の位置と第一の位置の間で移動させる。

格納式アセンブリを自動作動させる場合には、本発明の装置の有利な実施形態に従って、管状ホルダーが第一の位置と第二の位置の間の距離を移動するために必要な時間間隔を確認するタイマーが提供される。記憶装置では、格納式アセンブリが正確に機能している場合に、格納式アセンブリが第一の位置から第二の位置へセンサーを動かすために必要な時間が、希望値として記憶される。制御／評価装置は、所定の期間に達するもしくは超える時に、警告を発する。

自己診断のための上記格納式アセンブリのモニタリングの精度を向上させるため、空気圧式作動装置の供給ライン内の圧力を検出する、第一圧力センサーが提供される。加えて、もしくはあるいは、プロセス内の圧力を確認する第二圧力センサーが提供される。制御／評価装置は、希望値として予め定められた時間を、供給ラインおよび／またはプロセス内で測定される圧力の関数として修正する。従って、格納式アセンブリが機能する能力の悪化が起こった時にのみ、警告が作成される。

本発明の格納式アセンブリの有利な実施形態は、空気圧式作動装置の接続ライン内に、周辺電子機器および／またはセンサー電子機器にエネルギーを供給する、圧力／電流変換器を提供する。この方法は、周辺電子機器が測定送信機からエネルギーを供給される実施形態に代わるものである。本発明のこの実施形態では、事実上、外部領域（Ex-region）でも問題なく使用可能な、知的自立型格納式アセンブリが作成される。

さらに、格納式アセンブリに関する識別データおよび／またはサービス措置が、周辺電子機器の記憶装置内に記憶される。さらに、固有の識別を目的として、RF/IDタグが格納式アセンブリに関連付けられる。

本発明は、以下を示す添付の図面に基づいてより詳細に説明される。
本発明の格納式アセンブリの縦断面を部分的に図示する。 本発明の格納式アセンブリの斜視図である。 本発明の格納式アセンブリの好ましい実施形態の概略図である。

図１は、本発明の格納式アセンブリ1の一実施形態を部分的に縦断面で示す。格納式アセンブリ1はフランジ4を介して容器（図１には独立して示されていない）に固定され、容器の中にはモニタリングする媒体が置かれている。センサー3は、センサーホルダー2と呼ばれる管状ホルダーの中に配置される。センサーホルダー2は、媒体と接触する比較的影響を受けやすいセンサー3を保護するために働く。センサー2は例えばpH電極である。格納式アセンブリ1は、図１では測定位置で示され、センサー3は媒体と接触する。格納式アセンブリ1は、センサー3が測定位置と保全位置の間を前後に自動的に移動するように実装される。保全位置もしくはサービス位置では、センサー3は例えば較正および／または洗浄される。格納式アセンブリ1は既知の空気圧式作動装置22によって駆動される。

センサー3を動かすために、空気圧式作動装置22が適用されることが好ましい。適切な保護手段を適用しない場合、堆積物がセンサーホルダー2の上に形成する恐れがあり、極端な場合にはセンサーホルダー2が格納式アセンブリ1内で動くことができなくなってしまう可能性がある。可動部分への堆積物は、格納式アセンブリ1が機能する能力を悪化させ、あるいは最悪の場合には完全に機能を停止させてしまう。特に格納式アセンブリ1とセンサー3を汚染度の高い媒体で使用する最中には、センサー3の定期的洗浄が絶対に必要である。

そうした可動部分への堆積物は、例えば、センサーホルダー2が第一の位置から他の位置へと移動するために必要な時間のわずかな延長によって、間接的に素早く検出することができる。ここで、高い安全性を得るために、本発明の格納式アセンブリ1の一実施形態では、空気圧式作動装置22への供給ライン18a、18b内の圧力が考慮される。タイマー20を用いて、センサー3が第一の位置から他の位置へと移動するために必要な時間がモニタリングされることが好ましい。タイマー20は、記憶装置15などと同様に、周辺電子機器6内に配置される。ストローク動作の開始と、終点への到達の間の時間が、所定の時間を超える場合、ディスプレイ7に警告が表示される。あるいは、もしくは加えて、警告は上位の制御部へ無線インターフェースを介して送られてもよい。

図２は、本発明の格納式アセンブリ1の斜視図を示す。かさねて、本発明の格納式アセンブリ1は周辺電子機器6を備える。格納式アセンブリ1は、MEMOSENS技術に関連して既に現在使用されているプラグなどと同様の、プラグもしくはプラグ接続8aを持つ。このプラグ8aと接続ライン10を介して、周辺電子機器6は測定送信機5と接続する。測定送信機5内には、制御／評価装置19が配置される。図示の場合においては、既知のMEMOSENS技術に従って誘導的に、周辺電子機器6へのデータ転送とエネルギー供給が行われるように、プラグ8aが実装される。周辺電子機器6からのびる非接触プラグ接続8bは、図示の場合では、接続ライン9を介してセンサー電子機器23につながる。当然のことながら、非接触プラグ接続8a、8bの変わりに、プラグ接触を介して電気接触を行ってもよい。

このように上記の実施形態は、測定送信機5から格納式アセンブリ1へと一つの接続ライン10のみが提供されればよいので、有利である。測定送信機5とセンサー電子機器23の間で通常必要な接続ラインは省略され得る。当然のことながら、測定送信機5からの一つの接続ラインは、センサー電子機器23へと移動されてもよい。

図３は、本発明の格納式アセンブリ1の好ましい実施形態の概略図を示す。格納式アセンブリ1は、センサー3もしくはプロセスにおいて、システム内の異なる状態変数のモニタリングを通して、予知保全が可能になるように最適化される。システム（つまり格納式アセンブリ1）の状態変数は、例えばセンサー3が測定位置から保全位置へと移動するストローク動作の回数を含む。ストローク動作は、二つの終点スイッチ14a、14bを介して記録される。

格納式アセンブリ1内の状態変数、温度に関する情報は、温度センサーによって提供される。空気圧式作動装置の供給ライン18a内の圧力に関する情報は、圧力センサー17aを介して提供される。プロセス圧力は圧力センサー17bを介して記録される。

現在確認されている状態変数は、周辺電子機器6によって、所定の希望値と比較される。あるいは、もしくは加えて、確認された状態変数は、例えば履歴データとして記憶装置15に記録される。例えば所定のストローク動作回数に達した場合、ディスプレイ7に表示するために警告が送られるか、あるいは、測定送信機5に接続ライン10を介して警告が送られ、そこで適切な方法で出力される。警告は、格納式アセンブリ1の密封リング21を交換すべきであるという表示をオペレーターに示す。さらに、格納式アセンブリ1の磨耗部品に対する温度の影響が既知である場合は、密封リング21の次の交換がなされるべき時点に関する予測が出力され得る。

図３に示された実施形態は、周辺電子機器6の動作のために、内部エネルギー生産装置12を備える。周辺電子機器6は、ディスプレイ7と共に個別の電子モジュール6として実装される。電子モジュール6は、格納式アセンブリ1内に組み込まれてもよい。エネルギー生産装置は、さらに圧力／電流変換器12であり、空気圧式作動装置22の供給ライン18a、18b内に組み込まれることが好ましい。

［参照記号表］
1 格納式アセンブリ
2 センサーホルダー／管状ホルダー
3 センサー
4 フランジ
5 測定送信機
6 周辺電子機器／電子モジュール／電子装置
7 ディスプレイ／表示装置
8a プラグ／インターフェース
8b プラグ／インターフェース
9 接続ライン
10 接続ライン
11 筐体
12 圧力／電流変換器
13 温度センサー
14a 終点スイッチ
14b 終点スイッチ
15 記憶装置
16 検出器
17a 圧力センサー
17b 圧力センサー
18a 供給ライン
18b 供給ライン
19 制御／評価装置
20 タイマー
21 密封リング
22 空気圧式作動装置
23 センサー電子機器
24 RF/IDタグ

Claims (13)

1. アセンブリ筐体と、前記アセンブリ筐体内において第一の位置と第二の位置の間で直線的なストローク動作を介して動かされるセンサーのための管状ホルダーとを含み、前記センサーはプロセス内の物理的および／または化学的プロセス変数を確認する、格納式アセンブリであって、
   前記格納式アセンブリ、前記プロセス、および／または前記センサーの少なくとも一つの他の状態変数に関する情報を、単数もしくは複数の実測値として確認する、周辺電子機器が提供され、
   前記周辺電子機器には記憶装置が付随し、その中に、前記確認された単数もしくは複数の実測値が記憶される、および／または、所定の希望値が記憶される、
   ことを特徴とする、格納式アセンブリ。
2. 前記周辺電子機器は、電子モジュールもしくは電子装置の中に配置され、
   前記電子モジュールもしくは前記電子装置は、前記格納式アセンブリの中に組み込まれるか、あるいは、
   前記格納式アセンブリは前記電子モジュールもしくは前記電子装置に取り付け可能である、
   ことを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 前記周辺電子機器に少なくとも一つのインターフェースもしくはプラグ接続が提供され、それを介して、前記周辺電子機器は前記センサーの遠隔測定送信機と情報を交換する、および／または、それを介して前記周辺電子機器にエネルギーが供給される、および／または、それを介して、前記周辺電子機器は前記センサーに付随するセンサー電子機器と情報および／またはエネルギーを交換する、
   ことを特徴とする、請求項２記載の装置。
4. 前記格納式アセンブリに、前記格納式アセンブリ内の前記管状ホルダーのストローク動作を検出する少なくとも一つの検出器が提供され、前記制御／評価装置は、実行されたストローク動作の回数を実測値として提供し、および／または、ストローク動作回数が、希望値として予め定められたストローク動作回数に達する時に、警告を発する、
   ことを特徴とする、請求項１記載の装置。
5. 前記検出器は、前記管状ホルダーの前記第一の位置および前記第二の位置への到達を検出する、二つの終点スイッチを含む、
   ことを特徴とする、請求項１もしくは４記載の装置。
6. 前記格納式アセンブリおよび／または前記プロセスの温度を確認する、少なくとも一つの温度センサーが提供され、
   前記制御／評価装置は、最大測定温度値、および／または、温度が所定の閾値を超えている時間の長さを、前記記憶装置に記憶する、
   ことを特徴とする、請求項１もしくは４記載の装置。
7. ストローク動作回数が所定の希望値に達する時、ストローク動作回数の実測値、および／または、前記格納式アセンブリの磨耗部品の交換のための表示を提示する表示装置が提供され、前記ストローク動作の希望値は温度に依存し得る、
   ことを特徴とする、請求項５もしくは６記載の装置。
8. 空気圧式作動装置が提供され、それを介して、前記管状ホルダーは前記格納式アセンブリ内で前記第一の位置と前記第二の位置の間、もしくは前記第二の位置と前記第一の位置の間で移動可能である、
   ことを特徴とする、請求項１記載の装置。
9. 前記管状ホルダーが前記第一の位置と前記第二の位置の間を移動するために必要な時間の長さを確認するタイマーが提供され、
   前記格納式アセンブリが正確に機能する場合に、前記第一の位置から前記第二の位置へと前記センサーを動かすために、前記格納式アセンブリが必要とする時間の長さが、希望値として前記記憶装置に記憶され、
   前記制御／評価装置は、前記所定の時間に達するもしくは超える時に警告を発する、
   ことを特徴とする、請求項１もしくは８記載の装置。
10. 前記空気圧式作動装置の供給ライン内の圧力を検出する、第一圧力センサーが提供され、および／または、
    前記プロセス内の圧力を確認する第二圧力センサーが提供され、
    前記制御／評価装置は、前記供給ラインおよび／または前記プロセス内の測定圧力の関数として、希望値として予め定められた時間の長さを修正する、
    ことを特徴とする、請求項９記載の装置。
11. 前記空気圧式作動装置の供給ライン内に、前記周辺電子機器および／または前記センサー電子機器にエネルギーを供給する圧力／電流変換器が提供される、
    ことを特徴とする、請求項８もしくは１０記載の装置。
12. 前記周辺電子機器の前記記憶装置内に、識別データおよび／またはサービス措置が記憶される、
    ことを特徴とする、請求項１記載の装置。
13. 前記格納式アセンブリにRF/IDタグが関連付けられる、
    ことを特徴とする、請求項１もしくは１２記載の装置。