JP2012529654A - 温度測定ポイントのオンライン校正 - Google Patents

Abstract

【解決手段】測定装置との接続部および側道を有するサーモウェルと、前記測定装置との接続を通ってサーモウェル内に進入する第１の温度センサと、前記側道を通ってサーモウェル内に進入する参照センサと、前記第１の温度センサおよび参照センサのそれぞれと接続され、第１の温度センサから受け取る信号に基づいて温度を計算するとともに、前記参照センサから受け取る信号に基づいてリアルタイムで温度計算の校正を行う回路を含むトランスミッタとを備える温度測定システムを構築する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、温度の測定、特に温度測定ポイントの校正に関する。

温度測定ポイントは、例えば、プロセス流体の温度を検知する必要があるプロセス制御産業において用いられる。温度測定ポイントに設置されるトランスミッタは、通常、温度センサを備えている。トランスミッタは、制御室から遠く離れた場所に設置されることが多く、４〜２０ｍＡのカレントループ、デジタル通信バス、および無線ネットワークのいずれかを介して制御室と接続される。温度センサは、プロセス流体と熱的な接触がある箇所に設けられ、プロセス流体の温度に関する出力を与える。温度センサは、例えば、抵抗値が温度に依存する測温抵抗体（ＲＴＤ；Resistance Temperature Detector）、または温度に依存する電圧を生み出す熱電対とすることができる。ＲＴＤの場合、トランスミッタからＲＴＤに通電し、温度測定のためにＲＴＤの入出力端子間の電圧を計測する。この場合、電圧は、Ａ／Ｄコンバータによってデジタル形式に変換され、トランスミッタの温度測定回路へ送られる。この温度測定回路は、計測された電圧から、温度を表すデジタル値を導出する。

プロセス流体が、温度センサにとって有害な物質である場合には、温度センサをサーモウェル（くり抜き金属保護管）の中に入れ、このサーモウェルをプロセス流体に曝す。サーモウェルは、通常細長い井戸状であり、一端が開放して、温度センサを挿入できるようになっている。一方、他端は閉止されているため、温度センサは、有害なプロセス流体に直接接触することはない。

サーモウェルを使用する場合であっても、ＲＴＤの抵抗値と温度との関係は、時間の経過とともに変化する。この変化は、温度測定の正確さを担保するため、システムの外から定期的に校正される。この際、オペレータは、温度センサを校正するために定期的に屋外（温度測定ポイントの設置場所）へ出向くことが要請される。すなわち、温度センサを施設に持ち込んで、温度が公知の温浴に挿入する。一方、校正済みの計測器もこの温浴に挿入し、実際の温度の測定結果を得る。温浴の実際の温度と、温度センサによる測定結果との差は、校正因子として用いられるとともに、以後の温度測定回路での使用に備えて、トランスミッタのメモリに入力・格納される。このような校正は、熱電対や他のタイプの温度センサの場合にも行われる。

一方、温度センサと同様に、トランスミッタの正確さも経時的に変化する場合がある。トランスミッタの校正を行う際には、通常、温度センサとの接続を断ち、参照校正ツールに接続して行う。参照校正ツールは、一般に、公知の電気的パラメータ（抵抗値等）を生成する。参照校正ツールによって想定される抵抗値と、実際に測定された抵抗値との差は、校正因子として用いられるとともに、以後の温度測定回路での使用に備えて、トランスミッタのメモリに格納される。

しかし、上記のような校正方法は、屋外に出ることも含めると、多くの時間を要する。さらに、このような校正をする際には、トランスミッタを所定の時間にわたってオフラインとしなければならず、この間プロセス流体の温度を測定することはできない。また、すべての温度測定ポイントがオンラインに復帰するまで、プロセス全体が停止される場合もある。したがって、校正は多くの犠牲を伴うものとなり、ユーザは、決められた回数だけ、温度測定ポイントの校正をするのを躊躇することもある。

本発明の第１の様相によれば、上記課題を解決するために、サーモウェル、第１の温度センサ、参照センサ、およびトランスミッタを備える温度測定システムが提供される。ここで、サーモウェルは、測定装置との接続部および側道を有し、第１の温度センサは、測定装置との接続を通ってサーモウェル内に進入し、参照センサは、側道を通ってサーモウェル内に進入する。また、トランスミッタは、第１の温度センサおよび参照センサのそれぞれと接続され、第１の温度センサから受け取る信号に基づいて温度を計算するとともに、前記参照センサから受け取る信号に基づいてリアルタイムで温度計算の校正を行う回路を有する。

本発明の第２の様相によれば、第１および第２の入力端子に接続された測定回路を有するトランスミッタの校正方法が提供される。この方法は、前記第１の入力端子に第１の温度センサを接続する工程と、前記第２の入力端子に校正済みの参照装置を接続する工程と、第１の入力端子から受け取る信号に従って温度を計算しつつ、第２の入力端子から受け取る信号に従って計算される温度に基づいて、第１の入力端子から受け取る信号に従って計算される温度について、前記測定回路を校正する工程とを含む。

本発明の第３の様相によれば、第１および第２の入力端子、マルチプレクサ、Ａ／Ｄコンバータ、ならびにマイクロプロセッサを備える温度トランスミッタが提供される。ここで、マルチプレクサは、前記第１および第２の入力端子とそれぞれ電気的に接続された第１および第２のチャネルを有し、Ａ／Ｄコンバータは、マルチプレクサおよびマイクロプロセッサと電気的に接続される。一方、マイクロプロセッサは、前記第２のチャネルから受け取る信号に従って前記第１のチャネル用の測定プログラムを校正しつつ、前記第１のチャネルから受け取る信号に基づいて第１の温度測定値を算出しうるようになっている。

本発明の第４の様相によれば、外面および内面を有するウェル部、および 前記内面によって画定される空洞を有するサーモウェルが提供される。空洞は、ウェル部の手前側端部に位置する測定装置との接続部から、ウェル部の遠方側端部における封止された先端まで延びる。一方、取り付け部は、前記手前側端部と遠方側端部との間に位置する。他方、側道は、前記外面に位置する外側ポートから、内面に位置する内側ポートまで延びる。また、前記内側ポートは、前記手前側端部と遠方側端部との間に位置し、前記外側ポートは、手前側端部と前記取り付け部との間に位置する。さらに、ウェル部の手前側端部は、内側ポートよりも外側ポートの近方に位置するようになっている。

温度測定ポイントの構成を示すブロック図である。 フランジ付きサーモウェルの縦断面図である。 ねじ山をもつ領域からなる取り付け部を有するサーモウェルの縦断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る、温度測定ポイントを校正する方法の流れ図である。 本発明の第２の実施形態に係る、温度測定ポイントを校正する方法の流れ図である。 本発明の第３の実施形態に係る、温度測定ポイントを校正する方法の流れ図である。 本発明の第４の実施形態に係る、温度測定ポイントを校正する方法の流れ図である。 本発明の第４の実施形態に係る校正方法において用いる校正閾値を示すグラフである。

本発明は、温度測定ポイントを校正する装置および方法を提供する。トランスミッタは、一のチャネルを通じて温度測定を行いつつ、もう一つのチャネルを介して校正を行いうるように構成する。サーモウェルは、温度センサを挿入しうる空洞と、参照センサを、校正対象である温度センサに隣接する位置まで挿入しうるようになっている側道とを有している。トランスミッタおよび温度センサについては、種々の校正方法が知られているが、温度センサは、トランスミッタに接続された状態、またはサーモウェルに収容されかつトランスミッタに接続された状態のいずれかの状態で校正される。

図１は、温度測定ポイントの構成を示すブロック図である。温度測定ポイント１０の構成要素は、第１の温度センサ１２、第２の温度センサ１４、参照装置１６、およびトランスミッタ１８である。一方、トランスミッタ１８の構成要素は、第１の入力端子２０、第２の入力端子２２、第３の入力端子２４、第１のチャネル２６、第２のチャネル２８、第３のチャネル３０、マルチプレクサ３２、Ａ／Ｄコンバータ３４、参照部３５、マイクロプロセッサ３６、オペレータ用ローカルインターフェース（ＬＯＩ）３７、通信回路３８、および遠隔操作用ユーザインターフェースである。

第１および第２の温度センサ１２，１４は、ＲＴＤや熱電対のような電子的に温度を測定しうる種々のタイプの温度センサである。一方、参照装置１６は、参照センサ（電子的に温度を測定しうる種々のタイプの温度センサ等）である。参照センサ１６は、温度測定ポイント１０に接続する前に、温度測定ポイント１０とは独立に校正することができる。なお、参照センサ１６は、センサによって測定しうる電気的パラメータの値を生成する参照校正ツールとすることもできる。例えば、参照センサ１６は、特定の温度帯を計測するＲＴＤをシミュレートするために、所定の電気抵抗を生成することができる。一方、参照センサ１６は、特定の温度帯を計測する熱電対をシミュレートするために、所定の電圧を発生させることもできる。このような参照校正ツールは、センサをシミュレートするため、センサシミュレータと呼ばれることもある。

第１の温度センサ１２、第２の温度センサ１４、および参照センサ１６は、それぞれ、第１の入力端子２０、第２の入力端子２２、および第３の入力端子２４において、トランスミッタ１８に接続している。一方、第１の入力端子２０、第２の入力端子２２、および第３の入力端子２４は、それぞれ、第１のチャネル２６、第２のチャネル２８、および第３のチャネル３０に接続している。温度測定ポイント１０に設けられる温度センサ、端子、およびチャネルの数は、図示の実施形態よりも多いこともあれば少ないこともある。マルチプレクサ３２は、第１のチャネル２６、第２のチャネル２８、および第３のチャネル３０のそれぞれから、アナログ信号を受け取り、Ａ／Ｄコンバータ３４につながる１本の導線に信号を出力する。トランスミッタ１８は、マルチプレクサ３２から受けた信号を処理するための測定回路および校正回路を備えている。図示の実施形態においては、Ａ／Ｄコンバータ３４、参照部３５、およびマイクロプロセッサ３６は、上記測定回路および校正回路を構成するために協働する。参照部３５は、第１のチャネル２６、第２のチャネル２８、および第３のチャネル３０を介して得られる各測定値の正確さを向上させるために、比較的予測可能な参照測定値を与える電圧源または電気抵抗として働く。Ａ／Ｄコンバータ３４は、マルチプレクサ３２および参照部３５から受け取ったアナログ信号を、デジタル信号に変換し、このデジタル信号をマイクロプロセッサ３６へ与える。マイクロプロセッサ３６は、トランスミッタ１８を作動させるファームウエアによってプログラム設定することができる。ファームウエアは、Ａ／Ｄコンバータ３４から受け取ったデジタル信号に基づいて温度を計算するための測定プログラムを含む。

マイクロプロセッサ３６は、オペレータ用ローカルインターフェース（ＬＯＩ）３７に電気的に接続されるとともに、オペレータとの通信用ソフトウエア（機器がもつ情報の性質を記述する）を有している。オペレータは、ＬＯＩ３７を介して、温度測定ポイント１０の作動を監視・制御することができる。例えば、オペレータは、第１および第２の温度センサ１２，１４がそれぞれ位置する地点でのプロセス温度を監視することができる。ＬＯＩ３７は、マイクロプロセッサ３６からの情報を表示する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、およびマイクロプロセッサ３６へ情報を入力するための１組のプッシュボタンを備えている。ＬＯＩ３７は、トランスミッタ１８上に直に設けられる。マイクロプロセッサ３６は、通信回路３８を経由して、遠隔操作用のユーザインターフェース３９に接続される。すなわち、トランスミッタ１８は、ユーザインターフェース３９と、無線または有線の方式で接続され、ＨＡＲＴやFOUNDATIONフィールドバスのような標準的な通信プロトコルに従って通信を行う。ユーザは、温度測定ポイント１０から遠く離れた場所にいても、ユーザインターフェース３９を介して、温度測定ポイント１０の作動を監視・制御することができる。本発明の一実施形態によれば、ユーザインターフェース３９は、携帯式の装置である。また、他の実施形態によれば、ユーザインターフェース３９は、温度測定ポイントから遠く離れ、トランスミッタ１８から定期的に温度情報を得る制御室である。この実施形態においては、ＬＯＩ３７およびユーザインターフェース３９の少なくとも一方により、トランスミッタ１８との間で情報を送受信するための多くの機能が実行される。以下では、簡単のため、ＬＯＩ３７およびユーザインターフェース３９の両者を集合的にユーザインターフェースと呼ぶことにする。

温度測定ポイント１０の正確性は、大部分、マイクロプロセッサ３６の機能に依存する。マイクロプロセッサ３６は、第１および第２の温度センサ１２，１４から送られてきた信号を、対応する温度の値に正確に変換しなければならない。例えば、第１の温度センサ１２がＲＴＤの場合、マイクロプロセッサ３６は、第１の温度センサ１２が、特定の温度に曝されたときに特定の抵抗値を示すという仮定の下に温度を計算する。この仮定が正しいならば、マイクロプロセッサ３６は、入力された抵抗値に基づいて、正確に温度を計算することができる。マイクロプロセッサ３６は、温度の計算値の正確さを向上するため、第１の温度センサ１２から得られた入力値を、参照部３５から得られた信号と比較する。しかし、第１の温度センサ１２の特性が経時的に変化した場合には、正確な抵抗値を与えることはできない。このような場合には、第１の温度センサ１２の校正を行う必要がある。しかし、第１の温度センサ１２の校正を行うと言っても、実際に第１の温度センサ１２の特性に何らかの変化を与えるわけではない。その代わりに、温度センサ１２の変化した特性を計測し、第１の温度センサ１２の新しい特性に基づいて、マイクロプロセッサ３６における温度測定プログラムの係数を変更するのである。

同様に、トランスミッタ１８を校正する際には、トランスミッタ１８の変化した特性を計測し、この新しい特性に基づいて、マイクロプロセッサ３６における温度測定プログラムにおける係数を変更する。温度測定ポイント１０における温度センサ１２，１４、トランスミッタ１８、またはすべての校正要素は、後に図３〜図７を参照して説明する方法に従って校正される。

図２Ａは、サーモウェル４０の縦断面図である。このサーモウェル４０は、以下の構成要素からなる：ウェル部４２、外面４４、内面４６、空洞４８、手前側端部５０、遠方側端部５２、接続部５４、ウェル部の先端５６、接続用のねじ山５８、フランジ６０、プロセス流体と接触しない側６２、プロセス流体と接触する側６４、隆起面６６、非湿潤部６８、側道７０、外側ポート７２、内側ポート７４、側道のねじ山７５、およびプラグ。ウェル部４２は、外側に外面４４、および内側に内面４６を有している。ウェル部４２は、比較的細長く、手前側端部５２から遠方側端部５２にかけて延びている。接続部５４は、手前側端部５０に位置する開口であり、第１の温度センサ１２を空洞４８に挿入しうるようにするためのものである。図示の実施形態においては、接続部５４は、トランスミッタ１８（図１参照）を取り付けるためのねじ山５８を有している。これ以外の実施形態として、接続部５４にねじ山を設けず、トランスミッタ１８と直に接続しないようにすることもできる。空洞４８は、サーモウェル４０のほぼ全長にわたって延びる狭隘な円筒形の通路である。空洞４８の遠方側端部５２は、ウェル部の先端５６によって閉鎖されている。

フランジ６０は、概ねリング形状をなしており、ウェル部４２の外面４４に溶接その他の方法で固着されている。フランジ６０は、プロセス流体と接触する側６４、およびこの反対に、プロセス流体と接触しない側６２を有している。プロセス流体と接触する側６４の径方向内側には、隆起面６６が設けられている。一方、プロセス流体と接触する側６４の径方向外側には、非湿潤部６８が設けられている。サーモウェル４０を、プロセス流体が流れる管の壁体を貫通してプロセス流体中に挿入する際には、プロセス流体が漏洩しないよう、隆起面６６には、対応する管壁側のフランジ面（図示せず）に密着するガスケット（図示せず）を設けることができる。

側道７０は、ウェル部４２を貫通する、直線的で狭隘な円筒形の通路である。また、側道７０は、外面４４に位置する外側ポート７２から、内面４６に位置する内側ポート７４まで延びている。さらに、側道７０は、内側ポート７４よりも外側ポート７２の方が手前側端部５０の近くに位置するように傾斜している。この外、側道７０は、外側ポート７２の近傍に、プラグ７６を螺合させるためのねじ山７５を有している。プラグ７６は、空洞４８の中に液体や粉塵が入り込むのを防ぐことができる。なお、プラグ７６は、側道７０に液体が入り込まないようにするキャップのような覆蓋式の封止手段とすることもできる。

図示の実施形態においては、第１の測温抵抗体（ＲＴＤ）７８は、第１の温度センサ１２の先端に取り付けられている。第１の温度センサ１２は、第１のＲＴＤ７８が遠方側端部５２に到達するよう、接続部５４を介して、空洞４８の終端まで挿入される。一方、参照用ＲＴＤ８０は、参照センサ１６の先端に取り付けられている。参照センサ１６は、外側ポート７２および側道７０を経由して、参照用ＲＴＤ８０が第１のＲＴＤと隣接するように、空洞４８の終端まで挿入される。本発明の一実施形態においては、参照センサ１６の直径は１／２ｍｍ、側道７０の直径は、少なくとも１／２ｍｍとされる。空洞４８の大きさは、第１の温度センサ１２が挿入された状態で、参照センサ１６を挿入しうるものとする。図示の実施形態においては、側道７０は、空洞４８を比較的狭隘に保ちつつ、参照温度センサ１６を空洞４８に挿入しうるよう、比較的急な角度で傾斜している。側道７０の角度は、参照センサ１６を挿入して、遠方側端部５２まで進めることができるようなものにする。このように、側道７０は、０〜９０°の範囲で、空洞４８に対して傾斜している。

本発明の一実施形態によれば、サーモウェル４０は、耐圧性を有する構造とするため、中実の金属棒を機械加工して形成する。また、他の実施形態においては、サーモウェル４０は、比較的安価な金属チューブ片から形成される保護チューブである（「管状サーモウェル」とも呼ばれる）。

図２Ｂは、ねじ状の取り付け部８２を有するサーモウェル４０'の縦断面図である。サーモウェル４０'は、ウェル部４２'にフランジが設けられていない点を除いて、図２Ａに示すサーモウェル４０と概ね類似の構造を有している。すなわち、取り付け部８２は、ウェル部４２'の外面４４'に設けられている。取り付け部８２は、プロセス流体が流れる管の壁体（図示せず）に螺合しうるように形成される。

サーモウェル４０と４０'における図２Ａに示すようなフランジ６０、および図２Ｂに示すようなねじ状の取り付け部８２は、プロセス流体が流れる管の壁体（図示せず）に取り付けるための１つの形態である。なお、上記とは異なるタイプの取り付け部を有することもできる。いずれの場合でも、側道７０は、サーモウェルの軸方向において、接続部５４と上記取り付け部との間に設けられる。このようなサーモウェルは、第１の温度センサをプロセス流体に挿入したまま、参照センサ１６を第１の温度センサ１２の近傍に配置して、温度測定ポイントを校正するのに有用である。他の実施形態においては、参照センサ１６は、サーモウェルに挿入されない。その代わりに、参照センサ１６は、参照センサ１６を曝すべきプロセス流体の温度と概ね同じ温度下にある、温度センサ１２の近傍（サーモウェル以外）に配置される。

図３は、本発明に係る、温度測定ポイント１０を校正する方法（第１の方法）の流れ図である。参照センサ１６は、この第１の方法を開始する前に、図２Ａに示すサーモウェル４０内に挿入されることはない。その代わりに、プラグ７６が側道７０を塞いでいる。一方、第１の温度センサ１２は、図２Ａに示すように、すでにサーモウェル４０に挿入されており、トランスミッタ１８は、図１を参照して説明したように、プロセス温度を測定しうるようになっている。第１の温度センサ１２が、まだサーモウェル４０に挿入されていない場合には、遅くとも工程１０８を実行する前に挿入しなければならない。

第１の校正方法を開始するに当たっては、まず、プラグ７６を側道７０から取り外す（工程１００）。ついで、参照用ＲＴＤ８０が概ね第１のＲＴＤ７８の近傍に到達するまで、参照センサ１６を側道７０に挿入する（工程１０２）。この第１の校正方法においては、参照センサ１６は、校正済みの温度センサ（ＲＴＤ等）である。次に、参照センサ１６を校正済みの外部測定装置と接続する（工程１０４）。この校正済みの外部測定装置は、参照センサ１６と協働して、サーモウェル４０が位置する箇所におけるプロセス温度を測定する。この後、オペレータは、参照センサ１６によって計測された温度が安定化するのを待つ（工程１０６）。参照センサ１６によって計測された温度が安定化しない場合には、待機を続ける（工程１０８）。温度が安定化したら、外部測定装置の出力を保存する（工程１１０）。この第１の校正方法の有利な点は、プロセス温度がほとんど変化しない定常状態で測定することにある。このため、参照センサ１６によって測定された温度は、少し時間が経過した後でも、第１の温度センサ１２によって計測された温度と比較することができる。

外部測定装置の出力を保存した後、参照センサ１６と外部測定装置との接続を遮断する（工程１１２）。ついで、第１の温度センサ１２について、トランスミッタ１８との接続を遮断し（工程１１４）、今度は、校正済みの外部測定装置と接続して（工程１１６）、校正済みの外部測定装置と接続された第１の温度センサ１２からの出力を保存する（工程１１８）。この後、第１の温度センサ１２の出力を、参照センサ１６の出力（保存済み）と比較し、校正が必要か否かを判断する（工程１２０）。仮に両者の出力が異なる場合には、第１の温度センサ１２の変化した特性に基づいて、第１の温度センサ１２によって計測された温度を正確に反映するよう、トランスミッタ１８内で校正が行われる（工程１２２）。この校正は、ＬＯＩ３７または遠隔操作用ユーザインターフェース３９のようなユーザインターフェースを介して行われる。例えば、校正に係るパラメータは、トランスミッタ１８に取り付けられているジャンクションボックス（接続箱）を介して、手の平サイズの装置を使って入力される。校正は、工程１２２において直ちに、またはその後の工程において行われる。

ついで、トランスミッタ１８（または温度測定ポイント１０）の校正が必要か否かを判断するため、第１の温度センサ１２と外部測定装置との接続を遮断し（工程１２４）、第１の温度センサ１２を再度トランスミッタ１８と接続する（工程１２６）。その後、参照センサ１６は、サーモウェル４０から取り外し（工程１２８）、最後に、プラグ７６を再度側道７０に挿入する（工程１３０）。次に、本発明の第１の方法に従って、温度測定ポイント１０の校正を行う。

本発明の第１の方法によれば、オペレータは、サーモウェル４０から第１の温度センサを取り外すことなく、第１の温度センサ１２の特性の移行を補償して、トランスミッタ１８を校正することができる。この第１の方法は、第２の温度センサ１２やトランスミッタ１８と接続された他のセンサにも適用することができる。

オペレータが温度測定ポイント１０全体の校正を望むならば、上記第１の方法を修正する。すなわち、工程１１２，１１４，１１６および１１８を省略する。代わりに、第１の温度センサ１２をトランスミッタ１８と接続した状態で、第１の温度センサ１２から得られるトランスミッタ１８の温度に関する出力を保存する。ついで、工程１２０において、トランスミッタ１８から得られた温度の測定値を、校正された外部測定装置および参照センサ１６から得られた温度の測定値と比較する。以下の工程は、上述の通りである。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る、温度測定ポイント１０を校正する方法（第２の方法）の流れ図である。この方法を開始する前に、第１の温度センサ１２は、図２に示すようにサーモウェル４０内に挿入されており、図１を参照して説明したように、トランスミッタ１８によって、プロセス温度を測定しておくことができる。しかし、第２の方法においては、この手続きは必要なものではなく、むしろオペレータの都合に合わせて採りうる選択肢の一つに過ぎない。

第２の方法を開始するには、参照センサ１６を、トランスミッタ１８の第３の入力端子２４に接続する（工程１４０）。第２の方法においては、参照センサ１６は、電気抵抗のような所定の電気的パラメータを生成する校正済みのセンサシミュレータである。第３の入力端子２４は、参照センサ１６と接続するためだけに用いる専用の端子でもよい。なお、参照センサ１６は、トランスミッタ１８の利用可能ないずれの端子に接続することもできる。

次に、第３のチャネル３０が通常の温度データに反する校正データを与えているならば、トランスミッタ１８がこれを検知しうるよう、トランスミッタ１８において、校正モードをアクティブ状態にする（工程１４２）。ついで、校正に関する情報を、ユーザインターフェースを介してトランスミッタ１８に入力する（工程１４４）。校正に関する情報には、校正プロセスにおいて使用される校正点（「トリムポイント」とも呼ばれる）の数、および実際の校正値（「トリム値」とも呼ばれる）が含まれる。例えば、参照センサ１６は、５０Ωおよび１００Ωのトリム値を出力するＲＴＤをシミュレートするセンサシミュレータである。オペレータは、トリムポイントを１つしか使用しない場合には、５０Ωのトリム値を入力する。一方、トリムポイントを２つ使用する場合には、５０Ωと１００Ωのトリム値を入力する。その際には、参照センサ１６が第１のトリムポイントに設定され、５０Ωのトリム値を出力する（工程１４６）。ついで、トランスミッタ１８において、第１のトリムポイントの計測を開始し（工程１４８）、参照センサ１６からの入力が安定しているか否かをチェックする（工程１５０）。入力が安定しているならば、トランスミッタ１８は、参照センサ１６の抵抗値を測定し、現況の校正のためのデータを、「観測(As Found)」データとして保存する（工程１５２）。次に、トランスミッタ１８は、５０Ωのトリム値を、測定されたトリム値（５０Ωと異なるはずである）と比較して、校正因子を求める。この工程においては、校正因子は、第３のチャネル３０だけに与えられる（工程１５４）。校正因子を第３のチャネルに与えた後、新しい校正に係るデータを「校正後(As Left)」データとして保存する（工程１５６）。

次に、トランスミッタ１８は、１個のトリムポイントの校正をしているのか、または２個のトリムポイントの校正をしているのかをチェックする（工程１５８）。トランスミッタ１８が２個のトリムポイントの校正をしている場合には、参照センサ１６は、第２のトリムポイントに合わせて設定され、１００Ωのトリム値を出力する（工程１６０）。ついで、トランスミッタ１８において、第２のトリムポイントの計測を開始し（工程１６２）、参照センサ１６からの入力が安定しているか否かをチェックする（工程１６４）。入力が安定している場合には、トランスミッタ１８は、現況の校正のためのデータを、「観測」データとして保存する（工程１６６）。次に、トランスミッタ１８は、１００Ωのトリム値と、測定されたトリム値とを比較して校正因子を求め、この第２のトリムポイント用の校正因子を、第３のチャネルだけに適用する（工程１６８）。校正因子を適用した後、新しい校正に係るデータを「校正後」データとして保存する（工程１７０）。工程１５８において、トランスミッタ１８がただ１個のトリムポイントを校正していると分かった場合には、工程１６０〜１７０は省略する。

次に、オペレータは、第３のチャネル３０に関して求めた校正因子に従って、すべてのチャネルを校正するか否かを決定する（工程１７２）。仮にオペレータが、すべてのチャネルについて校正するのが適当であると判断した場合には、この校正をすべてのチャネルに適用する（工程１７４）。最後に、参照センサ１６と第３の端子２４との接続を遮断する（工程１７６）。他方、オペレータが、すべてのチャネルについて校正するのは適当でないと判断した場合には、工程１７４を実行せず、オペレータは工程１７６に進む。

一定の状況下では、参照センサ１６からの入力は安定しない。工程１５０または工程１６４において、入力が安定しないと判断された場合には、トランスミッタ１８は、安定に要する時間の制限を超過したか否かをチェックする（工程１７８および工程１８０）。安定に要する時間の制限とは、誤差の報告を行う前に、システム安定化のために許されている時間である。安定に要する時間の制限を超過していない場合には、工程１５０または工程１６４を繰り返す。一方、安定に要する時間の制限を超過している場合には、トランスミッタ１８は、ノイズが入力されているために、トリムを行うことは不可能であると報告し（工程１８２）、参照センサ１６を第３の端子２４から外す（工程１７６）。トランスミッタに係る工程群１８４は、トランスミッタ１８内部の回路で実行される上記の工程を包含する。

上記第２の方法に係る校正によれば、オペレータは、第１の温度センサ１２または第２の温度センサ１４とトランスミッタ１８との接続を遮断することなく、トランスミッタ１８の特性変化を補償するための校正を行うことができる。多くのチャネルが、図１に示すような回路を共有しているトランスミッタ１８においては、一のチャネルに関して求めた校正値をコピーすることによって、すべてのチャネルが、比較的正確な校正を受けることができる。上記第２の方法によれば、校正を行っている間でも、すべての測定チャネルを介して、プロセスを継続的に監視することができる。

図５は、本発明の第３の実施形態に係る、温度測定ポイント１０を校正する方法（第３の方法）の流れ図である。第３の方法を開始する前に、参照センサ１６が図２Ａに示すサーモウェル４０に挿入されることはない。代わりに、プラグ７６が側道７０を塞いでいる。第１の温度センサ１２は、すでにサーモウェル４０に挿入されており、トランスミッタ１８は、図１を参照して説明したように、プロセス温度を測定することができる。第１の温度センサ１２が、まだサーモウェル４０に挿入されていない場合には、遅くとも工程１９８を実行する前に挿入しなければならない。

第３の校正方法を開始するに当たっては、まず、プラグ７６を側道７０から取り外す（工程１９０）。ついで、参照用ＲＴＤ８０が概ね第１のＲＴＤ７８の近傍に到達するまで、参照センサ１６を側道７０に挿入する（工程１９２）。この第３の校正方法においては、参照センサ１６は、校正済みの温度センサ（ＲＴＤ等）である。次に、参照センサ１６を第３の端子２４と接続する（工程１９４）。この後、第３のチャネル３０が校正データを与えるならば、トランスミッタ１８がこれを検知しうるよう、トランスミッタ１８において、校正モードをアクティブ状態にする（工程１９６）。ついで、トランスミッタ１８において、参照センサ１６からの入力が安定しているか否かをチェックする（工程１９８）。入力が安定しているならば、トランスミッタ１８は、第１の温度センサ１２および参照センサ１６の抵抗値を測定し、それぞれの温度を計算して、現況の校正のためのデータを、「観測」データとして保存する（工程２００）。次に、トランスミッタ１８は、第１の温度センサ１２と参照センサ１６によってそれぞれ測定された温度の差に基づいて、校正因子を求める（工程２０２）。次に、オペレータは、第１の温度センサ１２について求めた校正因子に従って、第１のチャネル２６を校正するか否かを決定する（工程２０４）。仮にオペレータが、このような校正をするのが適当であると判断した場合には、この校正を実行（工程２０６）し、トランスミッタ１８は、現況の校正のためのデータを、「校正後」データとして保存する（工程２０８）。ついで、参照センサ１６と第３の端子２４との接続を遮断する（工程２１０）。工程２１０は、オペレータが、第１のチャネル２６について校正を実行しないと決定した場合には、工程２０４の後、直ちに実行される。この後、参照センサ１６を、サーモウェル４０から取り外し（工程２１２）、最後に、プラグ７６を側道７０に再度嵌め込む（工程２１４）。

一定の状況下では、参照センサ１６からの入力は安定しない。工程１０９において、入力が安定しないと判断された場合には、トランスミッタ１８は、安定に要する時間の制限を超過したか否かをチェックする（工程２１６）。安定に要する時間の制限を超過していない場合には、工程１９８を繰り返す。一方、安定に要する時間の制限を超過している場合には、トランスミッタ１８は、ノイズが入力されているために、トリムを行うことは不可能であると報告し（工程２１８）、参照センサ１６を第３の端子２４から外す（工程２１０）。トランスミッタに係る工程群２２０は、トランスミッタ１８内部の回路で実行される上記の工程を包含する。

上記第３の方法に係る校正によれば、オペレータは、第１の温度センサ１２とトランスミッタ１８との接続を遮断したり、第１の温度センサをサーモウェル４０から取り外したりすることなく、第１の温度センサ１２の特性変化を補償するためのトランスミッタ１８の校正を行うことができる。このような校正は、第２の温度センサ１４やトランスミッタ１８に接続されている他のセンサに対しても行うことができる。上記第３の方法によれば、校正を行っている間でも、他の測定チャネルを介して、プロセスを継続的に測定することができる。

図６は、本発明の第４の実施形態に係る、温度測定ポイント１０を校正する方法（第４の方法）の流れ図である。第４の方法を開始する前に、参照センサ１６が図２Ａに示すサーモウェル４０に挿入されることはない。代わりに、プラグ７６が側道７０を塞いでいる。第１の温度センサ１２は、すでにサーモウェル４０に挿入されており、トランスミッタ１８は、図１を参照して説明したように、プロセス温度を測定することができる。第１の温度センサ１２が、まだサーモウェル４０に挿入されていない場合には、遅くとも工程２４２を実行する前に挿入しなければならない。

第４の校正方法を開始するに当たっては、まず、プラグ７６を側道７０から取り外す（工程２３０）。ついで、参照用ＲＴＤ８０が概ね第１のＲＴＤ７８の近傍に到達するまで、参照センサ１６を側道７０に挿入する（工程２３２）。この第４の校正方法においては、参照センサ１６は、校正済みの温度センサ（ＲＴＤ等）である。次に、参照センサ１６を第３の端子２４と接続する（工程２３４）。この後、第３のチャネル３０が校正データを与えるならば、トランスミッタ１８がこれを検知しうるよう、トランスミッタ１８において、校正モードをアクティブ状態にする（工程２３６）。ついで、校正開始の閾値（校正閾値）を、ユーザインターフェースを介して入力する（工程２３８）。校正閾値には、校正を求める基準となる１つまたは複数の温度が含まれる。例えば、オペレータは、上限の閾値および下限の閾値を選択し、温度が上限の閾値を上回ったり下限の閾値を下回ったりしたときに、トランスミッタ１８に校正するか否かを問うことができる。

校正閾値が入力されると、トランスミッタ１８は、参照センサ１６によって測定された温度が、校正閾値を上回るか否かをチェックする（工程２４０）。校正閾値を超えていない場合には、超えたことが分かるまで、工程２４０を繰り返す。校正閾値を超えた場合には、トランスミッタ１８は、入力が安定しているか、または予測可能な傾向を有するかをチェックする（工程２４２）。入力が安定していないか、または予測可能でない場合には、入力が安定するか、または予測可能となるまで、工程２４２を繰り返す。入力が安定しているか、または予測可能である場合には、トランスミッタ１８は、第１の温度センサ１２および参照センサ１６の抵抗値を測定し、それぞれの温度を計算して、現況の校正のためのデータを、「観測」データとして保存する（工程２４４）。ついで、トランスミッタ１８は、すべての校正閾値を上回るデータが収集されたか否かをチェックする（工程２４８）。仮に、１つまたは複数の閾値が設定されてはいるが、すべての閾値を上回るデータが収集されていない場合には、工程２４０〜工程２４８を繰り返す。仮にすべての閾値を上回るデータが収集された場合には、トランスミッタ１８は、第１の温度センサ１２と参照センサ１６によってそれぞれ測定された温度の差に基づいて、校正因子を求める（工程２５０）。校正のためにいくつの閾値を用いるかに応じて、校正因子は、一定値に限らず、多項式となる場合もある。温度センサ１２は、誤差を減少させるためトランスミッタ１８にプログラムされた多項式に基づく特性曲線を有してる。

ついで、ユーザインターフェースは、データの収集が完了したことを知らせ（工程２５２）、オペレータは、第１の温度センサ１２について求めた校正因子に従って、第１のチャネル２６を校正するか否かを決定する（工程２５４）。仮にオペレータが、このような校正をするのが適当であると判断した場合には、この校正を実行（工程２５６）し、トランスミッタ１８は、現況の校正のためのデータを、「校正後」データとして保存する（工程２５８）。ついで、参照センサ１６と第３の端子２４との接続を遮断する（工程２６０）。工程２６０は、オペレータが、第１のチャネル２６について校正を実行しないと決定した場合には、工程２５４の後、直ちに実行される。この後、参照センサ１６を、サーモウェル４０から取り外し（工程２６２）、最後に、プラグ７６を側道７０に再度嵌め込む（工程２６４）。トランスミッタに係る工程群２６６は、トランスミッタ１８内部の回路で実行される上記の工程を包含する。

上記第４の方法に係る校正によれば、オペレータは、第１の温度センサ１２とトランスミッタ１８との接続を遮断したり、第１の温度センサをサーモウェル４０から取り外したりすることなく、第１の温度センサ１２の特性変化を補償するためのトランスミッタ１８の校正を行うことができる。第４の方法は、１つまたは複数の閾値を上回った温度測定ポイントにおいて、トランスミッタ１８が自動的に校正を開始するようになっている点を除いて、第３の方法に類似している。この第４の方法は、プロセス温度が種々変化し、正確な温度測定が多数の温度範囲で求められる温度センサに対して特に有用である。このような校正は、第２の温度センサ１４やトランスミッタ１８に接続されている他のセンサに対しても行うことができる。

図７に係るグラフ２８０は、本発明の第４の実施形態に係る、温度測定ポイントの校正方法において用いる校正閾値を示す。グラフ２８０は、実際のプロセス温度２８２、測定されたプロセス温度２８４、上限の閾値２８６および下限の閾値２８８からなる。実際のプロセス温度２８２は、概ね正確に校正された参照センサ１６によって測定されるプロセスの温度を表す。一方、測定されたプロセス温度２８４は、第１の温度センサ１２が不正確な状態で測定されたプロセスの温度を表す。上限の閾値２８６および下限の閾値２８８は、上述の工程２３８において説明したように、ユーザインターフェースを介して入力される閾値である。このような第１の温度センサ１２によれば、実際のプロセス温度２８２が上限の閾値２８６を上回るときには、測定されたプロセス温度２８４は、実際のプロセス温度２８２よりも低い温度を示す。他方、実際のプロセス温度２８２が下限の閾値２８８を上回るときには、測定されたプロセス温度２８４は、実際のプロセス温度２８２よりも高い温度を示す。したがって、第１の温度センサ１２は、温度帯ごとに、異なる方向への校正を必要とする。グラフ２８０は、このような複数の温度帯で校正を行う利点がある温度測定ポイントの一例を示すものである。

以上、本発明を特定の実施形態に即して説明してきたが、当業者であれば、形式および詳細において、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、変更が可能であることは理解しうるであろう。例えば、トランスミッタ１８とサーモウェル４０は、上記第１〜第４の実施方法に従って用いるだけでなく、組み合わせて用いることも、別々に用いることもできる。また、第１〜第４の方法は、トランスミッタ１８およびサーモウェル４０以外の装置であっても、これらの方法と適合しうる限り、使用することができる。この外、上記方法の各工程は、本発明の特許請求の範囲から逸脱しない範囲で、それぞれ、修正することも、他の方法の工程と組み合わせることもできる。

Claims (31)

1. 測定装置との接続部および側道を有するサーモウェルと、
   前記測定装置との接続を通ってサーモウェル内に進入する第１の温度センサと、
   前記サーモウェルの側道を通ってサーモウェル内に進入する参照センサと、
   前記第１の温度センサおよび参照センサのそれぞれと接続され、第１の温度センサから受け取る信号に基づいて温度を計算するとともに、前記参照センサから受け取る信号に基づいてリアルタイムで温度計算の校正を行う回路を含むトランスミッタとを備える温度測定システム。
2. 前記第１の温度センサは、参照センサに隣接して配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記サーモウェルは、遠方側端部が流体に進入する一方で、前記測定装置との接続部および側道は、流体から隔離された状態に止まるように、流体が流れる管の壁体にこのサーモウェルを取り付けるための取り付け部を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記参照センサは、前記トランスミッタとの接続を遮断しうるようになっており、かつトランスミッタは、参照センサがトランスミッタとの接続を遮断されたときに、前記第１の温度センサによって温度を測定しうるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 第１および第２の入力端子に接続された測定回路を有するトランスミッタの校正方法であって、
   前記第１の入力端子に第１の温度センサを接続する工程と、
   前記第２の入力端子に校正済みの参照装置を接続する工程と、
   第１の入力端子から受け取る信号に従って温度を計算しつつ、第２の入力端子から受け取る信号に従って計算される温度に基づいて、前記第１の入力端子から受け取る信号に従って計算される温度について、前記測定回路を校正する工程とを含む方法。
6. 前記校正済みの参照装置は、校正済みの温度センサであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の温度センサおよび校正済みの温度センサを、校正を開始する前にサーモウェルに挿入することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の温度センサを、第１の通路を介してサーモウェルに挿入し、前記校正済みの温度センサを、第２の通路を介してサーモウェルに挿入することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記校正済みの温度センサが、安定な温度または予測可能な温度傾向を有していることを検知した後に、前記測定回路を校正することを特徴とする請求項６に記載の方法。
10. 前記測定回路を、前記第１の温度センサによる少なくとも２つの測定結果、および前記参照センサによる少なくとも２つの測定結果に基づいて校正することを特徴とする請求項６に記載の方法。
11. 校正済みの温度センサが第１の所定の温度帯内で温度を検知したときに得られる第１の温度測定結果、および校正済みの温度センサが第２の所定の温度帯内で温度を検知したときに得られる第２の温度測定結果に基づいて、前記測定回路を校正することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記校正済みの参照装置は、測定可能な電気的パラメータを生成する参照校正ツールであることを特徴とする請求項５に記載の方法。
13. 前記測定可能な電気的パラメータは、電気抵抗または電圧であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 前記校正する工程は、
    温度センサによって電気的パラメータを測定し、測定値を前記測定回路によって生成する工程と、
    参照装置が計測した実際の値を測定回路に送信する工程と、
    前記測定値を前記実際の値と比較し、結果に応じた校正因子を生成する工程と、
    前記校正因子に基づいて、前記測定回路を校正する工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. ユーザの第１の入力によって校正を開始する工程と、ユーザの第２の流力によって校正因子を確認する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
16. 前記校正された参照装置と前記第２の入力端子との接続を遮断する工程と、この工程の後に、前記第１の温度センサによって温度を測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
17. 前記校正された参照装置を第２の入力端子に接続する工程の前に、前記第１の温度センサによって温度を測定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
18. 第１および第２の入力端子と、
    前記第１および第２の入力端子とそれぞれ電気的に接続された第１および第２のチャネルを有するマルチプレクサと、
    前記マルチプレクサと電気的に接続されたＡ／Ｄコンバータと、
    前記Ａ／Ｄコンバータと電気的に接続されたマイクロプロセッサであって、前記第２のチャネルから受け取る信号に従って前記第１のチャネル用の測定プログラムを校正しつつ、前記第１のチャネルから受け取る信号に基づいて第１の温度測定値を算出しうるようになっているマイクロプロセッサとを備える温度トランスミッタ。
19. 前記マルチプレクサの第３のチャネルと電気的に接続された第３の入力端子をさらに備え、前記マイクロプロセッサは、前記第３のチャネルから受け取る信号に従って前記第１および第２のチャネル用の測定プログラムを校正しつつ、前記第１および第２のチャネルから受け取る信号に基づいて、それぞれ、第１および第２の温度測定値を算出しうるようになっていることを特徴とする請求項１８に記載の温度トランスミッタ。
20. 前記マイクロプロセッサは、ユーザの第１の入力に応答して第３のチャネル用の測定プログラムを校正し、ユーザの第２の入力に応答して第２のチャネル用の測定プログラムを校正するようになっていることを特徴とする請求項１９に記載の温度トランスミッタ。
21. 前記マイクロプロセッサとユーザインターフェースとの間に通信回路をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の温度トランスミッタ。
22. 前記マイクロプロセッサは、前記ユーザインターフェースを駆動して校正因子を表示させ、ユーザインターフェースは、ユーザの入力に応答した校正因子を適用させるため、マイクロプロセッサに信号を送るようになっていることを特徴とする請求項１８に記載の温度トランスミッタ。
23. 前記マイクロプロセッサは、複数の温度測定ポイントの校正を行うようになっていることを特徴とする請求項１８に記載の温度トランスミッタ。
24. 外面および内面を有するウェル部と、
    前記内面によって画定される空洞であって、ウェル部の手前側端部に位置する測定装置との接続部から、ウェル部の遠方側端部における封止された先端まで延びる空洞と、
    前記手前側端部と遠方側端部の間に位置する取り付け部と、
    前記外面に位置する外側ポートから、内面に位置する内側ポートまで延びる側道であって、前記内側ポートは、前記手前側端部と遠方側端部との間に位置し、前記外側ポートは、手前側端部と前記取り付け部との間に位置し、かつ手前側端部は、内側ポートよりも外側ポートの近方に位置するようになっている側道とを備えるサーモウェル。
25. 前記取り付け部は、フランジであることを特徴とする請求項２４に記載のサーモウェル。
26. 前記取り付け部は、前記外面に設けられたねじ山をもつ領域であることを特徴とする請求項２４に記載のサーモウェル。
27. 前記手前側端部の内面の一部に、ねじ山をもつ領域を有することを特徴とする請求項２４に記載のサーモウェル。
28. 前記外面に近い側道の一部に、ねじ山をもつ領域を有することを特徴とする請求項２４に記載のサーモウェル。
29. 前記側道に嵌め込まれて、側道内の液密を保ちうる形状と大きさをもつプラグをさらに備えることを特徴とする請求項２４に記載のサーモウェル。
30. 前記側道は、円筒形の孔であって、少なくとも５ｍｍの口径を有することを特徴とする請求項２４に記載のサーモウェル。
31. 前記空洞は概ね直線的な通路であり、前記側道も概ね直線的な通路であって、０〜９０°の角度で傾斜しつつ前記空洞に連通していることを特徴とする請求項２４に記載のサーモウェル。

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