JP2018084419A

JP2018084419A - 計測装置

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Publication number: JP2018084419A
Application number: JP2016225806A
Authority: JP
Inventors: 晋也片岡; Shinya Kataoka
Original assignee: Miyawaki Inc
Current assignee: Miyawaki Inc
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-31
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: JP6896263B2

Abstract

【課題】計測対象物の表面温度を迅速且つ適切に検出する。【解決手段】計測対象物の状態を検出する計測装置１に、計測対象物の振動の強度を検出するための探針１０と、計測対象物の表面温度を検出するための熱電対３１と、を備え、熱電対３１は、探針１０の先端の近傍において探針１０を取り囲むように設けられた取り囲み部３４と、側面視において、取り囲み部３４が探針１０の長手方向に対して傾斜するように取り囲み部３４の後端３４９のみを支持する支持部３５と、を備え、取り囲み部３４は、側面視における先端３４８に熱接点３４１を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、計測対象物の状態を検出する計測装置に関する。

従来から、蒸気や復水が流れるスチームトラップや配管等の計測対象物に探針を押し当てて計測対象物の振動を検出するとともに、熱電対を用いて計測対象物の表面温度を検出する計測装置が知られている。

例えば、特許文献１には、振動検出針２４の先端を計測対象物に接触させて測定対象物の振動を検出するとともに、貫通孔２３ｂを有する円板状の熱電対２３を用いて計測対象物の温度を検出する計測装置が記載されている。具体的には、特許文献１には、熱電対２３の計測対象物側の平面（外面、前方側の平面）である接触面２３ａを計測対象物に確実に接触させて、当該接触面２３ａとは反対側の平面（内面、後方側の面）に接続された熱電対線（不図示）を用いて計測対象物の温度を検出することが記載されている（段落〔００１４〕、〔００１５〕、〔００１８〕、〔００１９〕、図２等）。

特開２０１６−１２８７６３号公報

しかし、上記特許文献１に記載の熱電対２３を用いて計測対象物の表面温度を適切に検出するためには、計測対象物の表面の熱が接触面２３ａから前記反対側の平面まで伝達されることにより、熱電対線が接続された前記反対側の平面の温度が計測対象物の表面温度と同じ温度になるまで待機する必要があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされた発明であり、計測対象物の表面温度を迅速且つ適切に検出することができる計測装置を提供することを目的とする。

本発明による計測装置は、計測対象物の状態を検出する計測装置であって、前記計測対象物の振動の強度を検出するための探針と、前記計測対象物の表面温度を検出するための熱電対と、を備え、前記熱電対は、前記探針の先端の近傍において前記探針を取り囲むように設けられた取り囲み部と、側面視において、前記取り囲み部が前記探針の長手方向に対して傾斜するように前記取り囲み部の後端のみを支持する支持部と、を備え、前記取り囲み部は、前記側面視における先端に熱接点を備える。

本構成によれば、側面視における取り囲み部の先端にある熱接点を計測対象物に直接接触させることができる。これにより、熱接点の温度を迅速に計測対象物の表面温度と同じ温度にすることができる。

また、熱接点が計測対象物に接触すると、計測対象物によって熱接点に加えられる力によって、取り囲み部を、取り囲み部の後端を中心にして回動させることができる。これにより、熱接点を計測対象物に接触させた状態を維持することができる。

このように、本構成によれば、熱接点の温度を迅速に計測対象物の表面温度と同じ温度にし、この状態を維持することで、計測対象物の表面温度を迅速かつ適切に検出することができる。

また、前記取り囲み部は、薄板状の二本の熱電対素線によって前記探針を取り囲むように形成されていてもよい。

本構成によれば、取り囲み部の先端にある熱接点が計測対象物に接触し、取り囲み部が取り囲み部の後端を中心にして回動する場合に、薄板状の二本の熱電対素線の弾性力によって回動方向とは反対の方向に熱接点を付勢することができる。これにより、熱接点が計測対象物に接触した状態を維持することができる。

また、前記探針の後端を支持する本体部と、一端が前記本体部に取り付けられ、且つ、前記熱接点を他端から前記長手方向に突出させた状態で前記熱電対を覆う筒状のカバーと、を更に備えてもよい。

本構成によれば、カバーの他端から突出した状態にある熱接点を強く計測対象物に押し当てた場合に、カバーの他端を計測対象物に衝突させて、取り囲み部が回動する距離を制限することができる。これにより、取り囲み部が回動するときの中心となる取り囲み部の後端にかかる負担を軽減することができる。その結果、取り囲み部の後端の劣化を抑制することができる。

本発明によれば、計測対象物の表面温度を迅速且つ適切に検出することができる。

本発明に係る計測装置の一実施形態である計測装置を備えた計測診断装置の構成の一例を示すブロック図である。（Ａ）は計測装置の外観の平面図の一例であり、（Ｂ）は計測装置の外観の右側面図の一例である。図２（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図における探針付近を拡大した拡大図である。（Ａ）は探針の先端近傍の平面図を拡大した図であり、（Ｂ）は探針の先端近傍の右側面図を拡大した図であり、（Ｃ）は探針の先端近傍の正面図を拡大した図である。

（実施形態）
（計測診断装置１００の構成）
以下、本発明に係る計測装置の一実施形態である計測装置１を備えた計測診断装置１００について説明する。図１は、本発明に係る計測装置の一実施形態である計測装置１を備えた計測診断装置１００の構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、計測診断装置１００は、互いに無線通信可能な計測装置１及び診断装置９を備えている。

計測装置１は、蒸気や復水が流れるスチームトラップや配管等の計測対象物の状態を検出し、当該検出した状態を診断装置９へ送信する。計測対象物の状態には、計測対象物の振動の強度や計測対象物の表面温度等が含まれる。

具体的には、計測装置１は、計測対象物の振動を検出するための探針１０と、振動センサ２と、温度センサ３と、制御部５と、操作部１１と、表示部１２と、通信部１３と、記憶部１４と、を備えている。

振動センサ２は、探針１０の先端が計測対象物に押し当てられた場合に、探針１０に伝達された計測対象物の振動の強度を検出する。具体的には、振動センサ２は、圧電素子２１と、振動測定回路２２と、を備えている。

圧電素子２１は、探針１０から伝達される振動の強度に応じた電気信号を出力する。振動測定回路２２は、圧電素子２１が出力した電気信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換し、当該変換後の振動の強度を示すデータを制御部５へ出力する。

温度センサ３は、計測対象物の表面温度を検出する。具体的には、温度センサ３は、熱電対３１と、温度測定回路３２と、を備えている。

熱電対３１は、二本の熱電対素線を備え、探針１０の先端が計測対象物に押し当てられた場合に、前記二本の熱電対素線の一端同士を接合した熱接点が計測対象物に接触するように構成されている。熱電対３１の構造については後述する。

温度測定回路３２は、前記二本の熱電対素線の他端間の電位差に基づき、計測対象物において前記熱接点が接触している部分の温度を算出し、当該算出した温度を計測対象物の表面温度として検出する。そして、温度測定回路３２は、当該検出した表面温度を示すデータを制御部５へ出力する。

制御部５は、計測装置１の各部を統括制御する。具体的には、制御部５は、例えば、所定の演算処理を実行する不図示のＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、所定の制御プログラムが記憶されたＥＥＰＲＯＭ等の不図示の不揮発性メモリと、データを一時的に記憶するための不図示のＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）と、これらの周辺回路と、を備えている。

制御部５は、不揮発性メモリ等に記憶された制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより、計測装置１の各部を統括制御する。制御部５は、例えば、振動センサ２により検出された振動の強度及び温度センサ３により検出された表面温度を表示部１２に表示する。また、制御部５は、振動センサ２により検出された振動の強度及び温度センサ３により検出された表面温度を通信部１３によって診断装置９へ送信させる。

操作部１１は、計測装置１に対する各種指示を作業者に入力させるためのスイッチを備えている。スイッチは、例えば、メンブレンスイッチやメカニカルスイッチによって構成されている。操作部１１は、作業者によってスイッチが操作されると、当該スイッチに対応付けられた指示を示す信号を制御部５へ出力する。

表示部１２は、液晶ディスプレイによって構成されている。表示部１２には、制御部５による制御の下、計測装置１の操作画面、振動センサ２より検出された計測対象物の振動の強度、温度センサ３より検出された計測対象物の表面温度及び診断装置９から受信した診断結果等の各種情報が表示される。

通信部１３は、診断装置９との間で無線通信を行うための不図示の通信インターフェイス回路を備えている。通信部１３は、制御部５による制御の下、前記通信インターフェイス回路を用いて、計測装置１において検出された計測対象物の振動の強度及び表面温度を診断装置９へ送信する。また、通信部１３は、診断装置９が計測装置１へ返信した後述の診断結果が前記通信インターフェイス回路によって受信されると、当該受信された診断結果を制御部５へ出力する。

記憶部１４は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）、或いはＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）等が有する記憶領域の一部によって構成されている。記憶部１４には、表示部１２に表示される各種情報や、制御部５による制御に必要なデータが記憶されている。また、記憶部１４には、制御部５による制御の下、各種データが記憶される。

診断装置９は、タブレット端末やノートパソコン等の無線通信可能な情報処理装置である。診断装置９は、計測装置１から受信した計測対象物の振動の強度及び表面温度を用いて、公知の診断処理を行う。これにより、診断装置９は、計測対象物が正常な状態であるか否かを診断し、当該診断の結果（以降、診断結果）を計測装置１へ返信する。

（計測装置１の構造）
次に、計測装置１の構造について詳述する。図２（Ａ）は計測装置１の外観の平面図の一例であり、（Ｂ）は計測装置１の外観の右側面図の一例である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、計測装置１は、本体部６１と、探針カバー６２（カバー）と、を備えている。

本体部６１は、片手で把持可能な形状を有している。例えば、本体部６１は、右手の親指を本体部６１の上面に当て、右手の残りの指を本体部６１の底面に当てて握ることにより、右手で把持可能となっている。また、本体部６１は、左手の親指を本体部６１の底面に当て、左手の残りの指を本体部６１の上面に当てて握ることにより、左手で把持することもできる。また、このようにして、本体部６１における本体部６１が片手で把持された状態で露出する位置には、操作部１１（図１）及び表示部１２（図１）が設けられている。

図３は、図２（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図における探針１０付近を拡大した拡大図である。また、図３に示すように、本体部６１は、その内部において、探針１０を、探針１０の長手方向（以降、Ｙ方向）に第一距離Ｌ１移動自在に、且つ、Ｙ方向における先端側（以降、＋Ｙ方向）に付勢して保持するように構成されている。

具体的には、本体部６１は、連結部材６１１と、弾性部材６１２と、支持板６１３と、を備えている。

連結部材６１１は、中空部に隔壁６１１１を備えた筒状の形状を有している。連結部材６１１の＋Ｙ方向の一端は、探針１０の後端に取り付けられた圧電素子２１（図１）を、連結部材６１１の隔壁６１１１よりも＋Ｙ方向側の中空部に収容するようにして、探針１０の後端に連結されている。

弾性部材６１２は、所定方向に第一距離Ｌ１だけ縮むことが可能なコイル状のばねによって構成されている。尚、弾性部材６１２は、これに限らず、所定方向に第一距離Ｌ１だけ縮むことが可能なゴム等の弾性素材によって構成してもよい。弾性部材６１２は、Ｙ方向における後端側（以降、−Ｙ方向）の一端が支持板６１３に固定されている。また、弾性部材６１２は、＋Ｙ方向の一部が連結部材６１１の隔壁６１１１よりも−Ｙ方向側の中空部に収容され、＋Ｙ方向の一端（他端）が隔壁６１１１に接触するように配置されている。

また、弾性部材６１２は、縮んだ状態になると、元の形状に戻ろうとして、隔壁６１１１を＋Ｙ方向に付勢する。その結果、連結部材６１１に連結された探針１０は＋Ｙ方向に移動する。このようにして、本体部６１は、探針１０を、Ｙ方向に第一距離Ｌ１だけ移動自在に、且つ、＋Ｙ方向に付勢して保持する。

つまり、探針１０の先端が計測対象物に押し当てられると、探針１０の先端に−Ｙ方向の押当力が加わり、探針１０は−Ｙ方向に移動する。このとき、弾性部材６１２は、隔壁６１１１によって−Ｙ方向に押され、−Ｙ方向に第一距離Ｌ１だけ縮むことができる。これにより、探針１０の先端が計測対象物に押し当てられた場合に探針１０に加わる衝撃を緩和できる。その結果、探針１０の損傷を軽減できる。

一方、図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図３に示すように、探針カバー６２は、筒状の形状を有し、一端６２１が本体部６１に取り付けられている。探針カバー６２のＹ方向の長さは、本体部６１側の一端６２１から探針１０の先端までのＹ方向の長さよりも、第二距離Ｌ２だけ短くなるように構成されている。尚、第二距離Ｌ２は、第一距離Ｌ１よりも短い距離である。これにより、探針カバー６２は、探針１０の先端を他端６２２から第一距離Ｌ１よりも短い第二距離Ｌ２突出させた状態で探針１０を覆うように形成されている。

探針１０の先端が計測対象物に強く押し当てられ、探針１０に加わる押当力が大きくなる程、探針１０が−Ｙ方向へ移動する距離は長くなる。しかし、本実施形態の構成によれば、探針１０の先端が計測対象物に強く押し当てられ、探針１０が−Ｙ方向へ第一距離Ｌ１だけ移動しようとした場合、探針１０が第二距離Ｌ２移動した時点で探針カバー６２の他端６２２が計測対象物に衝突し、また、探針１０は本体部６１によって＋Ｙ方向へ付勢される。

これにより、探針１０の移動距離を第一距離Ｌ１よりも短い第二距離Ｌ２以下に規制できる。その結果、押当力を、探針１０の−Ｙ方向への移動距離が第二距離Ｌ２以下となるような所定範囲内に規制できる。

（熱電対３１の構造）
次に、熱電対３１の構造について詳述する。図４（Ａ）は、探針１０の先端近傍の平面図を拡大した図である。図４（Ｂ）は、探針１０の先端近傍の右側面図を拡大した図である。図４（Ｃ）は、探針１０の先端近傍の正面図を拡大した図である。

熱電対３１は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、取り囲み部３４と、支持部３５と、を備えている。

取り囲み部３４は、図４（Ａ）及び図４（Ｃ）に示すように、探針１０の先端の近傍において、薄板状の二本の熱電対素線３１１、３１２によって環状に探針１０を取り囲むようにして形成されている。尚、これに限らず、薄板状の二本の熱電対素線３１１、３１２によって、三角形やひし形等の多角形の形状となるように探針１０を取り囲むことで、取り囲み部３４を形成してもよい。二本の熱電対素線３１１、３１２は、互いに異なる材質の金属線で構成されている。例えば、熱電対素線３１１はクロメル線、熱電対素線３１２はアルメル線によって構成されている。

また、取り囲み部３４は、図４（Ｂ）に示すように、側面視における先端３４８に、薄板状の二本の熱電対素線３１１、３１２の一端同士を接合してなる熱接点３４１を備えている。側面視とは、Ｙ方向と直交する方向（図２（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視方向）に計測装置１（図２（Ａ））を見たことを示す。一方、側面視における取り囲み部３４の後端３４９は、図４（Ａ）及び図４（Ｃ）に示すように、熱電対素線３１１の一端３４９ａと熱電対素線３１２の一端３４９ｂとによって構成されている。

支持部３５は、図４（Ｂ）に示すように、側面視において、取り囲み部３４がＹ方向に対して傾斜するように、取り囲み部３４の後端３４９のみを支持する。

具体的には、支持部３５は、図４（Ａ）に示すように、熱電対素線３１１と同じ材質の熱電対素線３５１と、熱電対素線３１２と同じ材質の熱電対素線３５２と、を備えている。

熱電対素線３５１は、図４（Ａ）に示すように、Ｙ方向に延びるようにして、探針カバー６２内に取り付けられている。熱電対素線３５１は、ガラス繊維やフッ素樹脂等の被覆材３３によって被覆されている。熱電対素線３５１の一端は、熱電対素線３１１の一端３４９ａと連結され、熱電対素線３５１の不図示の他端は、本体部６１の内部に設けられた温度測定回路３２（図１）と接続されている。これと同様に、熱電対素線３５２は、Ｙ方向に延びるようにして、探針カバー６２内に取り付けられ、被覆材３３によって被覆されている。熱電対素線３５２の一端は、熱電対素線３１２の一端３４９ｂと連結され、熱電対素線３５２の不図示の他端は、温度測定回路３２（図１）と接続されている。つまり、支持部３５は、二本の熱電対素線３５１、３５２の一端によって、熱電対素線３１１の一端３４９ａと熱電対素線３１２の一端３４９ｂとによって構成される取り囲み部３４の後端３４９のみを支持している。

また、熱電対素線３５２の一端は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、側面視における取り囲み部３４と熱電対素線３５２とがなす探針１０側の挟角θが９０度以上１８０度未満となるようにして、熱電対素線３１２の一端３４９ｂと連結されている。更に、熱電対素線３５２の一端は、側面視において、探針カバー６２の他端６２２よりも＋Ｙ方向側に取り囲み部３４の先端３４８が存在するように、熱電対素線３１２の一端３４９ｂと連結されている。尚、熱電対素線３５２の一端と熱電対素線３１２の一端３４９ｂの連結は、熱電対素線３５２と熱電対素線３１２とを別の部材で構成し、当該部材の一端同士を接合することで実現してもよいし、一の部材を折り曲げて、当該折り曲げた箇所を熱電対素線３５２及び熱電対素線３１２の一端とすることで実現してもよい。これと同様にして、熱電対素線３５１の一端は、熱電対素線３１１の一端３４９ａと連結されている。つまり、探針カバー６２が、取り囲み部３４の先端３４８に存在する熱接点３４１を、探針カバー６２の他端６２２から＋Ｙ方向に突出させた状態で熱電対３１を覆うようになっている。

本実施形態の構成によれば、作業者が探針１０の先端を計測対象物に押し当てて、探針１０の先端を探針カバー６２の他端６２２まで移動させた場合でも、探針カバー６２の他端６２２よりも先端側にある熱接点３４１を計測対象物に直接接触させることができる。これにより、熱接点３４１の温度を迅速に計測対象物の表面温度と同じ温度にすることができる。

また、熱接点３４１が計測対象物に接触すると、計測対象物によって熱接点３４１に加えられる力によって、取り囲み部３４を、取り囲み部３４の後端３４９を中心にして回動させることができる。これにより、熱接点３４１を計測対象物に接触させた状態を維持することができる。

また、取り囲み部３４は、薄板状の二本の熱電対素線３１１、３１２によって探針１０を取り囲むように形成されている。このため、取り囲み部３４の先端３４８にある熱接点３４１が計測対象物に接触し、取り囲み部３４が取り囲み部３４の後端３４９を中心にして回動する場合に、薄板状の二本の熱電対素線３１１、３１２の弾性力によって回動方向とは反対の方向に熱接点３４１を付勢することができる。これにより、熱接点３４１が計測対象物に接触した状態を維持することができる。

このように、本実施形態の構成によれば、熱接点３４１の温度を迅速に計測対象物の表面温度と同じ温度にし、この状態を維持することで、計測対象物の表面温度を迅速かつ適切に検出することができる。

また、本実施形態の構成によれば、探針カバー６２の他端６２２から突出した状態にある熱接点３４１を強く計測対象物に押し当てた場合に、探針カバー６２の他端６２２を計測対象物に衝突させて、取り囲み部３４が回動する距離を制限することができる。これにより、取り囲み部３４が回動するときの中心となる取り囲み部３４の後端３４９にかかる負担を軽減することができる。その結果、取り囲み部３４の後端３４９の劣化を抑制することができる。

（変形実施形態）
尚、上記実施形態は、本発明に係る実施形態の例示に過ぎず、本発明を上記実施形態に限定する趣旨ではない。例えば、以下に示す変形実施形態であってもよい。

（１）熱電対３１は、図３、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示した構造に限らない。例えば、側面視において、取り囲み部３４の先端３４８が、探針カバー６２の他端６２２と同じ位置に存在するようにしてもよい。また、取り囲み部３４は、薄板状の二本の熱電対素線３１１、３１２に限らず、薄板状ではない二本の熱電対素線によって探針１０を取り囲むようにして形成してもよい。

（２）本体部６１（図３）が探針１０を固定して保持するようにしてもよい。具体的には、連結部材６１１（図３）の−Ｙ方向の一端を固定して保持する支持板を本体部６１の内部に設けてもよい。或いは、連結部材６１１（図３）を備えないようにし、圧電素子２１（図３）の−Ｙ方向の一端を固定して保持する支持板を本体部６１の内部に設けてもよい。

（３）図４（Ｂ）に示すように、支持部３５は、側面視において、探針１０の先端よりも＋Ｙ方向側に取り囲み部３４の先端３４８が位置するように、取り囲み部３４の後端３４９のみを支持してもよい。

この場合、探針１０の先端を計測対象物に押し当てて計測対象物の振動の強度を検出するときに、取り囲み部３４の先端３４８にある熱接点３４１を、探針１０の先端よりも先に計測対象物に接触させることができる。これにより、探針１０の先端を計測対象物に押し当てて計測対象物の振動の強度を検出するときに、熱接点３４１の温度が計測対象物の表面温度と同じ温度になっている可能性を高めることができる。その結果、計測対象物の振動の強度及び表面温度の検出を迅速に開始することができる。

（４）計測装置１に探針カバー６２（図３）を備えないようにしてもよい。

（５）制御部５が、振動センサ２により検出された計測対象物の振動の強度及び温度センサ３により検出された計測対象物の表面温度を記憶部１４に記憶するようにしてもよい。これにより、計測装置１を、計測対象物の振動の強度及び表面温度を検出する計測装置として、単体で利用できるようにしてもよい。

１計測装置
１０探針
１１操作部
１２表示部
１３通信部
１４記憶部
２振動センサ
２１圧電素子
２２振動測定回路
３温度センサ
３１熱電対
３１１、３１２熱電対素線
３２温度測定回路
３４取り囲み部
３４１熱接点
３４８取り囲み部の先端
３４９取り囲み部の後端
３５支持部
３５１、３５２熱電対素線
５制御部
６１本体部
６１１連結部材
６１１１隔壁
６１２弾性部材
６１３支持板
６２探針カバー（カバー）
６２１一端
６２２他端
９診断装置
１００計測診断装置
Ｌ１第一距離
Ｌ２第二距離

Claims

計測対象物の状態を検出する計測装置であって、
前記計測対象物の振動の強度を検出するための探針と、
前記計測対象物の表面温度を検出するための熱電対と、
を備え、
前記熱電対は、
前記探針の先端の近傍において前記探針を取り囲むように設けられた取り囲み部と、
側面視において、前記取り囲み部が前記探針の長手方向に対して傾斜するように前記取り囲み部の後端のみを支持する支持部と、
を備え、
前記取り囲み部は、前記側面視における先端に熱接点を備える計測装置。
前記取り囲み部は、薄板状の二本の熱電対素線によって前記探針を取り囲むように形成されている請求項１に記載の計測装置。
前記探針の後端を支持する本体部と、
一端が前記本体部に取り付けられ、且つ、前記熱接点を他端から前記長手方向に突出させた状態で前記熱電対を覆う筒状のカバーと、
を更に備える請求項１又は２に記載の計測装置。