JP2021047138A - 故障診断装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配管の外壁に温度センサやヒータが接着剤で固定されている熱式流量計の故障を診断する。【解決手段】温度制御部１０１は、ヒータ１２１の温度をヒータ１２１の周辺（周囲）の温度より高い温度に制御する。温度変化計測部１０２は、温度制御部１０１がヒータ１２１の温度を制御した状態で、温度制御部１０１がヒータ１２１の温度の制御を開始した第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、温度センサ１２２で測定された温度の変化を計測する。判定部１０３は、温度変化計測部１０２が計測した温度の変化が、設定されている温度基準値より小さい場合に、ヒータ１２１および温度センサ１２２の少なくとも一方の接着状態に異常がある故障の状態と判定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、熱式流量計の故障を診断する故障診断装置および方法に関する。

配管を流れる流体の流量や流速を測定する技術が、工業・医療分野などで幅広く利用されている。流量や流速を測定する装置としては、電磁流量計、渦流量計、コリオリ式流量計、熱式流量計など様々な種類があり、用途に応じて使い分けられている。熱式流量計は、 気体の検出が可能であり、圧力損失が基本的にはなく、質量流量が測定できるなどの利点がある。また、配管をガラスから構成することで、有機溶媒が用いられた液体や、腐食性の液体の流量を測定可能とした熱式流量計も用いられている（特許文献１参照）。このような液体の流量を測定する熱式流量計は、微量な流量の測定に適している。

熱式流量計は、例えば、ヒータの消費電力により流量を測定する。配管の上流から下流に向かって温度センサ、ヒータを順次設け、ヒータの温度と、温度センサで測定されるヒータの熱影響を受けない上流における流体の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるように、ヒータを制御する。この状態で、ヒータの電力を計測してセンサ値とし、このセンサ値より流体の流量を算出する。温度センサおよびヒータは、配管の外壁の他の部位より薄く形成した箇所に、接着剤で接着固定されている。

このように薄い箇所に温度センサを配置することで、配管を流れる流体の温度を好感度に測定できる。また、このように薄い箇所にヒータを配置することで、配管を流れる流体を効率良く短時間で加熱することができる。また、配管と温度センサおよびヒータとの間の熱伝達をよくするために、熱伝導性接着剤が用いられている。

よく知られているように、上述したヒータの消費電力と、流体の流量との間には相関がある。また、この相関関係は、同じ流体／流量／温度において再現性がある。従って、上述したように計測されるヒータの消費電力より、所定の相関係数（定数）を用いることで流量が算出できる。

２０１７−１０１９５５号公報

ところで、上述した熱式流量計では、温度センサやヒータが、配管の外壁に確実に接着固定され、密着していることが重要となる。例えば、接着剤による接着固定が正常にされていないことにより、温度センサやヒータが、配管の外壁に密着せず、部分的に隙間が発生すると、効率のよい流体の加熱ができず、また、流体の温度を正確に測定することができず、正確な流量計測ができない。このため、上述した熱式流量計の製造においては、温度センサやヒータが、接着剤により配管の外壁に確実に接着固定されていることを検査することが重要となる。

しかしながら、接着剤は、配管の外壁と温度センサやヒータとの間に配置されているため、接着剤の状態は、外観では検査することが容易ではない。このように、配管の外壁に温度センサやヒータが接着剤で固定されている熱式流量計の故障の診断は容易ではない等問題がある。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、配管の外壁に温度センサやヒータが接着剤で固定されている熱式流量計の故障が診断できるようにすることを目的とする。

本発明に係る故障診断装置は、測定対象の流体を輸送する配管の外壁に、接着剤で接着固定され、流体を加熱するヒータと、ヒータより上流側の配管の外壁に、接着剤で接着固定され、流体の温度を測定する温度センサと、ヒータの温度とヒータの熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定されている設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータに加熱された流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値を出力するように構成されたセンサ回路とを備える熱式流量計の故障を診断する故障診断装置において、ヒータの温度をヒータの周辺の温度より高い温度に制御するように構成された温度制御部と、温度制御部がヒータの温度の制御を開始した第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、温度センサで測定された温度の変化を計測するように構成された温度変化計測部と、温度変化計測部が計測した温度の変化が、設定されている温度基準値より小さい場合に、ヒータおよび温度センサの少なくとも一方の接着状態に異常がある故障の状態と判定するように構成された判定部とを備える。

上記故障診断装置の一構成例において、温度制御部がヒータの温度の制御を開始した第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、ヒータの電力の変化を計測するように構成された電力変化計測部と、電力変化計測部が計測した電力の変化が、設定されている電力基準値より小さい場合に、ヒータの接着状態に異常がある故障の状態と判定するように構成されたヒータ異常判定部とをさらに備える。

上記故障診断装置の一構成例において、接着剤は、熱伝導性接着剤である。

上記故障診断装置の一構成例において、熱式流量計は、流体の流量をセンサ値から算出するように構成された流量算出部をさらに備える。

上記故障診断装置の一構成例において、温度センサは、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受けない位置の流体の温度を測定し、センサ回路は、ヒータの温度と温度センサが測定した流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータの電力をセンサ値として出力する。

上記故障診断装置の一構成例において、温度センサは、第１温度センサ、第２温度センサ、第３温度センサから構成され、第１温度センサは、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受けない位置の流体の温度を測定し、第２温度センサは、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受ける位置の流体の温度を測定し、第３温度センサは、ヒータより下流側でヒータの熱影響を受ける位置の流体の温度を測定し、センサ回路は、ヒータの温度と、第１温度センサが測定した流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、第２温度センサが測定した流体の温度と第３温度センサが測定した流体の温度との温度差をセンサ値として出力する。

本発明に係る故障診断方法は、測定対象の流体を輸送する配管の外壁に、接着剤で接着固定され、流体を加熱するヒータと、ヒータより上流側の配管の外壁に、接着剤で接着固定され、流体の温度を測定する温度センサと、ヒータの温度とヒータの熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定されている設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータに加熱された流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値を出力するように構成されたセンサ回路とを備える熱式流量計の故障診断方法であって、ヒータの温度をヒータの周辺の温度より高い温度に制御する第１ステップと、第１ステップでヒータの温度が制御された状態で、ヒータの温度の制御が開始された第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、温度センサで測定された温度の変化を計測する第２ステップと、第２ステップで計測された温度の変化が、設定されている温度基準値より小さい場合に、ヒータおよび温度センサの少なくとも一方の接着状態に異常がある故障の状態と判定する第３ステップとを備える。

上記故障診断方法の一構成例において、第１ステップ、および第２ステップは、温度変化がない環境で実施する。

上記故障診断方法の一構成例において、熱式流量計を恒温槽に配置する第４ステップをさらに備え、第４ステップに続いて、第１ステップおよび第２ステップを実施する。

上記故障診断方法の一構成例において、温度制御部がヒータの温度の制御を開始した第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、ヒータの電力の変化を計測する第５ステップと、第５ステップで計測された電力の変化が、設定されている電力基準値より小さい場合に、ヒータの接着状態に異常がある故障の状態と判定する第６ステップとをさらに備える。

上記故障診断方法の一構成例において、ヒータおよび温度センサの両方の接着状態に異常がない状態で、ヒータの温度をヒータの周辺の温度より高い温度に制御する第７ステップと、第７ステップでヒータの温度が制御された状態で、ヒータの温度の制御が開始された第３時点から、設定されている時間経過した第４時点までに、温度センサで測定された温度の変化、またはヒータの電力の変化を計測し、計測した値を温度基準値または電力基準値とする第８ステップとをさらに備える。

上記故障診断方法の一構成例において、接着剤は、熱伝導性接着剤である。

上記故障診断方法の一構成例において、温度センサは、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受けない位置の流体の温度を測定し、センサ回路は、ヒータの温度と温度センサが測定した流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、ヒータの電力をセンサ値として出力する。

上記故障診断方法の一構成例において、温度センサは、第１温度センサ、第２温度センサ、第３温度センサから構成され、第１温度センサは、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受けない位置の流体の温度を測定し、第２温度センサは、ヒータより上流側でヒータの熱影響を受ける位置の流体の温度を測定し、第３温度センサは、ヒータより下流側でヒータの熱影響を受ける位置の流体の温度を測定し、センサ回路は、ヒータの温度と、第１温度センサが測定した流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータを駆動しているときの、第２温度センサが測定した流体の温度と第３温度センサが測定した流体の温度との温度差をセンサ値として出力する。

以上説明したように、本発明によれば、ヒータの温度の制御を開始した第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、温度センサで測定された温度の変化を計測するので、配管の外壁に温度センサやヒータが接着剤で固定されている熱式流量計の故障が診断できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る故障診断装置１００の構成を示す構成図である。 図２は、熱式流量計１２０の構成を示す構成図である。 図３は、他の熱式流量計１２０の構成を示す構成図である。 図４は、温度変化計測部１０３により計測される温度の変化について示す特性図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係る故障診断方法を説明するためのフローチャートである。 図６は、本発明の実施の形態２に係る故障診断装置２００の構成を示す構成図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る故障診断方法を説明するためのフローチャートである。 図８は、実施の形態に係る故障診断装置のハードウエア構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態に係る故障診断装置１００について図１を参照して説明する。故障診断装置１００は、温度制御部１０１、温度変化計測部１０２、判定部１０３を備え、熱式流量計１２０の故障を診断する。

ここで、熱式流量計１２０は、ヒータ１２１、温度センサ１２２、センサ回路１２３を備える。ヒータ１２１は、測定対象の流体を輸送する配管１５１の外壁に、接着剤で接着固定され、流体を加熱する。

例えば、ヒータ１２１は、配管１５１の外壁に形成されて一部が部分的にへこむ形状とされて他の部位より薄く形成された座ぐり部１５１ａに、接着剤で接着固定されている。温度センサ１２２は、ヒータ１２１より上流側の配管１５１の外壁に、接着剤で接着固定され、流体の温度を測定する。温度センサ１２２は、配管１５１の外壁に形成されて一部が部分的にへこむ形状とされて他の部位より薄く形成された座ぐり部１５１ｂに、接着剤で接着固定されている。配管１５１は、例えば、ガラス、サファイアなどから構成することができる。座ぐり部を設けることで、ヒータや温度センサと流体との間の熱伝導をより向上させることができる。なお、配管１５１の管壁が十分に薄い場合、座ぐり部を設ける必要はない。

接着剤は、例えば、伝導性フィラーとバインダー樹脂との混合物であるペーストから構成された熱伝導性接着剤を用いることができる。伝導性フィラーには、例えば、銀、銅、金、鉄、ニッケル、およびアルミニウムなどの金属微粉末やカーボンブラックを用いることができる。また、バインダー樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂およびイミド樹脂などの樹脂とすることができる。

センサ回路１２３は、ヒータ１２１の温度とヒータ１２１の熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定されている設定温度差となるようにヒータ１２１を駆動しているときの、ヒータ１２１に加熱された流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値を出力する。

図２に示す例では、温度センサ１２２は、ヒータ１２１より上流側でヒータ１２１の熱影響を受けない位置の流体の温度を測定し、センサ回路１２３は、ヒータ１２１の温度と温度センサ１２２が測定した流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータ１２１を駆動しているときの、ヒータ１２１の電力をセンサ値として出力する。センサ回路１２３は、制御部１２４、電力計測部１２５を備える。

制御部１２４は、ヒータ１２１の温度と、温度センサ１２２で測定されるヒータ１２１の熱影響を受けない位置、例えばヒータ１２１より上流における流体の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるように、ヒータ１２１を制御して駆動する。電力計測部１２５は、制御部１２４により制御されているヒータ１２１の電力を計測して出力する。センサ回路１２３を構成する電力計測部１２５から出力される電力がセンサ値となる。

また、熱式流量計１２０は、流量算出部１２６を備える。流量算出部１２６は、電力計測部１２５が計測して出力したヒータ１２１の電力（センサ値）より、流体の流量を算出する。よく知られているように、ヒータ１２１の温度とヒータ１２１の熱影響を受けない位置における流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータ１２１を駆動しているときの、ヒータ１２１が消費している電力と、流体の流量との間には相関がある。また、この相関関係は、同じ流体／流量／温度において再現性がある。従って、上述したように、ヒータ１２１が制御部１２４に制御されている状態で、電力計測部１２５が計測した電力より、流量算出部１２６において、所定の相関係数（定数）を用いることで流量が算出できる。

また、熱式流量計１２０は、図３に示す構成とすることもできる。図３に示す例では、温度センサは、温度センサ（第１温度センサ）１２２、温度センサ（第２温度センサ）１２７、温度センサ（第３温度センサ）１２８から構成される。この例では、温度センサ１２７は、配管１５１の外壁に形成されて一部が部分的にへこむ形状とされて他の部位より薄く形成された座ぐり部１５１ｃに、接着剤で接着固定されている。また、温度センサ１２８は、配管１５１の外壁に形成されて一部が部分的にへこむ形状とされて他の部位より薄く形成された座ぐり部１５１ｄに、接着剤で接着固定されている。

温度センサ１２２は、ヒータ１２１より上流側でヒータ１２１の熱影響を受けない位置の流体の温度を測定する。温度センサ１２７は、ヒータ１２１より上流側でヒータ１２１の熱影響を受ける位置の流体の温度を測定する。温度センサ１２８は、ヒータ１２１より下流側でヒータ１２１の熱影響を受ける位置の流体の温度を測定する。

センサ回路１２３’は、ヒータ１２１の温度と、温度センサ１２２が測定した流体の温度との差が設定温度差となるようにヒータ１２１を駆動しているときの、温度センサ１２７が測定した流体の温度と温度センサ１２８が測定した流体の温度との温度差をセンサ値として出力する。センサ回路１２３’は、制御部１２４’を備える。制御部１２４’は、ヒータ１２１の温度と、温度センサ１２２で測定されるヒータ１２１の熱影響を受けない位置、例えばヒータ１２１より上流における流体の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるように、ヒータ１２１を制御して駆動する。

また、この例では、流量算出部１２６’を備える。流量算出部１２６’は、上述した温度センサ１２７が測定した流体の温度と温度センサ１２８が測定した流体の温度との温度差より、流体の流量を算出する。

よく知られているように、ヒータ１２１の温度とヒータ１２１の熱影響を受けない位置における流体の温度との差が、予め設定されている設定温度差となるようにヒータ１２１を駆動しているときの、ヒータ１２１より上流の流体の温度とヒータ１２１より下流の流体の温度との温度差と、流体の流量との間には相関がある。また、この相関関係は、同じ流体／流量／温度において再現性がある。従って、上述したように、ヒータ１２１が制御部１１３に制御されている状態で、温度測定部１２７が測定した温度と温度測定部１２８が測定した温度との差（温度差）より、所定の相関係数（定数）を用いることで流量が算出できる。

温度制御部１０１は、ヒータ１２１の温度をヒータ１２１の周辺（周囲）の温度より高い温度に制御する。温度変化計測部１０２は、温度制御部１０１がヒータ１２１の温度を制御した状態で、温度制御部１０１がヒータ１２１の温度の制御を開始した第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、温度センサ１２２で測定された温度の変化を計測する。

判定部１０３は、温度変化計測部１０２が計測した温度の変化が、設定されている温度基準値より小さい場合に、ヒータ１２１および温度センサ１２２の少なくとも一方の接着状態に異常がある故障の状態と判定する。

ヒータ１２１による加熱が開始されると、この熱はヒータ１２１から、接着剤の層を介して配管１５１へ伝達する。配管１５１で伝達した熱は、配管１５１から流体へ伝達するが、一部は、配管１５１を介して、温度センサ１２２の箇所に到達する。この熱は、接着剤の層を介して温度センサ１２２に伝達する。この熱伝達により、温度センサ１２２の測定結果に変化が生じる。

ヒータ１２１の接着剤、または、温度センサ１２２の接着剤、または、これらの両方に剥離などの欠陥が生じると、ヒータ１２１と配管１５１の外壁との間、温度センサ１２２と配管１５１の外壁との間のいずれかに、隙間が形成されることになる。この隙間における熱伝導率は、接着剤の熱伝導率よりも小さい。このため、隙間が形成されている状態では、上述したヒータ１２１から温度センサ１２２への熱伝達が小さくなるものと考えられる。

上述した熱伝達の変化が、温度変化計測部１０２により計測される温度の変化に現れる。上述したように、熱伝達が小さくなれば、温度変化計測部１０２により計測される温度の変化が小さくなる。これらの差は、各々の変化の測定が、恒温槽の中など温度変化がない環境で実施されている場合、より顕著に表れることになる。例えば、図３に示すように、実線で示す異常の無い場合に温度変化計測部１０２により計測される温度の変化ΔＴ０に対し、点線で示す異常のある場合に温度変化計測部１０２により計測される温度の変化ΔＴ１は、小さくなる。ΔＴ０を温度基準値とし、ΔＴ１を温度基準値ΔＴ０と比較することで判定すれば、接着剤の欠陥などによる故障の診断が可能となる。

ここで、上述した温度基準値は、接着剤に異常が発生していないもの確認された状態で実施した、温度制御部１０１および温度変化計測部１０２による温度変化の計測値を用いることができる。

次に、本発明の実施の形態に係る故障診断装置の動作（故障診断方法）について、図２を参照して説明する。

まず、ステップＳ１０１で、測定対象の熱式流量計１２０を恒温槽に搬入して恒温槽の中に配置する（第４ステップ）。次に、ステップＳ１０２で、温度制御部１０１が、ヒータ１２１の温度をヒータ１２１の周辺の温度より高い温度に制御する（第１ステップ）。

上述したように、ヒータ１２１の温度が制御されると、ステップＳ１０３で、温度変化計測部１０２が、温度制御部１０１によりヒータ１２１の温度の制御が開始された第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、温度センサ１２２で測定された温度の変化を計測する（第２ステップ）。

次に、ステップＳ１０４で、判定部１０３が、第３ステップで計測された温度の変化が、設定されている温度基準値より小さいか否かを判定する（第３ステップ）。計測された温度の変化が、設定されている温度基準値より小さい場合（ステップＳ１０４のｙｅｓ）、ステップＳ１０５で、判定部１０３は、ヒータ１２１および温度センサ１２２の少なくとも一方の接着状態に異常がある故障の状態と判定する。また、判定部１０３は、故障を判定すると、この旨を、例えば、図示しない表示部に表示することでユーザに通知する。一方、計測された温度の変化が、設定されている温度基準値より大きい場合（ステップＳ１０４のｎｏ）、診断動作を終了する。

ここで、上述した温度基準値は、次に示すことにより予め求めておくことができる。まず、ヒータおよび温度センサの両方の接着状態に異常がないことが確認されている状態で、温度制御部１０１により、ヒータ１２１の温度をヒータ１２１の周辺の温度より高い温度に制御する（第７ステップ）。これは、検査時の測定環境と同じ環境として実施する。恒温槽の中など温度変化がない環境で実施する。このように、ヒータ１２１の温度を制御している状態で、ヒータ１２１の温度の制御が開始された第３時点から、設定されている時間経過した第４時点までに、温度センサ１２２で測定された温度の変化を計測し、計測した値を温度基準値とする（第８ステップ）。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る故障診断装置２００について図６を参照して説明する。故障診断装置２００は、温度制御部１０１、温度変化計測部１０２、判定部１０３、電力変化計測部２０２、ヒータ異常判定部２０３を備え、熱式流量計１２０の故障を診断する。温度制御部１０１、温度変化計測部１０２、判定部１０３、熱式流量計１２０は、前述した実施の形態１と同様であり、以下では説明を省略する。

電力変化計測部２０２は、温度制御部１０１がヒータ１２１の温度の制御を開始した第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、ヒータ１２１の電力（消費電力）の変化を計測する。例えば、図２を用いて例示した熱式流量計１２０において、電力計測部１２５で計測されて出力されたヒータ１２１の電力の変化が、電力変化計測部２０２で計測される。

ヒータ異常判定部２０３は、電力変化計測部２０２が計測した電力の変化が、設定されている電力基準値より小さい場合に、ヒータ１２１の接着状態に異常がある故障の状態と判定する。実施の形態２の故障診断装置２００は、温度変化計測部１０２および判定部１０３により、ヒータ１２１および温度センサ１２２の少なくとも一方の接着状態に異常がある故障の状態と判定されると、電力変化計測部２０２、ヒータ異常判定部２０３によるヒータ１２１の接着状態の異常判定により、発生している異常が、ヒータ１２１および温度センサ１２２の両方か、それともいずれか一方かを判定する。

ヒータ１２１による加熱が開始されると、この熱はヒータ１２１から、接着剤の層を介して配管１５１へ伝達する。配管１５１で伝達した熱は、配管１５１から流体へ伝達するが、一部は、配管１５１を介して、温度センサ１２２の箇所に到達する。この熱は、接着剤の層を介して温度センサ１２２に伝達する。この熱伝達の変化により、ヒータ１２１の消費電力に変化が生じる。

ヒータ１２１の接着剤に剥離などの欠陥が生じると、ヒータ１２１と配管１５１の外壁との間に、隙間が形成されることになる。間隙が存在すると、ヒータ１２１で発生した熱が配管１５１の方向へ伝わりにくくなり、ヒータ１２１が容易に昇温する状態となり、ヒータ１２１の消費電力が、隙間がない場合に比較して小さくなる。ここで、ヒータ１２１の接着剤には欠陥がなく、温度センサ１２２の接着剤には欠陥が生じている場合、上述したヒータ１２１の消費電力の変化は生じない。従って、ヒータ１２１の消費電力の変化を判定することで、ヒータ１２１の接着剤における異常と、温度センサ１２２の接着剤における異常とを切り分けることができる。

上述したヒータ１２１の動作状態の変化は、電力変化計測部２０２により計測される電力の変化に現れる。上述したように、隙間の存在により消音しやすい状態では、電力変化計測部２０２により計測される電力の変化が、電力基準値より小さくなる。例えば、異常の無い場合に電力変化計測部２０２により計測される電力の変化ΔＴ０に対し、異常のある場合に電力変化計測部２０２により計測される電力の変化ΔＴ１は、小さくなる。ΔＴ０を電力基準値とし、ΔＴ１を電力基準値ΔＴ０と比較することで判定すれば、ヒータ１２１の接着剤の欠陥などによる故障の診断が可能となる。

ここで、上述した電力基準値は、ヒータ１２１の接着剤に異常が発生していないものと判断できる故障診断装置２００の製造直後に実施した、上述した温度制御部１０１、および電力変化計測部２０２による電力変化の計測値を用いることができる。

次に、本発明の実施の形態２に係る故障診断装置の動作（故障診断方法）について、図７を参照して説明する。ここで、以下に示す動作（故障診断方法）は、前述した実施の形態１における故障診断を実施した後に実施することができる。

まず、ステップＳ１０１で、測定対象の熱式流量計１２０を恒温槽に搬入して恒温槽の中に配置する（第４ステップ）。次に、ステップＳ１０２で、温度制御部１０１が、ヒータ１２１の温度をヒータ１２１の周辺の温度より高い温度に制御する（第１ステップ）。

上述したように、ヒータ１２１の温度が制御されると、ステップＳ２０３で、電力変化計測部２０２が、温度制御部１０１によりヒータ１２１の温度の制御が開始された第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、電力計測部１２５で計測されたヒータ１２１の電力の変化を計測する（第５ステップ）。

次に、ステップＳ２０４で、ヒータ異常判定部２０３が、第３ステップで計測された電力の変化が、設定されている電力基準値より小さいか否かを判定する（第６ステップ）。計測された電力の変化が、設定されている電力基準値より小さい場合（ステップＳ２０４のｙｅｓ）、ステップＳ２０５で、ヒータ異常判定部２０３は、ヒータ１２１および温度センサ１２２の少なくとも一方の接着状態に異常がある故障の状態と判定する。また、ヒータ異常判定部２０３は、故障を判定すると、この旨を、例えば、図示しない表示部に表示することでユーザに通知する。一方、計測された電力の変化が、設定されている電力基準値より大きい場合（ステップＳ２０４のｎｏ）、診断動作を終了する。

ここで、上述した電力基準値は、次に示すことにより予め求めておくことができる。まず、ヒータおよび温度センサの両方の接着状態に異常がないことが確認されている状態で温度制御部１０１により、ヒータ１２１の温度をヒータ１２１の周辺の温度より高い温度に制御する（第７ステップ）。これは、検査時の測定環境と同じ環境として実施する。恒温槽の中など温度変化がない環境で実施する。このように、ヒータ１２１の温度を制御している状態で、ヒータ１２１の温度の制御が開始された第３時点から、設定されている時間経過した第４時点までに、電力計測部１２５で計測されたヒータ１２１の電力の変化を計測し、計測した値を電力基準値とする（第８ステップ）。

なお、上述した実施の形態に係る故障診断装置は、図５に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）３０１と主記憶装置３０２と外部記憶装置３０３とネットワーク接続装置３０４となどを備えたコンピュータ機器とし、主記憶装置３０２に展開されたプログラムによりＣＰＵ３０１が動作する（プログラムを実行する）ことで、上述した各機能（故障診断方法）が実現されるようにすることもできる。上記プログラムは、上述した実施の形態で示した故障診断方法をコンピュータが実行するためのプログラムである。ネットワーク接続装置３０４は、ネットワーク３０５に接続する。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させることもできる。

また、上述した実施の形態における故障診断装置は、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などのプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）により構成することも可能である。例えば、ＦＰＧＡのロジックエレメントに、記憶部、温度制御部、温度変化計測部、判定部（電力変化計測部、ヒータ異常判定部）の各々を回路として備えることで、故障診断装置として機能させることができる。記憶回路、温度制御回路、温度計測回路、判定回路（電力変化計測回路、ヒータ異常判定回路）の各々は、所定の書き込み装置を接続してＦＰＧＡに書き込むことができる。また、ＦＰＧＡに書き込まれた上記の各回路は、ＦＰＧＡに接続した書き込み装置により確認することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、ヒータの温度の制御を開始した第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、温度センサで測定された温度の変化を計測するので、配管の外壁に温度センサやヒータが接着剤で固定されている熱式流量計の故障が診断できる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１００…故障診断装置、１０１…温度制御部、１０２…温度変化計測部、１０３…判定部、１２０…熱式流量計、１２１…ヒータ、１２２…温度センサ、１２３…センサ回路、１２４…制御部、１２５…電力計測部、１２６…流量算出部、１５１…配管、１５１ａ，１５１ｂ…座ぐり部。

Claims (14)

1. 測定対象の流体を輸送する配管の外壁に、接着剤で接着固定され、前記流体を加熱するヒータと、
   前記ヒータより上流側の前記配管の外壁に、接着剤で接着固定され、前記流体の温度を測定する温度センサと、
   前記ヒータの温度と前記ヒータの熱影響を受けない位置における前記流体の温度との差が設定されている設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記ヒータに加熱された前記流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値を出力するように構成されたセンサ回路と
   を備える熱式流量計の故障を診断する故障診断装置において、
   前記ヒータの温度を前記ヒータの周辺の温度より高い温度に制御するように構成された温度制御部と、
   前記温度制御部が前記ヒータの温度の制御を開始した第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、前記温度センサで測定された温度の変化を計測するように構成された温度変化計測部と、
   前記温度変化計測部が計測した温度の変化が、設定されている温度基準値より小さい場合に、前記ヒータおよび前記温度センサの少なくとも一方の接着状態に異常がある故障の状態と判定するように構成された判定部と
   を備える故障診断装置。
2. 請求項１記載の故障診断装置において、
   前記温度制御部が前記ヒータの温度の制御を開始した第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、前記ヒータの電力の変化を計測するように構成された電力変化計測部と、
   前記電力変化計測部が計測した電力の変化が、設定されている電力基準値より小さい場合に、前記ヒータの接着状態に異常がある故障の状態と判定するように構成されたヒータ異常判定部と
   をさらに備えることを特徴とする故障診断装置。
3. 請求項１または２記載の故障診断装置において、
   前記接着剤は、熱伝導性接着剤であることを特徴とする故障診断装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の故障診断装置において、
   前記熱式流量計は、前記流体の流量を前記センサ値から算出するように構成された流量算出部をさらに備えることを特徴とする故障診断装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の故障診断装置において、
   前記温度センサは、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受けない位置の前記流体の温度を測定し、
   前記センサ回路は、前記ヒータの温度と前記温度センサが測定した前記流体の温度との差が前記設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記ヒータの電力を前記センサ値として出力する
   ことを特徴とする故障診断装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の故障診断装置において、
   前記温度センサは、第１温度センサ、第２温度センサ、第３温度センサから構成され、
   前記第１温度センサは、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受けない位置の前記流体の温度を測定し、
   前記第２温度センサは、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受ける位置の前記流体の温度を測定し、
   前記第３温度センサは、前記ヒータより下流側で前記ヒータの熱影響を受ける位置の前記流体の温度を測定し、
   前記センサ回路は、前記ヒータの温度と、前記第１温度センサが測定した前記流体の温度との差が前記設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記第２温度センサが測定した前記流体の温度と前記第３温度センサが測定した前記流体の温度との温度差を前記センサ値として出力する
   ことを特徴とする故障診断装置。
7. 測定対象の流体を輸送する配管の外壁に、接着剤で接着固定され、前記流体を加熱するヒータと、
   前記ヒータより上流側の前記配管の外壁に、接着剤で接着固定され、前記流体の温度を測定する温度センサと、
   前記ヒータの温度と前記ヒータの熱影響を受けない位置における前記流体の温度との差が設定されている設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記ヒータに加熱された前記流体における熱拡散の状態に対応するセンサ値を出力するように構成されたセンサ回路と
   を備える熱式流量計の故障診断方法であって、
   前記ヒータの温度を前記ヒータの周辺の温度より高い温度に制御する第１ステップと、
   前記第１ステップで前記ヒータの温度が制御された状態で、前記ヒータの温度の制御が開始された第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、前記温度センサで測定された温度の変化を計測する第２ステップと、
   前記第２ステップで計測された温度の変化が、設定されている温度基準値より小さい場合に、前記ヒータおよび前記温度センサの少なくとも一方の接着状態に異常がある故障の状態と判定する第３ステップと
   を備える故障診断方法。
8. 請求項７記載の故障診断方法において、
   前記第１ステップ、および前記第２ステップは、温度変化がない環境で実施することを特徴とする故障診断方法。
9. 請求項７または８記載の故障診断方法において、
   前記熱式流量計を恒温槽に配置する第４ステップをさらに備え、
   前記第４ステップに続いて、前記第１ステップおよび前記第２ステップを実施する
   ことを特徴とする故障診断方法。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に記載の故障診断方法において、
    前記温度制御部が前記ヒータの温度の制御を開始した第１時点から、設定されている時間経過した第２時点までに、前記ヒータの電力の変化を計測する第５ステップと、
    前記第５ステップで計測された電力の変化が、設定されている電力基準値より小さい場合に、前記ヒータの接着状態に異常がある故障の状態と判定する第６ステップと
    をさらに備えることを特徴とする故障診断方法。
11. 請求項７〜１０のいずれか１項に記載の故障診断方法において、
    前記ヒータおよび前記温度センサの両方の接着状態に異常がない状態で、前記ヒータの温度を前記ヒータの周辺の温度より高い温度に制御する第７ステップと、
    前記第７ステップで前記ヒータの温度が制御された状態で、前記ヒータの温度の制御が開始された第３時点から、設定されている時間経過した第４時点までに、前記温度センサで測定された温度の変化、または前記ヒータの電力の変化を計測し、計測した値を前記温度基準値または電力基準値とする第８ステップと
    をさらに備えることを特徴とする故障診断方法。
12. 請求項７〜１１のいずれか１項に記載の故障診断方法において、
    前記接着剤は、熱伝導性接着剤であることを特徴とする故障診断方法。
13. 請求項７〜１２のいずれか１項に記載の故障診断方法において、
    前記温度センサは、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受けない位置の前記流体の温度を測定し、
    前記センサ回路は、前記ヒータの温度と前記温度センサが測定した前記流体の温度との差が前記設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記ヒータの電力を前記センサ値として出力する
    ことを特徴とする故障診断方法。
14. 請求項７〜１２のいずれか１項に記載の故障診断方法において、
    前記温度センサは、第１温度センサ、第２温度センサ、第３温度センサから構成され、
    前記第１温度センサは、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受けない位置の前記流体の温度を測定し、
    前記第２温度センサは、前記ヒータより上流側で前記ヒータの熱影響を受ける位置の前記流体の温度を測定し、
    前記第３温度センサは、前記ヒータより下流側で前記ヒータの熱影響を受ける位置の前記流体の温度を測定し、
    前記センサ回路は、前記ヒータの温度と、前記第１温度センサが測定した前記流体の温度との差が前記設定温度差となるように前記ヒータを駆動しているときの、前記第２温度センサが測定した前記流体の温度と前記第３温度センサが測定した前記流体の温度との温度差を前記センサ値として出力する
    ことを特徴とする故障診断方法。

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