JP3182807B2 - 多機能流体計測伝送装置及びそれを用いた流体量計測制御システム - Google Patents

多機能流体計測伝送装置及びそれを用いた流体量計測制御システム

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Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は化学プラント等で流量,
圧力,液面を検出する計測器として多用されている差圧
伝送器の機能とループコントローラ等の制御機能を併せ
持つ新たな多機能流体計測伝送装置及びプラント流体計
測制御伝送システムに関する。

【0002】

【従来の技術】従来の差圧伝送器はセンサの保護のた
め、大型で重く作られ被測定流体の配管に直接設置でき
ず、また信頼性が低かったため定期点検し易いように着
脱自在とし、配管容器から離して専用のポストに別に取
付けられていた。このため高圧導圧管とバルブが必要と
なり、さらにガス,ドレイン抜きが必要でコスト高の要
因となっていた。

【0003】一方、流量を検出するには被測定流体の温
度Tと静圧Psを検知する必要があるため、同一のパイ
プライン中に温度伝送器と圧力伝送器を併設して測定
し、上位の制御装置に伝送しここで演算することにより
流量を計測していた。すなわち圧力,差圧,温度を検知
する3台の伝送器をを用いて質量流量の演算,計測を行
っていた。

【0004】

【発明が解決しようとする課題】最近製品化されたイン
テリジェント差圧伝送器もこの慣用に従って使用されて
いるため、差圧と静圧、及び温度センサが一つの基板上
に構成された複合センサを備えていても、導圧管部で冷
されるので被測定流体の温度を測定できず、温度センサ
は差圧伝送器の特性補正のために用いられているのが現
状である。

【0005】そこで、流量を検出するには上記のように
同一のパイプライン中に温度伝送器と圧力伝送器を併設
して測定し、被測定流体の温度Tと静圧Psを検知し上
位の制御装置に伝送して演算することにより流量を計測
していた。このため特に変化の早い質量流量の計測制御
が難しい、また3台の伝送器を必要とするため費用が掛
るという問題があった。

【0006】また、従来の差圧伝送器は大型で重かった
ため被測定流体の配管に直接設置できず、また信頼性が
低く定期点検が必要なため着脱容易なように配管容器か
ら離して専用のポストに別取付けされていた。このため
高圧導圧管とバルブが必要となり、さらにガス,ドレイ
ン抜きが必要でコスト高の要因となっていた。

【0007】本発明の目的は、1台の装置で差圧,圧力
に加えて被測定流体の温度,質量流量,容器流体の液
面,質量を計測できる多機能流体計測装置を提供するに
ある。すなわち、従来の差圧,圧力,温度伝送器の3台
の機能を備えた多機能流体計測装置を提供することであ
る。

【0008】本発明の他の目的は、経済的で信頼性が高
く保守の不要な配管,容器直載型の多機能流体計測装置
を提供することにある。

【0009】他の目的は前記3つの計測機能を備えた多
機能流体計測装置に加え、ループコントローラなど上位
の制御装置の機能を併せ持ち、計測値と目標値との偏差
演算に基づいてアクチュエータを制御する多機能流体計
測装置を提供するにある。

【0010】本発明の他の目的は、上記制御機能を持つ
多機能流体計測装置を用いた流体プラントの温度,圧
力,質量流量,液面,質量を流体計測制御伝送するシス
テムを提供するにある。

【0011】本発明の他の目的は、上記制御機能を持つ
多機能流体計測装置を用いて応答性の良い経済性の高い
流体プラントの制御管理システムを提供するにある。

【0012】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、配管,容器直載型受圧部構造を取ることによって、
これに設けた複合センサから差圧,圧力に加えて被測定
流体の温度を検知でき、さらに予め記憶手段であるメモ
リに用意した被測定流体の特性マップから管内質量流
量,容器内流体の液面,質量を演算し計測する。

【0013】さらに、他の目的を達成するため従来の伝
送器に用いられていた部品を半導体IC化の技術を用い
て部品数低減と小型化,軽量化することにより経済性と
信頼性を同時に高め、併せてディジタル通信を用いた遠
隔設定,診断,校正による保守の不要化と信頼度の向上
を達成する。

【0014】上記他の目的を達成するために、流体量の
計測値を受発信伝送する双方向通信回路を伝送器に設
け、上位の制御装置または可搬通信器の指令により設
定,記憶された目標値と現在の計測値との偏差を演算,
記憶手段を用いて求め、所定のアルゴリズムに従ってア
クチュエータへ直接制御量を伝送することにより、圧
力,質量,液面,流量,温度の流体量制御を行う。

【0015】また、ディジタル通信により上位の制御装
置または可搬通信器によって、上記流体量の計測制御の
計測値や計測条件,制御状態及び機器の自己診断結果を
遠隔から監視を行う。また流体量計測制御装置にこれら
のデータや結果を表示する手段を設けているのでフィー
ルドでも機器とシステムの状態を監視することができ
る。

【0016】上記他の目的を達成するために、上記流体
量計測装置の演算,記憶手段内に上位の制御装置または
可搬通信器による目標値の設定変更の優先指令が来るま
では、既設定目標値に対応しフィールド内で流体量制御
を行うアルゴリズムを記憶しておき、これに従ってアク
チュエータへ直接制御量を伝送しその結果である流体量
を再び計測する。上位の制御装置とのやり取りを不要と
しその分だけ通信にかかる時間を少なくしフィールド内
で閉じた応答が早い制御システムを提供する。

【0017】

【作用】多機能流体計測装置を被測定流体に直接接する
ように、管路または容器に受圧部を直接形成することに
より、受圧部内部に形成した静圧,差圧,温度センサの
信号から被測定流体の静圧,差圧に加えて温度を検知で
きる。

【0018】多機能流体計測装置に設けた双方向通信回
路により、上位の制御装置または可搬通信器と相互にデ
ィジタル通信できるようにすることにより、上位の制御
装置または可搬通信器の指令で設定,記憶された目標値
と現在の計測値との偏差を演算,記憶手段を用いて求
め、所定のアルゴリズムに従ってアクチュエータへ直接
制御量を伝送することにより、圧力,流量,温度の流体
量制御を行う。

【0019】また、同様に上位の制御装置または可搬通
信器によって、上記流体量の計測制御の計測値や計測条
件,制御状態及び機器の自己診断結果を遠隔から監視が
できるまた流体量計測装置にこれらのデータや結果を
表示する手段を設けることにより、フィールドでも装置
とシステムの状態を監視できるようにすることにより装
置及びシステムの信頼性が向上できる。

【0020】上記流体量計測装置の演算,記憶手段内に
上位の制御装置または可搬通信器による目標値の設定変
更の優先指令が来るまでは、既設定目標値に対応しフィ
ールド内で閉じた流体量制御を行うアルゴリズムを記憶
させておき、これに従ってアクチュエータへ直接制御量
を伝送しその結果である流体量を再び計測する。上位の
制御装置とのやり取りが不要となりその分だけ通信にか
かる時間が少なくなるのでフィールド内で閉じた応答の
早い制御システムを提供することができる。

【0021】

【実施例】以下、本発明を実施するための装置の実施例
を図1から図13を用いて説明する。

【0022】一般に、加圧ポンプによって圧送された液
体がパイプライン中に設けられたオリフィスを通過する
ときに生じる圧力差ΔPを測定して、次式により流量を
検出することが行われている。

【0023】

【数1】

【0024】

【数2】

【0025】ここで、Qは体積流量、Cは流出係数、β
は絞りの径と管路の径との比、εは気体の膨張係数、ρ
1 密度(上流側)の補正係数(気体の場合には温度,圧
力に比例)、Frは絞り穴の面積である。差圧センサ出
力は、静圧Psや温度Tが大きく変動するとその影響を
受けるため、流量を測定する場合にもパイプラインに加
わる静圧Psや、周囲の温度変化は外乱となり、この影
響を極力取り除く必要がある。すなわち伝送器の特性を
補正するため、差圧と静圧、及び温度センサが一つの基
板上に構成された複合センサを用いたインテリジェント
差圧伝送器が用いられている。

【0026】図1は、本発明の化学プラント等の流体量
計測制御システムの一例である。図2は前記図1の変形
例である。図3は計測制御のアルゴリズムを示すフロー
チャートである。本発明の流体計測伝送装置300は図
4以下に後述するようにパイプラインや容器に直接設置
し、被測定流体の量を計測制御するものである。

【0027】以下、流量を計測制御する場合を例として
説明する。図1に示したシステムは、パイプライン55
0の途中に設けたオリフイスなどの差圧発生器560の
両端に発生する差圧ΔP,静圧Ps,温度Tを計測し、パ
イプライン中の流量Qを演算する流体計測伝送装置30
により当該装置で検出した検出値を電気信号として
制御装置500へ送信すると同時に、偏差値ΔQを計算
し制御量Δvをバルブアクチュエータ200へ送り、バ
ルブアクチュエータ200では送られてきた制御に応
じてバルブを制御してパイプライン550中の流量を制
御する。その手順は、図3に示すように (1)統括制御装置500または可搬通信器400から
の割込み指令に対し、 (2)流体計測伝送装置300は自己診断を行い異常の
有無の報告と (3)計測演算した流量,静圧Ps,温度T等を統括
制御装置や可搬通信器に伝送する。

【0028】(4)流体計測伝送装置は流量の制御目標
値、制御条件(例えばPID制御,ファジー制御パラメ
ータ等)、レンジなどの測定条件に対する変更指令が統
括制御装置等からなければ、 (5)偏差値ΔQを計算し (6)バルブアクチュエータへ制御量Δvを電気信号と
して送る。

【0029】(7)バルブアクチュエータは送信されて
きた制御量に基づいてバルブの開閉を行ないパイプ中の
流量を制御する。

【0030】(8)流体計測伝送装置は再び差圧ΔP,
静圧Ps,温度Tを測定し (9)流量Qを演算して (10)偏差値ΔQを計算し目標値に流量を制御する。

【0031】通常はフィールド内のマイナーループで
(5)から(10)までの流量制御を行っているが、上位
からの割込みがかかったときはこれを優先して(1)か
ら(4)までの指令,診断及び監視に応答する。

【0032】また、可搬通信器400は、システムの状
態を人がフィールドで監視し、制御量の変更等を指令す
るため、入出力用のキーボード及び表示装置付のもので
ある。

【0033】従来のシステムは静圧による流体圧縮と温
度上昇による膨張の影響を補正するため、差圧,圧力伝
送器のほか、温度伝送器を同一のパイプラインに設けて
測定していた。しかし、本発明の流体量計測装置によれ
ば以下に説明するように被測定流体の差圧と静圧及び温
度を1台で検出するので、流量の検出精度と応答性が向
上し、フィールド内で閉じた制御を行い従来上位の制御
機で行っていた機能の一部を分担して行うので、システ
ムの簡略化を図ることができるうえ効率的にプラント全
体を稼働することができる。

【0034】図2は上記流体量計測装置100のうち温
度センサ150のみ別設し、温度センサの出力を前記流
体量計測装置100に出力して前記図3の処理手順にて
測定制御するシステムである。

【0035】本発明の流体量計測装置300の構造の例
を図4から図9に示す。

【0036】同図4において、1000は受圧部で、差
圧発生器560とともに被測定流体が流れる管路550
の一部に設置されフランジ部108で気密に取り付けら
れている。103a,103bは外部環境と装置内部の
センサを隔て、これを保護するシールダイアフラムで被
測定流体に直接接触し圧力を受ける。被測定流体の圧力
は、差圧発生器560の上流側と下流側に設けたシール
ダイアフラム103a,103bで受け、圧力伝達媒体
のシリコンオイル107を介して複合センサ16の両側
にそれぞれ加えられる。複合センサ16はシリコンチッ
プ上に差圧センサ,静圧センサ及び温度センサが構成さ
れている。各センサは圧力,差圧及び温度を電気信号に
変換し気密端子109から取り出す、信号処理部106
ではこれを増幅しディジタル量に変換した後、マイクロ
プロセッサにより予めプログラムされた補正,演算を行
ない出力ケーブル125から流量,静圧及び温度の計測
値を上位の制御装置に伝送するとともに液晶パネルなど
ディスプレイ25に表示する。このように、被測定流
体に直接シールダイアフラムを介してシリコンオイルが
接触するためシリコンオイルの温度はほぼ被測定流体の
温度になり、前記温度センサの検出温度は被測定流体の
温度となるため温度センサを別設する必要が無くなる。
また、本実施例では信号処理部106を受圧部1000
に直接取付け複合センサ16の出力を短い信号線109
で信号処理部106に接続しているため信号にノイズが
入りにくく精度良い測定が可能となる。

【0037】しかし、前記のように受圧部1000に直
接信号処理回路106を取り付けると、計測流体が高温
の場合、信号処理部と受圧部間を断熱構造とする必要が
あるという問題がある。

【0038】図5は本発明の他の実施例を示したもの
で、図4と同一番号は同一部品を示している。図1と異
なる点は信号処理部106を受圧部1000から離間し
て設置し、お互い接続部110,120の間を引出線1
15で接続した部分である。この構成をとれば管内,容
器内の被測定流体の温度が100℃を越える場合にも耐
熱性の低い電子部品の誤動作を防ぐことができる。ただ
し、装置を製造する場合の精度のばらつきは、工場出荷
時に行う受圧部の特性測定結果を、個々の受圧部特性マ
ップとしてメモリに記憶させることで吸収するため、前
記メモリは受圧部側に設ける。前記メモリは温度上昇に
よる誤動作を防ぐため外気の冷却効果がある接続部11
0の近くに設ける。またA/D変換器までを受圧部の一
部に設ければ引出線115はディジタル信号だけが通る
ので外部ノイズの影響を小さくできる引出線を長くする
ことができる。

【0039】図6は本発明の別の実施例である。従来オ
リフィスなど差圧発生器560を用いた流量の計測が工
業プラントなどで広く用いられる理由は、実流試験の結
果にもとづいてオリフィスの形状寸法が世界的に規格化
整備されていることにある。オリフィスの上流側,下流
側の圧力取り入れ位置によって得られる差圧の値は異な
る。さらに、図に示したように管路の一部にタップ穴1
001a,bを設けてこの寸法を規定することも必要で
ある。図のようにオリフィスからそれぞれ1インチ(2
5.4mm )の等しい距離の位置に穴を持つ場合はフラン
ジタップと呼ばれる方式であり、この他にも縮流タッ
プ,コーナタップ方式等がある。これらの方式に応じ
て、前述の式(数1)で示した流量係数αの実測値がJI
S,ASMEやDIN規格により標準値として整備され
ている。本実施例は、受圧部を前述のような種々のタッ
プ方式に対応できる取付け構造にしたものである。な
お、本発明のように被測定流体の温度を、必要とする精
度で計測するためには極力シールダイアフラムが管路に
近接している方がよく、実用的には被測定流体の温度を
±1℃以内で測定できればよい。実用的に1℃以上温度
が低下しないように設計する場合には被測定流体の種類
や外気温度によって異なるが、装置の材質が金属の場合
約10mm位になる。

【0040】

【0041】

【0042】図8は本発明の他の実施例である。この例
は、差圧発生器としてベンチュリー管560を用いた例
である。図6との違いは差圧発生器560自身が流体量
計測制御装置の受圧部1000と一体になって点である
が作用に本質的な違いは無い。装置の寸法は若干大きく
なるが、被測定流体に与える圧力損失を小さくする必要
がある場合に適する。

【0043】図9は本発明を液面の計測制御に用いた実
施例である。図のように流体Lを溜める容器570下部
に受圧部1000を設置し、上部の流体が無い部分にシ
ールダイアフラム103aを付けたフランジ1001を
設置しキャピラリ管107で複合センサ16の片側にシ
リコーンオイル107を導く。受圧部1000にはシー
ルダイアフラム103bを隔てて近くに複合センサ16
が設けられており被測定流体Lの圧力Ps,差圧ΔP及
び温度Tが直接計測できる。差圧センサの出力から差圧
が検出できればΔP、容器外径が分かれば体積を、流体
の比重ρが分かれば重量を演算で求めることができ、最
終的に液面hを数により求めることができるものであ
る。また静圧センサ及び温度センサの出力を用いて膨張
収縮の補正計算ができる。容器外径d,流体の比重ρ,
容器及び流体膨張収縮率などは予めメモリに記憶させて
おく。

【0044】

【数3】

【0045】ここでρ:流体の比重 g:重力の加速度 h:液面 以上の計測演算結果は、伝送線路125aで上位の制御
装置に送信される。また液面の制御目標値との偏差を計
算し制御量を電気信号として伝送線路125bでバルブ
アクチュエータ500,501に伝送し液面の制御を行
う。

【0046】以上述べたように、本システムの計測制御
装置は制御の対象によって複数のアクチュエータを関連
ずけながら制御しており、その状況を上位の制御装置に
送信する。本装置は各検出端の計測演算など機能を行う
ので上位の制御装置は、より多くの複数システムの監視
や協調制御など本来やるべき上位の制御を行うことがで
きる。

【0047】本発明の流体量計測装置は構造の単純化,
部品の小型軽量化を図り受圧部を管路550の一部に設
置して被測定流体に直接接触するようにしているので、
近くに設けた複合センサにより被測定流体の圧力,差圧
に加え温度を計測することができる。管内,容器内の流
体液面,質量、または管内を流れる流量を検知するには
その流体の体積と密度が必要であり、これらは温度に依
存するのでこの特性を予め計測し本装置の記憶手段で
あるメモリに記憶しておく。従ってマイクロプロセッサ
により上記センサの信号と予め計測しメモリに記憶され
た流体の特性とから被測定流体の質量流量を演算し計測
することができる。また従来の差圧伝送器のように、高
耐圧のスリーバルブが無いため、受圧部に過負荷がかか
らないので保護機構が不要となりセンタダイアフラム
無く受圧部の構造が極めて簡単である。

【0048】図10に本装置のブロック図を示す。複合
センサ16の中の差圧,静圧,温度,密度センサの出力
は、マルチプレクサ17に選択的に取り込まれ、プログ
ラマブルゲインアンプ18で増幅され、次にA/D変換
器19でデジタル信号に変換される。メモリ20は差
圧,静圧,温度、密度センサの各特性を予めマップの形
で記憶したMS、201〜204と被測定流体の密度な
どの特性が記憶されたマップMF、205とからなって
いる。マイクロコンピュータ21は図11として後で示
すようにこのマップデータMS1〜4を参照して温度,
静圧及び差圧さらにMFを用いて質量流量,重量を演算
する。これらの計測値はディスプレイ25に表示すると
ともに上位の要求に応じてI/O回路23の中の通信回
路を通じてディジタル信号として伝送する。アナログ制
御系に用いる場合はセンサ信号をD/A変換器22で再
びアナログ信号に変換し、電圧−電流変換器23を介し
て制御装置へ出力する。更に、本装置は得られた計測値
を制御装置から与えられた目標値と比較しその偏差をバ
ルブアクチュエータに送り被測定流体の流量や液面を制
御する。目標値の設定は本装置に備えたキーボード24
及び可搬型通信機29でフィールドでも行うことができ
る。以上述べたように本装置は計測機能に加え流量,圧
力,液面等の流体量制御がフィールドで閉じた形で行え
るので応答性などの特性向上だけでなく、配線コストな
ど経済性にも優れた計測制御システムを実現することが
できる。

【0049】図11にセンサの補正演算の概略を示す。
図示はしていないが、補正マップMSは差圧センサ出力
Ed,静圧センサ出力Es,温度センサ出力Etを三次
元的に表したものである。マイクロコンピュータ21で
は図12の処理手順に従って処理を行う。すなわち、ノ
ードで静圧センサのクロストークを除去した後、静圧
センサと温度センサの出力から補正マップ202を用い
て正確な静圧Pを求め、これを出力する。次に、差圧セ
ンサ出力Edを補正マップ203を用いて温度の補正を
行い、さらに、この静圧出力Pを用いて差圧出力の補正
を行い、正確な差圧出力ΔPを得る。すなわち静圧及び
差圧センサは周囲の温度によってその特性が変るため温
度センサの信号によって正確に補正計算を行う。更に、
得られたこれらの計測値と被測定流体の密度ρ等の特性
が記憶されたマップMF205を用いて質量流量や重量
及び液面を演算する。

【0050】次に、上記複合センサの詳細構成を図13
を用いて説明する。

【0051】図13(a)は複合センサの平面図であ
り、(b)は前記平面図のA−A断面図である。また、
(c)は上記静圧センサと差圧センサを結線した時の結
線例である。(a)において1〜4はシリコン単結晶か
らなる半導体基板10にイオン打ち込みや熱拡散により
不純物をドーピングした差圧検出用ゲージ抵抗である。
これらは、アルカリエッチングまたはドライエッチング
等で加工されたダイアフラム9の領域内に形成されてい
る。5〜8は静圧検出用のゲージ抵抗であり、6は静圧
用ダイアフラム12a上に形成され、7はこれとは別の
静圧用ダイアフラム12b上に形成されている。また、
差圧負荷によってゲージ抵抗6と7に応力が発生する。
この応力と等しい大きさの応力が発生する位置にゲージ
抵抗5と8を形成している。ゲージ抵抗30は温度ゲー
ジであり、固定部に配置されている。さらに、温度ゲー
ジ30は応力による感度の無い<100>方向に配置さ
れている。13a〜13fは電極パッドである。なお本
図には後述する湿度センサ40を付加してあるが通常液
体を測定するときは必要無い。図13(c)のように結
線(液体を測定する場合は図中の31,40,41の抵
抗は必要なく13gの端子から温度が測定される)した
後、13a〜13b間に定電圧を印加して13c〜13
d間で差圧出力を、13e〜13f間で静圧を得る構成
となっている。更に本図には湿度検出用センサ40を接
続した構成となっていが、この場合13gの端子部には
ダミー抵抗31を湿度センサの出力13hにはダミー抵
抗41をそれぞれ設ける。このダミー抵抗はセンサ基板
上に設ける必要がなく本実施例では別設している。

【0052】また、図13(b)に記載されている11
は、ほう珪酸ガラス等から成る半導体基板10の固定台
である。この複合センサに差圧が負荷された場合、図1
3(c)に示すようにゲージ抵抗5と6が抵抗値を増加
させたとすれば、ゲージ抵抗7と8は値が等しく逆符号
の変化を示す。従って、図5(c)のようなブリッジ回
路を構成して差圧により変動しない静圧センサ出力を得
ることができる。

【0053】湿潤な気体を差圧式で流体計測する場合に
は、前記静圧,温度の補正の他に水分補正が必要とな
る。

【0054】図13(a)には湿度センサ40を示して
あるが、この湿度センサはポリマやセラミックスの薄膜
の抵抗が湿度に対して変化するタイプのもので、同図
(c)に示すように静圧センサ及び差圧センサの抵抗ブリ
ッジ回路にダミー抵抗41と共に結線し、端子13gか
ら電圧信号として湿度を検出するものである。この場合
の実施態様は前述の図4または図5からシールダイアフ
ラムを取り除いた構造であり、複合センサが直接湿り気
体に接するので湿度センサ部を除き温度,差圧及び静圧
センサには保護用の防湿膜42をコーティングし特性の
劣化を防止している。湿度センサを設けた複合センサ
は、図10に示す複合センサに置き換えられ、演算処理
部21で気体に含有する水分補正を行うことができるの
で、湿り気体に好適な流量計測装置を提供することがで
きる。すなわち、差圧信号から算出される体積流量に対
して温度,静圧センサの信号からの補正に加え、湿度セ
ンサの信号から水分補正を加えることができるので、従
来のように湿度計を別に設ける必要が無く、簡便に湿り
気体の流量を計測できる。補正計算の具体的方法は計量
便覧830〜837頁の16.3 節、しぼり流量計等に
記載されている。

【0055】流量を求めるには、湿度のほかに密度の補
正が必要であり、通常は前述のように、別手段によって
予め流体の密度を測定し、記憶しておき演算処理部21
で補正計算して求める。被測定流体が液体の場合は密度
は温度のみの関数であるが、気体の場合は圧力にも依存
するので、複合センサ上に更に密度センサが形成されれ
ば好都合である。従来用いられている密度センサは大型
で1チップ上に複合できるものが見当らなかったが、1
988年5月16日発行のApplied PhysicsLetter,P
1653〜1655.に記載されているセンサの技術を
応用することによって図13(d)に示す密度センサ5
0を持つ複合センサを構成することができる。

【0056】本複合センサは、センサのシリコン基板上
の一部に表面弾性波素子51,52を持つ密度センサを
形成したもので、電極間を伝搬する表面弾性波の周波数
が素子の表面に接する流体の密度によって変化すること
を利用したものである。本方式の密度センサは、静圧,
温度によってもその周波数が変化するためシリコン基板
上に形成した静圧5〜8,温度センサ30の出力信号に
よってセンサの補正が必要であり、この方法は、前に図
10,図11で説明した差圧の特性補正方法に準じて行
う。本複合センサは近年の微細加工技術の進歩のよりシ
リコン上に小型で各センサを複合し、また必要に応じて
信号処理回路をも集積化することができるので量産性に
優れた、小型のセンサを提供することができる。

【0057】

【発明の効果】本発明によれば、計測機能に加え制御機
能を具備しているので流量,圧力,液面,重量等の流体
量の計測と制御がフィールドで閉じた形で行え、このた
め静圧や温度の補正手順が簡略化され計測制御に関する
処理時間の短縮が図れ応答性などの特性向上ができる。

【0058】本発明によれば、上位の制御装置の負担を
軽減できシステムの計測制御に関する処理時間の短縮が
図れるので引いてはプラント全体からみた制御性能が向
上するという効果がある。

【0059】本発明によれば、計測と制御がフィールド
で閉じた形で行えるため上位の制御装置との配線量が低
減し経済性に優れた計測制御システムを実現することが
できる。

【0060】本発明によれば、被測定流体の温度,差圧
及び静圧を各々独立に検知することができ、これ予め計
測記憶した被測定流体の特性データを基に密度や温度補
正をして質量流量,重量,液面の演算計測ができる。

【0061】さらに本発明によれば、被測定流体の温
度,差圧及び静圧を各々独立に高精度に検出できるた
め、温度伝送器の機能と差圧及び圧力伝送器の機能を1
台で達成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の多機能流体計測伝送装置を用いたプラ
ントシステム一実施例の構成図。

【図2】本発明の多機能流体計測伝送装置を用いたプラ
ントシステムの他の実施例。

【図3】本発明の制御手順の概略説明図。

【図4】本発明の多機能流体計測伝送装置の一実施例の
全体構成図。

【図5】本発明の多機能流体計測伝送装置の他の実施例
の全体構成図。

【図6】本発明の多機能流体計測伝送装置の他の実施例
の全体構成図。

【図7】本発明の多機能流体計測伝送装置の他の実施例
の全体構成図。

【図8】本発明の多機能流体計測伝送装置を液面計に用
いた実施例の全体構成図。

【図9】本発明の多機能流体計測伝送装置のブロック
図。

【図10】本発明の装置に用いる複合センサの信号処理
の説明図。

【図11】本発明の装置に用いる複合センサの信号処理
の補正のフローチャート。

【図12】本発明の装置に用いる複合センサの一実施例
の構成図。

【符号の説明】

1〜4…差圧検出用ゲージ抵抗、5〜8…静圧検出用ゲ
ージ抵抗、9…差圧検出用ダイアフラム、10…センサ
基板、11…センサ基板固定台、12…静圧検出用ダイ
アフラム、16…複合センサ、30…温度センサ、40
…湿度センサ、50…密度センサ、106…信号処理
部、200…アクチュエータ、300…多機能流体計測
伝送装置、400…可搬通信機、500…統括制御装
置、560…差圧発生器、1000…受圧部、1001
a、b…タップ穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 芳己 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社 日立製作所 計測器事業部内 (56)参考文献 特開 昭60−220823(JP,A) 特開 昭63−149520(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/42 G01F 1/44 G01F 15/02 G01F 23/14

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定流体の流れる管路に設けられた差圧
    発生手段と、 当該差圧発生手段の上流側と下流側のそれぞれに設けら
    れ、且つ被測定流体に接液するシールダイアフラムと封
    入された封入液を介して圧力を受圧する 受圧室と、 静圧センサ,差圧センサ,温度センサを1チップ上に配
    置した複合センサを備え、前記何れかの受圧室内に配置
    された検出手段と、当該検出手段が配置されない受圧室から前記検出手段に
    対して圧力を伝達するための圧力伝達路と、 当該検出手段 からの信号を処理し計測値として出力
    号処理手段とを有したことを特徴とする多機能流体計
    測伝送装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記差圧発生手段は、オリフィスあるいはベンチュリー
    管によって構成されることを特徴とする多機能流体計測
    伝送装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、 前記信号処理手段は、質量または流量を演算し出力する
    ことを特徴とする多機能流体計測伝送装置。
  4. 【請求項4】被測定流体を溜める容器の上部と下部のそ
    れぞれに設けられ、且つシールダイアフラムと封入され
    た封入液を介して圧力を受圧する受圧室と、 静圧センサ,差圧センサ,温度センサを1チップ上に配
    置した複合センサを備え、前記何れかの受圧室内に配置
    された検出手段と、当該検出手段が配置されない受圧室から前記検出手段に
    対して圧力を伝達するための圧力伝達路と、 当該検出手段 からの信号を処理し計測値として出力
    号処理手段とを有したことを特徴とする多機能流体計
    測伝送装置。
  5. 【請求項5】 請求項4において、前記信号処理手段は、 液面を演算し出力することを特徴
    とする多機能流体計測伝送装置。
  6. 【請求項6】 請求項1,4において、前記 静圧,差圧,温度センサはシリコン単結晶基板に形
    成され、静圧,差圧センサは該基板とは導電性の異なる
    ピエゾ抵抗素子からなる感歪ゲージ素子により構成さ
    れ、温度センサは非感歪ゲージ素子により構成されるこ
    とを特徴とする多機能流体計測伝送装置。
  7. 【請求項7】請求項6において、 前記シリコン単結晶基板上に、更に密度を検出する密度
    センサを形成したことを特徴とする多機能流体計測伝送
    装置。
  8. 【請求項8】 請求項1,4において、 信号処理手段は、温度変化に対する温度センサ,静圧セ
    ンサ及び差圧センサ出力の関係を各々マップデータとし
    て予め記録したメモリを有し、 前記検出手段からの 温度,静圧及び差圧の計測値を前記
    メモリに記憶されたマップデータに基づいて補正するこ
    とを特徴とする多機能流体計測伝送装置。
  9. 【請求項9】 請求項1,4において、信号処理手段は、被測定流体の温度又は静圧変化に対す
    る密度及び圧縮係数の関係をマップデータとして予め記
    録した メモリを有し、 質量,液面及び流量の計測値を前記メモリに記憶された
    マップデータに基づいて補正することを特徴とする多機
    能流体計測伝送装置。
  10. 【請求項10】 圧力の異なる位置に設けられた第1およ
    び第2の 受圧第1の受圧内部に形成した静圧,差
    圧,温度センサ、該センサからの信号を処理するため
    算手段,被測定流体の特性データを予め記憶した記憶
    手段からなり、前記憶手段に予め記憶されたデータ
    と、前記センサの信号とから被測定流体の静圧,差圧,
    温度,質量,液面及び流量の少なくとも一つを演算し、
    計測値として出力する多機能流体計測伝送装置と、被測
    定流体の流量を制御するアクチュエータとを備え、 前記多機能流体計測伝送装置は、上位の制御装置または
    可搬通信器からの設定目標値を受信し、前記演算,記憶
    手段を用いて現在の計測値との偏差か前記アクチュエ
    ータの制御量を求め、前記アクチュエータ及び制御装置
    に伝送する機能を有し、 前記アクチュエータは前記制御量受信し、前記受信
    した制御量に応じて流体量制御を行うことを特徴とする
    流体計測制御伝送システム。
  11. 【請求項11】 請求項10において、 前記多機能流体計測伝送装置は、複数の他の多機能流体
    計測伝送装置と信号の授受する機能を持ち、のうちの
    1台の多機能流体計測伝送装置が統括制御装置としての
    機能を有することを特徴とする流体計測制御伝送システ
    ム。
  12. 【請求項12】 請求項10において、 前記多機能流体計測伝送装置は複数のアクチュエータ
    へ直接制御量を伝送し、これらを制御することを特徴と
    する流体計測制御伝送システム。
  13. 【請求項13】 請求項10において、 各センサが複合形成されるシリコン単結晶基板上に信号
    処理回路の一部を構成することを特徴とする流体計測制
    御伝送システム。
  14. 【請求項14】 請求項10において、 前記多機能流体計測伝送装置は、上位の制御装置または
    可搬通信器からの信号により、前記記憶手段の一部に予
    め記憶された手順に従い、前記演算手段により装置の計
    測条件とシステムの制御条件設定,変更及び動作状態の
    診断,監視を行うことを特徴とする流体計測制御伝送シ
    ステム。
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