JP3379511B2 - プロセス状態検出装置 - Google Patents

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の液体，
気体等の流体を制御するために、それら流体の圧力，差
圧やタンク中の流体レベル等を測定し、プラント全体の
運転制御のために用いられるプロセス状態検出装置に係
り、特にメンテナンスを容易にした小型，軽量のプロセ
ス状態検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学プラントの圧力やベルト，流量を測
定することはプラントを安全に効率良く運転するために
欠かせないものであることは衆知である。この目的のた
めに従来から、プロセス状態検出装置として差圧・圧力
測定器が使用されてきた。差圧測定では流量や密度，レ
ベルが測定でき、圧力測定では正負の圧力の他にタンク
等の容器内の液面レベルも測定できる。以上の測定に用
いられる差圧・圧力測定器は可燃性ガスや引火性物質の
蒸気が含まれる爆発性雰囲気でも使用されることがある
ため、防爆構造電気機械器具の型式検定に合格したもの
が使用される。このような差圧・圧力測定器では特開平
4−5532 号に示された差圧・圧力発振器でも判るよう
に、差圧・圧力を検知する受圧部と受圧部からの信号を
一般化したアナログ信号やディジタル信号に変換する信
号変換器から成り、受圧部と信号変換器の接続部は防爆
構造を維持するために、形状や寸法が規格で定められた
形になっている。

【０００３】図２は従来使用されて来た圧力測定器の一
般的な構造を示すものである。図において、受圧部本体
２０２に内蔵した圧力又は差圧センサに外部から圧力を
加える圧力印加口２０３を持ったフランジ２０４がネジ
２０５で検出部本体にガスケットを介して組込まれてい
る。受圧部の信号は信号変換器に接続するため、パイプ
状の接合部２０７が検出部本体２０２に溶接されてい
る。接合部にはセンサ出力の信号をリード線で接続され
たコネクタ等が取り付けられている。

【０００４】接合部には一般にアルミニウム鋳物で作ら
れた信号変換器ケース２１０がねじ２１２で固定されて
いる。変換器ケースにはセンサを励起したり、センサ信
号を演算増幅して、一般化したアナログ信号やディジタ
ル信号に変換するための電子部品を組込んだ電子回路部
が出力信号を表示する指示計２１５と共に収納されてお
り、変換器ケースにはアナログ信号を表示する指示計を
見るためのガラスを付けたカバー２１６が変換器ケース
２１０にねじ込まれている。

【０００５】信号変換器ケース２１０は、一般に、検出
部の信号処理を実施するアンプ部２２０と外部から電源
の供給を受け、電源をアンプに送出するための端子板を
内部に有する端子箱部２２２から構成されている。さら
に検出器の出力信号は、変換器ケース２１０のアンプ部
２２０内に、アナログ又はディジタルの指示計を内蔵す
ることにより、その指示を見ることが可能である。

【０００６】また、外部の上位制御機器に対しては、配
線導入口を介して接続されたケーブルを介して出力信号
が伝送されるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
プロセス状態検出装置においては、その全体構成が受圧
部と信号変換器のアンプ部と端子箱部の３つの構成要素
により構成されているため、装置全体が大型化し、構造
が複雑化してしまっていた。さらに、この検出器を耐圧
防爆仕様に合致するように構成すると、さらに大型化，
複雑化してしまい、取り扱い性が悪くなってしまってい
た。そして、近年では、電子部品の超小型化が進み、こ
のため検出器自身を計装配管に直付ラインマウントし、
プラント運転における施行，メンテナンスに関しても、
小型化と省力化が望まれるようになっている。

【０００８】また、プラント計画時に、その工事費低減
のために、ラインマウント式を採用すると、検出器自身
には配管の振動に対して十分耐える構成にする必要があ
るが、従来の検出器においては、その構成が大型，複雑
なためこれらの振動に耐えられるような構成にはなって
いなかった。さらに、検出器の設置，収納スペースが出
来る限り少ない空間で済めば、これらのスペースに関し
ても、省エネ，省資材化が達成できる。また、検出器の
メンテナンス時においても、メンテナンスが容易になる
ような構成が望まれている。

【０００９】さらに、従来、工業プラント等のパイプラ
イン中に流れる流体流量を測定算出する場合に、パイプ
ライン中に設けられたオリフィスによって発生した差圧
ΔＰをプロセス状態検出装置が求め、この検出器のセン
サからの信号を２線式伝送路を介して受け取った信号変
換器が、この信号を一定の関数に従い変換し、変換後の
情報を上位の制御機器に伝送することによって、上位機
器が流体流量を最終的に算出していたが、このように従
来検出装置以外の上位機器が行っていた流量算出のため
の信号変換機能を、プロセス状態検出装置側で行うと共
に、検出装置が出力，表示している情報が信号変換後の
情報であることを操作者に知らしめる情報表示機能を持
たせたものが望まれていた。

【００１０】そして、メンテナンス時において、操作者
が容易にセンサのゼロ点調整が行えるように、プロセス
状態検出器の表示器に、ゼロ点の調整状態を知らしめる
機能を備えたプロセス状態検出装置が望まれていた。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【課題を解決するための手段】 本発明の特徴は、 プロセ
スの流体の圧力を検出するセンサを有する受圧部と、前
記センサからの信号を処理する信号処理回路を有する信
号処理部とを有し、該信号処理部内に前記センサの状態
を表示する表示器を備えたプロセス状態検出器におい
て、前記表示器は、前記流体の情報を数値として表示す
る第１の表示領域と、前記第１の表示領域の数値をアナ
ロググラフ的に表示するレベルマークと、検出結果が測
定範囲を超えた状態を示すオーバースケールマーク及び
アンダースケールマークを有する第２の表示領域と、機
器の信号出力状態とゼロ点調整状態を示す第３の表示領
域を有し、前記センサのゼロ点調整処理時に、前記第２
の表示領域のレベルマークの表示が同調して動作し、且
つゼロ点の調整処理に応じて前記オーバースケールマー
クあるいはアンダースケールマークを点燈させることで
ある。

【００１５】

【作用】本発明のプロセス状態検出器においては、表示
器に送信，表示内容が関数変換後の内容で表示されてい
ることを示すマークが表示されるようになっているた
め、操作者に対して検出装置の信号出力，信号表示の状
態がどのように設定されているかを容易に知らしめるこ
とが可能になる。

【００１６】更に、センサのゼロ点調整を行う場合にお
いても、操作者のゼロ点調整動作に同期して、レベルメ
ータの表示が動くため、調整の進み具合を容易に認識さ
せることが可能になる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明のプロセス状態検出器を図を用
いて説明する。

【００１８】図１は本発明のプロセス状態検出装置とし
て用いられる圧力・差圧測定器の一実施例の斜視図を示
したものであり、図２は図１のＡ−Ａ′断面における平
面図を示したものである。

【００１９】この圧力・差圧測定器の全体構成は、大き
くはプロセス流体の圧力を低圧側の導圧配管１０２，高
圧側の導圧配管１０４(図示せず)に接続された受圧部１
２０と、センサ部組１２２からの信号を処理する信号処
理回路が収まった信号処理部１９０によって構成されて
いる。

【００２０】受圧部１２０には高圧側流体，低圧側の流
体圧がそれぞれ高圧側のシールダイアフラム１６２，低
圧側のシールダイアフラム１６４を介して、部材内に収
められた非伸縮性の液体（シリコンオイル）に伝達さ
れ、これらの圧力は過負荷保護ダイアフラム１４０によ
り形成される第１，第２の隔離室３０３，３０４を介し
てセンサ部組１２２に伝達されることにより、半導体複
合機能型センサ４４は高圧，低圧間の差圧を検出するよ
うになっている。

【００２１】半導体複合機能センサ４４からの信号はフ
レキシブルプリント基板ＦＰＣ146とコネクタ３８１，
３８３を介して、最初の第１の回路基板１１０の回路に
伝達され、さらに次の第２の回路基板１１２に設けられ
た回路、そして、第３の回路基板１１４の回路に伝達さ
れ、最終的な信号情報が配線接続口１１８に接続された
ケーブルから、例えば４〜２０ｍＡのアナログ定電流信
号として、また４〜２０ｍＡのアナログ定電流信号に矩
形波のディジタル信号が重畳した信号として、更にはデ
ィジタルの定電流信号に変換出力され、そして、カバー
１１６内に保持されているドットマトリクスＬＣＤ１４
０に種々の形態で信号内容が表示される。

【００２２】そして、受圧部１２０にはメンテナンスの
ために高圧側，低圧側流体が伝達される空間に連通する
ように高圧側のドレイン管１９４，低圧側のドレイン管
196（図示せず）が接続されている。

【００２３】受圧部１２０にはセンサ部組１２２，低
圧，高圧側シールダイアフラム１６２，１６４，過負荷
保護ダイアフラム１４０，第一，第二の圧力室３０１，
３０２，第一，第二の隔離室３０３，３０４が設けられ
ている。

【００２４】また受圧部１２０はＳＵＳの単一の部材で
構成され、受圧部１２０の両端には対称にシールダイア
フラム３０１，３０２を取り付けるための穴部３１１，
３１２が設けられ底面にはシールダイアフラム３０１，
３０２と同一形状に波形に加工を施し、穴部３１１，３
１２の入口には栓３５１，３５２が取り付けられてい
る。

【００２５】受圧部１２０の前記シールダイアフラム１
６４を取り付けるための穴部３１２の上側には、図７
（ａ）に示したように導圧配管１０４を接合するための
テーパーねじ受けが加工され、そして接続アダプター２
３４にもテーパーねじ受けが加工され導圧配管１０４を
接続することにより強固に導圧配管１０４を接続するよ
うになっている。また導圧配管１０４からの流体を受け
る受け口を挾む位置に対称的にテーパーねじ受けが加工
され、ボルトねじ２４８，２４６によって接続アダプタ
ー２３４を受圧部１２０に締め付けることによって、導
圧配管１０４と受圧部１２０との気密を図るようなって
いる。さらに穴部３１２の下側にはドレイン管１９４と
接合するためのテーパーねじ受けが加工され、導通路３
２２によって穴部３１２と接続されている。

【００２６】同様に穴部３１１においても、上下の部分
にテーパーねじがそれぞれ導圧配管１０２，ドレイン管
１９２と接合するために加工され、導通路３２１により
接続されており、またボルトねじ２４２，２４４を受け
るためのテーパーねじ受けが加工され、導圧配管１０２
を接続アダプター２３２を介して締め付け導圧配管１０
２と受圧部１２０との気密を図るようになっている。

【００２７】また、受圧部１２０の中心軸上には、過負
荷保護ダイアフラム１４０，センサ部組１２２を収納す
るための凹部が、シールダイアフラム１６２，１６４と
直角方向に設けてある。前記凹部の小径側には、増幅器
と取り付けるための穴３９１が、また大径側には過負荷
保護ダイアフラム１４０を固定するための固定金具１０
１を取り付けるための穴が設けてある。

【００２８】そして、シールダイアフラム１６２，１６
４，過負荷保護ダイアフラム１４０，センサ部組１２２
の間は導圧通路で接続している。

【００２９】本実施例のプロセス状態検出器において
は、受圧部１２０の穴部３１１，312からシールダイア
フラム１６２，１６４を組込み、シールダイアフラム１
６２，１６４の面が平行となるように溶接して第一，第
二の受圧室３０１，３０２を形成する。

【００３０】次に栓３５１，３５２を穴に組込み、栓３
５１，３５２と受圧部１２０との接合を行い、測定流体
受圧室１７１，１７２を形成する。

【００３１】受圧部１２０の中心段付穴部には、径の大
きな方向よりセンサ部組１２２を入れた場合に固定され
るように円柱上の段が設けられ、ここにセンサ部組１２
２を挿入し、センサ部組１２２の導通路と受圧部１２０
の導通路が導通するように組込み、センサ部組１２２の
両端を溶接する。

【００３２】その後、センタ金具１５１をセンタ金具１
５１の導通路と受圧部１２０の導通路が導通するような
位置に、また過負荷保護ダイアフラム１４０の波形状と
同一に加工した面を過負荷保護ダイアフラム１４０側に
向けて取り付け、さらに過不過保護ダイアフラム１４０
を受圧部１２０に溶接し、第一の隔離室３０４を形成す
る。

【００３３】センタ金具１５１の中心には過負荷保護ダ
イアフラム１４０から半導体センサ４４へ圧力を伝達す
るための導通路が設けてあり、固定金具取り付け穴に固
定金具１０１を、固定金具１０１の導通路と受圧部１２
０の導通路を導通するように、また過負荷保護ダイアフ
ラム１４０の波形状と同一に加工した面を過負荷保護ダ
イアフラム１４０側に向けて取り付け、固定金具１０１
と受圧部１２０によって形成された溝にメタルを挿入
し、メタルフロー接合を行い、第二の隔離室303を形成
する。

【００３４】そして、シールダイアフラム１６２，過負
荷保護ダイアフラム１４０，センサ部組１２２，導通
路，液封口のシールビンで囲まれた空間には、封入液が
充填してあり、同様にシールダイアフラム１６４，過負
荷保護ダイアフラム１４０，センサ部組１２２，導通
路，液封口のシールビンで囲まれた空間にも封入液が充
填してある。これにより従来の差圧伝送器では受圧室の
封入液を隔離室へ伝えるために、センサ部組を通り越す
導通路を形成して圧力を伝えなければならなかったが、
本実施例の差圧伝送器によればセンターダイアフラムの
近い位置に第一，第二の受圧室をそれぞれ形成すること
が可能になるので、封入液の量を少なくできると共に、
プロセス流体からの温度変化を早くセンサ部組１２２に
伝達することができ、このため複合機能型センサ４４が
プロセスの流体状況を検出することにより、温度，静圧
を補正した正確な差圧状態を検出することを可能にして
いる。

【００３５】更に、本発明のプロセス状態検出装置にお
いては、過渡的な圧力が印加された場合に、過大圧を受
けたシールダイアフラム３０１、又はシールダイアフラ
ム３０２が受圧部材に着座することにより、それ以上、
突発的にシリコン流体が移動することを防ぎ、受圧室内
のシリコン流体の容量を第一又は第二の隔離室304,３０
３で吸収することにより、複合機能型センサ４４のシリ
コンダイアフラムが破損しないようにしている。

【００３６】センサ部組１２２は半導体複合機能型セン
サ４４，ハーメチックシールビン１４５を備え、ハーメ
チックシールビン１４５の大気圧開放側にはＦＰＣ４
６、又は導線を半田付けをすることにより、センサの信
号を信号処理部へ送出することができる。

【００３７】測定流体受圧室１７１，１７２は、受圧部
１２０内に形成されるため、従来例のように、特にフラ
ンジやフランジを締め付けるボルト，ナットを必要とし
ない。したがって、構成部材を減して装置全体構成をコ
ンパクトにすることが可能になる。

【００３８】また、本発明のプロセス状態検出器は半導
体複合機能センサ４４を使用しているため、測定流体受
圧室１７１，１７２のどちらかのみにプロセス流体の圧
力を印加することにより、例えばプロセスラインに対し
導圧配管１０２、又は、導圧配管１０４のみを受圧部に
接続して、圧力流体を受圧部に導入、別な例としてはプ
ロセスタンクから圧力流体を測定流体受圧室１７１，１
７２のどちらかのみに導入することにより、他の開口部
を封止、又は大気圧開放とすることによって、プロセス
流体の圧力（絶対圧）、又は大気圧との差圧を測定でき
る構成となっている。

【００３９】次に信号処理部について詳細に説明する。
センサ部組１２２からの信号はＦＰＣ１４６とコネクタ
３６１を介して、基板１（１１０），基板２（１１２）
にその信号が送出され信号処理される。さらに、これら
の基板を駆動するための電源は、変換器８０を構成して
いるＳＵＳ又はアルミダイキャストで作られた信号処理
部１９０内に納められ、信号処理部１９０に９０度ピッ
チで設けられたねじ孔３９９と固定ねじ３９７で固定さ
れている端子板１８２と基板３（１１４）を介して前記
信号処理部１９０内に対称の位置に設けられた配線接続
口１１８より外部電源から２線式伝送路を介して供給さ
れる。

【００４０】これらの基板は、端子板に設けられた接続
ピン３８２を介して、まず基板３（１１４）が半田付け
され、その後、基板１と２は順次、各基板上に設けられ
たコネクタ１３２，１３４，１３６，１３８のおす，め
す接合により、階層的に組み立てられる。したがってか
かる構成では、前記端子板と基板１，２，３は、前記端
子板の軸上に、同心上に一体化されていく。このため、
これらのユニットを一括して例えば基板部組あるいはア
ンプユニット等として管理することができるため、非常
に容易に組み立てることが可能となり、工数の低減がで
きる。またこれらの基板類はケース内に装着時に、端子
板１８２に接合された基板ホルダー３９５によって固定
されている。この基板ホルダー３９５はこの外周面でバ
ネ性を有しているため、ケースの穴部３９８に完全に密
着するためガタが生じない。したがってアンプユニット
全体の耐振性が向上する。

【００４１】また、基板１（１１０）には、前記受圧部
１２０との信号接続を可能にするコネクタ３８１が具備
され、このコネクタ３８１は前記コネクタ３８３（FPC1
46と接続しているコネクタ）とかん合するように構成さ
れている。

【００４２】コネクタ３８３は図９に示したように、受
圧部１２０との接合面が円形上になっている樹脂で形成
されたコネクタであり、ハーメチックシールピン１４５
の信号を引き出すＦＰＣ１４６からの信号を出力するた
めのコネクタが形成されている。そしてこのコネクタ３
８３は受圧部１２０に９０度ピッチで設けられたねじ孔
部９２２，９２４，９２６，９２８とそれぞれねじ９０
２，９０４，９０６，９０８で接合しており、このねじ
孔とねじとの接合の組合せを変えることにより、コネク
タ３８３はその接合方向を９０度ピッチで変更すること
が出来るようになっている。

【００４３】なお、このコネクタ３８１とコネクタ３８
３との接続は図６に示すように、信号処理部１９０の底
部に十字型の形状に設けられたコネクタ挿入穴５０４か
ら、この挿入穴の縦、又は横穴と密着接合するように突
き出しているコネクタホルダー３８３と基板に接合され
たコネクタ３８１が容易に挿入できるように所定の位置
と形状を規定しており、接続時において挿入ミスを起さ
ないようになっている。

【００４４】次に信号処理部と受圧部との接合方法につ
いて述べる。

【００４５】信号処理部１９０は前記受圧部１２０の円
形状の凹部３９１の外形寸法に合致して形成された信号
処理部１９０の接合面部３９２により接続され、円周状
に配置された４本のボルト３８８によって図６に示した
ように信号処理部１９０の底部に９０度ピッチで設けら
れたボルト通し穴５０６を介して、このボルトは図９に
示した受圧部に９０度ピッチで設けられたボルト穴に接
合し所定の締付トルクにて、前記受圧部１２０に固定さ
れる。

【００４６】また、この固定時においては、前記受圧部
１２０とケース８０に設けた微少な接合面３９３によっ
てのみ接触して固定される構成になっている。このた
め、前記円筒形式の接合部（３９１と３９２）には過大
な力及び片当りが生じることがなくなり、防爆性能上必
要なギャップが常時維持されるようになっている。さら
に、変換器に大きな振動が負荷された場合にも、円筒部
のギャップは常時一定に保たれているのでガタつきがな
く、信号処理部１９０の固有振動数は低下することがな
い。このため、本接合方式によると、激しい振動数のあ
る場所（例えば１５０Ｈｚ，３Ｇクラス程度）でも正常
に十分使用できる。

【００４７】次に、前記端子板（基板を含む）までをケ
ース８０内に組み立てるまでの組立手順について説明す
る。

【００４８】まず前記受圧部１２０の凹部３９１を基準
にして、変換器の信号処理部１９０をコネクタホルダー
３８３がコネクタ挿入穴５０４から出るように挿入す
る。次に、変換器の底部にある９０度ピッチのボルト通
し穴５０６と受圧部の凹部内に設けられた同ピッチのね
じ穴９１２〜９１８とを合致させ、さらに、所定の方向
にセットした後、ケース上部からボルト３８８で信号処
理部１９０を検出器に締め付ける。

【００４９】信号処理部１９０の接合部は受圧部内に設
けた凹部内で防爆上の接合面を形成できるので、コンパ
クト化，省材料化できる。さらに、その固定方法は変換
器内でボルトにて固定されるので、締付部材が露出する
ことが全く防爆上都合が良く、耐環境性が向上し、メン
テナンス性が改善される。

【００５０】次に、一体化した端子板を、所定の方向
（例えば図４に示すような方向）で、上から信号処理部
１９０の穴部に３９８に差し込む。この時、一体化した
端子板と前記受圧部からの信号は、コネクタ３８３と３
８１によって、しっかり接続されるようにし、このと
き、このコネクタと端子板の当り面間の寸法は、所定の
寸法で決定されており、若干押し付けるように寸法を構
成する。これにより基板１，２（１１０〜１１２）は剛
性が高くなり、その固有振動数が低下することがなくな
る。

【００５１】受圧部１２０からの信号は基板〜端子板を
経由して、その出力値を表示器（ドットマトリクスＬＣ
Ｄ）１４０に表示し、あるいは２線式伝送路の信号，電
源ラインにて外部に送出される。表示器１４０は前記信
号処理部１９０に、カバー１１６に介してねじ止めされ
る。カバー１１６には、表示器１４０の指示を外部から
観察できるように、ガラスあるいは透明な部材４０４が
装着され、また、防爆上の仕様を満足させるため、ガス
ケット４３２を介して、止めバネ４０６により、カバー
に装着される。さらにカバー１１６には、表示器１４０
のつば部411部の上部に押えバネ４０７を介して挿入さ
れ、前記表示器を挿入した後、さらに、止めバネ４０８
によって、前記カバーに組込まれる。表示器１４０は、
ある程度のガタがある状態にて、カバー１１６内に収納
されている。このような構成においては、表示器１４０
はカバー１１６の着脱，取り付け時にもカバー１１６と
一緒に動くため、カバーを信号処理部１９０から取り外
した時でも脱落することは一切ない。

【００５２】図４にカバーを着脱する状態の平面図、図
５にその着脱状態の斜視図を示す。

【００５３】表示器１４０は電気的な接続をする計４個
の端子４２１と、取り付け時の位置決めのためのガイド
ピン４２２が一体化されて形成されており、これらを保
護するため凹状の形状を持つカバー部４２３内に形成さ
れている。これにより、カバーを取り外した状態におい
ても、電気的な接続端子４２１は露出することがなく、
信頼性が十分確保される構成となっている。このカバー
１１６は前記信号処理部１９０に装着する場合は、前記
信号処理部１９０に既に収納されている端子板１８２の
受け側の接続部５２１とガイドピン挿入穴５２２をほぼ
一致させながら、カバー１１６を信号処理部１９０にね
じ込む。表示器１４０はカバー１１６に対し、ある程度
のスペースを持って保持されているので、カバー内で回
転できる構成となっているが、ガイドピンそして端子を
さし込んでから締め付けることにより、表示器を回転さ
せない状態にしてカバーを締め付けることができる。ま
た、装着が進むに従って表示器１４０は押えバネ４０７
によって表示器のつば411を押し付けながら、端子板の
面に接触して止まる。この時、端子板１８２と表示器１
１６内にはスペースが形成され、このスペース内で外部
からの配電信号送受信用の２線式伝送路の電線が収納さ
れる。

【００５４】図７，図８に本発明のプロセス状態検出器
が導圧配管及び２線式伝送路のケーブルに接続されてい
る一実施例を示す。

【００５５】図７（ａ）に示すように一般に伝送器本体
は低圧，高圧側の導圧配管１０２，１０４に接合された
状態で、配線口１１８は表示器１４０に対して平行に左
右に位置しているため、左右いずれの方向からも配線が
可能であり、かつ２線式伝送路のケーブル７０２により
上位機器との間で目的とする信号を送受信するようにな
っており、表示器１４０は操作者が必要な情報を見やす
い表示目的の方向に向いている。

【００５６】そして、本発明のプロセス状態検出器にお
いては、図７（ｂ）に示したように、表示器に対して向
かって右側からケーブル７０２を接続していた状態か
ら、左側の導入口から接続するようにするには、左側の
導入口のキャップを開け、前と同様に＋側出力端子７０
２，−側出力端子７０４へケーブル線を接続することに
より左右の接続方向の向きを変えることができるように
なる。

【００５７】さらに、何らかの都合により配線を下ある
いは上から接続する場合が生じた場合にも、前記信号処
理部１９０の底部に設けられているボルト通し穴５０６
を、受圧部に設けられたねじ穴９１２〜９１８に対して
＋９０度、あるいは−９０度回転させてその組み合わせ
を変えることにより、そして、それに対応してコネクタ
ホルダー３８３とコネクタ３８１が通っているコネクタ
挿入穴５０４の位置も変えることにより、表示器１４０
の表示方向を一定としたままで、その配線方向を任意に
変えることができるようになる。

【００５８】表示器１４０の表示方向を変える場合に
は、信号処理部１９０の位置を一定としたままで、コネ
クタホルダー３８３とコネクタ３８１が通るコネクタ挿
入穴５０４の位置を９０度ピッチで変化させ、かつ端子
板１８２と信号処理部１９０との接合も９０度ピッチで
変化させることにより、その表示方向を配線方向を一定
としたままで変えることが可能となる。

【００５９】また、上述した配線方向と、表示方向の変
更手段を組み合わせることにより、配線方向と、表示方
向を同時に変化させることも可能である。

【００６０】そして、本発明のプロセス状態検出器にお
いては、受圧部１２０と、信号処理部１９０との相対的
な位置組み合わせを変えることにより、配線，表示方向
の変更を可能にしているので、受圧部１２０を導圧配管
に取り付けた状態のままで、それらの変更が行えるよう
になっており、従来品と比較してメンテナンスに要する
手間を極力少なくすることができるようになっている。

【００６１】図８（ｂ）は図８（ａ）の基本的な設置状
態を、配線方向を上から取るように変更した例であり、
図８（ｃ）は表示方向を９０度回転させた例であり、図
８（ｄ）は表示方向を９０度回転させ、さらに配線方向
を下から取るように変更した例である。このように配
線，表示方向を種々に変更することが可能になるため、
設置スペースの削減が可能であり、また、一度設定した
後にプラント制御システムを変更し配線方向，表示方向
を変えて保守管理を行いやすくする場合などに有効に機
能する。

【００６２】図１０に本発明のプロセス状態検出装置と
して、差圧伝送器の信号処理回路の一実施例を示す。複
合機能型センサ４４は差圧と静圧と温度によるゲージ抵
抗の変化を電気信号として出力し、マルチプレクサー
（ＭＰＸ）７３１に選択的に取り込まれる。

【００６３】マルチプレクサー７３１に取り込まれた複
合機能型センサ４４、回路温度センサの信号はプログマ
ブルゲインアンプ（ＰＧＡ）７３３で増幅され、次にＡ
／Ｄ変換器７３４でディジタル信号に変換され、マイク
ロプロセッサー（ＭＰＵ）７３０に送信される。メモリ
７３９（ＥＥＰＲＯＭ）には差圧，静圧，温度センサの
各特性（圧力伝送器の場合は圧力と温度センサの各特性
のみでも可能）が予め記憶されており、これらのデータ
を用いて前記マイクロプロセッサー７３０にて補正演算
することにより、高精度の差圧信号値と、静圧，温度信
号値を演算する。この演算結果は、Ｄ／Ａ変換器７３７
とＶ／Ｉ変換器７３８を介して通常のアナログ信号に変
換され、ＤＣ４〜２０ｍＡの直流電流信号として上位の
制御装置であるコンピュータ，信号変換器に差圧，静
圧，温度信号が送出できる構成となっている。

【００６４】そして、本実施例の装置では、複合機能セ
ンサ４４より求めたプロセス状態に関する情報を、信号
処理部１９０内の表示部１４０に表示すること、更に
は、ＤＣ４〜２０ｍＡの直流電流に情報をディジタル信
号として重畳して送ること、さらに図では示していない
が信号処理回路から直流電流によるディジタル信号を送
ることによりプロセス情報を出力することが可能であ
る。

【００６５】また、直流電流信号にディジタル信号を重
畳する通信方法、又はディジタル信号で外部に設けられ
た監視制御装置と通信を行う通信方法では、Ｖ／Ｉ変換
器７３８内に収められたディジタルＩ／Ｏ回路により、
例えば図１６に示したようにオペレータズコンソール９
７２、またはハンドヘルドターミナル９７４にプロセス
状態に関する情報を表示し、そしてこれらの装置から測
定レンジなどパラメータの設定，変更，出力調整，入出
力モニタ，自己診断などの指定を行うことができる。

【００６６】図１１は本発明のプロセス状態検出装置に
使用される複合機能形差圧センサ部の断面図である。

【００６７】複合機能形差圧センサチップ４４は（１０
０）面のｎ形単結晶シリコンであり、その一方の面のほ
ぼ中央に、円形の薄肉部６６１を有する。この基板上の
薄肉部６６１に基板のそれぞれの面から第一のプロセス
圧力と第二のプロセス圧力を印加することにより、前記
薄肉部６６１は差圧に感応する起歪体となり、差圧検出
用の感圧ダイアフラムとして動作する。

【００６８】差圧感圧ダイアフラム６６１の上面には
（１００）面におけるピエゾ抵抗係数が最大となる＜１
１０＞軸方向に、第一の差圧センサであるＰ形抵抗体
（ゲージ抵抗）６３１〜６３４及び第二の差圧センサで
あるＰ形抵抗体（ゲージ抵抗）６４１〜６４４がそれぞ
れ結晶軸に対して平行又は直角方向に熱拡散法あるいは
イオンプランティーション法により形成される。前記各
抵抗体６３１〜６３４及び６４１〜６４４の配置位置
は、差圧印加時に差圧感圧ダイアフラム６６１上に発生
する半径方向，同方向の歪が最大になる固定部近傍に配
置する。また、これらの抵抗の配置方向としては、６３
１及び６４１と６３３及び６４３を半径方向とし、６３
２及び６４２と６３４及び６４４を接線方向とし、同じ
配置方向を向いた抵抗体のそれぞれの一端を結線して、
それぞれの抵抗体の他端を検出端子に接続してブリッジ
回路を構成する。

【００６９】また、差圧感圧ダイアフラム以外の厚肉部
には、静圧に感圧する抵抗体６２１〜６２４を形成し、
これらをブリッジ回路に結線することにより大きな静圧
信号を得ることができる。また厚肉部に温度に感応する
抵抗体６６５を形成し、この抵抗値変化を出力端子から
取り出すことにより、プロセス流体の温度も間接的に測
定できるようになっている。

【００７０】そして、差圧感圧ダイアフラム６６１の形
状の肉厚は感応する差圧に応じて所望の形状と肉厚に設
定され、異方性ウェットエッチング、あるいはドライエ
ッチングによって形成される。これにより差圧感圧ダイ
アフラム６６１上の抵抗体６３１〜６３４及び６４１〜
６４４はダイアフラムに発生する歪を受け、ピエゾ抵抗
効果により抵抗が変化するためその変化を信号として取
り出すことができる。

【００７１】複合機能形差圧センサチップ４４は中空の
固定台６５２を介してハウジング６５４に取り付けられ
る。固定台６５２は複合機能形差圧センサチップ４４の
ハウジング６５４との電気絶縁およびハウジング６５４
との線膨張係数の相違による熱歪の低減を考慮して、前
記シリコンと線膨張係数の近似したセラミックス（例え
ばＳｉＣ）が望ましいが、入手不可能の場合はその材料
選択時に前記シリコンとの線膨張係数との相違を無視し
てもよい。固定台６５２のセンサチップ４４との接合面
側には接合層６５０を形成する。６５０の接合層は固定
台６５２の接合表面を低融点ガラス等の酸化物ソルダー
でグレイズ化して形成するか、あるいは金属ソルダー、
あるいはＡｕ−Ｓｉ合金層又はＡｕの薄膜をスパッタ
法、あるいは蒸着法により形成することができる。また
は、有機質あるいは無機質のバインダーでも形成でき
る。かかる接合層６５０を固定台６５２のセンサチップ
４４の接合面側に設けることにより、センサチップ４４
を、低温で容易に接合できる。またその接合層は薄いの
で接合歪の影響を極力低減できる。

【００７２】複合機能形差圧センサチップ４４からの差
圧，静圧，温度の各信号はリード線６５６および配線板
６５５を介して、ハウジング６５４に設けられたハーメ
チックシール部の端子１４５により外部にそれぞれ取り
出される。

【００７３】ところで、差圧感応ダイアフラム６６１上
の抵抗体６３１〜６３４及び６４１〜６４４はダイアフ
ラムの上面と凹部６６３の差圧により発生する歪を受
け、ピエゾ抵抗効果により抵抗が変化するため、その信
号を取り出すことができる。しかし、これらの抵抗体６
３１〜６３４及び６４１〜６４４は差圧感圧ダイアフラ
ム６６１の両面にかかる圧力が等しいとき（静圧状態）
でさえ、または温度が変化にも感応して出力が変化す
る。前者の出力変化を静圧によるゼロ点変化と呼び、後
者の出力変化を温度変化によるゼロ点変化と呼んでい
る。温度変化時のゼロ点変化は主に抵抗体６３１〜６３
４及び６４１〜６４４の各抵抗値のバラツキと、抵抗体
の抵抗値が温度の関数となっているためである。したが
って、温度センサの出力６６５と差圧センサの出力との
関係は明確に関係づけられるので補償も容易である。静
圧印加時のゼロ点変化は、主に、静圧印加時に発生する
固定台６５２やハウジング６５４などのセンサチップ４
４以外の構成体より生じる歪によって生じる。このゼロ
点変化も、温度変化時のゼロ点変化と同様に、静圧印加
時の差圧センサのゼロ点変化と静圧センサの出力６２１
〜６２４との関係を情報として前もって収集しメモリ７
３９に収めておけば、この情報に基づいて補償できる。
このため、前記検出器内部の封入液量のバラツキ、及び
シールダイアフラム，センターダイアフラムのバラツキ
をも含めて高精度の補償が可能となっている。

【００７４】図１６に本発明のプロセス状態検出装置
を、プロセス状態を監視，制御する上位機器に接続した
場合のプロセス制御システムの一実施例を示す。

【００７５】２線式伝送路９５０に対しマルチドロップ
に接続されたプロセス状態検出装置（差圧伝送器、又は
絶対圧伝送器）９５２及び９５４が検出したプロセスの
状態信号はシグナルコンパレータ９６０を介してオペレ
ータズコンソール９７０に接続することにより、プロセ
ス現場から離れた場所でもプロセス状態を知ることがで
きる。また、オペレータズコンソール９７０にプロセス
状態検出装置の測定レンジなどのパラメータの設定，出
力調整，検出装置の自己診断結果などを出力するよう検
出装置に指令すること、そしてその結果を出力すること
が可能である。さらに、２線式伝送路９５０に接続され
たハンドヘルドターミナル９７４によっても、オペレー
タズコンソールと同等の指令、またその結果を検出装置
から得ることが出来るようになる。

【００７６】さらに、図ではマルチドロップの接続の例
を示したが、プロセス状態検出装置をシグナルコンパレ
ータ９６０に対して１対１に構成することも可能であ
る。

【００７７】図１２に表示器１４０の表示構成区分を示
す。表示部８１０は大きく３つの表示区分を有してい
る。検出装置の出力は表示区分８０４にその値、例えば
差圧値，絶対圧値が表示され、さらに、この表示区分８
０４の表示値に対応してＬＣＤのドットマトリックスマ
ークにより構成されるレベルマーク８０６がアナロググ
ラフ的に表示される。さらに、検出器が測定範囲を超え
た状態においては、オーバースケールの時はマーク８１
２が表示され、アンダースケールのときはマーク８１４
が表示される。そして検出装置の信号出力状態，装置の
ゼロ点調整状態については表示区分８１６にその属性を
示すマークが表示される。

【００７８】図１３は表示器１４０の検出装置の信号出
力状態の具体例を示した一実施例である。

【００７９】本発明のプロセス状態検出装置を差圧伝送
器として用いる場合、工業プラント等のパイプライン中
に流れる流体の流量を求めることが主要な課題である。
このためにパイプライン中に設けられたオリフィスを流
体が通過するときに発生する差圧ΔＰを測定して、次式
により流量Ｑを算出する。

【００８０】 Ｑ＝ｋ√ΔＰ …式１ ここでＫはレイノルズ数等で決まる定数である。

【００８１】従来の差圧伝送器においては、伝送器のセ
ンサが検出した差圧情報をリニアに対応させて４〜２０
ｍＡの定電流信号として２線式伝送路に送信し、上位機
器であるシグナルコンパレータがこの差圧情報を√変換
し、その平方根の値を更に上位機器のオペレータズコン
ソールに送信して、最終的にオペレータズコンソールが
流量Ｑを求めていた。

【００８２】これに対して、本発明の差圧伝送器では伝
送器本体内にセンサが検出した差圧情報を√変換し、そ
の平方根の値に対応した情報を２線式伝送路に送信する
機能を備えると共に設定により√変換前の値、又は√変
換後の値を表示器１４０に表示する機能をも備え、表示
内容，出力内容が√変換前の値、又は√変換後の値を示
しているのかを操作者に対して知らしめる表示機能を持
たせたものである。

【００８３】図１３（ａ）は√変換出力マーク８２０、
√変換表示マーク８０８を共に点燈させないことによ
り、表示，出力値とも共に√変換前の値を表示，出力し
ていることを示したものであり、その表示区分８０４の
表示値は√変換前の値が表示され、この値に対応してド
ットマトリックスマーク８０６が点燈する。

【００８４】図１３（ｂ）は√変換出力マーク８２０を
点燈させ、√変換表示マーク８０８を共に点燈させない
ことにより、出力値として√変換後の値が出されている
が、表示に√変換前の値が出力されていることを示す。
そして表示区分８０４の表示値には√変換前の差圧セン
サのリニアの値が表示される。

【００８５】図１３(ｃ)は√変換表示マーク８０８を点
燈させ、√変換出力マーク８２０を点燈させないことに
より、表示値が√変換後の値を表示し、出力値がリニア
出力されている状態を示したものであり、出力値として
√変換前の値が出され、かつ表示に√変換後の値が出力
されていることを示している。そして表示区分８０４の
表示値には√変換後の差圧センサの検出値が表示され
る。

【００８６】このように、本発明の検出装置はメンテナ
ンス時に、表示器のみで、その出力値、及び出力モード
等を一括して確認できるようになり、このため保守性管
理が容易な優れた検出装置を提供できる。

【００８７】従来の装置ではシステムを構成した場合に
シグナルコンパレータがこの差圧情報を√変換しなけれ
ばならず、一台のシグナルコンパレータが複数の検出装
置からの信号を受信していた場合、信号変換のために上
位機器に対するレスポンスが遅れてしまっていたが、こ
れに対し本発明の検出装置では内部にセンサ信号を√変
換させる機能を持たせたので、大規模なシステムを構成
した場合でも、シグナルコンパレータの信号収集のレス
ポンスが遅れることはない。

【００８８】また、さらに出力信号，表示信号が√変換
後の値であるかを明確に知らしめる表示器機能を備えた
ので、操作者は正確に表示情報を把握することが出来る
ようになる。

【００８９】さらには、メンテナンス時に検査対象とな
る検出装置からの２線式伝送路にハンドヘルドターミナ
ルを接続して、表示器の表示内容とハンドヘルドターミ
ナルの表示内容が√変換前後の値として等しい値を表示
しているかを、容易に検査者に対して知らしめることが
できるようになる。

【００９０】そして、メンテナンス時にはハンドヘルド
ターミナルを接続し、ここから検出装置に対して√変換
前後の値を交互に出力するように指令することにより、
表示器の表示内容とハンドヘルドターミナルの表示内容
が等しいかを確認することにより、検出装置の√変換機
能が正常に動作しているかを確かめることが出来る。

【００９１】図１４は検出装置がゼロ点調整状態になっ
た場合の、表示器１４０の表示具体例を示した一例であ
る。

【００９２】ゼロ点調整状態としては、例えば定期点検
等により本発明のプロセス状態検出装置を差圧伝送器と
して用いている場合、導圧配管に接合された三方弁によ
り意図的に差圧０の状態を作り出し、これが０％として
出力，表示されるように調整すること、また本発明のプ
ロセス状態検出装置を絶対圧検出器として、例えばプロ
セスタンクに接合され用いられている場合に、基準とな
るタンク容量水位を作り出し、この水位に対応した信号
が表示，出力されるように調整するものである。

【００９３】図１４（ａ）は意図的に作り出した状態に
対して、その状態の出力信号が目的とする信号出力％に
なるように、ゼロ点を上げている状態を示しており、オ
ーバースケールマーク８１２が表示されると共に、ドッ
トマトリックスマーク８０６が表示値に対応して点燈
し、レベルアップするようになっている。

【００９４】また図１４（ｂ）は意図的に作り出した状
態に対して、その状態の出力信号が目的とする信号出力
％になるように、ゼロ点を下げている状態を示してお
り、アンダースケールマーク８１４が表示されると共
に、ドットマトリックスマーク８０６が表示値に対応し
て点燈し、レベルダウンするようになっている。

【００９５】尚、検出器のゼロ点調整を行うためには、
例えば調整が必要とする検出器が接続された２線式伝送
路に対して、ハンドヘルドターミナル９７４を接続し、
ここから検出器に対してゼロ点調整開始信号，アップ，
ダウン信号を送信し、かつ表示器１４０の表示内容を見
て、ゼロ点調整状態を確認しながら調整を進めることが
出来るので容易にかつ確実に保守点検が行えるようにな
る。

【００９６】図１５は検出装置が異常状態になった場合
の、表示器１４０の表示具体例を示したものである。

【００９７】図１５（ａ）は検出器の出力がオーバーに
なった状態を示しており、その時の出力値を表示すると
共にオーバースケールマーク８１２と、ドットマトリッ
クスマーク８０６を全て点燈している状態を示したもの
である。

【００９８】図１５（ｂ）は検出器の出力がアンダーに
なった状態を示しており、その時の出力値を表示すると
共にアンダースケールマーク８１４が点燈している状態
を示したものである。

【００９９】図１５（ｃ）は検出装置の自己診断結果に
異常があることを示したものである。この時、√変換表
示マーク８０８が点燈し、検出器の機器内部のどこに異
常があるかを示しており、この例ではＡ／Ｄ変換器に異
常があることを示している。また、検出器はその本体内
に異常が発生した場合には同時に２線式伝送路に対して
その出力の定電流信号値をバーンアウト，バーンダウン
させる機能を備えている。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプロセス
状態検出装置によれば、機器自体を非常にコンパクトに
でき経済的な優位性と共に、さらに、システムのリプレ
イスが容易であり、保守，点検時にも非常に使い易い構
成になっている。

【０１０１】次に、検出器，信号処理部表示器がほぼ同
一軸上にあるため、検出器自体の重心位置が導圧配管に
対してシンメトリの位置に構成できるため、過大な偏心
荷重を受けないので強い振動に対しても十分に耐えうる
構成となる。

【０１０２】また、メンテナンス時においては、装置の
表示部を落したとしても、カバーにより保護されるので
破損することがなく、さらに基板取り出しの行程数を減
らすことが出来る。

【０１０３】そして、表示器に送信，表示内容が特定の
関数変換後の内容で送信，表示されていることを知らし
める機能を備えているため、操作者に対し装置の状態を
容易に知らしめることを可能にしている。

【０１０４】更に、ゼロ点調整のメンテナンス時におい
ても、操作者の調整方向に対応してそのシフト方向の表
示，レベルメータの表示が動くため、調整の進み具合を
容易に認識させることが可能になる。

【０１０５】このように本発明のプロセス状態検出装置
は耐環境性に優れ、さらに、保守，点検時にも非常に使
い易くなっており、さらに、プラントの施行費の低減を
も可能としている。さらに、機器自身は安定で信頼性が
高い構成にすることが可能なので、プラントの運転効率
を向上させることができ、増々の省力化を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す検出装置全体の斜視
図。

【図２】従来品の外観を示した図。

【図３】図１の検出装置全体の断面図。

【図４】表示器を備えたカバーとケースとの接合説明
図。

【図５】図４のカバーとケースとの接合の斜視図。

【図６】図４のａ−ａ断面における信号処理部の受圧部
との接合部分の説明図。

【図７】導圧配管と伝送ケーブルに対する検出装置の接
続例。

【図８】導圧配管と伝送ケーブルに対する検出装置の接
続例。

【図９】受圧部からの接続アダプターの斜視図。

【図１０】変換器の信号処理体系を示したブロック図。

【図１１】半導体複合センサの構成を示した断面図。

【図１２】表示器の表示区分の説明図。

【図１３】表示器の表示例。

【図１４】表示器の表示例。

【図１５】表示器の表示例。

【図１６】本発明装置を使用したプラント制御システム
の例。

【符号の説明】

１２０…受圧部、１９０…信号処理部、１９２，１９４
…ドレイン管、２３２，２３４…接続アダプター、２４
２，２４４，２４６，２４８…接続アダプター用ボルト
ねじ、３０６…信号処理部と受圧部の接続用ボルトね
じ。

フロントページの続き (72)発明者 小林 照雄 茨城県勝田市大字市毛882番地 株式会 社 日立製作所 計測器事業部内 (72)発明者 長須 章 茨城県勝田市大字市毛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 平４−50620（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−26545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−28619（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−26544（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−90313（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−165435（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−73645（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−183558（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−33196（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−137210（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−90313（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 13/00 - 13/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロセスの流体の圧力を検出するセンサを
   有する受圧部と、前記センサからの信号を処理する信号
   処理回路を有する信号処理部とを有し、 該信号処理部内に前記センサの状態を表示する表示器を
   備えたプロセス状態検出器において、 前記表示器は、前記流体の情報を数値として表示する第
   １の表示領域と、前記第１の表示領域の数値をアナログ
   グラフ的に表示するレベルマークと、検出結果が測定範
   囲を超えた状態を示すオーバースケールマーク及びアン
   ダースケールマークを有する第２の表示領域と、機器の
   信号出力状態とゼロ点調整状態を示す第３の表示領域を
   有し、 前記センサのゼロ点調整処理時に、前記第２の表示領域
   のレベルマークの表示が同調して動作し、且つゼロ点の
   調整処理に応じて前記オーバースケールマークあるいは
   アンダースケールマークを点燈させる ことを特徴とする
   プロセス状態検出器。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ゼロ点調整処理時に、ゼロ点を上げている状態では
   前記オーバースケールマークを点燈させ、ゼロ点を下げ
   ている状態では前記アンダースケールマークを点燈させ
   る ことを特徴とするプロセス状態検出器。