JP3943026B2 - 線形移動測定デバイスにおいて使用する自動芯出しマグネット組立体 - Google Patents

Description

本発明は一般的に線形移動測定デバイスに関連するものである。

本出願は、１９９９年６月２９日に出願された米国仮特許出願番号第60/141,576号に対する米国連邦法規第１１９（ｅ）の恩恵を主張する２０００年６月２３日に出願された米国特許出願番号第09/603,474号の一部継続出願に基づく優先権主張出願であり、本明細書において参照することによりその全内容を援用するものとする。

油パイプラインシステム、ガスパイプラインシステム、化学プロセス等の如き工業プロセスにおいて流体を制御する場合、流体の圧力を下げて制御することが必要になることが多い。これらの制御には調整器を用いるのが普通であり、この調整器を介して調整可能に流量制限を実現している。所与の用途における調整器の目的は、流速または他のプロセス変数を制御することであるが、流量制限は、本質的に、流量制御機能の副産物として圧力降下を誘発することになる。

一例として、調整器が利用される一つの特定の用途としては、天然ガスの分配・送給がある。天然ガス分配システムは、天然ガスの現場から一または複数の消費者まで延びるパイプラインネットワークを備えているのが普通である。大量のガスを送給するためにガスは高圧に圧縮される。ガスが分配網そして最終的に消費者に近づくと、そのガスの圧力は減圧ステーションにおいて下げられる。この減圧ステーションでは調整器を用いてガスの圧力を下げるのが普通である。

天然ガス分配システムにとっては、十分な量のガスを消費者に供与できることが重要である。このシステムの分配能力は、通常、システムの圧力、配管寸法、および調整器により決定され、システム分配能力はシミュレーションモデルを用いて評価されることが多い。このシステムモデルの精度は、さまざまな入力ポイント、減圧ポイント、および出力ポイントでの流量データを用いて判定される。減圧ポイントは、ガス分配システムの分配能力に重大な影響を与えるため、システムモデルが減圧ポイントを正確にシミュレートすることが重要である。しかしながら、減圧ポイントは分配システム内にあるため管理移転ポイント（即ち、ガス流量の制御を分配システムから消費者に切り換えるポイント）とは考えられていない。その結果、減圧ポイントでは流量測定を行わないことが普通である。さらに、減圧ポイントは管理移転ポイントではないので、精度向上のための追加コストは必要とされていない。天然ガスの分配に関して上述した問題と同様の流量測定問題は、他の調整器の用途（即ち、工業プロセス、化学プロセスなど）においても存在する。

さらに、調整器は、動作中の磨耗のために故障し、これにより、パイプラインに沿った圧力を制御する能力が落ちる。また、損傷した調整器により流体が漏れる場合があり、これにより、流体の浪費が増えてしまい、有害な状況を引き起こす恐れがある。損傷した調整器は修理または交換しうるが、調整器が故障した時を検出し、どの調整器が損傷したのかを判断することは困難なことが多い。故障を検出してどの調整器が故障したかを判定することは、パイプラインが何マイルも続きうる典型的な天然ガス供給システムにおいてはなおさら困難である。このようなわけで、装置の故障を検出し、その故障箇所を特定する装置が非常の望まれている。

線形移動測定装置には、動作パラメータに関するフィードバックを供与すべく、スロットル要素を有する調整器の如き可動部品を有する装置が設けられていることが多い。特に、電界効果センサは、スロットル要素の位置情報を与えるために用いられることが多い。電界効果センサは、スロットル要素の位置に応じて互いに関連して移動する、マグネットと磁場センサとを有していることが普通である。マグネットは、磁場センサにより感知される磁束パターンを生成する。その結果、磁場センサにより検出される磁束の変化を用いてマグネットの位置、ひいてはスロットル要素の位置を推測することができる。マグネットは、磁場センサに対して同一の長手方向の距離および高度を保つ必要があり、そうでなければ、マグネットにより生成される磁束パターンが変更されて線形移動値のフィードバックがひずんでしまい不正確になってしまう。

本発明の特定の態様によると、圧力調整器は、流入口と流出口とを有する主ハウジングと、前記流入口と前記流出口との間に画定される流路と、前記流路において移動可能なスロットル要素と、スロットル要素位置センサとを備える。前記スロットル要素位置センサは、前記主ハウジングに固定して支えられ、内側表面を画定するマグネットハウジングを有している。前記マグネットハウジングに挿入される大きさに寸法取りされ、前記スロットル要素とともに移動するように構成されるマグネットが設けられている。前記マグネットはノースポールとサウスポールとを有し、これらのポールで、前記マグネットは磁束を生成する。前記マグネットと前記マグネットハウジングとの間に芯出しリングが設置されており、該芯出しリングは、前記マグネットハウジングの中心に前記マグネットをこさせるように作用するように付勢される壁を有している。前記磁束を検出すべく磁場センサが設置されている。

本発明のさらなる態様によると、可動部材の位置を検出するように構成される位置センサを実現すべく、マグネット組立体は磁束センサとともに用いられる。前記マグネット組立体は、内側表面を画定するマグネットハウジングと、該マグネットハウジングに挿入する大きさに寸法取りされ、前記可働部材と移動するように構成されるマグネットとを備えており、前記マグネットは、ノースポールとサウスポールとを有し、これらのポールで、前記マグネットは磁束を生成する。前記マグネットと前記マグネットハウジングとの間に芯出しリングが設置され、該芯出しリングは、前記マグネットハウジングの中心に前記マグネットをこさせるように作用するように付勢される壁を有している。

図１は、ガス圧力調整器10の如き流体圧調整器の好ましい実施例を示している。図示したガス圧調整器10は、以下で説明するガス流量を測定する装置を備えており、この装置では、上流圧測定値、下流圧測定値、およびオリフィス開口部測定値を用いて流量および他の情報を計算する。なお、本発明の原理に従う液体圧調整器を設けてもよく、図示したガス圧調整器は、本発明にかかる流体圧調整器の一例にすぎない。

図１に示す調整器は、調整器本体12と、ダイアフラムハウジング14と、上部ハウジング16とを備えている。調整器本体12内には、上流パイプラインに接続する流入口18と、下流パイプラインに接続する流出口20とが設けられている。調整器本体12の内側のオリフィス22は、流入口18と流出口20との間の連通を確立している。

ダイアフラム26は、ダイアフラムハウジング14の内部に取り付けられ、ダイアフラムハウジング14を上側部分と下側部分14a、14bとに区分している。圧力スプリング28は、ダイアフラム26を上方向に付勢すべく、ダイアフラム26の中心に取り付けられ、ダイアフラムハウジングの下側部分14bに配置される。

ステム30は、ダイアフラム26に取り付けられ、ダイアフラム26とともに移動する。バルブディスク32の如きスロットル要素は、ステム30の底端部に取り付けられ、オリフィス22の下方に配置される。バルブディスク32は、オリフィス22を完全に遮断すべく寸法取りされており、これにより、流入口18から流出口20までの連通を遮断する。したがって、圧力スプリング28は、オリフィス22を閉じるべくバルブディスク32を上方に付勢していることがわかる。バルブディスク32は、横断面が変化して形成されており、これにより、バルブディスク32が下方に移動すると、オリフィス22の遮断されていない（即ち開放されている）エリアが次第に増えていく。この結果、オリフィス22の開放エリアはバルブディスク32の位置に直接的に関連することになる。

ダイアフラムの上側チェンバ14aのガス圧は、閉鎖位置と開放位置との間でバルブディスク32を移動させるべく制御される。ハウジングの上側部分14aにおける圧力は複数の異なる方法により提供されうる。本実施例においては、上側部分14aの圧力は負荷パイロット（図示せず）により制御される。しかしながら、調整器10は、本発明の範疇から逸脱することなく、無負荷パイロットの如き異なるタイプのオペレータを用いるタイプのものであってもよく、または調整器10は、自力式もしくは圧力負荷式であってもかまわない。

ダイアフラムハウジングの上側部分14a内のガス圧力を制御する他の代替手段は、上流配管からダイアフラムハウジングの上側部分14aまで延びる第一のチューブと、このチューブを通るガスの流れを制御する第一のソレノイドとを備えている。また、ダイアフラムハウジングの上側部分14aから下流配管まで延びる第二のチューブも設けられており、このチューブを通る流量を制御すべく第二のソレノイドが第二のチューブの内部に配置されている。第一のソレノイドおよび第二のソレノイドには、これらのソレノイドの動作を制御すべく一台のＰＣが接続されている。ダイアフラムハウジングの上側部分14a内の圧力を上昇するためには、まず、第一のソレノイドを開放して上流の圧力を上側部分に移動させ、これにより、ダイアフラム26を下方に駆動してオリフィス22を開放する。第二のソレノイドを通してガスを排気して上側部分14a内の圧力を低下させるとともにダイアフラム26を上げ、これによりオリフィス22を閉鎖する。圧力を提供・制御する方法に関係なく、圧力の上昇によりダイアフラム26および取り付けられたバルブディスク32は下方に移動してオリフィス22を開放し、圧力の下降により、オリフィス22が閉鎖することはいうまでもない。この構成は、一例として提示したたけであり、当該技術分野おいて周知の他の構成を用いてもよいことから理解されるように、本発明の範疇の制限を意図するものではない。

上流圧力レベルおよび下流圧力レベルP1、P2を測定すべくスロットル要素の上流および下流には圧力センサが設けられている。図１に示すように、第一の圧力センサおよび第二の圧力センサ34、35は上部ハウジング16に取り付けられている。チューブ36は第一の圧力センサ34から延出して、調整器流入口18の上流に位置する配管に接続されている。もう一つのチューブ37は第二の圧力センサ35から延出して、調整器流出口20の下流に位置する配管に接続されている。したがって、第一の圧力センサおよび第二の圧力センサ34、35は上部ハウジング16に取り付けられているが、チューブ36、37により、上流ガス圧力および下流ガス圧力は、それぞれ、第一の圧力センサおよび第二の圧力センサ34、35に伝達される。代替手段としては、第一の圧力センサおよび第二の圧力センサ34、35は、圧力センサから上部ハウジング16にまでの配線とともに、配管の上流および下流に直接設置されてもよい。所望な場合には、温度補正を実施すべく配管の上流にプロセス温度を測定するプロセス流体温度トランスミッタ48が設けられる。

上部ハウジング16は、バルブディスク位置を割り出すセンサをさらに備えている。例示された実施例によると、ステム30は、バルブディスク32に取り付けられ、ダイアフラム26に接続されている。移動位置指示器40は、ステム30の延長部分であることが望ましく、ダイアフラムから上部ハウジング16に延び、これにより、バルブディスク32の位置がバルブディスク32の位置に対応することになる。故に、センサは、指示器移動感知メカニズムを有し、それはホール効果センサであることが好ましい。ホール効果センサは、移動位置指示器40の上端部に取り付けられるホール効果マグネット42を有している。ホール効果マグネット42の位置を感知すべく上部ハウジング16の内側にはマグネットセンサ44が配置されている。マグネット42の位置を検出することにより、バルブディスク32の位置、そして、ひいてはオリフィス22の開放エリアを割り出しうる。第二の移動位置指示器（図示せず）を、バルブディスクの移動を視覚的に表示すべく移動位置指示器40にリンクしてもよい。第二の移動位置指示器は、移動位置指示器40から上方に延び、上部ハウジング16を貫通し、上部ハウジング16の上面を超えて延びる。

図２で例示する代替実施例では、ダイアフラムハウジングの上側部分14aにおける負荷圧力がバルブディスク位置を推測すべく測定される。バルブディスク32の位置は、ダイアフラムハウジングの上側部分14aに存在する圧力に応じて変化することはいうまでもない。この実施例においては、ダイアフラムハウジングの上側部分14aにおける圧力を測定すべく、上部ハウジング16内に負荷圧力センサ46が設けられている。そして、測定された負荷圧力は、その後、バルブディスクの位置を割り出すべく用いられうる。

図１の実施例に戻ると、第一の圧力センサおよび第二の圧力センサ34、35ならびに移動位置センサ44は、電子流量モジュール50に供給される出力を提供する。電子流量モジュール50は、図１に例示する上部ハウジング16内の如く、調整器と一体化させて設けられてもよく、または遠隔に設置されてもかまわない。流入口圧力、流出口圧力、およびバルブディスク位置は、調整器10の可変オリフィスを通る流量を割り出すべく用いられる。臨界点以下のガス流量の場合、流速は以下のアルゴリズムを用いて求められる：

ステム位置定数およびトリム形状定数Ｋ₂、Ｋ₃は特定のサイズおよびタイプの調整器に特有のものであり、主として特定のトリムサイズおよび形状に依存する。当業者ならわかるように、Ｋ₂とＹとの積は従来のフローサイジング係数と等価である。上述のアルゴリズムは、線形金属製トリムバルブタイプの調整器を通る臨界点下（即ち、Ｐ₁−Ｐ₂ ＜ ０．５Ｐ₁）のガス流速を計算するのに適している。

臨界ガス流の場合には、上記計算は、サイン関数を削除することにより修正される。非線形金属トリム調整器および非線形エラストマー型調整器の如き他のタイプの調整器の場合には、同様のアルゴリズムが用いられるが、当該技術分野で周知のことであるように、ステム位置定数Ｋ₂は、圧力降下ΔＰ（即ち、上流圧力Ｐ₁と下流圧力Ｐ₂との差）および／またはバルブステム位置に関連する関数になる。液体流の場合は、式は以下のようになる：

図２の実施例においては、負荷圧力定数Ｋ₄とゲージ負荷圧力Ｐ_Lとがステム位置定数Ｋ２とステム位置Ｙ値とを置換すること以外は同様の計算が用いられ、バルブディスクの移動位置を推測すべくダイアフラムハウジングの上側部分14aの負荷圧力が測定される。また、負荷圧力定数Ｋ₄は用途により特定され、各タイプの調整器10ついて決定する必要がある。非線形エラストマー型スロットル部材の場合は、負荷圧力定数Ｋ₄はΔＰとＰ_Lとの関数である。

好ましい実施例においては、上部ハウジング16の内部にローカル流量表示モジュール52も配置されている。ローカル流量表示モジュール52は、積算流量情報を提供する電子流量積算計を有している。ローカル流量表示モジュール52は、積算流量にアクセスし、後の利用のためにローカル流量積算計をリセットすべく携帯通信デバイスによるアクセスを可能にする出力ポートをさらに有している。現在の好ましい実施例においては、ローカル流量表示モジュール52は、上部ハウジング16の内部に囲まれるＬＣＤ表示装置を有している。上部ハウジング16の上部に取り付けられたキャップ17は、ＬＣＤ表示装置を見ることを可能にする透明なプラスチックの窓を有している。

通信モジュール54は、遠隔ターミナルユニット（ＲＴＵ）、ＰＣ、または調整器制御装置に問い合わせができるその他のデバイスの如き補助通信デバイス55に流量データを伝送する。通信モジュール54は、遠隔メータ読み取りシステム（図示せず）に流量情報伝送するためのアンテナ53を有しうる。また、流量測定メカニズムに動力を供給するための電源モジュール56が設けられている。電源モジュール56は、デバイス全体に調整電圧を提供することができ、太陽熱電源、バッテリ電源、およびＤＣ電源もしくはＡＣ電源の如き周知の供給源のうちいずれかにより供給されうる。

電子流量モジュール50、ローカル流量表示モジュール52、通信モジュール54、および電源モジュール56は、図１に例示されるように別々に設けられてもよく、または上部ハウジング16内部に設置される単一主回路基板上に設けられてもかまわない。

調整器10を介して計算される流速は、別の流量メータ58を用いて迅速かつ容易に校正されうる。流量メータ58は、タービンタイプのメータまたは他のタイプのメータであってもよく、配管の下流に一時的に挿入されて実際の流体流量が測定される。流量メータ58は、補助通信デバイス55（ＲＴＵ、ＰＣなど）または主回路基板に直接フィードバックを提供する。このフィードバックは、観察された流れ状態に基づき誤差関数を生成すべく用いられ、その後、この誤差関数は調整器10により実行される流量計算に組み入れられ、これにより、さらに正確な流量データが提供されることになる。

調整器型流量測定・診断装置の今現在の好ましい実施例は図３に例示されており、全体として参照番号100で示されている。図３に示すように、本装置100は、調整器のダイアフラムハウジング14に接続されるように構成される第一の端部102を有するマグネットハウジング101を備えている。マグネットハウジング101は内側表面250を画定し、移動位置指示器103（図４）を囲んでおり、この移動位置指示器は、調整器内のダイアフラム26（図１）に接続されるように構成されている。

マグネットハウジング101の内部にはマグネット組立体252が配置されており、磁束パターンを提供している。図４、図８、および図９に最もよく示されているように、マグネット組立体252は、単一バーマグネット254を備えており、このバーマグネットは、ノースポール256とサウスポール258とを有し、円筒形状であることが好ましい。バーマグネット254は、一定の磁束供給源として供するAlnico V磁性材料によりなる永久マグネットであることが好ましい。バーマグネット254は、該バーマグネット254を受け入れるような大きさに加工された中心穴261を有するシャトル260内に実装されることが好ましい。シャトル260は、非磁性材料、好ましくはアルミニウムまたはセラミックよりなり、マグネットハウジング101の内側表面により摺動可能に受け入れられるような大きさに加工された外側表面を有している。シャトル260は、便宜上、適切な締結部材により一緒に保持されるツーピース型ハウジングまたはクラムシェル型ハウジングであってもよい。

図８に例示される実施例において、磁束成形ポール部材262、264は、マグネット254により生成された磁束の形状を整えるべく、シャトル260の対向する材端凹部265の内側に螺合可能に固定される。各ポール部材262、264は、図９に最もよく示されているように、マグネット254の互いに対向する材端ポール面268に直面し、当接すべく構成される面266を有している。ポール部材262、264は、Ｇ１０１００冷間圧延鋼板の如き適切な磁性材料よりなり、磁場センサ276を含む長手方向の空間に直面すべく構成される互いに対向する平行な円形表面266、272と円筒形表面274とを有し、形状がおおむね円筒形状であることが好ましい。円錐台形表面278は、円形表面266と円筒形表面274との間につなぐ部分を形成し、長手方向の空間にも直面する。

本発明の好ましい実施例においては、マグネット254は、約０．３７５インチの直径と約２．５インチの長さとを有している。ポール部材262、264上の円形表面266の直径は、約０．３７５インチであり、円筒形表面274は、約０．８１２５インチの直径と、軸280の方向に約０．１２５インチの長さとを有している。円錐台形表面278は、表面266に対して約２０度の角度で配置されている。磁場センサ276は、バルブハウジングまたは他の静止した物体に取り付けられ、軸280に平行な軸282に沿って配向されている。シャトル260は、軸280に沿って移動するように配置されている。記載したセンサ構成の場合は、軸282は軸280から０．６２５インチのところにある。

円筒形表面274は、マグネット254の軸280および表面286と平行かつ同軸であることが本発明にとっては重要なことである。この関係は、ポール部材上の円形表面266がマグネットの円形ポール面268に直面することと、表面266と表面274とが同軸関係であることとにより達成される。この条件の結果として、磁場束はマグネットの軸280を中心に対称な構成となる。図９に示すように、軸280方向のマグネット254の長さおよび円筒形表面274と円錐台形表面278との構成により、マグネット254に隣接する領域において磁束パターン周辺の形状が整えられ、その結果、磁束は、軸280に平行な軸282に沿って線形的に変化するようになる。したがって、マグネット変位センサ276は、該センサの移動する長さに沿って線形的に変化する束密度を感知することになる。磁束はマグネットの周辺付近で均一なので、このセンサは、軸280を中心とする相対的な要素の回転には鈍感である。したがって、このセンサは、マグネット254の自軸を中心とする回転の影響を受けない。

磁束密度は、マグネットの長軸方向の線282に沿って、組立体の中間点288から両端のポールに向かって均一に上昇し、ちょうど対向するポール面274で磁束密度は最高になる。ポール256、258は反対に配向されているので、センサ276を通る磁束の方向は、中間点288の両側において、線282に沿う領域で反対方向である。したがって、磁束密度は、線282に沿って、一方のポール256に隣接するポール面274付近の一方向磁束の最高値から、中間点288における零を経て、他方のポール258に隣接するポール面274の付近の反対方向の磁束の最高値に至るまで変化する。ポール部材間の中央に位置する中間点288では、磁束密度は零（ゼロ）である。センサは、磁場強度が零である中間点288にセンサ276を置き、このセンサを校正することにより校正される。

使用においては、シャトル260は、線280に沿って往復移動して、マグネット254の線形的に変化する束パターンをセンサ276に沿って通過させることにより、マグネット組立体252に対するマグネット254の相対位置に比例した電圧を生成する。周辺磁束の形状を整えることにより、ポール部材262、264はマグネットの長さ方向全体に亘って磁束を線形化する。このようにして、ポール部材262、264は、磁場センサ276により生成される電圧読取り値の有効範囲および精度を著しく上昇させている。

マグネット組立体252がマグネットハウジング101の中央に位置することを確実にすることによりセンサの電圧読取り値の精度をさらに向上させるべく、一対の心出しリング290が設けられている。図８に最もよく示されているように、シャトル外側表面263に一対の溝292が形成されている。心出しリング290は溝292内に挿入される。これらのリングは、それぞれ外側方向に付勢された外壁294を有している。外壁294は、マグネットハウジング101の内側表面250と係合し、これにより、マグネット組立体252をマグネットハウジング101の内側の中心にこさせるようにしている。図８に例示される実施例においては、各心出しリングは290は、ラバーの如き比較的弾力性のある材料から形成される内側Ｏリング296と、プラスチックの如き比較的低摩擦係数を有する比較的剛性のある材料から形成される外側リング298とを有しており、外側リング298がマグネットハウジングの内側表面250に沿って摺動できるようにしている。しかしながら、外壁294を外側に付勢すべく他の材料を用いてもよいことは言うまでもない。たとえば、図１０に例示される実施例においては、各心出しリング290は、環状スプリング299からなる内側部材と、プラスチック外側リング298よりなる外側部材とを有している。この環状スプリング299は鋼の如き金属から形成されていてもよい。

図１１に例示されるもう一つの実施例においては、マグネット302をマグネットハウジング101内の中心にこさせるようにする内側方向の力を生じる一対の心出しリング300が設けられている。ポール部材304、306は、磁束の形を整えるべくマグネット302の互いに対向する端部に設置されている。マグネット302およびポール部材304、306を一体型マグネット組立体310に実装すべくシャトル308が設けられている。マグネットハウジング101の内側表面250には溝312が形成されており、この溝は心出しリング300の外側部分が装着される大きさに加工されている。各心出しリング300は、シャトル308の外側表面316を係合すべく内側に付勢される内壁314を有している。図１１の実施例においては、各心出しリング300は、内壁314を画定する、内側プラスチックリング318の如き内側剛性部材を有している。各心出しリング300は、外側環状スプリング320の如き外側弾性部材をさらに有し、この弾性部材は、内壁314を付勢すべく内側プラスチックリング318上を内側に押している。この結果、マグネット302はマグネットハウジング101の内側の中心にくるようにされる。

例示された実施例は、それぞれ、二つの心出しリングを用いるように示しているが、付勢される壁およびマグネットの相対的な長さに応じて単一の心出しリングを用いてもよいことはいうまでもない。さらに、本発明の精神および範疇から逸脱することなく二つを超える心出しリングを設けてもよい。

電気ハウジング106は、マグネットハウジング101に取り付けられており、第一の圧力ポート107と、第二の圧力ポート108と、補助圧力ポート109と、補助ポート110（図３）とを備えている。第一の圧力センサ組立体111は、第一の圧力ポート107の内側に挿入され、チューブ（図示せず）は、この組立体111を流路の上流部に接続する。第二の圧力センサ組立体114は、第二の圧力ポート108の中に挿入され、チューブ（図示せず）は、この第二の組立体114を流路の下流部に接続する。第三の圧力センサ組立体115は、第三の圧力ポイントで測定すべく補助圧力ポート109の中に挿入されてもよい。第三の圧力センサ組立体115は、前の実施例に関連してさらに詳細に上述したように、プラグの移動を推測すべく、流路内または調整器内を含むさまざまな場所で圧力測定をするのに用いうる。このましい実施例においては、大気圧を測定すべく第四の圧力ポート117が設けられている。補助ポート110は、図１に例示される温度トランスミッタ48の如き他のデバイスから離散型入力またはアナログ型入力を受信するために設けられている。さらに、以下に記載するように、外部デバイスとの接続のためにＩ／Ｏポート112が設けられている。

装置100（図５）のさまざまな動作を制御するためにハウジングの内側に複数の回路基板120a〜eが配置されている。例示の実施例においては、第一の（または主の）回路基板120aは、第一の圧力センサ、第二の圧力センサ、第三の圧力センサ、および大気圧センサのためのインターフェイスと、磁場センサ276のための接続部とを有しうる。第二の（または通信の）回路基板120bは、外部デバイスとの通信のためのインターフェイスを提供している。第二の回路基板120bは、モデムカード、ＲＦ２３２通信ドライバ、およびＣＤＰＤモデムの如き有線伝送のための接続部を有してもよい。これに加えてまたはこれに代えて、無線通信のためにトランシーバを設けてもよい。第三の（または主の）回路基板120cは、プロセッサと、メモリと、実時間クロックと、二つの通信チャネルのための通信ドライバとを有している。プロセッサは、とりわけ、流速を計算するために上述したアルゴリズムのうち一または複数を有することができ、一方、メモリは、日毎の高圧力および低圧力の如き選択されたパラメータを格納することができる。選択が自由である第四の回路基板120dは、補助通信デバイス55のためのインターフェイスを提供する。また、第五の（または終結の）基板120eは、電力供給調整器と、Ｉ／Ｏデバイスと接続するためのフィールドターミネイションと、予備電力供給器と、その他の基板120a〜dを差し込むための接続部とを有して設けられている。なお、五つの回路基板120a〜eが例示の実施例に示されているが、本発明の範疇から逸脱することなく、単一の回路基板、五つ未満の回路基板、または五つを超える回路基板を用いてもよいことはいうまでもない。

したがって、装置100と外部のデバイスとの間の通信は、ＲＦモデム、イーサネットまたは同様の他の公知の通信リンクにより行いうる。プロセッサにより、外部デバイスは、所望の圧力設定ポイントおよびアラーム条件の如き情報を装置100に入力することができ、メモリに格納されたデータを検索することができる。検索されるデータには、アラームログおよび格納された動作パラメータが含まれうる。たとえば、検索されるデータには、メモリに定期的に格納される上流圧力および下流圧力の履歴が含まれうるので、装置100は、圧力レコーダの機能を提供する。

本発明の特定の態様によれば、プロセッサは、アラーム信号を生成するルーチンを有している。このルーチンの最初の部分は、図５に概略的に例示するように、測定したパラメータ（即ち、上流圧力、下流圧力、および移動位置）を特定のユーザ指定限界値と比較する。さらに、測定されたパラメータの少なくとも二つを比較し、特定の論理演算に基づいてアラーム信号を生成する一または複数の論理サブルーチンが実行されうる。これらの例は、図６および図７．Ａ乃至図７．Ｄに概略的に示されている。

まず、レベルアラームを参照すると、ユーザによりなんらかのレベル限界が入力されているか否かを判別すべくチェックが開始される（150）。圧力値、移動値、流量値、およびバッテリ値がまずユーザが入力した上上限値と比較される（151）。これらの数値のいずれかが上上限値を超えている場合、日付および時間が読み取られ（152）、対応する上上限アラームが記録される（153）。次いで、測定された数値は、ユーザが入力した上限値と比較される（154）。これらの数値のいずれかが上限値を超えている場合、日付および時間が読み取られ（155）、対応する上限アラームが記録される（156）。次いで、測定された数値は、ユーザが入力した下限値と比較される（157）。これらの数値のいずれかが下限値未満の場合、日付および時間が読み取られ（158）、対応する下限アラームが記録される（159）。最後に、測定された数値は、ユーザが入力した下下限値と比較される（160）。これらの数値のいずれかが下下限値未満の場合、日付および時間が読み取られ（161）、対応する下下限アラームが記録される（162）。

さらなる限界アラームが、計算される流量Ｆに基づいて設定されうる。たとえば、ユーザは、瞬間流量および累積流量に対して限界値を入力しうる。計算された流量Ｆがこれらの限界値のどちらかを超えると、アラームが誘発される。さらなるアラームがステム移動に基づいて提供されうる。ユーザは、累積ステム移動距離に対して限界を入力し、累積ステム移動距離がこの限界を超える場合保守アラームを誘発しうる。

ユーザが入力した限界アラームをチェックした後、なんらかの論理アラーム状態が存在するか否かを判定すべく一または複数の論理サブルーチンが実行されうる。好ましい実施例においては、これらの論理サブルーチンは、それぞれ組み合わされて図６に概して例示する単一の一体化された論理サブルーチンになる。図６に示すように、単一の一体化された論理サブルーチンは、圧力調整器を通る流量を計算する際、すべての圧力データおよび移動データを収集する（165）ことにより開始する。次いで、測定されたパラメータのそれぞれは、その他の測定されたパラメータとユーザが指定した設定ポイントとの両方と比較される。上流圧力（166）、下流圧力（167）、補助圧力（168）、ステム移動距離（169）、および流量（170）に対する論理アラームが監視される。また、第三の圧力センサ組立体およびＩ／Ｏ接続部112に接続される補助デバイスからのフィードバックに対するさらなる論理アラームも提供されうる。測定されたパラメータのそれぞれの相対的な数値を求めたあとに、以下でさらに詳細に記載するように、論理アラームがチェックされる。

上流圧力（ステップ166）に基づいて論理アラームを決定する作業の好ましい手順は、図７．Ａに概略的に示されている。まず、サブルーチンは上流圧力に関連する入力値があるか否かをチェックする（172）。上流圧力に関連する数値が入力されている場合、サブルーチンは、測定された上流圧力がユーザが入力した数値より大きいか（173）、小さいか（174）、または等しいか（175）を判別する。それぞれの相対的な比較（即ち、ステップ173、174、175）に対して、図７．Ｂ乃至図７．Ｄに例示される一連のサブステップが実行される。

上流圧力がある値よりも大きいことを必要とするアラームの場合、まず、サブルーチンはユーザにより入力された特定の上流圧力値があるか否かチェックする（176）（図７．Ｂ）。ユーザが上流圧力数値を入力している場合、測定された上流圧力はその入力値と比較される（177）。測定された数値が入力された数値より大きい場合は、上流圧力はより大きいというフラッグが設定される（178）。ユーザが入力した特定の数値が用いられない場合、サブルーチンは、下流圧力が上流圧力と比較される必要があるか否かを知るべくチェックする（179）。比較される必要がある場合、サブルーチンは、上流圧力が下流圧力よりも大きいか否かを判断する（180）。大きい場合には、上流圧力は下流圧力よりより大きいというフラッグが設定される（181）。下流圧力が論理アラームとして用いられない場合は、サブルーチンは、次に、補助圧力に基づいた論理アラーム値があるか否かをチェックする（182）。補助圧力が論理アラームとして用いられる場合、サブルーチンは、上流圧力が下流圧力よりも大きいか否かをチェックする（183）。大きい場合には、上流圧力は補助圧力より大きいというフラッグが設定される（181）。

図７．Ｃおよび図７．Ｄに例示するように、サブルーチンは、上流圧力が論理アラーム値未満かまたは等しいかを判断するために同様のステップを実行する（185乃至202）。さらに、下流圧力と補助圧力とが特定の論理アラーム値よりも大きいか、小さいか、または等しいかを判別すべく、図７．Ｂ乃至図７．Ｄに示されているものと同一の手順が下流圧力と補助圧力とに対して実行される。これらの手順は同一なので、これらのステップを例示する別々のフローチャートは提供されていない。

移動に基づいた論理アラーム（169）（図７．Ａ）を参照すると、論理シーケンスフローチャートが図７．Ｅに例示されている。これにしたがって、サブルーチンは、まず、移動位置論理数値が入力されているか否かをチェックする（203）。移動位置論理数値が入力されている場合、サブルーチンは、測定された数値が論理数値よりも大きい必要があるか否かを判断する（204）。論理演算子が、限界値よりも大きいという演算子である場合には、サブルーチンは測定された移動位置が入力された数値よりも大きいか否かを判断する（205）。大きい場合には、移動位置はより大きいというフラッグが設定される（206）。「より大きい」限界値が移動に対して用いられない場合、サブルーチンは、「より小さい」限界値が存在するか否かをチェックする（207）。「より小さい」限界値が検出された場合、サブルーチンは、測定された移動位置が入力された数値より小さいか否かを判断する（208）。小さい場合には、移動位置はより小さいというフラッグが設定される（209）。「より小さい」数値が用いられない場合、サブルーチンは、「等しい」という演算子の限界値が存在するか否かをチェックする（210）。「等しい」という限界値が用いられる場合、サブルーチンは、測定された移動位置が入力された数値と等しいか否かを判断する（211）。等しい場合には、移動位置は等しいというフラッグが設定される（212）。図６のステップ170で呼び出しに従って、同様の手順のステップを用いて、計算された流量が論理アラーム流量値よりも大きいか、小さいか、または等しいかを判断しうる。

設定されうる論理フラッグに基づき、測定されたパラメータの二つを比較した結果に基づいて特定の論理アラームが誘発される。たとえば、遮断問題アラームは、移動位置が零に等しく、かつ、下流圧力が上昇している（現在の下流圧力は直前の測定された下流圧力よりも大きい）場合に誘発されるように設定されうる。論理フラッグを設定するための対応する適切な動作状況が存在する場合には、遮断問題アラームが誘発される。このアラームは、スロットル要素が損傷している可能性があり、そのせいで、圧力調整器から流体が漏れていることを示しうる。他の論理アラームが生成されうるのは、移動数値が零よりも大きく、かつ、下流圧力信号が下降している場合であり、このことはステムが損傷している可能性を示唆しうる。さらに他の論理アラームが生成されうるのは、移動数値が零よりも大きく、上流の圧力信号が上昇している場合であり、このこともまたステムの損傷または調整器の他の問題を示唆しうる。さらに他の論理アラームが誘発されうるのは、移動信号が零よりも大きく、かつ、下流圧力信号がユーザにより入力された下流圧力限界値よりも大きい場合であり、このことは調整器を制御するパイロットに問題があることを示唆しうる。さまざまな測定値および計算値を考慮に入れた他の論理アラームも入力することができ、これにより、調整器に起こりうる他の問題を即座に示唆しうる。

プロセッサに付随するメモリは、日付、時間、およびアラームのタイプを追跡するアラームログを有していることが好ましい。このアラームログは、アラーム履歴を検索することを可能にすべく外部の通信デバイスによりアクセス可能になっている。さらに、プロセッサは、いかなるアラーム状況も遠隔に位置するホストコンピュータに自動的に通信するレポートバイエクセプション（ＲＢＸ）回路を有していることが好ましい。したがって、配管において起こりうる問題は即座に報告され、特定の構成部品または損傷のあるエリアが特定される。

調整器の流量測定と診断とを組み合わせた装置が例示・記載されているが、別体の調整器流量測定装置または別体の調整器診断装置が本発明に従って設けられてもよいことはいうまでもない。

以上の詳細な説明は明瞭な理解のみを目的として提供されたものであり、修正は当業者にとり自明のものであるので、不必要な制限を以上の説明から解釈するべきではない。

新規性があると考えられているこの発明の特徴は、上述の請求項に詳細に記載されている。本発明は、以下の図面に関連する上述の説明を参照して最も良く理解しうる。一部の図面において、同様の参照番号は同様の要素を表す。
流量測定装置を有する調整器を示す模式図である。 流量測定装置を組み込む調整器のさらなる実施例の模式図である。 前記調整器の流量測定装置の斜視図である。 調整器の流量測定装置の横断面図である。 アラームルーチンのユーザ指定の制限部を模式的に示すフローチャートである。 論理アラームサブルーチンを模式的に示すフローチャートである。 前記論理アラームサブルーチンの特定部分を模式的に示すフローチャートである。 前記論理アラームサブルーチンの特定部分を模式的に示すフローチャートである。 前記論理アラームサブルーチンの特定部分を模式的に示すフローチャートである。 前記論理アラームサブルーチンの特定部分を模式的に示すフローチャートである。 前記論理アラームサブルーチンの特定部分を模式的に示すフローチャートである。 本発明の教示に従って、線形移動測定デバイスにおいて用いられるマグネット組立体の拡大横端面図である。 図８に示す前記マグネット組立体を示す図である。 前記マグネット組立体の他の実施例の拡大横断面である。 前記マグネット組立体の他の実施例の拡大横断面である。

符号の説明

10 ガス圧力調整器
12 調整器本体
14 ダイアフラムハウジング
14a ダイアフラムハウジング上側部分
14b ダイアフラムハウジング下側部分
16 上部ハウジング
18 流入口
20 流出口
22 オリフィス
26 ダイアフラム
28 圧力スプリング
30 ステム
32 バルブディスク
34 第一の圧力センサ
35 第二の圧力センサ
36、37 チューブ
40 移動位置指示器
42 マグネット
44 移動位置センサ
48 プロセス流体温度トランスミッタ
50 電子流量モジュール
52 ローカル流量表示モジュール
53 アンテナ
54 通信モジュール
55 補助通信デバイス
56 電源モジュール
58 流量メータ
100 調整器流量測定・診断装置
101 マグネットハウジング
103 移動位置指示器
106 電気ハウジング
107、108、117 圧力ポート
109 補助圧力ポート
110 補助ポート
111、114、115 圧力センサ組立体
120a〜120e 回路基板
250 内側表面
252 マグネット組立体
254、302 マグネット
256 ノースポール
258 サウスポール
260、308 シャトル
261 中心穴
262、264 磁束成形ポール部材
266、272 円形表面
274 円筒形表面
276 磁場センサ
278 円錐台形表面
280 軸
282 平行な軸
288 中間点
290、300 心出しリング
292、312 溝
294 外壁
296 Ｏリング
298 外側リング
299 環状スプリング
304、306 ポール部材
314 内壁

Claims (28)

1. 流入口と流出口とを有し、該流入口と該流出口との間に流体流路が画定される主ハウジングと、
   前記流体流路内で移動可能なスロットル要素と、
   スロットル要素位置センサとを備え、
   該スロットル要素位置センサが、
   前記主ハウジングに固定して支えられ、内側表面を画定するマグネットハウジングと、
   前記マグネットハウジングに挿入できる大きさに加工され、前記スロットル要素とともに移動するように構成され、ノースポールとサウスポールとを有し、磁束を生成するマグネットと、
   前記マグネットと前記マグネットハウジングとの間に設置され、前記マグネットを前記マグネットハウジングの中心にこさせるように作用するように付勢される壁を有する心出しリングと、
   前記磁束を検出すべく設置される磁場センサとを有する、圧力調整器。
2. 前記心出しリングは弾性部材と剛性部材とを有しており、該剛性部材が前記付勢される壁を画定している、請求項１記載の調整器。
3. 前記弾性部材がラバー製Ｏリングを構成する、請求項２記載の調整器。
4. 前記弾性部材が環状スプリングを構成する、請求項２記載の調整器。
5. 前記剛性部材がプラスチック製リングを構成する、請求項２記載の調整器。
6. 前記マグネットの前記ノースポールおよびサウスポールのそれぞれに磁束成形ポール片をさらに有する、請求項１記載の調整器。
7. 前記心出しリングは前記マグネットとともに移動するように支えられており、前記弾性部材は内側リングを構成し、前記剛性部材は外側リングを構成しており、該外側リングは前記付勢される壁を画定する外壁を有しており、該外壁は前記マグネットハウジングの前記内側表面に係合すべく外側方向に付勢されるように構成される、請求項１記載の調整器。
8. 前記マグネットを受け入れるような大きさに加工される中心穴と前記マグネットハウジングに挿入する大きさに加工される外側表面とを有するシャトルをさらに備え、
   該外側表面が前記心出しリングの内側部分を受け入れるような大きさに加工される溝を画定するように構成される、請求項７記載の調整器。
9. 前記マグネットの前記ノースポールおよび前記サウスポールのそれぞれに磁束成形ポール片をさらに有し、
   該磁束成形ポール片を受け入れるような大きさに加工される二つの材端凹部を前記シャトルが有する、請求項８記載の調整器。
10. 前記心出しリングは前記マグネットハウジングに対して固定されており、前記弾性部材は外側リングを構成し、前記剛性部材は内側リングを構成しており、該内側リングは前記付勢される壁を画定する内壁を有しており、該外側リングは該内壁を内側方向に付勢するように構成される、請求項１記載の調整器。
11. 前記マグネットを受け入れるような大きさに加工される中心穴と前記マグネットハウジングに挿入する大きさに加工される外側表面とを有するシャトルをさらに備え、前記マグネットハウジングの前記内側表面は、前記心出しリングの外側部分を受け入れるような大きさに加工される溝を画定し、前記内壁は前記シャトルの前記外側表面に係合するように構成される、請求項１０記載の調整器。
12. 前記マグネットの前記ノースポールおよび前記サウスポールのそれぞれに磁束成形ポール片をさらに有し、該磁束成形ポール片を受け入れるような大きさに加工される二つの材端凹部を前記シャトルが有する、請求項１１記載の調整器。
13. 前記マグネットと前記マグネットハウジングとの間に設置される第二の心出しリングをさらに備え、該第二の心出しリングが前記マグネットを前記マグネットハウジング内の中心にこさせるように作用するように付勢される壁を有している、請求項１記載の調整器。
14. 一端部が前記スロットル要素に接続され、他端部が前記マグネットに接続される移動位置指示器をさらに有する、請求項１記載の調整器。
15. 可動部材の位置を検出するように構成される位置センサを提供すべく磁束センサとともに用いるマグネット組立体であって、
    内側表面を画定するマグネットハウジングと、
    前記マグネットハウジングに挿入できる大きさに加工され、前記可動部材とともに移動するように構成され、ノースポールとサウスポールとを有し、磁束を生成するマグネットと、
    前記マグネットと前記マグネットハウジングとの間に設置され、前記マグネットを前記マグネットハウジングの中心にこさせるように作用するように付勢される壁を有する心出しリングとを備える、マグネット組立体。
16. 前記心出しリングは弾性部材と剛性部材とを有し、該剛性部材は前記付勢される壁を画定する、請求項１５記載のマグネット組立体。
17. 前記弾性部材はラバー製Ｏリングを構成する、請求項１６記載のマグネット組立体。
18. 前記弾性部材は環状スプリングを構成する、請求項１６記載のマグネット組立体。
19. 前記剛性部材はプラスチック製リングを構成する、請求項１６記載のマグネット組立体。
20. 前記マグネットの前記ノースポールおよび前記サウスポールのそれぞれに磁束成形ポール片をさらに有する、請求項１５記載のマグネット組立体。
21. 前記心出しリングは前記マグネットとともに移動するように支えられており、前記弾性部材は内側リングを構成し、前記剛性部材は外側リングを構成しており、該外側リングは前記付勢される壁を画定する外壁を有しており、該外壁は前記マグネットハウジングの前記内側表面を係合すべく外側方向に付勢されるように構成される、請求項１５記載のマグネット組立体。
22. 前記マグネットを受け入れるような大きさに加工される中心穴と前記マグネットハウジングに挿入する大きさに加工される外側表面とを有するシャトルをさらに備え、該外側表面は前記心出しリングの内側部分を受け入れるような大きさに加工される溝を画定するように構成される、請求項２１記載のマグネット組立体。
23. 前記マグネットの前記ノースポールおよび前記サウスポールのそれぞれに磁束成形ポール片をさらに有し、該磁束成形ポール片を受け入れるような大きさに加工される二つの材端凹部を前記シャトルが有する、請求項２２記載のマグネット組立体。
24. 前記心出しリングは前記マグネットハウジングに対して固定されており、前記弾性部材は外側リングを構成し、前記剛性部材は内側リングを構成しており、該内側リングは前記付勢される壁を画定する内壁を有しており、該外側リングは該内壁を内側方向に付勢するように構成される、請求項１５記載のマグネット組立体。
25. 前記マグネットを受け入れるような大きさに加工される中心穴と前記マグネットハウジングに挿入する大きさに加工される外側表面とを有するシャトルをさらに備え、前記マグネットハウジングの前記内側表面は、前記心出しリングの外側部分を受け入れるような大きさに加工される溝を画定し、前記内側リングの前記内壁は前記シャトルの前記外側表面に係合するように構成される、請求項２４記載のマグネット組立体。
26. 前記マグネットの前記ノースポールおよび前記サウスポールのそれぞれに磁束成形ポール片をさらに有し、該磁束成形ポール片を受け入れるような大きさに加工される二つの材端凹部を前記シャトルが有する、請求項２５記載のマグネット組立体。
27. 前記マグネットと前記マグネットハウジングとの間に設置される第二の心出しリングをさらに備え、該第二の心出しリングは、前記マグネットハウジング内の中心に前記マグネットをこさせるように作用するように付勢される壁を有する、請求項１５記載のマグネット組立体。
28. 前記可動部材が調整器のスロットル部材を構成しており、移動位置指示器は、一端部が該スロットル要素に接続され、他端部が前記マグネットに接続される、請求項１５記載のマグネット組立体。

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