JP4653806B2 - 容器内の導波管感知レベル試験装置 - Google Patents

Description

容器内の導波管に沿って伝播される反射電磁パルスを送信かつ受信するレベル送信機が知られている。これらのレベル送信機は容器内の流体レベルを示す一つないしはそれ以上の近距離または遠隔出力を提供する。

貯蔵容器内の流体レベル、さらには送信機出力は長い間変化しないままとなることがある。オペレータは、不変状態の流体レベルを正確に示している不変送信機出力と、導波管またはレベル送信機の故障によって固定出力値のまま動かない不変送信機出力との違いを知ることができない。例えば、導波管上の汚濁の局部的な堆積によって上記故障を引き起こすことがある。レベル出力が動かない場合、オペレータに何らの警告なしに、容器内の流体が空になるか、容器が過充満になることがある。

レベル送信機の不変出力が、変化していないレベルによるものか故障によるものかをオペレータに確実に確かめさせることができる方法および装置が必要とされる。

容器内のレベルを感知する導波管のための試験方法および試験装置を開示する。試験装置はブリッジからなる。ブリッジは該ブリッジが導波管を橋絡して模擬レベルを模擬する試験位置を有する。また、ブリッジは該ブリッジが導波管を橋絡しない格納位置を有する。

また、試験装置はブリッジに接続されたアクチュエータを備える。アクチュエータは試験位置および格納位置間でブリッジを移動させる。

本発明のその他の特徴および効果は詳細な説明および関連の図面によって当業者に明らかになろう。

以下に記述する実施形態においては、不変送信機出力が送信機の故障によるものか容器内の実際の不変レベルによるものかを見つけるために、オペレータがレベル送信機や導波管を試験することを可能にする方法および装置を提供する。オペレータは容器内のレベル自体を測定することなく、かつ容器内のレベルを変化させることなく試験を行うことができる。

試験装置は導波管を横切って橋絡できるブリッジを含んでいる。導波管が橋絡されている試験位置と導波管が橋絡されていない格納位置との間でブリッジを移動させるために、支持部が用いられる。オペレータは試験位置へブリッジを移動させて送信機出力を監視することができる。導波管が適正に機能している場合、送信機出力はブリッジのレベルに対応した模擬レベル（Simulated level）を示す。送信機が適正に機能していない場合、送信機出力は模擬レベルを示さない。

図１は工業用貯蔵容器１０２上に据え付けられた代表的な生産物レベル送信機１００を例示する。生産物レベル送信機１００はバス１０４を用いて工業プロセス制御システム（図示せず）に接続される。バス１０４は、送信機１００のためのすべてのエネルギを供給する２線式、４−２０ｍＡ工業用電流ループ（テレメトリーループとも呼ばれる）であるのがよい。バス１０４はファウンデーション(Foundation）、フィールドバス（Fieldbus）、またはＣＡＮ等、公知の工業用フィールドバスからなることができる。また、バス１０４は、送信機１００の環境と両立する光学ファイバーバス、無線通信リンク、制御ネットワーク、デバイスバスネットワーク、またはその他の通信リンクからなることができる。また、生産物レベル送信機は太陽パネル等の他の電源からエネルギを供給されてもよい。生産物レベル送信機回路の一例は図２に関して以下に説明する。

生産物レベル送信機１００は、電磁パルスを導波管１０８に沿って、容器１０２内のレベル１１０又は１１１等の変化する生産物レベルへ送信する。図１においてブロック図のみで示す導波管１０８は種々の形式をとることができる。送信されたパルス１０６は、生産物レベル面１１０（または１１１）で反射され、反射パルス１１２として送信機１００に戻る。そこには、送信機１００から生産物レベル１１０まで、および生産物レベル１１０から送信機１００までの送信パルスの伝播に関係する時間遅延がある。送信機１００はこの反射時間遅延を測定し、導波管１０８を伝わる周知の電磁パルス伝播速度を使って送信機１００と生産物レベル１１０間の距離を計算する。

送信機は既知の容器の寸法またはその他の校正データを使って貯蔵容器内の生産物レベル（容積、深さ、質量）を計算し、生産物レベルを示す出力をバス１０４に供給する。送信機１００はバス１０４に接続された工業プロセス制御システム（図示せず）の要求に適合した高い精度と安定性で反射遅延時間を測定する。以下でより詳細に説明するように、送信機１００は、さらに、実際の感知レベルだけでなく試験中に一時的に模擬レベルを表す生産物レベル出力を示す第２の出力を（生産物レベル出力に加えて）バス１０４上に供給する。この第２の出力は、生産物レベル出力が模擬出力であり、またバス１０４に接続された制御システムに制御入力を供給していることをオペレータに警告し、制御システムが該模擬出力を実際の感知出力であるとして応答しないようにするという利点を有している。

図２は、生産物レベル送信機２００の代表的な実施形態を概略的に例示する。生産物レベル送信機２００は制御装置およびバス２０４とのインタフェースを構成するバスインタフェース回路２１４を含んでいる。バス２０４はすべての電力を送信機２００に提供する２線、４−２０ｍＡループであることができる。また、制御装置およびバスインタフェース回路２１４はバス２０４以外の電源から電力を得てもよい。制御装置およびバスインタフェース回路２１４は送信機２００内のすべての回路を起動する電力供給電圧Ｖｄｄを提供する。送信機２００は線２０６に沿って導波管２０７へ電磁放射波を送信する送信回路２１２を含んでいる。電磁放射波は導波管２０７を伝わって生産物レベル面２０８まで進み、生産品レベル面２０８から導波管２０７を伝わって送信機２００の線２１０まで反射されて戻る。

送信機２００は送信機２００および生産物レベル面２０８間で周知の形式の電磁波導波管に接続できる。例えば、導波管はレーダーレベル送信機２００から生産物レベル２０８まで延びる種々の周知の形式の送信線を含むことができる。送信機２００と生産物レベル２０８との間で電磁放射波を往来させる導波管２０７として、一つまたはそれ以上の電線（ワイヤ）、同軸送信線、中空導波管、剛性対導線、剛性単一導線、可撓性対導線、または可撓性単一導線を使用することができる。導波管２０７を使用することによって、液体レベル２０８までの良好な測定のための通路長を保証し、単純な放射アンテナを使用する場合に起こり得る他の面からの漂遊反射による問題を回避する。

生産物レベル送信機２００はまた反射放射波を受信するために線２１０に接続された受信機２１６を備えている。制御装置およびバスインタフェース回路２１４は線２１３で送信回路に接続され、送信回路２１２を制御する。制御装置およびバスインタフェース回路２１４は線２１５で受信機２１６に接続される。制御装置およびバスインタフェース２１４は線２１５を介して受信したデータを処理し、そのデータをバス２０４に送信されるレベル信号２３１に変換する。

導波管２０７はブリッジ２０９で橋絡され（図３−４に関連して以下でさらに詳細に記述する）、このブリッジ２０９において、実際のレベル読み値と異なる模擬レベル読み値を模擬する反射が発生する。模擬レベル読み値は一般的には実際のレベル読み値より高い容器内の高さにおけるものである。この高い高さは実際のレベル読み値の信号特性（quality）とは異なった模擬レベル信号特性を提供する。

ブリッジのインピーダンスはまた実際の流体レベルのインピーダンスとは異なるように選択でき、異なる振幅の模擬反射信号を提供する。この反射信号の振幅差もまた実際のレベル読み値の信号特性とは異なる信号特性である。

好ましい装置では、制御装置およびバスインタフェース回路２１４は一つまたはそれ以上の信号特性を感知し、第２出力、つまり診断出力２３３をバス２０４に供給するようにプログラムされる。

診断出力２３３は、第１の出力つまり線２３１上のレベル出力が実際のレベル読み値であるか、または模擬レベルであるかを指示する。制御装置およびバスインタフェース回路２１４は、ＨＡＲＴ（ハート）プロトコルまたはその他周知の標準信号プロトコルに従い、４−２０ｍＡループ電流上に重畳されるデジタル信号の形式で診断情報をバス２０４へ送出する。オペレータおよび制御システムは、模擬レベル読み値が実際のレベル読み値ではないということを診断情報によって警告される。

図２に示した構成は代表的なものである。レーダーレベルシステムの試験運転のための、導波管を使った種々の周知のレーダーレベルシステムを、以下に説明する構成と関連させて使用することができる。

図３は、容器３０８内のレベル３０４、３０６等の、変化するレベルを感知する導波管３０２を試験するための試験装置３００の第１実施形態のブロック図である。試験装置３００は試験位置３１２を有するブリッジ３１０を備え、このブリッジ３１０は導波管３０２の近くにあって、模擬レベル３１４を模擬するために導波管３０２を橋絡する。模擬レベルは感知レベル３０４、３０６の最高値よりも高いことが望ましい。また、ブリッジ３１０は、ブリッジ３１０が導波管３０２を橋絡せず、導波管３０２から離れている格納位置３１６を有する。導波管３０２はほぼ平行な導体の対（ペア）から構成するのがよい。ブリッジ３１０は試験位置３１２で平行な導体を橋絡する横棒（bar）から構成するのがよい。

この明細書で使用されている用語「ブリッジ」は、導波管に沿った模擬レベルにおいて電磁的不連続性を与えることを意味し、この電磁的不連続性は導波管より上にある送信機へ該導波管に沿って反射により模擬レベル信号を送り返すことを意味する。模擬レベル信号は送信機によって検知可能な十分な大きさだけを必要とし、実際に感知されたレベル信号とは異なった一つまたは複数のレベル信号特性を有することができる。ブリッジの形状及び／または構造は導波管の形状によって変えることができる。橋絡は、反射を生じさせるためにブリッジが導波管に十分に接近した時に成立する。ブリッジは導波管が導波管導体と物理的に接触していないときでも導波管を効果的に橋絡することができる。

試験装置３００はまたブリッジを導波管に対して係合および切り離しするためのアクチュエータ３１８を含む。一実施形態においては、アクチュエータ３１８は軸受け３２２および軸受け３２２に対して動作可能に装着される部材３２４を含む支持部３２０を含んでいる。一つの好ましい装置では、軸受け３２２はスリーブ状軸受けからなり、容器を囲うために使用される材料と同じ材料で製作されるのがよい。他の好ましい実施形態では、軸受け３２２は孔を有する金属ブロックからなり、部材３２４はこの孔を貫通する金属軸からなるのがよい。例示したように、金属軸は垂直方向の縦長軸を有し、金属軸はブロック内で摺動可能であり、種々の模擬レベルの範囲を提供する。部材３２４は摺動を抑制して固定された模擬レベルを提供することもできる。ブロックは容器の一部分または分離された部位から構成することができる。

この実施形態では、接続点３２５において部材３２４を機械的にブリッジ３１０へ接続または取り付ける。部材３２４は、ブリッジ３１０を試験位置３１２および格納位置３１６間で移動させるように駆動可能である。軸受け３２２は、可燃蒸気が存在し得る領域で静電電荷が蓄積されるのを回避するため、部材３２４およびブリッジ３１０を電気的に接地するよう構成されているのがよい。ある種の用途、特に導波管３０２が単線導体からなる場合において、ブリッジ３１０の接地が橋絡の効果を高めることができる。軸受け３２２、部材３２４およびブリッジ３１０は可燃性蒸気が存在し得る領域内での使用のため非スパーク材料で作られるのがよい。

当業者は、容器３０８がタンクからなるか、大型タンクと並ぶ給水塔もしくは蒸留塔からなることを理解できるであろう。また、当業者は、容器３０８が導波管３０２に関連した導波管システムの外部導体部として機能する狭い蒸留壁であり得ることを理解できるであろう。

この実施形態では、オペレータは、ブリッジ３１０を試験位置３１２内へ移動させるために、アクチュエータ３１８を使って部材３２４を駆動し、その後、送信機のレベル出力を読むことができる。レベル出力が模擬レベル３１４を示している場合、オペレータは導波管（また送信機も）が適正に作動しており、送信機出力は正常であると判断できる。一方、ブリッジ３１０が試験位置３１２内へ移動しても送信機出力が正常レベル読み値を出力し続けている場合、オペレータはレベルシステムの故障の修理が必要であると判断できる。オペレータが、一旦導波管が適正に作動しているという判断をすることができたならば、ブリッジ３１０は格納位置３１６へ戻すことができ、オペレータは正確であるレベル読み値に依存することができる。

図４は容器内のレベル４０４のような変化するレベルを感知する導波管４０２の試験用装置４００の一例を示す第２実施形態の概要図である。レベル送信機４４０は送信機電子回路ハウジング４４２と送信機取り付けフランジ４４４とを含んでいる。導波管４０２は送信機取り付けフランジ４４４を貫通してレベル送信機４４０に接続される。

容器４４６は導波管４０２と試験装置４００を装着するために容器４４６の内側にアクセスできるフランジ開口４５０を含む容器フランジ４４８を有している。送信機取り付けフランジ４４４はボルト４５２によって容器フランジ４４８へボルト締めされる。また、送信機取り付けフランジ４４４は、中心からずれているがフランジ開口４５０とは整列している円形の貫通孔４５４を含んでいる。

試験装置４００は試験位置４１２内に示されたブリッジ４１０を備え、このブリッジ４１０は導波管４０２に近接しており、模擬レベル４１４を模擬するため導波管４０２を橋絡する。模擬レベル４１４は感知レベル４０４の最高値よりも高い方がよい。ブリッジ４１０は、導波管４０２から離れていて該ブリッジ４１０が導波管４０２を橋絡しない格納位置４１６を有している。

この実施形態では、導波管４０２は、ほぼ平行な一対の導体４０３、４０５を備える。ブリッジ４１０は、平行な導体４０３、５０５を試験位置４１２で互いに橋絡する金属棒からなるのがよい。ブリッジ４１０は軸部材４２４に取り付けられる。軸部材４２４は軸受けとして用いられる円形貫通孔４５４内で回転する。

ブリッジ４１０はそこでブリッジが軸部材４２４に取り付けられる取り付け位置４２５を有している。取り付け位置４２５は、レベル送信機４４０がすでに据え付けられた後に、レベル送信機４４０を据え付け位置から取り外すことなく送信機の据え付け位置を変更できるようにするため、貫通孔４５４内で試験装置４００が摺動できるようにブリッジ４１０を軸部材４２４内のスロット４２３の内部の位置に向けて上方へ回転し得るようにヒンジを含んでいるのがよい。容器の内部では、ブリッジ４１０は重力によって図４に示した位置に落下する。

軸部材４２４を手動で回転させるために軸部材にハンドル４６０が取り付けられる。ハンドル４６０はブリッジ４１０の位置指示器としても用いられる。ハンドル４６０は、熟練されたオペレータにとってブリッジ４１０の位置が自明となるようにブリッジ４１０と同じに水平方向を向いているのがよい。ハンドル４６０が試験位置および格納位置をよりよく示すことができるように、送信機フランジ４４４の上部面上に目印を付けておくことができる。

アクチュエータ４１８には、ユーザが遠隔でアクチュエータ４１８を動作させられるように遠隔動作機構を設けるとよい。この場合、例えば、ユーザはアクチュエータ４１８を試験位置４１２に位置決めする信号を電気的に送信し、試験信号を読みとり、そしてアクチュエータ４１８を離脱させて格納位置４１６へ戻す信号を送信することができる。

一つの試験装置の実施形態は、同様の、若しくは上述した別の試験装置の実施形態と同一の試験装置に適用できることを当業者は理解できるであろう。特定の設置環境の要求に応じて、アクチュエータを回転、摺動、または回転と摺動との組み合わせを可能とするように支持部を配置できる。また、支持部は、ジンバル動作若しくはジンバルおよび摺動動作の組み合わせが可能なように、ジンバル装着（ボールおよびソケットフィードスルー）として構成することができる。

試験装置が使用されていないときに格納位置へ試験装置を保持または固定するための機械的ロックまたは移動止めを含むことができる。同軸導波管システムにおいては、ブリッジが導波管内に入って同軸導波管システムの外部導体から中央導体までを橋絡できるように、導波管システムの外部導体内に孔を設けてもよい。容器に封止が必要とされる用途では支持部は封止される。駆動部材の縦方向装着が実際的でないところでの取り付けにおいては、駆動部材は水平若しくは斜めに配置してもよい。また、駆動部材は遠隔で制御できるようにモータによって駆動されるように構成してもよい。さらに、試験装置を不注意で試験位置に置いたままにするのを回避するため、格納位置へ向けて駆動部材にばね荷重するようにばねを設けてもよい。

好ましい実施形態を引用して本発明を説明したが、当業者は本発明の精神や範囲から離れることなく外形や詳細を変更できることを認識できるであろう。

貯蔵容器上に据え付けられた代表的な生産物レベル送信機を例示する。 生産物レベル送信機の代表的回路のブロック図の概略を例示する。 試験装置の第１実施形態のブロック図を例示する。 試験装置の第２実施形態を例示する。

符号の説明

３００…試験装置、３０２…導波管、３０４，３０６…レベル、３０８…容器、３１０…ブリッジ、３１２…試験位置、３１４…模擬レベル、３１６…格納位置、３１８…アクチュエータ、３２０…支持部、３２２…軸受け、３２４…部材、３２５…接続点

Claims (26)

1. 容器内のレベルを感知する導波管用の試験装置において、
   模擬レベルを模擬させるため導波管をブリッジで橋絡する試験位置、および導波管をブリッジで橋絡しない格納位置を有するブリッジと、
   前記ブリッジを前記試験位置および格納位置間で移動させるために該ブリッジに接続されたアクチュエータとを備えている試験装置。
2. 前記アクチュエータが、前記ブリッジに接続された部材を含んでいる請求項１の試験装置。
3. 前記アクチュエータが、前記部材が摺動可能に装着されている軸受けを含んでいる請求項２の試験装置。
4. 前記導波管が、一対のほぼ平行な導体からなり、前記ブリッジが前記導体を前記試験位置で橋絡する棒からなる請求項１の試験装置。
5. 手動で駆動できるように前記部材に接続されたハンドルをさらに備えている請求項２の試験装置。
6. 前記アクチュエータが、前記試験位置および格納位置間で移動するように遠隔で作動される請求項１の試験装置。
7. 前記容器の外側に置かれ、試験位置への移動を示す指示器をさらに備えている請求項１の試験装置。
8. 模擬レベルが感知レベルよりも高い請求項１の試験装置。
9. 前記軸受けがスリーブ状軸受けからなる請求項３の試験装置。
10. 前記軸受けが、孔を有するブロックからなり、前記部材が前記孔を貫通する軸からなる請求項３の試験装置。
11. 前記軸が、垂直方向の長手軸を有している請求項１０の試験装置。
12. 前記軸が前記ブロック内で摺動可能である請求項１０の試験装置。
13. 前記ブロックが容器の一部からなる請求項１０の試験装置。
14. 前記ブロックがレベル送信機フランジを備えている請求項１０の試験装置。
15. 前記導波管に接続されてレベル出力を提供するレベル送信機をさらに備えている請求項１の試験装置。
16. 前記模擬レベルが、容器内の感知レベルのレベル信号特性と異なる第１のレベル信号特性を備えており、
    前記レベル送信機が、前記第１のレベル信号特性を感知し、該レベル出力が模擬レベル出力か感知されたレベル出力であるかを示す診断出力を提供する請求項１５の試験装置。
17. 容器内のレベルを感知する導波管用の試験装置において、
    模擬レベルを模擬させるために導波管をブリッジで橋絡する試験位置、および導波管をブリッジで橋絡しない格納位置を有するブリッジと、
    前記ブリッジを支持する支持手段と、
    前記ブリッジを前記試験位置および格納位置間で移動させるため該ブリッジを駆動する駆動手段とを備えている試験装置。
18. 前記模擬レベルが、前記感知されたレベルより高い請求項１７の試験装置。
19. 前記支持手段が孔を有するブロックからなり、前記孔を貫通する軸からなる部材をさらに備えている請求項１７の試験装置。
20. 前記軸が前記ブロック内を摺動可能である請求項１９の試験装置。
21. 前記導波管に接続されてレベル出力を提供するレベル送信機をさらに備え、
    前記模擬レベルが、容器内の感知レベルのレベル信号特性と異なる第１のレベル信号特性を備えており、前記レベル送信機が前記第１のレベル信号特性を感知し、前記レベル出力が模擬レベル出力か感知されたレベル出力であるかを示す診断出力を提供する請求項１７記載の試験装置。
22. 容器内のレベルを感知する導波管の試験方法において、
    模擬レベルを模擬するためにブリッジが導波管を橋絡する試験位置と、ブリッジが導波管を橋絡しない格納位置との間で移動可能なブリッジを提供し、
    前記ブリッジを前記試験位置および格納位置の間で移動させるために部材を駆動させる試験方法。
23. 前記ブリッジを、軸受け、および該軸受けに対して移動可能に装着された部材で支持する請求項２２の試験装置。
24. 前記部材を作動させるための手動アクチュエータを提供する請求項２２の試験装置。
25. 前記部材を作動させるための遠隔アクチュエータを提供する請求項２２の試験装置。
26. 前記容器の外側に指示器を配置して前記試験位置への移動を指示する請求項２２の試験装置。

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