JP4904872B2

JP4904872B2 - 圧力測定装置

Info

Publication number: JP4904872B2
Application number: JP2006082472A
Authority: JP
Inventors: 昌彦守屋; 雄一郎高橋; 徹志村; 直樹前田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: JP2007257422A; US20070225934A1

Description

本発明は、センサからの出力信号に基づいて所定の処理を行う圧力測定装置に関するものである。

センサからの出力信号に基づいて所定の処理を行う測定装置のなかに、流体の圧力を測定する圧力測定装置がある。圧力測定装置では、圧力を直接受けるセンサが出力する出力信号に対して演算処理部（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit））で所定の処理を行うことによって圧力を算出している。
計測器メーカが書いたフィールド機器・虎の巻出版：工業技術社

ところで、測定装置では、複雑な演算処理等を行う演算処理部の点検や交換等のメンテナンスを行う必要がある。しかしながら、一般的に測定装置は測定対象の近傍に設置されており、作業性が悪い箇所に設置されている場合が少なくない。例えば、上述の圧力測定装置は、狭い空間に配設される配管等の近傍に設置される場合がある。
また、複数の測定装置が設置されているような場合には、作業者がメンテナンスを行うために各測定装置が設置されている箇所を移動する必要があるため、作業時間の増大を招く。

また、測定装置のなかには、表示部を備え、この表示部において演算結果やセンサの状態を表示するものがある。このような測定装置が、視認性が悪い箇所に設置された場合には、表示部の確認作業に必要な時間が増大する。

このような問題に対して、センサが設置される筐体と、演算処理部が設置される筐体とを別体として、演算処理部が設置される筐体を作業性の良い箇所に設置することが考えられる。しかしながら、このような構成を採用した場合には、一方の筐体と他方の筐体とを長い配線で接続する必要が生じる。このため、センサの出力信号が長い配線を介して演算処理部に送信されるため、出力信号にノイズが乗り、測定結果の信頼性が低下する。
また、例えば、圧力測定装置の場合であれば導圧管によって測定ポイントを作業性の良い箇所に移動し、この箇所に測定装置を設置することも考えられる。しかしながら、このような場合であっても、温度等の外部要因によって導圧管が変形したり導圧管内の流体の密度が変化したりすることで、測定結果の信頼性が低下する恐れがある。また、導圧管を設置する場合には、導圧管を設置するためのコストが別途必要になる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、測定の信頼性を低下させることなく装置に対する作業性を向上することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、配管から第１導圧管を介して供給される流体の圧力と、上記配管から第２導圧管を介して供給される流体の圧力との差圧を測定する圧力測定装置であって、上記第１導圧管に接続される第１振動式圧力センサ、上記第２導圧管に接続される第２振動式圧力センサ、上記第１振動式圧力センサの出力信号と上記第２振動式圧力センサの出力信号とから差圧を算出するとともに当該差圧を示すパラレル信号を出力する第１ＣＰＵ、及び上記センサの特性を記憶する記憶部を有するセンサユニットと、入力された信号に基づく表示を行う表示部及び入力された信号を外部機器に応じた信号に変換する変換部に対して上記センサユニットから入力される信号に基づく差圧情報を入力する第２ＣＰＵを備えるとともに、上記センサユニットと別体で構成される演算処理ユニットと、上記センサユニットの筐体内部に収納されるとともに上記第１ＣＰＵから入力される上記パラレル信号をシリアル信号に変換して出力する第１の通信処理部、上記演算処理ユニットの筐体内部に収納されるとともに上記第１の通信処理部から入力される上記シリアル信号をパラレル信号に変換して上記第２ＣＰＵに入力する第２の通信処理部、及び上記第１の通信処理部と上記第２の通信処理部とを接続するケーブルからなる通信部とを備え、上記記憶部として、上記第１振動式圧力センサの特性を記憶するメモリと上記第２振動式圧力センサの特性を記憶するメモリとを備え、上記第１ＣＰＵは、上記メモリに記憶された上記第１振動式圧力センサの特性と上記第２振動式圧力センサの特性に基づいて算出した上記差圧を補正することを特徴とする。
このような特徴を有する本発明によれば、センサの出力信号が演算処理部にデジタル信号で送信される。

また、本発明においては、上記演算処理ユニットがセンサをさらに有するという構成を採用することができる。

本発明によれば、センサの出力信号が演算処理部にデジタル信号で送信されるため、その間で信号にノイズが乗ることを極めて低減させることができる。したがって、センサが設置されるセンサユニットと、演算処理部が設置される演算処理ユニットとを別体で構成して、センサユニットと演算処理ユニットとを長い配線で接続した場合であっても、その間をデジタル信号で送信することによって、確実にセンサの出力信号を演算処理部に伝送することができる。
そして、センサが設置されるセンサユニットと、演算処理部が設置される演算処理ユニットとが別体で構成可能であるため、センサユニットを測定対象の近傍に設置し、演算処理ユニットを作業性の良い箇所に設置することができる。
よって、本発明によれば、測定の信頼性を低下させることなく装置に対する作業性を向上することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る測定装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である圧力測定装置１（測定装置）の斜視図である。また、図２は、圧力測定装置１の機能構成を示したブロック図である。
本実施形態の圧力測定装置１は、配管１００から導圧管１１０を介して供給される流体の圧力と、配管１００から導圧管１２０を介して供給される流体の圧力との差圧を測定するものである。なお、配管１００中には、導圧管１１０の接続箇所と導圧管１２０の接続箇所との間にオリフィス板が設置されている。そして、圧力測定装置１は、図１に示すように、センサユニット２と、演算処理ユニット３と、通信部４とを備えている。

センサユニット２は、導圧管１１０，１２０と接続される筐体２１と、振動式圧力センサ２２，２３と、周波数カウンタ２４，２５と、メモリ２６，２７とを備えている。

筐体２１は、図１に示すように略円筒形状を有しており、図２に示すように内部に振動式圧力センサ２２，２３と、周波数カウンタ２４，２５及び通信部４の通信処理部４１とを収納している。

振動式圧力センサ２２，２３は、導圧管１１０，１２０と接続して配置されており、受ける圧力に応じた所定の周波数のアナログ信号を出力するものである。この振動式圧力センサ２２，２３としては、例えば、ダイヤフラム上に形成されたシリコン振動子の固有振動数がダイヤフラムに加わる圧力に応じて変化することを利用したシリコン振動式圧力センサを用いることができる。

周波数カウンタ２４は、振動式圧力センサ２２と電気的に接続されており、振動式圧力センサ２２の出力信号が入力される。また、周波数カウンタ２５は、振動式圧力センサ２３と電気的に接続されており、振動式圧力センサ２３の出力信号が入力される。
この周波数カウンタ２４，２５は、入力されるアナログ信号、すなわち振動式圧力センサ２２，２３の出力信号の周波数をカウントしてそのカウント値をデジタル信号として出力する。なお、本実施形態においては、周波数カウンタ２４，２５は、カウント値をシリアル信号として出力するものとする。

メモリ２６は、振動式圧力センサ２２の特性を記憶する不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰ−ＲＯＭ）である。また、メモリ２７は、振動式圧力センサ２３の特性を記憶する不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰ−ＲＯＭ）である。なお、メモリ２６，２７が記憶する振動式圧力センサ２２，２３の特性とは、外部温度やダイヤフラムの特性に起因する振動式圧力センサ２２，２３の出力周波数のぶれ等を含むものである。

次に、演算処理ユニット３は、センサユニット２とは別体で構成されており、作業者にとって作業が行い易い箇所（作業性の良い箇所）でかつ視認性が良い箇所に設置されており、表示部３３の表示面３３１が露出する開口部３１１を有する筐体３１と、ＣＰＵ３２（演算処理部）と、表示部３３と、変換部３４とを備えている。

筐体３１は、図１に示すように表示部３３の表示面３３１が露出する開口部３１１を有するものであり、図２に示すようにその内部にＣＰＵ３２と、表示部３３と、変換部３４と、通信部４の通信処理部４２とを収納している。

ＣＰＵ３２は、外部から入力されるパラレル信号に基づいて所定の演算処理を行うものである。具体的には、本実施形態においてＣＰＵ３２は、入力されるパラレル信号に基づいて導圧管１１０内の圧力と導圧管１２０内の圧力との差圧等を算出したり、算出した差圧情報を表示部３３や変換部３４に入力したりする。
また、ＣＰＵ３２は、上記機能の他に、外部からの指示に応じて測定スパンの設定やスケーリング等の機能も有している。

表示部３３は、例えば液晶ディスプレイや指針計等であり、ＣＰＵ３２と電気的に接続されている。そして、ＣＰＵ３２から入力される信号に基づいた表示を行う。

変換部３４は、ＣＰＵ３２と電気的に接続されるとともに配線５を介して外部機器と接続されている。そして、変換部３４は、ＣＰＵ３２から入力される信号を外部機器に応じた信号に変換し、配線５を介して出力する。また、変換部３４は、外部機器から入力される信号をＣＰＵ３２に入力可能なパラレル信号に変換して出力する。

次に、通信部４は、通信処理部４１，４２と、通信処理部４１（第１の通信処理部）と通信処理部４２（第２の通信処理部）とを接続するケーブル４３とを備えている。

通信処理部４１は、センサユニット２の筐体２１内部に収納されており、周波数カウンタ２４，２５及びメモリ２６，２７と電気的に接続されている。そして、通信処理部４１は、周波数カウンタ２４，２５から入力されるカウント値を、所定の規格（例えば、ＲｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄＳｔａｎｄａｒｄ−４８５Ｃ）に準じたシリアル信号（デジタル信号）に変換してケーブル４３を介して出力する。
また、通信処理部４２は、演算処理ユニット３の筐体３１内部に収納されており、ＣＰＵ３２と電気的に接続されている。そして、ケーブル４３を介して入力される所定の規格に準じたシリアル信号をパラレル信号に変換して出力する。

このように本実施形態の圧力測定装置１では、センサユニット２と演算処理ユニット３とが別体で構成されるとともに、センサユニット２と演算処理ユニット３とが通信部４によって電気的に接続されている。
また、ＣＰＵ３２が変換部３４及び配線５を介して外部機器と電気的に接続されている。そして、外部機器を操作することによって、ＣＰＵ３２に指令を与えることが可能となっている。これによって、外部機器を操作することで、例えば、表示部３３の表示面３３１に表示される内容の変更、測定スパンの変更、算出結果のスケーリング等を行うことができる。

次に、上述のように構成された本実施形態の圧力測定装置１の動作について説明する。

配管１００に接続された導圧管１１０，１２０内の流体から振動式圧力センサ２２，２３に圧力が加わると、振動式圧力センサ２２，２３が受けた圧力に応じた所定の周波数のアナログ信号が、振動式圧力センサ２２，２３から出力される。振動式圧力センサ２２から出力されたアナログ信号は周波数カウンタ２４に入力し、振動式圧力センサ２３から出力されたアナログ信号は周波数カウンタ２５に入力する。そして、周波数カウンタ２４，２５は、入力されるアナログ信号の周波数をカウントしてそのカウント値をパラレル信号として出力する。

各周波数カウンタ２４，２５から出力されたカウント値を含むパラレル信号は、通信部４の通信処理部４１に入力する。通信処理部４１に入力されたパラレル信号は、通信処理部４１によって、所定の規格に準じたパラレル信号に変換される。そして、通信処理部４１からは、パッケージ化されたシリアル信号（デジタル信号）が出力される。なお、通信処理部４１から出力されるシリアル信号は、周波数カウンタ２４，２５から出力されたパラレル信号を変換したものであるためカウント値を含んでいる。

通信処理部４１から出力されたシリアル信号は、ケーブル４３を介して、演算処理ユニット３の筐体３１内部に収納された通信処理部４２に入力する。通信処理部４２に入力されたシリアル信号は、通信処理部４２によって、ＣＰＵ３２に入力可能なパラレル信号に変換される。そして、通信処理部４２からは、ＣＰＵ３２に入力可能なパラレル信号が出力される。なお、通信処理部４２から出力されるパラレル信号は、周波数カウンタ２４，２５から出力されたパラレル信号を変換することによって生成されたシリアル信号を変換したものであるためカウント値を含んでいる。

このようなパラレル信号がＣＰＵ３２に入力することによって、ＣＰＵ３２は、周波数カウンタ２４，２５のカウント値を取得する。
また、ＣＰＵ３２は、カウント値の他に、振動式圧力センサ２２，２３の特性をメモリ２６，２７から取得する。具体的には、メモリ２６，２７に記憶された振動式圧力センサ２２，２３の特性を取得するための指令信号がＣＰＵ３２からパラレル信号で出力される。このパラレル信号が通信処理部４２に入力する。そして、通信処理部４２によってパラレル信号がシリアル信号に変換されて出力され、この出力されたシリアル信号がケーブル４３を介して通信処理部４１に入力する。通信処理部４１は、このシリアル信号を受け取ることによって、メモリ２６，２７から振動式圧力センサ２２，２３の特性を取得し、この特性を示す情報をシリアル信号として出力する。そして、このシリアル信号を通信処理部４２がパラレル信号に変換して出力し、この出力されたパラレル信号がＣＰＵ３２に入力されることによってＣＰＵ３２は、振動式圧力センサ２２，２３の特性を取得する。

ＣＰＵ３２は、取得したカウント値を用いて、配管１００から導圧管１１０を介して供給される流体の圧力と、配管１００から導圧管１２０を介して供給される流体の圧力とを算出する演算を行うとともに、取得した振動式圧力センサ２２，２３の特性に基づいて算出した圧力を補正する演算を行う。そして、ＣＰＵ３２は、このような演算によって得られた圧力の差を算出することによって、配管１００から導圧管１１０を介して供給される流体の圧力と、配管１００から導圧管１２０を介して供給される流体の圧力との差圧を算出する。

続いて、ＣＰＵ３２は、算出した差圧を示す信号を表示部３３及び変換部３４に入力する。この結果、表示部３３の表示面３３１には算出結果である差圧が表示される。また、変換部３４に入力した差圧を示す信号は、配線５を介して接続される外部機器に応じた信号に変換された後に、配線５を介して出力される。そして、この配線５を介して出力された信号が外部機器に入力される。

なお、外部機器は、予め配管１００内を流れる流体の密度等の情報を記憶しており、本実施形態の圧力測定装置１から入力される差圧を示す信号を用いて演算を行うことによって配管１００内を流れる流体の流量を算出することができる。

このような本実施形態の圧力測定装置１によれば、振動式圧力センサ２２，２３の検出結果すなわち周波数カウンタ２４，２５のカウント値が演算処理ユニット３のＣＰＵ３２にデジタル信号で送信されるため、その間で信号にノイズが乗ることを極めて低減させることができる。したがって、確実に振動式圧力センサ２２，２３の検出結果をＣＰＵ３２に伝送することができる。
そして、センサユニット２と演算処理ユニット３とを別体で構成してセンサユニット２と演算処理ユニット３とを長いケーブル４３で接続することが可能となるため、メンテナンスを必要としない部品から構成されるセンサユニット２を配管１００の近傍に設置し、メンテナンスや確認が必要な部品を備える演算処理ユニット３を作業性及び視認性の良い箇所に設置することができる。
よって、本実施形態の圧力測定装置１によれば、測定の信頼性を低下させることなく装置に対する作業性及び視認性を向上することが可能となる。

また、本実施形態の圧力測定装置１では、センサユニット２が配管１００の近傍に設置可能であるため導圧管１１０，１２０の長さを短くすることができる。このため、導圧管１１０，１２０を形成することによるコスト増加を抑止することができる。

なお、本実施形態の圧力測定装置１においては、通信処理部４１と通信処理部４２との間におけるデジタル信号にシリアル信号を用いた。このようにシリアル信号を用いることによって、ケーブル４３の本数を１本にすることが可能である。しかしながら、通信処理部４１と通信処理部４２との間に複数のケーブルを配設可能な場合には、通信処理部４１と通信処理部４２との間におけるデジタル信号にパラレル信号を用いても良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、同一符合を付しその説明を省略あるいは簡略化する場合がある。

図３は、本実施形態の圧力測定装置１０の機能構成を示したブロック図である。この図に示すように、本実施形態の圧力測定装置１０においては、センサユニット２がＣＰＵ２８（補助演算処理部）を備えている。このＣＰＵ２８は、筐体２１の内部に設置されており、周波数カウンタ２４，２５、メモリ２６，２７及び通信処理部４１と電気的に接続されている。

このような構成を有する本実施形態の圧力測定装置１０では、周波数カウンタ２４，２５のカウント値及びメモリ２６，２７に記憶された振動式圧力センサ２２，２３の特性をＣＰＵ２８が取得し、ＣＰＵ２８が取得したカウント値を用いて、配管１００から導圧管１１０を介して供給される流体の圧力と、配管１００から導圧管１２０を介して供給される流体の圧力とを算出する演算を行うとともに、取得した振動式圧力センサ２２，２３の特性に基づいて算出した圧力を補正する演算を行う。そして、ＣＰＵ２８が、このような演算によって得られた圧力の差を算出することによって、配管１００から導圧管１１０を介して供給される流体の圧力と、配管１００から導圧管１２０を介して供給される流体の圧力との差圧を算出する。
そして、ＣＰＵ２８から算出された差圧を示すパラレル信号が出力され、通信処理部４１に入力する。このパラレル信号は、通信処理部４１においてシリアル信号に変換されてケーブル４３及び通信処理部４２を介して演算処理ユニット３のＣＰＵ３２に入力する。そして、ＣＰＵ３２は、入力された差圧を示す信号をスケーリングしたり、表示部３３及び変換部３４に入力する。

このように、本実施形態の圧力測定装置１０では、センサユニット２に設置されたＣＰＵ２８が演算処理ユニット３に設置されたＣＰＵ３２の機能の一部を有している。このような構成を採用することによって、演算処理ユニット３のＣＰＵ３２の負担を低減することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、同一符合を付しその説明を省略あるいは簡略化する場合がある。

図４は、本実施形態の圧力測定装置２０の概略構成図である。また、図５は、圧力測定装置２０の機能構成を示したブロック図である。
本実施形態の圧力測定装置２０は、下部に流体を貯留する密閉タンク２００に設置されており、図４に示すように、センサユニット２が作業性及び視認性が悪い密閉タンク２００の上部２１０に設置されており、演算処理ユニット３が作業性及び視認性が良い密閉タンク２００の下部２２０に設置されている。

センサユニット２は、振動式圧力センサ２２と、周波数カウンタ２４と、メモリ２６とのみを備えている。そして、振動式圧力センサ２２は、密閉タンク２００の上部に直接接続されている。
また、演算処理ユニット３は、上記第１実施形態の構成に加えて、振動式圧力センサ３５と、周波数カウンタ３６と、振動式圧力センサ３５の特性を記憶するメモリ３７とを備えている。
振動式圧力センサ３５は、密閉タンク２００の下部２２０に直接接続されるとともに周波数カウンタ３６と電気的に接続されている。また、周波数カウンタ３６及びメモリ３７はＣＰＵ３２と電気的に接続されている。
このように、振動式圧力センサ３５、周波数カウンタ３６及びメモリ３７が演算処理ユニット３に備えることで、ＣＰＵ３２によって、密閉タンク２００の上部２１０の内圧と、密閉タンク２００の下部２２０の内圧と、密閉タンク２００の上部２１０の内圧と密閉タンク２００の下部２２０の内圧との差圧を算出することが可能となる。

このように、演算処理ユニット３が作業性及び視認性が良い箇所に設置されるのであれば、演算処理ユニット３に振動式圧力センサ３５を搭載しても良い。

なお、外部機器は、予め密閉タンク２００内に貯留される流体の密度等の情報を記憶しており、本実施形態の圧力測定装置２０から入力される差圧を示す信号を用いて演算を行うことによって密閉タンク２００内に貯留される流体の量や水位を算出することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る測定装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明を圧力測定装置に適用した例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、温度測定装置や光量測定装置等の種々の測定装置に適用することが可能である。なお、この場合には、測定装置は、測定する物理量に応じたセンサを搭載することとなる。

また、上記実施形態においては、振動式圧力センサの出力信号をデジタル信号としてＣＰＵ３２に送信した。しかしながら、振動式圧力センサの出力信号を光信号としてＣＰＵ３２に送信することも可能である。この場合であっても、振動式圧力センサの出力信号にノイズが乗ることを低減させることが可能である。

本発明の第１実施形態の圧力測定装置の概略構成図である。本発明の第１実施形態の圧力測定装置の機能構成を示したブロック図である。本発明の第２実施形態の圧力測定装置の機能構成を示したブロック図である。本発明の第３実施形態の圧力測定装置の概略構成図である。本発明の第３実施形態の圧力測定装置の機能構成を示したブロック図である。

符号の説明

１，１０，２０……圧力測定装置（測定装置）、２……センサユニット、２２，２３……振動式圧力センサ（センサ）、２６，２７……メモリ（記憶部）、３……演算処理ユニット、３２……ＣＰＵ（演算処理部）、３３……表示部、３５……振動式圧力センサ（センサ）、４……通信部

Claims

配管から第１導圧管を介して供給される流体の圧力と、前記配管から第２導圧管を介して供給される流体の圧力との差圧を測定する圧力測定装置であって、
前記第１導圧管に接続される第１振動式圧力センサ、前記第２導圧管に接続される第２振動式圧力センサ、前記第１振動式圧力センサの出力信号と前記第２振動式圧力センサの出力信号とから差圧を算出するとともに当該差圧を示すパラレル信号を出力する第１ＣＰＵ、及び前記センサの特性を記憶する記憶部を有するセンサユニットと、
入力された信号に基づく表示を行う表示部及び入力された信号を外部機器に応じた信号に変換する変換部に対して前記センサユニットから入力される信号に基づく差圧情報を入力する第２ＣＰＵを備えるとともに、前記センサユニットと別体で構成される演算処理ユニットと、
前記センサユニットの筐体内部に収納されるとともに前記第１ＣＰＵから入力される前記パラレル信号をシリアル信号に変換して出力する第１の通信処理部、前記演算処理ユニットの筐体内部に収納されるとともに前記第１の通信処理部から入力される前記シリアル信号をパラレル信号に変換して前記第２ＣＰＵに入力する第２の通信処理部、及び前記第１の通信処理部と前記第２の通信処理部とを接続するケーブルからなる通信部と
を備え、
前記記憶部として、前記第１振動式圧力センサの特性を記憶するメモリと前記第２振動式圧力センサの特性を記憶するメモリとを備え、前記第１ＣＰＵは、前記メモリに記憶された前記第１振動式圧力センサの特性と前記第２振動式圧力センサの特性に基づいて算出した前記差圧を補正する
ことを特徴とする圧力測定装置。
前記演算処理ユニットがセンサをさらに有することを特徴とする請求項１記載の圧力測定装置。