JP4994494B2 - 差圧計測方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、差圧計測方法及び装置に関し、特に、マスター容器とワーク容器との内部の圧力差（差圧）に基づきワーク容器内の漏洩を判断する差圧計測方法及び装置に関する。

配管や容器などからの漏洩を検査する方法として、容器等の検査対象の内部を加圧又は減圧し、検査対象の内部圧力の変化を単圧式センサで測定し、その測定結果に基づき漏洩を判断することが行われている。

しかしながら、容器等が鋳造や溶接など熱処理が施された直後の状態のように、容器等それ自体が測定中に温度変化している場合や、検査中に環境温度が変化する場合など、検査対象の内部の気体の温度も変化している場合には、容器等の内部圧力は、温度変化の影響を受けて、容易に変動することとなり、精確な漏洩判断が難しくなる。特許文献１では、容器等の検査対象に対して大気圧状態での内部圧力の変化を測定して温度変化の影響を算出し、加圧又は減圧した際の内部圧力の変化から算出した温度変化の影響を除くことで、精確な漏洩検査を可能にする方法及び装置が提案されている。

他方、漏洩を検査する方法には、特許文献２又は３に示すように、基準となる容器（以下、「マスター容器」という。）と検査対象となる配管や容器（以下、「ワーク容器」という。）との間に差圧センサを配置し、両者の差圧の変化に基づき、ワーク容器の漏洩を判断することが行われている。

差圧センサは、単圧式センサと比較し、マスターとワークの双方を加圧し、それらの差圧を計測する方式であるため、計測範囲を狭くでき、その分、精度が高くなっている。このため、差圧センサを利用した漏洩検査方法及び装置への期待が高まっている。また、特許文献２又は３では、温度変化の影響を排除するため、大気圧状態における差圧の変化を測定し、テスト加圧状態における温度変化の影響を除去することが提案されている。

近年、漏洩検査の作業効率の向上や検査精度の向上が求められている。しかしながら、例えば、漏洩検査対象となるワーク容器に対して、鋳造や溶接など熱処理が行われた直後に漏洩検査を行う場合には、精度の良い漏洩を実施するため、少なくとも数時間はワーク容器を室温に放置する必要があり、多くのワーク容器を効率的に漏洩検査する上での障害になっていた。

また、特許文献２又は３における漏洩検査方法では、大気圧状態で測定した温度変化を、テスト加圧を行った状態における温度変化と仮定しているため、気体の状態違いや時間的なズレなどの影響が全く考慮されておらず、正確な漏洩検査を実現することが難しい。

特許第３４８３２５３号公報 特許第３４１１３７４号公報 特許第３１３３２７５号公報

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、漏洩検査の作業効率を高め、漏洩検査の精度を向上させた差圧計測方法及び装置を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、マスター容器とワーク容器との各々について、大気圧で気体を封止し、該マスター容器と該ワーク容器との間に発生する差圧値の変化を測定し温度補償値を求める温度補償値検出工程と、該マスター容器と該ワーク容器とに大気圧以外のテスト圧力を付与し、該マスター容器と該ワーク容器との間に発生する差圧値の変化を測定する差圧変化測定工程と、該差圧変化測定工程で測定した差圧値の変化を該温度補償値で補正し、その結果に基づき、該ワーク容器の漏洩を判断する差圧計測方法において、該ワーク容器のみの内部圧力に関する圧力変化を測定し、該温度補償値に係る差圧値の測定タイミングを決定する測定タイミング設定手段を有すると共に、該マスター容器と該ワーク容器との間の差圧について、該温度補償値検出工程中に測定した大気圧に係る差圧値と、該差圧変化測定工程中に測定したテスト圧力に係る差圧値とに基づき、気体の密度変化を求め、該温度補償値又は該差圧変化測定工程で測定した差圧値のいずれか一方を該密度変化により補正することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の差圧計測方法において、該温度補償値検出工程は、該差圧変化測定工程の前後に行い、検出された前後の温度補償値に基づき、該差圧変化測定工程で測定した差圧値の変化を補正することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の差圧計測方法において、該ワーク容器の容積が異なる場合でも、該マスター容器は容積が共通な容器を用いることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、マスター容器と、ワーク容器と、該マスター容器と該ワーク容器との間の差圧を測定する差圧センサと、該マスター容器と該ワーク容器とを大気圧の気体で封止する大気圧調整手段と、該マスター容器と該ワーク容器とに大気圧以外のテスト圧力を付与するテスト圧力付与手段と、該大気圧調整手段を動作し該差圧センサの測定値に基づき温度補償値を求めると共に、該テスト圧力付与手段を動作し該差圧センサの測定値を該温度補償値で補正し、その結果に基づき、該ワーク容器の漏洩を判断する制御手段とを有する差圧計測装置において、該ワーク容器の内部圧力を測定するワーク容器内圧力測定手段を有し、該制御手段には、該ワーク容器内圧力測定手段の測定値に基づき、該温度補償値を測定する際の該差圧センサによる測定タイミングを決定すると共に、該ワーク容器内圧力測定手段から検出され、該大気圧調整手段の動作で得られる大気圧に係る差圧値と該テスト圧力付与手段の動作で得られるテスト圧力に係る差圧値とに基づき、気体の密度変化を求め、該温度補償値又は該テスト圧力付与手段を動作し測定した差圧値のいずれか一方を該密度変化により補正するよう設定されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の差圧計測装置において、該マスター容器の内部圧力を測定するマスター容器内圧力測定手段を有し、該制御手段は、前記気体の密度変化を求める際に、該ワーク容器内圧力測定手段が測定する圧力値に代えて、該マスター容器内圧力測定手段による前記大気圧に係る差圧値及び前記テスト圧力に係る差圧値を用いるよう設定されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の差圧計測装置において、該テスト圧力付与手段により該マスター容器及び該ワーク容器にテスト圧力を付与する各々の配管経路は、等価な有効断面積を持つ絞りとなるように、配管経路上の開口断面積や長さが設定されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、ワーク容器がマスター容器と異なる温度影響を受けた場合でも、ワーク容器のみの内部圧力に関する圧力変化を測定し、該温度補償値に係る差圧値の測定タイミングを決定する測定タイミング設定手段を有するため、マスター容器との温度差をなるべく少なくすることによって、検査に係る測定タイミングを最適化でき、漏洩検査の作業効率を向上させることが可能となる。例えば、ワーク容器内の温度変化が下降状態に安定している状況では、いつでも漏洩検査が可能であるため、ワーク容器の温度が完全に落ち着き、差圧も一定変化になるまでの数時間も検査を待つ必要が無い。

また、マスター容器又はワーク容器のいずれか一方の内部圧力について、温度補償値検出工程中に測定した大気圧に係る差圧値と、差圧変化測定工程中に測定したテスト圧力に係る差圧値とに基づき、気体の密度変化を求め、温度補償値又は差圧変化測定工程で測定した差圧値のいずれか一方を該密度変化により補正するため、大気圧状態とテスト圧力状態との間の気体の密度変化を補完し、より精度の高い漏洩検査を行うことが可能となる。

請求項２に係る発明により、温度補償値検出工程は、差圧変化測定工程の前後に行い、検出された前後の温度補償値に基づき、該差圧変化測定工程で測定した差圧値の変化を補正するため、温度補償値検出工程と差圧変化測定工程との間の時間のズレにより、温度変化状態が変化している場合でも、差圧変化測定工程の前後の温度変化を観察しているため、より精度の高い温度補償を行うことが可能となる。しかも、温度が短時間で変化している場合でも、漏洩検査を行うことができ、検査の作業効率を高めることも可能となる。

請求項３に係る発明により、ワーク容器の容積が異なる場合でも、マスター容器は容積が共通な容器を用いるため、ワーク容器の種類毎にマスター容器を交換する必要が無く、作業効率の低下を抑制することが可能となる。しかも、多数のマスター容器を準備する必要もなく、検査コストの増加も抑制できる。

請求項４に係る発明により、ワーク容器の内部圧力を測定するワーク容器内圧力測定手段を有し、制御手段には、該ワーク容器内圧力測定手段の測定値に基づき、温度補償値を測定する際の該差圧センサによる測定タイミングを決定するため、上述した請求項１に係る発明と同様に、検査に係る測定タイミングを最適化でき、漏洩検査の作業効率を向上させることが可能となる。

しかも、ワーク容器内圧力測定手段から検出され、大気圧調整手段の動作で得られる大気圧に係る差圧値とテスト圧力付与手段の動作で得られるテスト圧力に係る差圧値とに基づき、気体の密度変化を求め、温度補償値又はテスト圧力付与手段を動作し測定した差圧値のいずれか一方を該密度変化により補正するよう設定するため、上述した請求項１に係る発明と同様に、大気圧状態とテスト圧力状態との間の気体の密度変化を補完し、より精度の高い漏洩検査を行うことが可能となる。

請求項５に係る発明により、マスター容器の内部圧力を測定するマスター容器内圧力測定手段を有し、制御手段は、気体の密度変化を求める際に、ワーク容器内圧力測定手段が測定する圧力値に代えて、該マスター容器内圧力測定手段による前記大気圧に係る差圧値及び前記テスト圧力に係る差圧値を用いるよう設定されているため、ワーク容器よりもマスター容器の方がより正確に内部の圧力値を測定することができるため、気体の密度変化をより正確に算出することが可能となる。

請求項６に係る発明により、テスト圧力付与手段によりマスター容器及びワーク容器にテスト圧力を付与する各々の配管経路は、等価な有効断面積を持つ絞りとなるように、配管経路上の開口断面積や長さが設定されているため、マスター容器やワーク容器への気体の充填や放出を、適切な流量で実施することができ、充填や放出に係る所要時間を短縮でき、漏洩検査の作業効率を向上させることが可能となる。

本発明の差圧計測装置の概略図である。 本発明の差圧計測方法で利用される測定タイミングを説明するグラフである。 本発明の差圧計測方法で利用されるテスト圧力状態の前後に温度変化の影響を評価するプロセスを説明するグラフである。 本発明の差圧計測方法に係る一実施例であり、差圧の時間変化を示すグラフである。 本発明の差圧計測方法における容器の内部圧力の時間変化を示すグラフであり、気体の充填時間に対する整定時間（検査開始タイミング）の変化を示すグラフである。 図５に対応する差圧の変化を示すグラフであり、気体の充填開始直後の過渡的変化（整定時）を示すグラフである。 本発明の差圧計測方法における容積共通のマスター容器を使用した場合の圧力変化を示すグラフである。

以下、本発明の差圧計測方法及び装置について、詳細に説明する。
図１は、本発明の差圧計測方法に使用される装置の一例を示す。差圧計測装置は、マスター容器（基準容器）と、ワーク容器と、該マスター容器と該ワーク容器との間の差圧を測定する差圧センサを有している。該マスター容器と該ワーク容器とを大気圧の気体で封止する大気圧調整手段として、マスター容器側バルブ（ＭＶ）とワーク容器側バルブ（ＷＶ）及び減圧用バルブが開かれる。さらに、該マスター容器と該ワーク容器とに大気圧以外のテスト圧力を付与するテスト圧力付与手段を備えている。テスト圧力付与手段としては、一例として、圧力源、調整器（レギュレータ）、供給用バルブ、及びマスター容器側バルブ（ＭＶ）とワーク容器側バルブ（ＷＶ）並びにこれらを接続する配管などから構成される。なお、ワーク容器には、容器だけでなく配管など、気体を収容可能な体積を有すると共に、密閉可能な構造を備え、漏洩検査が必要なものを意味する。また、本発明におけるテスト圧力は、大気圧以外の圧力に加圧及び減圧を行うことであり、以下では、加圧を中心に説明する。

本発明の差圧計測装置では、ワーク容器の内部圧力を直接測定するため、ワーク容器内圧力測定手段（ＷＰ）を備えている。また、必要に応じて、マスター容器の内部圧力を測定するため、マスター容器内圧力測定手段（ＭＰ）を備えることも可能である。さらに、圧力源（加圧ポンプ）、レギュレータ、各種バルブは、不図示の制御手段によりコントロールされており、差圧センサやワーク容器内圧力測定手段（ＷＰ）やマスター容器内圧力測定手段（ＭＰ）からの検出信号は、該制御手段に入力され、必要な処理を施される。

（温度補償値の算出方法）
特許文献２又は３にも開示されているように、マスター容器とワーク容器とを大気圧状態で封止し、両者の差圧変化を観測し、温度影響を所定時間の差圧値変化（差圧値の時間変化量）として計測する。これを温度補償値とし、テスト圧力状態における差圧変化からこの温度補償値に相当する変化量を除去し、温度変化の影響を除いている。

図１の差圧計測装置を用いて、マスター容器とワーク容器とを大気圧状態にする手順は、まず、大気圧調整手段を動作して、マスター容器側バルブ（ＭＶ）とワーク容器側バルブ（ＷＶ）とを開き、さらに、減圧用バルブを開放し、マスター容器内及びワーク容器内の内部圧力を大気圧状態とする。そして、その後、減圧用バルブを閉じる。マスター容器内及びワーク容器内の内部圧力の差をなるべく少なくし、ワーク容器側に搭載している圧力センサより大気圧状態下における圧力計測を開始する。そして、その後、マスター容器側バルブ（ＭＶ)及びワーク容器側バルブ（ＷＶ）も閉じられ、マスター容器及びワーク容器を個別に大気圧で封止する作業が完了する。その後、バルブの閉止作業に伴う過渡的な反応があるが、その後、マスター容器自体又はワーク容器自体の温度変化に応じて、個々の圧力が変化し、それに伴い、両者の差圧値も変化する。この差圧値の変化を差圧センサで測定することで、所定時間（単位時間）における差圧値変化量を温度補償値として算出する。

（差圧値の測定タイミングの設定）
本発明の差圧計測方法及び装置の特徴は、測定タイミング設定手段として、マスター容器とワーク容器との差圧値の測定タイミングを、ワーク容器の内部圧力を直接計測し、その変化に基づいて設定していることである。ワーク容器の内部圧力を計測するワーク容器内圧力測定手段（ＷＰ）として、単圧式センサが利用可能である。

従来、漏洩検査対象となるワーク容器が、鋳造や溶接などの熱処理を受けた直後では、容器自体の温度変化が激しいため、差圧式による精度の高い測定が困難であり、このため、少なくとも数時間は検査対象を室温に放置し、温度が安定するのを待っていた。これに対し、本発明の差圧計測方法では、ワーク容器内圧力測定手段で図２に示すように、ワーク容器内の内部圧力の変化を観測し、圧力変化が所定の状況（差圧測定しても支障のない状況）に達したことを確認し、差圧値の測定タイミングを発している。

図２示すグラフのように、通常、ワーク容器内の内部圧力は一端は上昇し、下降傾向に転じる。この内圧の下降傾向は、容器の温度変化と内部の気体の温度変化が一致している期間であり、このような状態では、差圧値変化を測定しても、本発明が採用する温度補償値を利用して、十分精度の高い、漏洩による圧力変化を検出することが可能となる。

このように、ワーク容器内の内部圧力が下降傾向になるタイミングを、差圧値の測定タイミングとして設定することで、従来は、「現状の差圧式計測開始」で示すように、ワーク容器の温度変化が安定するまで数時間待機していたのを、「開発の差圧式計測開始」で示すように、数分後から測定が可能となる。このように、高温環境下におけるワーク容器を差圧式漏洩検査が開始できる待ち時間を短縮化でき、漏洩検査の作業効率を向上させることが可能となる。

（気体の密度変化に係る補正）
本発明の差圧計測方法及び装置の特徴は、マスター容器とワーク容器との間の差圧値を、大気圧状態とテスト圧力状態とで測定しているが、両者の状態の間には気体の密度の相違が存在する。このような気体の密度変化も考慮することにより、温度変化の影響をより正確に除去することが可能となる。

大気圧の気体密度とテスト圧力状態の気体密度とでは、テスト圧力が充填された後の増加した空気量に対応する分だけ気体密度が変化している。そのため、密度変化に対応する補正係数を算出することで、従来の温度補償値やテスト圧力状態での差圧値を補正し、正確な漏洩量を検知できる。

以下では、テスト圧力（例えば、45kPa(G)とする。）に対する密度補正係数の計算方法を示している。
理想気体の状態方程式ＰＶ＝ρＲθは、以下のようなパラメータを用いて定義される。
・Ｐ：圧力 [Pa]
・Ｖ：容器の容積 [m³]
・ρ：空気の密度 [kg/m³]
・Ｒ：ガス定数 [J/(kg . K)]
・θ：温度 [K]

上述した状態方程式から圧力は、Ｐ＝ρＲθ／Ｖで示される。温度補正を考慮した漏洩による差圧[kPa]は、テスト圧力状態（45kPa(G)）での差圧値（温度変化と漏洩による差圧値）から、大気圧調整状態（例：0kPa(G)）の差圧（温度変化による差圧値）[kPa]を差し引くことで表されるため、漏洩による差圧は、以下の式（１）で表現される。ここでは、マスター容器とワーク容器とが異なる温度影響下における場合を想定している。

上記式（１）よりテスト圧力（45ｋPa（G））と大気圧とにおける気体の密度は、各々、ρ_２及びρ_１で定義される。これらの数値は、既知のものであり、例えば、以下のような数値となる。
・標準20℃にある大気圧の密度（ρ_１）＝ 1.205 kg/m³
・標準20℃にあるテスト圧力（45kPa(G)）の密度（ρ_２）＝ 1.740 kg/m³
なお、大気圧（容器内圧力0kPa(G)）を101.325 kPa（Abs）として計算している。

大気圧測定時間帯とテスト圧力（45 kPa(G)）時の気密試験が同じ温度変化をしていると考え、補正係数を倍率で計算した場合には、大気圧状態の温度補償値の補正係数は、ρ２／ρ１で得られ、1.444となる。
よって、テスト圧力（45kPa(G)）気密試験の差圧値に対する温度補正量[kPa]は、大気圧状態の差圧（温度補償値）[kPa]に1.444を掛けたものとなる。

このように、大気圧とテスト圧力を測定することで、容易に気体密度に係る補正係数を算出することが可能である。本発明では、圧力の測定手段として、ワーク容器の内部圧力を測定するワーク容器内圧力測定手段（ＷＰ）を利用することが可能である。また、マスター容器の内部圧力を測定するマスター容器内圧力測定手段（ＭＰ）を別途設け、ワーク容器内圧力測定手段（ＷＰ）が測定する圧力値に代えて、該マスター容器内圧力測定手段（ＭＰ）により、マスター容器内の大気圧及びテスト圧力を測定しても良い。ワーク容器よりもマスター容器の方がより正確に内部の圧力値を測定することができるため、マスター容器内圧力測定手段を用いることで、気体の密度変化をより正確に算出することが可能となる。

（テスト圧力状態の前後における温度評価）
本発明の差圧計測方法及び装置では、温度補正を行う温度補償値の検出を、テスト圧力状態の前段階だけでなく、後段階でも行っている。これにより、テスト圧力状態における温度変化が、テスト圧力状態前の温度補償値を検出している際の温度変化から変化した場合でも、テスト圧力状態の前後で温度変化状態を判別するため、テスト圧力状態中の温度変化をより正確に判断することが可能となる。

図３は、温度変化による差圧値ΔＰが変化する様子を、模式的に描いたグラフであり、テスト圧力状態（加圧［テスト圧］）の前後で、マスター容器及びワーク容器を大気圧状態に設定し、差圧値の時間変化を計測することで温度影響を評価している。温度影響を表す温度補償値は、大気圧状態での所定時間（単位時間）当たりの差圧値の変化量であるため、テスト圧力状態の前後で測定した温度補償値（図３の曲線の傾き）から、テスト圧力状態の温度変化が、正確に推定される。通常は、前後の計測の平均値を利用することができる。仮に、大気圧状態で温度影響を評価したタイミングとテスト圧力状態で差圧を計測したタイミングとの時間間隔が、前後で異なる場合には、当該時間間隔を考慮して加重平均することも可能である。

図４は、図３のようにテスト圧力状態の前後で温度変化の影響を評価した際のマスター容器とワーク容器との差圧の時間変化を示すグラフである。時間帯Ａでは、テスト圧力状態の前段階で温度影響を評価しており、マスター容器及びワーク容器内は大気圧状態に設定される。大気圧状態での計測開始前に差圧センサは、０点調整を行っている。温度が上昇している場合には、点線のように上昇傾向を示す。

次に、時間帯Ｂでは、テスト圧力状態中でのマスター容器とワーク容器との間の差圧の変化を示しており、漏洩や温度変化がある場合には、点線のように傾きを持つグラフが出現する。マスター容器とワーク容器とを対比すると、容積、熱伝達率、温度等のわずかな不均衡が原因となり、テスト圧力を充填後（加圧後）の差圧は、０点からずれる。例えば、加圧後の開始差圧値は10Pa〜40Pa程度となる。ただし、漏洩計測は、時間経過による差圧変化を計算するため、０点からのずれは全く問題ない。

時間帯Ｃは、基本的には、時間帯Ａと同様である。なお、測定が可能となる開始時間までの期間で、差圧変化状態が安定するまでの期間を「整定時間」とし、「整定時間」の終わり（測定開始タイミング）を、図４のグラフ中に「整定」と表示している。

（流量特性の改善）
本発明の差圧計測装置では、テスト圧力付与手段によりマスター容器及びワーク容器にテスト圧力を付与する各々の配管経路は、等価な有効断面積を持つ絞りとなるように、配管経路上の開口断面積や長さが設定されていることを特徴としている。

マスター容器やワーク容器に気体を効率良く充填又は放出させることで、整定時間を短縮することが可能である。これにより、大気圧状態やテスト圧力状態における差圧値の測定の待ち時間を短くでき、漏洩検査の作業効率を向上させることが可能となる。マスター容器等に至る気体の移動経路には、配管・チューブや電磁弁などが介在しており、気体の流入又は放出する際の気体の流量は、使用する配管の口径や電磁弁の口径に左右される。

したがって、マスター容器及びワーク容器への気体の充填や放出を、共に短時間で実現するには、テスト圧力付与手段によりマスター容器及びワーク容器にテスト圧力を付与する各々の配管経路に沿って、互いに等価な有効断面積を持つことが必要である。このため、配管口径や電磁弁口径などを全て同じにすることが理想ではあるが、少なくともこれらの配管経路を一つの絞りに置き換えた場合の有効断面積をマスター容器側とワーク容器側で同じにするよう設定することが好ましい。

非チョーク流れを前提にすると、質量流量Ｇ[kg/s]は、次式（２）で表現することが可能である。なお、各記号は以下のような内容を意味する。
・Ｓ_ｅ：縮流部の断面積及び有効断面積。縮流係数×Ａ_０で表現できる。
・Ａ_０：流路の実断面積及び電磁弁オリフィスの断面積[m²]。
オリフィスの内径ｄを利用してπｄ^２／４で算出できる。
・Ｐ_１：上流圧力[Pa]。上流圧力は容器内へ加圧する際にバルブ入り口付近の圧力である。
・Ｐ_２：下流圧力[Pa]。下流圧力は充てんする前の容器内圧力（大気圧）
・θ_１：上流温度（充てんする空気温度）[K]
・κ：空気の比熱比
・Ｒ：ガス定数 [J/kg . K]

上記式（２）が示すように、気体の流量である質量流量Ｇは、有効断面積Ｓ_ｅに比例しており、マスター容器側とワーク容器側とで当該有効断面積を等価にするよう、配管経路上の開口断面積や長さが選定されている。

また、図５及び図６に示すように、気体の充填時間は、その後の整定時間に影響を与える。図５は、マスター容器又はワーク容器の内部圧力を単圧式センサで測定したグラフであり、大気圧からテスト圧力（漏洩計測に必要な圧力）に加圧し、その後、大気圧まで減圧した様子を示している。充填時間を０．３秒（実線）、０．５秒（点線）、２秒（一点鎖線）の３段階で、状態方程式を利用して数値計算（シミュレーション）を行った結果を示している。また、前提として、以下のような条件を設定している。
・電磁弁の有効断面積：2.75×10^-8m²
・容積[V]： 0.00026m³
・空気と配管壁管の熱伝達面積[S_h]： 0.065m²
・加圧量[P]：201325 Pa(Abs)
・定容比熱[C_v]： 717[J/(kg. K)]
・定圧比熱 [C_p]： 1007[J/(kg. K)]
・ガス定数[R]： 287.1[J/(kg . K)]
・室温[θ_α]： 299.75[K]
・熱伝達率[h]： 30[W/(m².K)]

充填時間が短いほど、整定時間が短くなることが容易に理解できる。このため、空気供給する際に通過する配管や電磁弁を等価な有効断面積の選定を重視することにより無駄時間なく、素早く容器内に気体の充填を行うことができる。

ただし、気体の充填途中に電磁弁を閉めた場合には、断熱変化による圧力低下が発生する。この傾向は、充填時間が短い程、圧力低下が大きくなるため。短時間の充填時間で作業する際には、レギュレータ等の制御弁にテスト圧力より少し高めの圧力量を供給する必要がある。

図６は、充填開始から電磁弁を閉めた後の圧力低下の様子を、差圧値の変化で示したものである。図６からも充填時間が短い程、整定時間が短くなっていることが容易に理解される。なおこの傾向は、図５からも明らかなように、充填時よりも放出時の方が整定時間を短縮効果が顕著になっている。これは、充填時間に対応して有効断面積を確保しているため、放出時も放出時間が短縮されることとなるためである。

（共通マスター）
本発明の圧力計測方法及び装置では、ワーク容器の容積が異なる場合でも、マスター容器は容積が共通な容器を用いることを特徴としている。従来の問題として、差圧式漏洩検査対象のワーク容器は、用途によってさまざまな容積が使用され、差圧式漏洩検査をする場合には、ワーク容器と同様のサイズや容積のマスター容器を準備する必要があった。本発明を利用することで、マスター容器として複数種類のマスター容器を準備・保管することが不要となり、また、検査時のマスター容器の交換作業なども省略でき、検査コストを下げ、しかも漏洩検査の作業効率を向上させることが可能となっている。

気体の状態方程式を用いて、マスター容器とワーク容器との差圧ΔＰを表現すると、次式（３）となる。ただし、Ｗｍはマスター容器内の気体質量[kg]、Ｗｗはワーク容器内の気体質量[kg]、Ｒはガス定数[J/(kg . K)]、θは温度[K]、Ｖｍはマスター容器の容積[m³]、そしてＶｗはワーク容器の容積[m³]である。

上記式（数３）のように、マスター容器とワーク容器の容積が同じ場合には、温度が等しく同じ気体質量が入っている場合には、差圧ΔＰは０となる。このため、マスター容器とワーク容器の容積が異なる場合には、気体を急速に充填するなど、気体の動特性（各容器内における気体質量の時間変化）にも大きく依存し、必ずしも差圧ΔＰは０とはならない。

また、図７に示すように、整定時間に生じる差圧は、気体充填によりマスター容器とワーク容器との間のわずかな熱伝達率、温度影響、容積の違いなどにより異なる。大気圧で最初に差圧を計測することで容積変化により差圧が生じ、その分、密度係数を掛けることで補正を行うことが可能である。

また、計測途中に急激な温度影響を受けた場合には容積差による差圧に影響を与えるが、室温変化程度ではそれほど大きな影響はない。したがって、マスター容器とワーク容器との間で容積が異なっても、ワーク容器の漏洩発生（気体質量の時間的減少）による差圧のみが検出される。つまり、図７に示すように、マスター容器とワーク容器との間の容積の差に起因して、整定時間が若干は伸びる可能性があるが、大幅に伸びることはない。このため、整定時間経過後に差圧値の測定を行うことで、マスター容器とワーク容器との容積が異なる場合でも十分に漏洩検査が可能である。さらに、加圧後の差圧を０とする必要が無いことから、計測時間を短縮するため、充填後にマスター容器とワーク容器とを個々に遮断して、整定時間を待つよう構成することも可能である。

マスター容器の容積は、ワーク容器の容積より小さい方が、マスター容器側の整定時間が短く、漏洩検査を短時間で行う上では好ましい。しかも、上述したように各容器への配管経路に係る有効断面積を、両者が同じになるよう設定することで、マスター容器側の整定時間がワーク容器側より長くなることを、抑制することが可能となる。しかも、マスター容器の選定はワーク容器と同材質、同形状であることが望ましい。例えば、ワーク容器について、材質を銅、配管口径を10mm、容積を3リットルとした場合、マスター容器については、材質を銅、配管口径を10mm、容積は1リットルを選定する。

なお、マスター容器の容積は、ワーク容器の容積の３分の１以上に設定することが好ましい。これは、マスター容器の容積が、ワーク容器の容積より極端に小さくなると、漏洩判断する時に静圧状態における空気の質量変化が大きく、誤判定をする場合がある。つまり、マスター容器とワーク容器との容積の差が大きいと、両者が受ける環境温度影響により差がより大きくなる。このように、同じ環境温度変化を受けていても容積等により内部の変化状態が異なるため、マスター容器の容積は、ワーク容器の容積の３分の１以上が望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、漏洩検査の作業効率を高め、漏洩検査の精度を向上させた差圧計測方法及び装置を提供することが可能となる。

Claims (6)

1. マスター容器とワーク容器との各々について、大気圧で気体を封止し、該マスター容器と該ワーク容器との間に発生する差圧値の変化を測定し温度補償値を求める温度補償値検出工程と、
   該マスター容器と該ワーク容器とに大気圧以外のテスト圧力を付与し、該マスター容器と該ワーク容器との間に発生する差圧値の変化を測定する差圧変化測定工程と、
   該差圧変化測定工程で測定した差圧値の変化を該温度補償値で補正し、その結果に基づき、該ワーク容器の漏洩を判断する差圧計測方法において、
   該ワーク容器のみの内部圧力に関する圧力変化を測定し、該温度補償値に係る差圧値の測定タイミングを決定する測定タイミング設定手段を有すると共に、
   該マスター容器と該ワーク容器との間の差圧について、該温度補償値検出工程中に測定した大気圧に係る差圧値と、該差圧変化測定工程中に測定したテスト圧力に係る差圧値とに基づき、気体の密度変化を求め、該温度補償値又は該差圧変化測定工程で測定した差圧値のいずれか一方を該密度変化により補正することを特徴とする差圧計測方法。
2. 請求項１に記載の差圧計測方法において、該温度補償値検出工程は、該差圧変化測定工程の前後に行い、検出された前後の温度補償値に基づき、該差圧変化測定工程で測定した差圧値の変化を補正することを特徴とする差圧計測方法。
3. 請求項１又は２に記載の差圧計測方法において、該ワーク容器の容積が異なる場合でも、該マスター容器は容積が共通な容器を用いることを特徴とする差圧計測方法。
4. マスター容器と、ワーク容器と、該マスター容器と該ワーク容器との間の差圧を測定する差圧センサと、該マスター容器と該ワーク容器とを大気圧の気体で封止する大気圧調整手段と、該マスター容器と該ワーク容器とに大気圧以外のテスト圧力を付与するテスト圧力付与手段と、該大気圧調整手段を動作し該差圧センサの測定値に基づき温度補償値を求めると共に、該テスト圧力付与手段を動作し該差圧センサの測定値を該温度補償値で補正し、その結果に基づき、該ワーク容器の漏洩を判断する制御手段とを有する差圧計測装置において、
   該ワーク容器の内部圧力を測定するワーク容器内圧力測定手段を有し、
   該制御手段には、該ワーク容器内圧力測定手段の測定値に基づき、該温度補償値を測定する際の該差圧センサによる測定タイミングを決定すると共に、該ワーク容器内圧力測定手段から検出され、該大気圧調整手段の動作で得られる大気圧に係る差圧値と該テスト圧力付与手段の動作で得られるテスト圧力に係る差圧値とに基づき、気体の密度変化を求め、該温度補償値又は該テスト圧力付与手段を動作し測定した差圧値のいずれか一方を該密度変化により補正するよう設定されていることを特徴とする差圧計測装置。
5. 請求項４に記載の差圧計測装置において、該マスター容器の内部圧力を測定するマスター容器内圧力測定手段を有し、該制御手段は、前記気体の密度変化を求める際に、該ワーク容器内圧力測定手段が測定する圧力値に代えて、該マスター容器内圧力測定手段による前記大気圧に係る差圧値及び前記テスト圧力に係る差圧値を用いるよう設定されていることを特徴とする差圧計測装置。
6. 請求項４又は５に記載の差圧計測装置において、該テスト圧力付与手段により該マスター容器及び該ワーク容器にテスト圧力を付与する各々の配管経路は、等価な有効断面積を持つ絞りとなるように、配管経路上の開口断面積や長さが設定されていることを特徴とする差圧計測装置。

Images