JP5301461B2

JP5301461B2 - 自動機械的完全性検証

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Publication number: JP5301461B2
Application number: JP2009543999A
Authority: JP
Inventors: ロバートシーヘトク
Original assignee: ローズマウントインコーポレイテッド
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: US20080157987A1; US8669866B2; US20100148982A1; CN101595374B; WO2008088421A3; WO2008088421A2; CN101595374A; EP2113073A2; JP2010515051A; EP2113073A4; US7692539B2

Description

本発明は、一般に工業プロセス制御システムで使用するプロセス計器に関する。より詳細には、本発明は機械的完全性検証を備えたプロセストランスミッタに関する。自動機械的完全性検証とは、装置が装置自体の機械的構造又は組み立てを自己確認する能力と定義される。これには、（例えば、電子ハウジングカバーの密着性のように）部品が正しく取り付けられていることの検証、（例えば、接液フランジ材料のように）部品が正しい材料であることの検証、及び（例えば、ハウジングの回転のように）部品が正しい方向に置かれていることの検証が含まれる。

石油化学製品又は水などのプロセス流体の圧力、温度又は流量などのプロセス変量を遠隔モニタするためにプロセストランスミッタが使用される。通常、プロセストランスミッタは、プロセス変量の物理的変化に反応して電気出力を生成するセンサ又はトランスデューサを含む。例えば、静電容量型圧力トランスデューサ又はピエゾ抵抗型圧力トランスデューサが、プロセス流体の圧力に応じて電気信号を生成する。センサの電気信号がトランスミッタ回路により処理されて、プロセス流体の圧力の表示としてモニタできる電気出力を生成する。プロセストランスミッタはまた、制御ルームなどの中央モニタリング位置において制御ループ又はネットワークを介して電気出力を遠隔モニタするための、或いはＬＣＤ画面などを用いて電気出力をローカルにモニタするための電子装置も含む。

これらの電気部品をプロセス流体につなげるために、これらの部品は、フランジ、マニフォルド、ダイアフラム又はその他のトランスミッタ装着部品などのプロセス接液部品とともに、貯蔵タンク又はパイプラインなどのプロセス流体容器に装着できるハウジング内に収容される。所望の用途のためにハウジング及びプロセス接液部品を正しく選択し、組み立てることが重要である。例えば、過酷な又は危険なプロセス流体に接触し続けるためには、プロセス接液部品を適切な材料で構成する必要がある。不適切な材料を使用すると、部品が腐食し、劣化し、最終的には破損し、ひいては不正確な結果を生じ、或いは全く機能しなくなる可能性がある。適切な部品を選択したら、これらを正しく組み立てて機能的及び機械的完全性を確実にする必要がある。不適切に組み立てられた装着部品は、不正確な結果及び安全上の問題をもたらす可能性がある。例えば、カバーをプロセストランスミッタハウジングに不適切に固定すると、重要な消炎用の通板が、火花又はそこから生じる小さな爆発が外部環境に広がるのを食い止めることを阻む可能性がある。また、カバーを不適切にねじ込むと、水分又は他の汚染物質がプロセストランスミッタハウジング内に侵入できるようになる。異なる材料又は特性のプロセスフランジがよく似ており、視覚的に区別するのが難しい場合がある。関連するリスクがあるため、ラベルなどの一時的な解決策に依存して不適切な部品の取り付けを防ぐことは十分ではない。同様に、十分にねじ込まれていないカバーは発見が困難であり、完全に目視検査に頼ることはできない。このため、プロセストランスミッタが正しく組み立てられていることを検証する改善手段に対するニーズが存在する。

本発明は、機械的完全性センサを有するプロセストランスミッタに関する。プロセストランスミッタが、プロセス流体のプロセス変量を感知するとともに、プロセスセンサ、トランスミッタ回路、トランスミッタハウジング及びトランスミッタ装着部品を含む。プロセスセンサがプロセス流体のプロセス変量を感知し、トランスミッタ回路がプロセスセンサからの信号を処理する。トランスミッタハウジングが、プロセスセンサとトランスミッタ回路とを収容し、トランスミッタ装着部品が、センサ又はトランスミッタ回路をプロセス流体又は外部環境から隔離する。機械的完全性センサが、トランスミッタハウジング及びトランスミッタ装着部品の組み立てを確認する。

本発明のプロセストランスミッタを使用するプロセス制御システムを示す図である。本発明の様々な機械的完全性センサの位置を示す、図１のプロセストランスミッタの分解図である。様々な機械的完全性センサの位置を示す、組み立てた図２のプロセストランスミッタの断面図である。機械的完全性センサが磁力計を備えた図３のプロセストランスミッタの第１の実施形態の破断図である。機械的完全性センサが超音波センサを備えた図３のプロセストランスミッタの第２の実施形態の破断図である。機械的完全性センサが誘導型近接センサを備えた図３のプロセストランスミッタの第３の実施形態の破断図である。機械的完全性センサが光センサを備えた図３のプロセストランスミッタの第４の実施形態の破断図である。機械的完全性センサが機械的リミットスイッチを備えた図３のプロセストランスミッタの第５の実施形態の破断図である。機械的完全性センサが静電容量型近接センサを備えた図３のプロセストランスミッタの第６の実施形態の破断図である。図３で使用する静電容量型機械的完全性センサの別の実施形態に相当する回路を示す図である。トランスミッタフランジ及びプロセスフランジ内に位置する様々な機械的完全性センサを示す、組み立てた図２のプロセストランスミッタの部分断面図である。図６の機械的完全性センサの１つの実施形態を示す図である。

図１は、本発明のプロセストランスミッタ１２を使用するプロセス制御システム１０を示す図である。プロセス圧力トランスミッタを使用して説明しているが、本発明は、温度、流量及びレベルトランスミッタなどの全ての現場装着型プロセス装置に適用可能である。プロセス制御システム１０は、プロセストランスミッタ１２、パイプライン１４、制御ルーム１６及び制御ループ１８を含む。制御ルーム１６は、通信システム２０及び電源２２を含む。この実施形態では、プロセストランスミッタ１２は、同一平面上にあるプロセスフランジ２４とマニフォルド２６とを介して導管１４に連結され、この導管１４の中をプロセス流体が流れる。プロセストランスミッタ１２は、プロセスセンサと、プロセス流体の温度、圧力、流量又は液位などの感知したプロセス変量に基づいて電気信号を生成するトランスミッタ回路とを含む。以下で説明する実施形態では、プロセストランスミッタ１２は圧力トランスミッタからなるが、本発明は様々な種類のプロセストランスミッタに適用可能である。プロセストランスミッタ１２はまた、制御ループ１８を介して制御ルーム１６又はＬＣＤ画面などのローカルディスプレイへ、或いはこれらの双方へ電気信号を送信するための他の電気部品も含む。

１つの実施形態では、プロセストランスミッタ１２は、４〜２０ｍＡループで動作するための２線式トランスミッタである。このような実施形態では、制御ループ１８は、電源２２からプロセストランスミッタ１２に電力を供給するための一対の電線を含む。制御ループ１８はまた、制御ルーム１６が通信システム２０を利用してプロセストランスミッタ１２との間でデータを送受信できるようにする。通常、４ｍＡのＤＣ電流が、プロセストランスミッタ１２のセンサ及びトランスミッタ回路、並びに任意のローカルディスプレイを動作させるのに十分なエネルギーを提供する。別の実施形態では、プロセストランスミッタ１２が無線ネットワークを介して制御ルーム１６と通信する。

トランスミッタ１２の動作を水又は汚染物質などの動作環境条件から保護するために、並びにその他の安全性に対する懸念から、トランスミッタ１２のプロセスセンサ及び電気部品は、一対のトランスミッタカバー間のトランスミッタハウジングに内包される。また、トランスミッタ１２は、プロセスフランジ２４を通じてパイプライン１４などのプロセス流体源に接続される。トランスミッタ１２が、ハウジング、カバー及びプロセスフランジなどの装着部品と正しく組み立てられるとともに、トランスミッタ１２の動作が十分に保護されるのを確実にするために、プロセストランスミッタ１２は少なくとも１つの機械的完全性センサを含む。

図２は、図１のプロセストランスミッタ１２の１つの実施形態の分解図である。プロセストランスミッタ１２は、パイプライン１４のプロセス流体の圧力を測定するように構成されるとともに、同一平面上にあるフランジ２４、及びフランジアダプタ２８などのその他の追加装着部品を介してプロセス流体と流体連通する。プロセスフランジ２４とフランジアダプタ２８との間にマニフォルド２６（図１）を取り付けることもできる。同一平面上にあるフランジ２４は、ボア３２Ａ及び３２Ｂを介してプロセス流体の圧力をトランスミッタフランジ３３へ伝える。トランスミッタフランジ３３は、モジュール３０内部の圧力センサと流体連通する一対の可撓性ダイアフラム（図示せず）を含む。モジュール３０はまた、ケーブル３６を介してトランスミッタハブ３４へ伝達するための圧力信号を生成する電子回路も含む。ハブ３４は、トランスミッタ回路４０、及びターミナル４２などのその他の電気部品と共にトランスミッタ１２のハウジング３８内部に位置する。ハブ３４はプラットホームを構成し、この上で回路４０などの部品をハウジング３８内部に固定することができる。回路４０は、モジュール３０内のセンサが感知したプロセス変量に基づいて出力を生成し、この出力を制御ループ１８を介して制御ルーム１６へ、回路４０内に位置するローカルディスプレイへ、或いはこれらの双方へ送信する。ターミナル４２及び回路４０は、カバー４４Ａ及び４４Ｂとセンサモジュール３０とによってハウジング３８の点検窓の内部に密閉される。

トランスミッタハウジング３８は、回路４０及びターミナル４２にアクセスするための、トランスミッタハウジング３８内への反復及び再密閉可能な入口を提供するカバー４４Ａ及び４４Ｂを含むことが好ましい。また、導管接続部４５Ａ及び４５Ｂを介して制御ループ１８がハウジング３８内に引き込まれる。回路４０及びターミナル４２を接続部４５Ａ及び４５Ｂにおいてハウジング３８内に隔離するために、導管接続部４５Ａ及び４５Ｂが制御ループ１８の周囲で密閉される。水又はその他の汚染物質がトランスミッタ１２に入るのを防ぐために、通常、カバー４４Ａ及び４４Ｂはハウジング３８にねじ込まれる。カバー４４Ａ及び４４Ｂは、正しく固定した場合、消炎機能も果たす。例えば、カバー４４Ａ及び４４Ｂは、通常少なくとも７山のねじ係合によってハウジング３８にねじ込まれ、これによりトランスミッタ１２内のいずれの火炎、火花、又は爆発をもこのねじ係合によって抑え込み、ひいてはエネルギーを封じ込めるようになる。同様に、無線トランスミッタの実施形態では、導管接続部４５Ａ及び４５Ｂが同様に差し込まれ、密閉される。このように、トランスミッタ１２の安全な取り付けは、カバー４５Ａ及び４５Ｂなどの装着部品の正しい取り付けに依存しており、これを視覚的に見抜くのは困難なこともある。従って、トランスミッタ１２は、カバー４４Ａ及び４４Ｂ、センサモジュール３０並びにハウジング３８などのトランスミッタ装着部品の正しい固定を確実にするための機械的完全性センサ４６Ａ、４６Ｂ及び４６Ｃを含む。特に、機械的完全性センサ４６Ａ及び４６Ｂは、カバー４４Ａ及び４４Ｂの正しい固定をそれぞれ確実にする。センサ４６Ａは回路４０とカバー４４Ａとの間に位置し、センサ４６Ｂはターミナル４２とカバー４４Ｂとの間に位置する。本発明の別の実施形態では、トランスミッタ１２が、ハウジング３８とセンサモジュール３０との間の正しい接続を感知するための機械的完全性センサ４６Ｃを含む。

センサモジュール３０はトランスミッタフランジ３３を含み、プロセストランスミッタ１２は、プロセスフランジ２４をトランスミッタフランジ３３に接合するための固定具５０Ａ〜５０Ｄを含む。プロセスフランジはボア３２Ａ及び３２Ｂを含み、これらはフランジアダプタ２８を介してプロセス流体に接触している。トランスミッタフランジ３３が、充填液で満たされるとともに一対の可撓性ダイアフラム（図示せず）によってボア３２Ａ及び３２Ｂから隔離された内部通路（図示せず）を含むことにより、この通路がプロセス変量をセンサモジュール３０のセンサへ伝達するようになる。この結果、センサモジュール３０は、感知したプロセス変量に基づいて電気出力を生成し、この電気出力が、回路４０により中継され処理された後で制御ルーム１６又はローカルＬＣＤへ送信される。

プロセスフランジ２４及びトランスミッタフランジ３３のダイアフラムはプロセス流体に直接接触し、従ってプロセス流体が及ぼすいずれかの潜在的な危険にさらされる。例えば、プロセス流体によっては高度に腐食性のものもあり、このような環境における動作に適していない材料を劣化させる可能性がある。例えば、低級鋼材は、一部の環境における動作には適したものかもしれないが、より上級の材料の方が適した腐食性環境には適していない。従って、用途によっては、プロセスフランジ２４及びプロセスダイアフラムをハステロイなどの耐食性の高い材料で作製する必要がある。しかしながら、プロセスフランジ２４及びトランスミッタフランジ３３のダイアフラムの作製に使用する異なる等級の材料を視覚的に区別することは困難である。従って、正しい材料を見分けるための好ましい方法として標示又は包装に依拠することはできない。フランジ及びダイアフラムは、多くの場合同じように見えるが別様に標示又は包装される様々な材料で作られる。同じ製造元が類似した部品の多くを作っているため、標示を誤りがちなことがある。同様に、材料をよりたやすく識別可能にするための、材料を鋳造する上での特徴も誤りがちなことがある。正しい部品の材料を識別するための最も確かな方法は、母材自体を分析することである。従って、トランスミッタ１２は、プロセスフランジ２４の材料を検証するための機械的完全性センサ５２Ａを含むことが好ましい。同様に、トランスミッタフランジ３３のダイアフラムの材料を確認するために機械的完全性センサ５２Ｂが含まれる。センサ５２Ａは、トランスミッタフランジ３３とプロセスフランジ２４との間に位置し、センサ５２Ｂはボア３２Ａ及び３２Ｂの一方の上方にあるトランスミッタフランジ３３のダイアフラムの１つの近くに位置する。このようにして、特定の用途に適していない装着部品とともにトランスミッタ１２の取り付けが容易に検出される。

図３は、図２の３−３切断面に沿って切り取った、組み立たプロセストランスミッタ１２の断面図である。図３は、トランスミッタハウジング３８を見下ろした図である。トランスミッタ１２は、ハブ３４、ハウジング３８、トランスミッタ回路４０、ターミナル４２、カバー４４Ａ及び４４Ｂ、機械的完全性センサ４６Ａ及び４６Ｂ、ターミナルねじ５４Ａ及び５４Ｂ、及びセンサ材料５６を含む。

トランスミッタ回路４０及びターミナル４２は、ハウジング３８の内部でハブ３４と接続される。ハブ３４は、回路４０及びターミナル４２を、センサモジュール３０及び制御ルーム１６に連結できるようにハウジング３８の内部に固定する。センサモジュール３０のセンサが、プロセスフランジ２４及びトランスミッタフランジ３３を介してプロセス流体に接続されることにより、感知したプロセス圧力を表す信号を生成できるようになる。センサモジュール３０はまた、上記信号をさらに処理し、操作できるように回路４０にも接続される。回路４０は、信号をさらに処理し、モニタできるようにターミナル４２及び制御ループ１８を介して制御ルーム１６に連結される。別の実施形態では、回路４０は無線システムで制御ルーム１６に接続される。制御ループ１８は、ターミナルねじ５４Ａ及び５４Ｂによってターミナル４２に接続される。ターミナルねじ５４Ａ及び５４Ｂは、制御ループ１８を構成する電線を機械的かつ電気的にターミナル４２に結合する固定具を備える。

回路４０及びターミナル４２などの、トランスミッタ１２の電気部品を外部動作環境から隔離するために、カバー４４Ａ及び４４Ｂが、ねじ込み境界面５８Ａ及び５８Ｂにおいてハウジング３８にねじ込まれる。ねじ込み境界面５８Ａ及び５８Ｂは、ハウジング３８内部のあらゆる火花、又はそこから生じる火炎がねじ込み境界面５８Ａ及び５８Ｂを通ってハウジング３８から漏出可能となる前に消されるように消炎機能を提供する。また、カバー４４Ａ及び４４Ｂは、水及び汚染物質がハウジング３８に侵入するのを防ぐ。カバー４４Ａ及び４４Ｂが実行する消炎及び環境障壁機能は、プロセス制御システム１０を安全かつ効果的に動作させる上で重要な要素である。また、センサモジュール３０はハウジング３８に堅くねじ込まれて、回路４０及びターミナル４２をさらに保護する。カバー４４Ａ及び４４Ｂが正しく固定され、この結果これらの所望の機能を正しく実行できることを確実にするために、プロセストランスミッタ１２に機械的完全性センサ４６Ａ及び４６Ｂが設けられる。センサモジュール３０がハウジング３８に正しく固定されるのを確実にするために、機械的完全性センサ４６Ｃも設けられる。

機械的完全性センサ４６Ａ及び４６Ｂは、それぞれカバー４４Ａ及び４４Ｂと相互作用できるように配置される。１つの実施形態では、センサ４６Ａは、カバー４４Ａに接触できるように回路４０上に位置し、センサ４６Ｂは、カバー４４Ｂに接触できるようにターミナル４２上に位置する。この結果、センサ４６Ａはカバー４４Ａの存在と正しい取り付けとを検出できるようになり、センサ４６Ｂはカバー４４Ｂの存在と正しい取り付けとを検出できるようになる。機械的完全性センサ４６Ａ及び４６Ｂに加え、ターミナルねじ５４Ａ及び５４Ｂを、センサ材料５６と共に、カバー４４Ｂの存在及び取り付けを検出するための追加の機械的完全性センサとして機能するように構成することができる。機械的完全性センサ４６Ａ、４６Ｂ及び４６Ｃが、回路４０及び／又は制御ルーム１６に電気的に接続されることにより、個々のセンサの出力に基づいて、カバー４４Ａ及び４４Ｂ並びにハウジング３８の存在及び緊密度（密閉度）を測定するための処理及び計算を実行できるようになる。

図４Ａは、カバー４４Ａと回路４０との間に位置し、図３の詳細部Ａで示す機械的完全性センサ４６Ａの１つの実施形態の拡大図である。第１の実施形態では、センサ４６Ａは磁力計６０及び磁石６２を備える。磁力計６０が回路４０に取り付けられ、磁石６２がカバー４４Ａに取り付けられることにより、カバー４４Ａがハウジング３８に正しくねじ込まれたときに、磁力計６０と磁石６２とが位置合わせされるようになる。磁力計６０及び磁石６２は、図４Ａに示すように接触していてもよいし、或いはこれらの間に小さな隙間を含んでいてもよい。磁力計６０は、磁石６２が発生させる磁場などの磁場の存在を感知する。１つの実施形態では、磁力計６０は、磁石６２が発生させる磁場の存在を感知するホール効果スイッチを備える。別の実施形態では、磁力計６０は、磁石６２が発生させる磁場に比例する電圧を生み出すホール効果センサを備える。通常、ホール効果スイッチ又はセンサは、ホール感知素子、線形増幅器、及び出力回路を含む集積回路に一体化される。カバー４４Ａがハウジング３８に正しくねじ込まれると、磁力計が磁石６２のホール効果を感知し、信号を生成する。磁力計６０が生成した信号を増幅して回路４０に中継することができ、これにより回路４０又は制御ルーム１６のいずれかにおいて、カバー４４Ａの存在を確認する計算を行うことができる。例えば、回路４０又は制御ルーム１６は、カバー４４Ａがハウジング３８に正しくねじ込まれている場合に感知されるはずのホール効果の強度に関する所定の近似値を含む保存データを含むことができる。次に、感知されたホール効果を保存データと比較して、カバー４４が正しく固定されているかどうかを判定することができる。信号が弱ければ、カバー４４Ａは存在するものの正しく固定されていないことを示し、信号が無ければ、カバー４４Ａが存在しないことを示す。回路４０が正しくない信号を測定した場合、制御ルーム１６、又は回路４０のローカルＬＣＤにおいて聴覚的又は視覚的アラームをユーザに通知することができる。

図４Ｂは、カバー４４Ａと回路４０との間に位置する機械的完全性センサ４６Ａの別の実施形態の拡大図である。第２の実施形態では、センサ４６Ａが超音波センサ６４と反射体６６とを備える。超音波センサ６４は回路４０に取り付けられ、反射体６６はカバー４４Ａに取り付けられる。超音波センサ６４は、ターゲットから反射する、或いは「エコー」する高周波音波のバーストを放射することにより物体を検出する。超音波センサ６４は、エコーがセンサ６４に戻ってくるのに要する時間を超音波エコーの既知の速度に基づいて測定することにより、反射体６６などのターゲットまでの距離を感知する。超音波パルスを十分に反射できるあらゆる形状又は材料のあらゆる物体を検出することができる。このようにして、カバー４４Ａのみを検出することができ、或いは測定の反復性を高めるために反射体６６を追加することができる。反射体６６は、カバー４４Ａの反射性を高める材料からなり、通常、ガラス又はセラミックタイルなどの非常に硬くて滑らかな材料からなる。１つの実施形態では、超音波センサ６４が、センサ６４から反射体６６又はカバー４４Ａなどのターゲットまでの距離に比例した出力電圧を生成するアナログ装置を備える。このようにして、カバー４４Ａが存在しないときには信号を発生させず、カバー４４Ａが完全にねじ込まれているときには全信号を発生させ、これらの間に様々な信号の度合いが含まれる。別の実施形態では、超音波センサ６４が、センサ６４とターゲットとの間の距離が事前に設定したしきい値よりも大きい場合に出力状態が変化するデジタル出力又は離散的出力を生成するデジタル装置を備える。センサ６４の出力が回路４０に中継され、ここに追加の回路を設置してセンサ６４の出力信号の分析を行い、カバー４４Ａの存在又は位置を判定することができる。回路４０は、正しく取り付けられたカバー４４Ａから超音波エコーが跳ね返るのに要する所定の時間を含む保存データを含むことができると好ましい。次に、回路４０は、センサ６４で生成した計算時間を保存データと比較して、カバー４４Ａの正しい取り付けをチェックすることができる。回路４０が正しくない一致を測定した場合、制御ルーム１６又は回路４０内のローカルＬＣＤのいずれかにおいて聴覚的又は視覚的アラームをユーザに通知することができる。

図４Ｃは、カバー４４Ａと回路４０との間に位置する機械的完全性センサ４６Ａの別の実施形態の拡大図である。第３の実施形態では、センサ４６Ａが、コイル７０と、コア７１と、透磁性材料７２とを含む誘導型近接センサ６８を備える。また、センサ４６Ａは、発振器７３及び信号レベル検出器７４を備え、これらを回路４０に含めることができる。センサ４６Ａは材料７２の透磁性を測定する。コイル７０は回路４０に接続され、回路４０に取り付けたコア７１の周囲に巻かれる。発振器７３から発生した電流がコイル７０のループを通過して磁場を発生させる。コア７１が、コイル７０のループに挿入されたフェライト材からなることにより、磁場によってコア７１内に渦電流が発生する。信号レベル検出器７４は、コア７１の透磁性の産物であるコア７１内の渦電流を感知する。透磁性材料７２は、カバー４４Ａがハウジング３８に正しくねじ込まれた場合、透磁性材料７２がコア７１と位置あわせされるようにカバー４４Ａ上に配置される。カバー４４Ａがハウジング３８に接近すると、透磁性材料７２がコア７１に接近することより透磁性材料内に渦電流損失が生じる一方で、コア７１内の渦電流の振動の振幅が減少する。信号レベル検出器７４がコア７１内の渦電流の変化を検出し、この情報を回路４０に中継することにより、カバー４４Ａの近接に関する計算を行うことができる。トランスミッタ回路４０は、透磁性材料７２がコア７１に隣接した場合、及び透磁性材料７２がコア７１に隣接していない場合の両方に関するコア７１の透磁性についての予め設定した値でプログラムされる。このようにして、信号レベル検出器７４が検出した透磁性を、プログラムされ予め設定した値と比較して、カバー４４Ａがハウジング３８Ａに正しくねじ込まれているかどうかを判定することができる。回路４０が正しくない一致を測定した場合、制御ルーム１６又は回路４０内のローカルＬＣＤのいずれかにおいて聴覚的又は視覚的アラームをユーザに通知することができる。

図４Ｄは、カバー４４Ａと回路４０との間に位置する機械的完全性センサ４６Ａの別の実施形態の拡大図である。第４の実施形態では、機械的完全性センサ４６Ａが、光センサ７６及びターゲット７８を備える。光センサ７６は回路４０上に位置し、ターゲット７８などの対向面から光学的に反射する光波を放射することにより物体を検出する。ターゲット７８はカバー４４Ａ上に位置し、センサ７６から放射された光波をセンサ７６に向けて逆放射する。従って、光波がセンサ７６に向けて反射されて戻るように検出器７８がセンサ７６と正しく位置あわせされている場合にのみ正しい回路が形成され、これは、カバー４４Ａがハウジング３８に正しくねじ込まれている場合に生じるように設定される。ターゲット７８は、センサ７６が記録するのに十分な光を反射するあらゆる形状又は材料を備えることができる。このようにして、カバー４４Ａのみを検出することもできるが、測定の反復性を高めるためにターゲット７８を追加することもできる。ターゲット７８は、カバー４４Ａの反射性を高めるミラーのなどの材料からなる。センサ７６が反射光波を検出できる場合、信号を回路４０に送信し、ここに追加の回路を設置してセンサ７６の出力信号の分析を行い、カバー４４Ａの存在又は位置を判定することができる。回路４０がセンサ７６からの出力信号を検出できない場合、ターゲット７８はセンサ７６に正しく位置合わせされておらず、これはカバー４４Ａが正しく固定されていないか又は存在しないことを示す。従って、制御ルーム１６又は回路４０のローカルＬＣＤのいずれかにおいて聴覚的又は視覚的アラームをユーザに通知することができる。

図４Ｅは、カバー４４Ａと回路４０との間に位置する機械的完全性センサ４６Ａの別の実施形態の拡大図である。第５の実施形態では、機械的完全性センサ４６Ａが機械的リミットスイッチ８０を備える。機械的リミットスイッチ８０は、非作動状態において基部８４から伸びる戻り止め８２を含み、回路４０上に配置される。カバー４４Ａ上には、カバー４４Ａがハウジング３８に正しくねじ込まれた場合に戻り止め８２を押圧するようにスタッド８６が配置され、これがセンサ８０を作動させる。非作動状態では、戻り止め８２が伸び、戻り止め８２と基部８４との間の回路が開くので、スイッチ８０は信号を生成しない。戻り止め８２が基部８４内に押圧されると、回路が閉じることにより信号を生成して回路４０に中継できるようになる。例えばカバー４４Ａがハウジング３８に完全にねじ込まれた場合のように、戻り止め８２が完全に押圧された場合にのみ回路が閉じられる。カバー４４Ａをスイッチ８０のための作動装置として単純に使用できるように、あらゆる機械力を使用して戻り止め８２を完全に押圧することができる。一方で、スタッド８６などの追加の部品をカバー４４Ａに追加して、戻り止め８２を押圧する際の精度を高めることもできる。例えば、カバー４４Ａがハウジング３８にねじ込まれるにつれて基部８４へ向けて進む際に、戻り止め８２を押圧できるカバー４４Ａの表面積をスタッド８６が減少させる。このようにして、カバー４４Ａがハウジング３８に正しくねじ込まれ、不適切なねじ込みによって位置がずれていないときにのみセンサ８０が作動するようになる。このような実施形態では、基部８４は、完全にねじ込まれたカバー４４Ａからスタッド８６の奥行きとほぼ等しい距離だけ後に間隔をあけ、スタッド８６は戻り止め８２の表面積に等しいかそれよりも小さな表面積を有する。スイッチ８０が作動すると、信号が回路４０に中継され、ここに追加の回路を設置してスイッチ８０の出力信号の分析を行い、カバー４４Ａの存在又は位置を判定することができる。１つの実施形態では、回路４０がスイッチ８０からの出力信号を検出できない場合、これがカバー４４Ａが正しく固定されていないか又は存在しないかのいずれかであることを示すようにデジタル信号が生成される。別の実施形態では、回路４０が、カバーが存在しない（信号がない場合）こととカバーが正しく固定されていない（信号が弱い場合）こととを区別できるようにアナログ信号が生成される。他の実施形態の場合のように、回路４０は、カバー４４Ａが完全にねじ込まれた場合に相当する所定の近似値を保存する。従って、スイッチ８０が、カバー４４Ａが存在しないか、或いは斜めになっているかを示した場合、制御ルーム１６又は回路４０のローカルＬＣＤのいずれかにおいて聴覚的又は視覚的アラームをユーザに通知することができる。

図４Ｆは、カバー４４Ａと回路４０との間に位置する機械的完全性センサ４６Ａの別の実施形態の拡大図である。第６の実施形態では、機械的完全性センサ４６Ａが静電容量型近接センサ８８を備える。静電容量型近接センサ８８は、第１のキャパシタプレート９０及び第２のキャパシタプレート９２を備え、これらの間の静電容量を測定して、カバー４４Ａと回路４０との間の距離を感知することができる。第１のキャパシタプレート９０は回路４０上に位置し、第２のキャパシタプレート９２はカバー４４Ａ上に位置する。回路４０を使用して発生させることができる電圧をプレート９０とプレート９２とに渡って加えることにより、第１のプレート９０と第２のプレート９２との間に静電場が発生する。センサ８８の静電容量は、プレート９０とプレート９２との間の距離の関数である。回路４０を、カバー４４Ａがハウジング３８に正しくねじ込まれたときのプレート９０とプレート９２との間の静電容量の値を保存し、プレート９０とプレート９２との間の実際の静電容量の値を決定する計算を行うようにプログラムすることができる。このようにして、これら２つの値の比較分析を行って、測定した静電容量が所望の静電容量に一致するかどうかを判定することにより、カバー４４Ａの位置を判定できるようになる。回路４０は、発振器、信号整流器、フィルタ回路及び出力回路などの、プレート９０とプレート９２とに渡る静電容量を感知するための他の部品も含む。回路４０が、保存した値と測定した値とが一致していないと判定した場合、制御ルーム１６又は回路４０のローカルＬＣＤのいずれかにおいて聴覚的又は視覚的アラームをユーザに通知することができる。

第１のキャパシタプレート９０及び第２のキャパシタプレート９２は、銅などのキャパシタとして機能するための任意の適当な材料で構成することができる。さらに、プレート９０とプレート９２との間に誘電体を置くことにより、より正確な測定を行うためにプレート間の静電容量を制御することができる。例えば、カバー４４Ａを正しく取り付けた場合、プレート間に空気以外の誘電体が存在しない場合よりもプレート９０とプレート９２との間の静電容量が大きくなるように第２のキャパシタプレート９２の上に誘電体９４を置くことができる。この結果、カバー４４Ａを取り付けた場合とそうで無い場合との静電容量の測定値の差異が増加することにより、これらの区別がより明確となり回路４０がより良好に評価できるようになる。プレート９０とプレート９２との間の距離を小さくしたり、プレート面積を増やしたり、或いは誘電率のより大きな誘電体を使用したりなどのような付加的な要因を変化させて目標静電容量値を高めることができる。本発明の別の実施形態では、トランスミッタ１２の部品を使用して、静電容量型近接センサを備えた機械的完全性センサを形成することができる。

図５は、図３の詳細部Ｂに示すカバー４４Ｂ、並びにターミナルねじ５４Ａ及び５４Ｂの回路図である。本発明の別の実施形態では、ターミナルねじ５４Ａ及び５４Ｂが、カバー４４Ｂの近接を感知するための容量プローブとして使用される。ターミナルねじ５４Ａとターミナルねじ５４Ｂとの間に静電場を発生させるために、これらのねじに渡って回路４０から発生した電圧が加えられる。カバー４４Ｂが所定の位置にない場合、ターミナルねじ５４Ａ及びターミナルねじ５４Ｂは、電子装置４０が感知及び測定できる静電容量を互いの間に発生させる。カバー４４Ｂがハウジング３８にねじ込まれると、ねじ５４Ａとねじ５４Ｂとの間の静電容量に加え、個々のねじ５４Ａ及び５４Ｂとカバー４４Ｂとの間で追加の静電容量が感知される。カバー４４Ｂがねじ５４Ａ及び５４Ｂに接近するにつれ、静電容量は増加する。また、カバー４４Ｂとねじ５４Ａ及び５４Ｂとの間にセンサ材料５６が置かれて静電容量を高める。従って、１つの実施形態ではセンサ材料５６は誘電体からなる。他の実施形態の場合のように、カバー４４Ｂを完全に取り付けたときの静電容量の所定値で回路４０をプログラムすることができる。カバー４４Ｂを完全にねじ込んだときの値よりも小さな静電容量が測定された場合、制御ルーム１６又は回路４０のローカルＬＣＤのいずれかにおいて聴覚的又は視覚的アラームをユーザに通知することができる。

図４Ａ〜図４Ｆ及び図５は、カバー４４Ａ及び４４Ｂの近接性の判定に使用される機械的完全性センサの様々な実施形態を示しているが、これらのセンサを使用して、フランジ２４、フランジアダプタ２８又はセンサモジュール３０などのその他の装着部品の近接性を判定することもできる。この組立体を回路４０に接続したときの正しい取り付けを感知し告知するために、ハウジング３８とセンサモジュール３０との間に近接センサ４６Ｃが置かれる。例えば、１つの実施形態では、センサ４６Ｃが感知できるタイミングマーク又はその他の部品をセンサモジュール３０に設けて、ハウジング３８の正しい方向性を検出することができる。さらに、装着部品の材料特性を感知するためにトランスミッタ１２内に機械的完全性センサを置くことができる。例えば、トランスミッタフランジ３３とプロセスフランジ２４との間に機械的完全性センサ５２Ａ及び５２Ｂを置くことができる。

図６は、図２の６−６の切断面に沿って切り取った組み立てたプロセストランスミッタ１２の断面図である。図６は、プロセスフランジ２４及びトランスミッタフランジ３０の側面をのぞき込んだ図を示している。プロセストランスミッタ１２はトランスミッタフランジ３３を含み、これにプロセスフランジ２４が接続される。トランスミッタフランジ３３はプロセスダイアフラム９８Ａ及び９８Ｂを含み、これらはプロセスフランジ２４のボア３２Ａ及び３２Ｂの上方にそれぞれ位置する。プロセスフランジ２４が、例えばパイプライン１４の流体とふれあうことにより、プロセス流体が自由にボア３２Ａ及び３２Ｂに入るようにされる。ダイアフラム９８Ａ及び９８Ｂがプロセス流体とふれあい、プロセス流体の圧力に基づいて撓む。トランスミッタフランジ３３の通路１００Ａ及び１００Ｂ内に存在する充填流体を介して、プロセス流体の圧力がセンサモジュール３０へ転送される。この結果、センサモジュール３０はプロセス変量信号を生成することができ、この信号をトランスミッタ回路４０へ伝達することにより信号を処理することができる。

プロセスフランジ２４とダイアフラム９８Ａ及び９８Ｂとの両方が、プロセス流体との接触に耐えることのできる材料で構成されることが重要である。従って、個々のトランスミッタを、用途に応じてフランジ２４とダイアフラム９８Ａ及び９８Ｂ用の異なる等級の材料で特注生産することができる。例えば、通常プロセスフランジは、ステンレス鋼、炭素鋼、ハステロイ、又はモネルなどの材料で作製され、これらは各々、異なる用途における動作に一意に適した様々な特性を有する。従って、個々の用途のために最も適した材料を使用することが有利である。これらの材料の多くは目視では区別が困難な似たような外観を有しており、時にこれが不適切な材料からなるダイアフラム又はフランジの取り付けにつながる場合がある。材料に誤って印を付ける可能性もある。言うまでもなく、特定の用途に適していない材料を含む部品を有するプロセストランスミッタは、重大な安全上及び信頼上のリスクを有する場合がある。例えば、不適切な装備のトランスミッタは、正しい装備のトランスミッタよりも非常に早く腐食し、脆化し、或いは脆弱化する可能性があり、これが部品の早期故障につながる。従って、プロセストランスミッタ１２に機械的完全性センサ５２Ａ及び５２Ｂを装備して、フランジ２４並びにダイアフラム９８Ａ及び９８Ｂの材料を検証することにより、不適切な装備のプロセストランスミッタの誤用を容易に検出できるようにされる。機械的完全性センサ５２Ａはプロセスフランジ２４の材料特性を検証し、機械的完全性センサ５２Ｂはダイアフラム９８Ａの材料特性を検証する。

図７は、トランスミッタフランジ３３内に位置するとともにプロセスフランジ２４の材料特性の検出に使用される機械的完全性センサ５２Ａの１つの実施形態を示す図である。１つの実施形態では、機械的完全性センサ５２Ａは、誘導型透磁性センサなどの材料検証センサを備える。また、１つの実施形態では、機械的完全性センサ５２Ｂは、機械的完全性センサ５２Ａと同様の構造を有する。センサ５２Ａはコイル１０２及びコア１０４を備え、これらはトランスミッタフランジ３３上に位置する。また、機械的完全性センサ５２Ａは発振器１０８及び信号レベル検出器１１０を含み、これらをトランスミッタ回路４０内に含めることができる。センサ５２Ａは、磁性体の透磁性を測定し、磁場を発生させるとともにこの磁場に金属物体が入ったときの渦電流損失を検出することにより動作する。発振器１０８が生成する電流がコイル７０のループを通過するときに、コイル１０２が磁場を発生させ、これにより関連する渦電流レベルがコア１０４内に発生する。信号レベル検出器１１０が、コア１０４の透磁性の産物であるコア１０４内の渦電流レベルを感知する。プロセスフランジ２４は、正しく取り付けられた場合、コア１０４内の渦電流の量が減少するようにコア１０４に接触するようにされ、これに対して信号レベル検出器１１０が異なる振動の振幅の減少を検出する。従って、プロセスフランジ２４がトランスミッタフランジ３３に接触している場合、振動の振幅はフランジ２４が存在しない場合よりも減少することになる。減少の量はプロセスフランジ２４の材料の透磁性に左右される。トランスミッタ回路４０は、コア１０４の透磁性とステンレス鋼、炭素鋼、ハステロイ、又はモネルなどの様々なプロセスフランジ材料の透磁性とに関する事前に設定した値でプログラムされる。特定の材料のプロセスフランジの振動の振幅の減少を探索又は感知するようにトランスミッタ１２をプログラムすることができ、或いは回路４０にどの種類の材料を検出させるべきかをユーザが選択できるように、回路１２がユーザインターフェースを含むことができる。このようにして、信号レベル検出器１１０が検出した振動の振幅を、プロセスフランジ２４の材料に対してプログラムし、事前に設定したレベルと比較することができる。回路４０が、センサ５２Ａの出力及び保存した値に基づいて、フランジ２４が、探索するようにプログラムされた以外の振動振幅の減少を生み出していると判定した場合、制御ルーム１６又は回路４０のローカルＬＣＤのいずれかにおいて聴覚的又は視覚的アラームをユーザに通知することができる。また、腐食による材料の透磁性の変化の結果、センサ５２Ａ及び回路を、既知の腐食パターンによく見られる振動の振幅の偏差を探索するようにプログラムすることができる。

機械的完全性センサ４６Ａ〜４６Ｃ及び５２Ａ〜５２Ｂは、装着部品の取り付け及び材料特性を高い精度で、高い反復性で、低コストで確認する。正しいマーキング、正しい組み立て、又は正しい取り付けに完全に依存することがなくなる。トランスミッタをあちこちに移動したり、及び清掃された部品と共に再び取り付ける際に、機械的完全性センサはとりわけ有用である。本発明の様々な種類の機械的完全性センサをトランスミッタ１２のいずれかの２つの部品間に取り付けて、正しい取り付けを判定し、或いは材料組成を検証することができる。一定のバックグラウンド処理として、定期的に、或いは使用者の要求に応じて機械的完全性検証を実行するようにトランスミッタ１２を設定することができる。また、聴覚的又は視覚的及びローカル又は遠隔表示などの様々な種類のユーザ告知を提供するようにトランスミッタ１２を特注生産することもできる。

好ましい実施形態を参照しながら本発明について説明したが、当業者であれば、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、形状及び細部において変更を行うことができることを理解するであろう。

１２プロセストランスミッタ
３４トランスミッタハブ
３８ハウジング
４０回路
４２ターミナル
４４Ａカバー
４４Ｂカバー
４６Ａ機械的完全性センサ
４６Ｂ機械的完全性センサ
５４Ａターミナルねじ
５４Ｂターミナルねじ
５６センサ材料
５８Ａねじ込み境界面
５８Ｂねじ込み境界面

Claims

プロセス変量を測定するためのプロセストランスミッタであって、
プロセス流体の前記プロセス変量を感知するためのプロセスセンサと、
前記プロセスセンサからの信号を処理するためのトランスミッタ回路と、
前記プロセスセンサ及びトランスミッタ回路を収容するためのトランスミッタハウジングと、
前記センサ又は前記トランスミッタ回路を前記プロセス流体又は外部環境から隔離するための少なくとも１つのトランスミッタ装着部品と、
前記トランスミッタハウジング及び前記トランスミッタ装着部品の組み立てを確認するための機械的完全性センサとを備え、
前記トランスミッタ装着部品は、前記トランスミッタハウジングを前記プロセス流体とつなぐためのプロセスフランジを備え、前記機械的完全性センサは、前記プロセスフランジの材料特性を感知するための第１の材料検証センサを備え、
前記プロセストランスミッタ内に位置するプロセスダイアフラムの材料特性を感知するための第２の材料検証センサをさらに備える、
ことを特徴とするプロセストランスミッタ。
前記トランスミッタハウジングは、前記プロセスセンサ又は前記トランスミッタ回路のための点検窓を含み、該トランスミッタ点検窓はトランスミッタ装着部品で機械的に密閉され、前記機械的完全性センサは、前記トランスミッタ装着部品の前記ハウジングへの近接を感知するための近接センサを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
前記トランスミッタ回路は、前記トランスミッタ装着部品が前記ハウジングへの汚染物質の侵入を防ぐように前記点検窓に十分に固定されていることを検証する、
ことを特徴とする請求項２に記載のプロセストランスミッタ。
前記トランスミッタ回路は、前記トランスミッタ装着部品が適切な消炎路を提供するように前記ハウジングに正しくねじ込まれていることを検証する、
ことを特徴とする請求項２に記載のプロセストランスミッタ。
前記トランスミッタ回路は、前記機械的完全性センサが生成した信号と比較するための所定の値を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載のプロセストランスミッタ。
前記トランスミッタ回路は、前記トランスミッタ回路に保存された材料特性データを用いて前記プロセスフランジの前記感知された材料特性を確認する、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
前記材料確認センサは誘導型透磁性センサを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
前記トランスミッタ回路は、前記機械的完全性センサの出力を使用者に告知する電子装置を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
前記トランスミッタ回路は、定期的に前記機械的完全性センサを動作させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
前記トランスミッタ回路は、ユーザが前記機械的完全性センサの動作を手動で開始できるようにユーザ制御部を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
前記トランスミッタ装着部品は、前記トランスミッタハウジングをプロセス流体フランジにつなげるためのセンサモジュールを備え、
前記機械的完全性センサは、前記センサモジュール上の前記トランスミッタハウジングの方向を感知するための近接センサを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセストランスミッタ。
プロセス変数を測定するためのプロセストランスミッタであって、
プロセス流体の前記プロセス変量を感知するためのプロセスセンサモジュールと、
前記プロセスセンサを収容するためのトランスミッタハウジングと、
前記センサを前記ハウジング内に密閉するための少なくとも１つのハウジングカバーと、
前記ハウジングカバー又はセンサモジュールの前記トランスミッタハウジングとの組み立てを感知するための機械的完全性センサと、
前記トランスミッタハウジングをプロセス流体とつなぐためのプロセスフランジの材料特性を感知するための第１の材料検証センサと、
前記プロセストランスミッタ内に位置するプロセスダイアフラムの材料特性を感知するための第２の材料検証センサと、
を備えることを特徴とするプロセストランスミッタ。
前記機械的完全性センサは近接センサを備える、
ことを特徴とする請求項１１に記載のプロセストランスミッタ。
前記近接センサは、誘導型近接センサ、静電容量型近接センサ、磁力計、超音波近接センサ、光学式近接センサ又は機械的リミットスイッチからなるグループから選択される、ことを特徴とする請求項１３に記載のプロセストランスミッタ。
ハウジングカバー又はセンサモジュールの位置が正しくない場合、或いはこれらが見あたらない場合に告知を行う電子回路をさらに備える、ことを特徴とする請求項１２に記載のプロセストランスミッタ。
前記機械的完全性センサが生成した信号と比較するための所定の近似値を含むトランスミッタ回路をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１２に記載のプロセストランスミッタ。
前記機械的完全性センサは静電容量型近接センサからなる、
ことを特徴とする請求項１２に記載のプロセストランスミッタ。
前記静電容量型近接センサは、
第１のターミナルねじ及び第２のターミナルねじを備えた第１のキャパシタと、
前記第１のターミナルねじ及びハウジングカバーを備えた第２のキャパシタと、
前記第２のターミナルねじ及び前記ハウジングカバーを備えた第３のキャパシタと、を備え、前記ハウジングカバーが前記トランスミッタハウジングに組み立てられたときに、前記第１、第２及び第３のキャパシタが形成する回路の静電容量が変化する、
ことを特徴とする請求項１７に記載のプロセストランスミッタ。
前記機械的完全性センサは誘導型近接センサを備える、
ことを特徴とする請求項１２に記載のプロセストランスミッタ。
前記誘導型近接センサは、ハウジングカバーに接近して前記センサハウジング内に位置する、磁場を発生させるための誘導コイルと、
前記誘導コイルの内部に位置するコア材料と、
前記コア内に渦電流を発生させるための発振器と、
ハウジングカバーが前記コアの近くに位置するときの前記渦電流の振動の振幅の変化を感知するための信号レベル検出器と、
を備えることを特徴とする請求項１９に記載のプロセストランスミッタ。
プロセス変量を測定するプロセストランスミッタであって、
プロセス流体の前記プロセス変量を感知するためのプロセスセンサと、
前記プロセスセンサを収容するためのトランスミッタハウジングと、
前記トランスミッタハウジングをプロセス流体源につなげるためのプロセスフランジと、
前記プロセスフランジの材料特性を感知するための第１の材料検証センサと、
前記プロセストランスミッタ内に位置するプロセスダイアフラムの材料特性を感知するための第２の材料検証センサと、
を備えることを特徴とするプロセストランスミッタ。
前記機械的完全性センサは誘導型透磁性センサを備える、
ことを特徴とする請求項２１に記載のプロセストランスミッタ。
前記誘導型透磁性センサは、
ハウジングカバーに接近して前記センサハウジング内に位置する、静電場を発生させるための誘導コイルと、
前記誘導コイル内に位置するコア材料と、
前記コア内に渦電流を発生させるための発振器と、
前記プロセスフランジが前記コアの近くに位置するときの前記渦電流の振動の振幅の変化を感知するための信号レベル検出器と、
を備えることを特徴とする請求項２２に記載のプロセストランスミッタ。
前記機械的完全性センサが生成した信号と比較するための所定の材料特性値を含むトランスミッタ回路をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２１に記載のプロセストランスミッタ。
前記機械的完全性センサが生成した信号が所定の材料特性値と異なる場合に告知を行う電子回路をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２４に記載のプロセストランスミッタ。