JP5398990B2 - ダイヤフラムの破断又は薄化を検出するための診断システム - Google Patents
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Description
本発明は工業用プロセス計装で用いるためのダイヤフラムに関し、より詳細には、ダイヤフラムの破断又は薄化を検出するための診断システムに関する。
多くの工業用計器は、プロセスのパラメータを測定するために工業用プロセスに結合されたダイヤフラムエレメントを含む。たとえば、いくつかの圧力トランスミッタは、工業用プロセスに結合された分離ダイヤフラムを含む。圧力測定は、圧力に応じたダイヤフラムの撓みに基づきダイヤフラムから直接行うか、又は液封された毛細管を用いて分離ダイヤフラムに結合された遠隔圧力センサにより直接行うことができる。ダイヤフラムの破断又は薄化は、測定読取値を変えてしまう、及び/又は工業用プロセスからプロセス流体が漏れることを許してしまう可能性がある。加えて、液封された毛細管からの封入液が、分離ダイヤフラムの破断を通して漏れ、プロセスを汚染する場合がある。
工業用フィールド装置で用いるためのダイヤフラム診断システムは、ダイヤフラム及び診断機能を有する。ダイヤフラムは、プロセス流体にフィールド装置を結合し、複数の層を有する。複数の層の第一の層は、工業用プロセスのプロセス流体に触れる。診断機能は、ダイヤフラムに結合されてダイヤフラムの電気パラメータを監視し、監視された電気パラメータの変化に基づきダイヤフラムの動作状態を応答的に推測する。
図1は、本発明の実施形態の破断検出機能を備えた工業用プロセストランスミッタの、簡略化された図である。システム100は、通信リンク106により制御センタ104に通信可能に結合されたトランスミッタ102を含み、通信リンクは有線又は無線にすることができる。通信リンク106は、制御センタ104内の監視及び制御システムに、トランスミッタ102のハウジング内部に配置された電子機器を結合する。
ここで、ε0は誘電率定数(誘電率)であり、Aは平板領域を表し、dは2枚の平板を隔てている距離を表す。本発明の好ましい実施形態にあるように、誘電体が固体材料で形成されている場合、距離(d)及び誘電率(ε0)は実質的に一定数を維持する。しかし、平板の領域(A)が(たとえば腐食又は磨耗により)変化した場合、静電容量は変化する。結果として、パイプを通して流れる非導電材料により第一の導電板308が腐食すると、第一の導電板308の領域(A)が変化し、このために分離ダイヤフラム306の静電容量に、測定可能な変化が生じる。分離ダイヤフラム306の静電容量に変化が生じることにより、分離ダイヤフラム306が修理又は交換を要することを示す表示を提供することができる。
ここでZは、指数関数を乗じた電流に対する電圧の大きさの比率を表し、これは実数部分と虚数部分の両方を含む。第一の導電板308の領域における変化を前提とすると、平行平板コンデンサ(分離ダイヤフラム構造体306)の両端のインピーダンスは、たとえプロセス流体が導電性であっても、経時変動する可能性がある。感知回路(たとえば図5の信号分析システム514)は、第一の導電板308及び第二の導電板310に結合されて、静電容量式ダイヤフラム306の電気パラメータ、たとえば複素インピーダンス、リアクタンス、又はその他の電気パラメータを測定することができる。第二の導電板を時変信号で(又はある周波数範囲を含む信号で)掃引することにより、一つ以上の電気パラメータの変化を用いて、第一の導電層の状態を推測してもよい。
Claims (27)
- 工業用フィールド装置で用いるためのダイヤフラム診断システムであって、
プロセス流体にフィールド装置を結合するように構成され、複数の層と、前記複数の層の中の工業用プロセスのプロセス流体に触れる第一の層と、を含むダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに結合されて前記ダイヤフラムの電気パラメータを監視し、監視された前記電気パラメータの変化に基づき、前記ダイヤフラムの動作状態を応答的に推測する診断回路と、
を含み、
前記電気パラメータは、前記ダイヤフラムに時変信号が与えられたときに測定される、
ダイヤフラム診断システム。 - 前記電気パラメータの変化が所定の限度を超えた場合、前記ダイヤフラムの推測された動作状態を示す警告信号を生成するように適合された警告生成機能をさらに含む、請求項1記載のダイヤフラム診断システム。
- 前記複数の層は、少なくとも二つの導電層と、前記二つの導電層を隔てる少なくとも一つの誘電層を含み、
前記電気パラメータが、前記二つの導電層の間に形成された静電容量を含む、請求項1記載のダイヤフラム診断システム。 - 前記ダイヤフラムを前記時変信号で掃引するように適合され、前記電気パラメータが前記ダイヤフラムの複素電気パラメータを含む信号生成器をさらに含む、請求項1記載のダイヤフラム診断システム。
- 前記ダイヤフラムを監視し、前記時変信号に基づいて、格納された基礎値信号に対する前記複素電気パラメータの変化を検出するように適合された複素信号分析システムをさらに含む、請求項4記載のダイヤフラム診断システム。
- 前記複数の層が少なくとも一つの導電層を含む、請求項1記載のダイヤフラム診断システム。
- 前記複数の層が少なくとも一つの誘電層を含む、請求項1記載のダイヤフラム診断システム。
- 前記複数の層が、
少なくとも二つの導電層と、
前記少なくとも二つの導電層を隔てる少なくとも一つの誘電層と、
を含む、請求項1記載のダイヤフラム診断システム。 - 前記電気パラメータが、前記少なくとも二つの導電層の容量性電位を含む、請求項8記載のダイヤフラム診断システム。
- 前記電気パラメータの変化の程度が、前記第一の層の表面領域の変化の程度を示す、請求項1記載のダイヤフラム診断システム。
- 前記診断回路が、前記第一の層に対する前記複数の層の一つ以上の電気パラメータを監視するように適合される、請求項1記載のダイヤフラム診断システム。
- 分離ダイヤフラムの動作状態を推測するための方法であって、
複数の層と、前記複数の層の中のプロセス流体に直接触れる第一の層とを含む分離ダイヤフラムを備えることと、
前記分離ダイヤフラムに電気信号を与えることと、
与えられた前記電気信号に対する前記分離ダイヤフラムの電気パラメータの測定された変化から、前記分離ダイヤフラムの動作状態を応答的に推測することと、
を含み、
前記電気信号は、時変要素である、
方法。 - 前記電気パラメータの測定された変化が所定の限度を越えた場合、前記分離ダイヤフラムの劣化状態を示す警告信号を生成することをさらに含む、請求項12の方法。
- ある周波数範囲を含む電気信号を生成することと、
前記分離ダイヤフラムを経由して前記周波数範囲を含む電気信号を伝送することと、
を適用するステップを含む、請求項12記載の方法。 - 前記推測するステップは、
前記分離ダイヤフラムの前記電気パラメータを監視することと、
格納された基礎測定値に対する監視された前記電気パラメータの変化を計算することと、
を含む、請求項12記載の方法。 - 前記電気パラメータが、前記分離ダイヤフラムの時定数を含む、請求項12記載の方法。
- 前記電気パラメータが、前記分離ダイヤフラムの複素電気パラメータを含む、請求項12記載の方法。
- 工業用フィールド装置で用いるための診断システムであって、
プロセス流体にフィールド装置を結合するように構成され、複数の層と、前記複数の層の中の工業用プロセスのプロセス流体に触れる第一の層とを含む静電容量エレメントと、
前記静電容量エレメントに結合されて前記静電容量エレメントの電気パラメータを監視し、監視された前記電気パラメータの変化に基づき前記静電容量エレメントの動作状態を応答的に推測する診断回路と、
を含み、
前記複数の層は、少なくとも二つの導電層と、前記二つの導電層を隔てる少なくとも一つの誘電層を含む、
診断システム。 - 前記工業用フィールド装置が、パイプ部内に延びる分岐バーを有する渦流量計を含み、前記静電容量エレメントが前記パイプ部の薄肉部を含み、前記薄肉部を通して、前記パイプ内の流体流による前記分岐バーの動きが伝えられる、請求項18記載の診断システム。
- 前記工業用フィールド装置が、前記パイプ部に結合された圧力センサを含み、前記静電容量エレメントが、液封された毛細管を通して、遠隔センサに、前記パイプ部内の流体流からの圧力を伝えるように適合された柔軟な分離ダイヤフラムを含む、請求項18記載の診断システム。
- 制御センタへの伝送のための推測された動作状態を示す警告信号を生成するように適合された警告生成機能をさらに含む、請求項18記載の診断システム。
- 前記電気パラメータの変化の大きさが、前記静電容量エレメントの損傷の程度を示す、請求項18記載の診断システム。
- 前記電気パラメータが、前記静電容量エレメントの複素インピーダンスを含む、請求項18記載の診断システム。
- 前記診断回路が、
時変要素を有する電気信号で前記静電容量エレメントを掃引するように適合された信号生成器と、
前記静電容量エレメントを監視し、格納された基礎測定値に対する前記静電容量エレメントの一つ以上の前記電気パラメータの変化に基づき前記静電容量エレメントの動作状態を推測するように適合された複素信号分析システムと、
をさらに含む、請求項18記載の診断システム。 - 前記診断回路が、前記第一の層に対する前記複数の層の一つ以上の電気パラメータを監視するように適合される、請求項18記載の診断システム。
- 前記少なくとも一つの誘電層が多孔質材料を含む、請求項18記載の診断システム。
- 前記第一の層を通してプロセス流体が漏出している場合、前記電気パラメータの突然の変化に基づき動作状態が推測される、請求項26記載の診断システム。
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