JP5445020B2 - 電子式差圧・圧力伝送器 - Google Patents

Description

本発明は差圧伝送器や圧力伝送器に用いて好適な電子式差圧・圧力伝送器に関し、詳しくは、センサからの圧力信号に対し温度補正を内部演算で行っている方式の電子式差圧・圧力伝送器に関するものである。

図７は電子式差圧伝送器の一部断面正面図である。図において、１は受圧部であり、両面にフランジ３が形成されている。フランジ３の端面には接液ダイアフラム３ａが取り付けられ、プロセス流体５が流れる配管の途中に設けられたオリフィス７の上流と下流側の圧力を導圧管４を介して受圧部１に伝達する。

２は受圧部１の中央部付近に設けられ受圧部の温度を測定するセンサ部温度センサである。８はメモリやＣＰＵなどを含む電子回路（図示せず）が収納されたアンプケースでありオリフィス７の上流と下流側の差圧を電気信号に変換して外部の制御装置（図示せず）に伝送する。
９はオリフィス７の近傍の配管に設けられプロセス流体の温度を測定して送信する温度伝送器である。アンプケース８内にはアンプ温度センサ１０が配置されている。

図８は図７に示す差圧伝送器（受圧部１）の温度補正に関する各部の信号の流れを示す図である。図において、差圧伝送器１からの差圧信号Ｐｄおよび静圧信号Ｐｓはセンサ部温度センサからの温度信号Ｔｓにより温度補正がなされて差圧出力、静圧出力が測定される。そして、この差圧・静圧出力を元に体積流量が算出され、オリフィス７の近傍の配管に設けられプロセス流体の温度を測定して送信する温度伝送器９からの温度信号が入力されて質量流量が算出される。

上述の差圧伝送器の構成において、受圧部１からの圧力信号に対して電子回路では内部演算にて温度補正を行っている。補正手順としては、
１）製造ラインの検査工程で圧力信号の温度係数を求め、アンプケース８内に配置された伝送器メモリー（図示せず）に書き込む。
２）受圧部１に搭載されたセンサ部温度センサ２からの信号（Ｔｓ）を用い、アンプケース８内に配置されたＣＰＵで圧力信号に温度補正演算処理を行う。

図９はセンサ部温度センサ２の温度（Ｔｓ）と誤差補正値の関係を示す補正値−温度の相関を示す図である。温度（Ｔｓ）の変化に関連して誤差補正値が変化していることが分かる。

特開２００４−１９８２７７号公報

上記従来の技術は、温度変化時、伝送器の出力に影響する因子として、受圧部要素 （接液ダイアフラム）とセンサ部要素（差圧検出部）に大別される。
周囲外気温変化が緩やかな場合、伝送器温度が一様に変化する。受圧部とセンサ部で温度差が生じないため、センサ部の温度信号（Ｔｓ）で補正しても温度誤差は発生しない。

一方、周囲外気温変化が急激な場合や、プロセス流体温度変化等で局所的に伝送器の温度が変化した場合、受圧部とセンサ部での温度差が生じ、センサ部温度信号（Ｔｓ）で補正を行うと補正過不足で出力信号誤差が発生する。（温度過渡誤差）

従って本発明は、従来補正信号として用いていなかったアンプ温度補正信号Ｔａを補正要素として取り入れることにより周囲外気温、プロセス温度等の変化時にも、伝送器信号誤差を小さくできる電子式差圧・圧力伝送器を提供することを目的としている。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、請求項１に記載の電子式差圧・圧力伝送器の発明においては、
配管に設けられたオリフィスの上下流の差圧Ｐｄを測定する受圧部１と、この受圧部１に設けられ測定流体の静圧Ｐｓを測定する圧力センサとを具備する電子式差圧・圧力測定装置において、
前記受圧部１の近傍に設けられ前記受圧部１近傍の温度を検出するセンサ部温度センサ２と、前記受圧部１に取り付けられたアンプ部８ａに設けられアンプ部８ａの温度を測定するアンプ温度センサ１０と、前記アンプ部８ａの温度をＴａ，前記受圧部１近傍の温度をＴｓとしたときに、前記ＴａとＴｓから前記受圧部１の推定温度Ｔｂを演算する受圧部推定温度演算手段１７と、前記センサ部温度Ｔｓからセンサ影響分補正値Ｃｓを演算するセンサ影響分補正値演算手段１２と、前記受圧部推定温度Ｔｂから受圧部影響分補正値Ｃｂを演算する受圧部影響分補正値演算手段１１と、前記センサ影響分補正値Ｃｓと受圧部影響分補正値Ｃｂから差圧総補正値Ｃ’を演算する差圧総補正値演算手段１５と前記受圧部影響分補正値Ｃｂｓｐと前記センサ部影響分補正値Ｃｓｓｐから静圧総補正値Ｃ’ｓｐを演算する静圧総補正値演算手段１６とからなり、
前記差圧信号Ｐｄと前記差圧総補正値Ｃ’から差圧出力を求める差圧演算手段１３と、前記静圧信号Ｐｓと前記静圧総補正値Ｃ’ｓｐから静圧出力を求める静圧演算手段１４を具備し、前記受圧部の推定温度Ｔｂと、受圧部影響分補正値Ｃｂ（差圧）、Ｃｂｓｐ（静圧）、センサ影響分補正値Ｃｓ（差圧）、Ｃｓｓｐ（静圧）、および総補正値Ｃ’（差圧）、Ｃ’ｓｐ（静圧）を下記の式により演算することを特徴とする。
記
Ｔｂ＝Ｔｓ＋（Ｔｓ−Ｔａ）×Ａ
Ｃｂ＝ｆ（Ｔｂ）、Ｃｂｓｐ＝ｆ’（Ｔｂ）
Ｃｓ＝ｆ（Ｔｓ）、Ｃｓｓｐ＝ｆ’（Ｔｓ）
Ｃ’＝Ｃｂ＋Ｃｓ、Ｃ’ｓｐ＝Ｃｂｓｐ＋Ｃｓｓｐ
Ａ：伝送器受圧部からセンサ部温度センサまでの距離をＸ２、センサ部温度センサからアンプ温度センサまでの距離をＸ１としたときにＸ２／Ｘ１により定まる乗数。
ｆ，ｆ’：実験より求めた関数

本発明の請求項１記載の発明によれば、周囲外気温、プロセス温度等の変化時にも、伝送器信号誤差を小さくできる電子式差圧・圧力伝送器が実現できる。

本発明の実施形態の一例を示す一部断面正面図である。 本発明の電子式伝送器の温度補正のための信号の流れを示すブロック説明図である。 プロセス温度が８０℃に達した場合の伝送器の各部の温度変化を示す図である。 センサ部温度とセンサ影響分補正値の関係、受圧部推定温度と受圧部影響分補正値の関係を示す示す図である。 本発明を用いた誤差補正値と従来の誤差補正値の経過時間に対する効果を示す図（ａ）および本発明を用いた場合の出力誤差と従来の出力誤差の経過時間に対する効果を示す図（ｂ）である。 他の実施例を示す一部断面正面図である。 電子式差圧伝送器の従来例を示すブロック構成図である。 従来の電子式伝送器の温度補正のための信号の流れを示すブロック説明図である。 他の実施例を示す断面図である。 従来のセンサ部温度センサ２の温度Ｔｓと誤差補正値Ｃの関係を示す補正値−温度の相関を示す図である。

図１は本発明の実施形態の一例を示す一部断面を示す正面図である。
図１において、図７の従来例と異なる点はアンプケース８内のアンプ温度センサ１０を温度補正信号Ｔａとして利用した点である。

即ち、受圧部１には両面にフランジ３が形成されており、フランジ３の端面には接液ダイアフラム３ａが取り付けられている。プロセス流体５が流れる配管の途中にはオリフィス７が設けられ、その上流と下流側の圧力が導圧管４を介して受圧部１に伝達されている。

２は受圧部１の中央部付近に設けられ受圧部の温度を測定するセンサ部温度センサでありセンサ部温度信号Ｔｓを測定する。８はメモリやＣＰＵなどを含む電子回路（図示せず）が収納されたアンプケースであり、オリフィス７の上流と下流側の差圧を電気信号に変換して外部の制御装置（図示せず）に伝送する。９はオリフィス７の近傍の配管に設けられプロセス流体の温度を測定して送信する温度伝送器である。アンプケース８内にはアンプ温度センサ１０が配置されておりアンプ温度信号Ｔａを測定する。

図２は図１に示す差圧伝送器（受圧部１）の温度補正に関する各部の信号の流れを示す図である。図において、受圧部推定温度演算手段１７はアンプ温度信号Ｔａとセンサ温度信号Ｔｓを入力し受圧部の推定温度Ｔｂ＝Ｔｓ＋（Ｔｓ−Ｔａ）×Ａを演算する。
ここで、Ａは伝送器受圧部からセンサ部温度センサまでの距離をＸ２、センサ部温度センサからアンプ温度センサまでの距離をＸ１としたときにＸ２／Ｘ１により定まる乗数である（図１参照）。

受圧部影響分補正値演算手段１１は受圧部影響分補正値Ｃｂ＝ｆ（Ｔｂ）を、センサ部影響分補正値演算手段１２はセンサ部影響分補正値Ｃs＝ｆ（Ｔs）を演算する。
ここでｆは実験により求めた関数である。
次に、差圧総補正値演算手段１５は、受圧部影響分補正値Ｃｂとセンサ部影響分補正値Ｃsを入力し差圧総補正値Ｃ’＝Ｃｂ＋Ｃｓを演算する。また、静圧総補正値演算手段１６は、受圧部影響分補正値Ｃｂｓｐとセンサ部影響分補正値Ｃsｓｐを入力し静圧総補正値Ｃ’ｓｐ＝Ｃｂｓｐ＋Ｃｓｓｐを演算する。

そして、差圧出力演算手段１３は差圧信号Ｐｄに差圧総補正値Ｃ’を加算して差圧を出力し、静圧出力演算手段１４は静圧信号Ｐｓに静圧総補正値Ｃ’を加算して静圧を出力する。

上述の構成によれば、温度によるセンサ部影響誤差と受圧部影響誤差を別々に補正しているため、周囲外気温急変やプロセス温度変化が起こっても、最適な補正がされ、温度過渡誤差は小さくなる。従って、大きな筐体を持ち、局所加熱等による出力影響が考えられる場合、それぞれの箇所の影響量に応じた補正をすることが出来、一様温度でなくとも信号に対する最適な温度補正が可能となる。
また、製造ライン校正方法とソフトウェアの変更だけで、従来の差圧・圧力電子式伝送器に搭載しているハードウェアのまま適応可能である。

図３はプロセス温度が２３℃から８０℃に上昇した場合の伝送器各部の温度と経過時間の関係を示すもので、伝送器内部で温度分布が生じていることを示している。

図４はセンサ温度信号Ｔｓおよび受圧部推定温度Ｔｂの温度変化に対するセンサ影響分補正値Ｃｓと受圧部影響分補正値Ｃｂの関係を示すものである。図４によれば、温度誤差の補正量は、受圧部影響分とセンサ影響分で独立していることを示している。
図３、図４によれば、温度誤差の要因が、受圧部、センサ部と独立して存在する。そのため、図３に示すように伝送器内で温度分布がある場合は、それぞれで補正することにより、過不足なく最適な補正を行うことができる。

従来技術では、センサ温度信号Ｔｓのみでの補正のため、受圧部温度変化に追従できない場合や、逆にセンサ部のみの温度変化が起こり、受圧部の温度が変化していない時でも補正を行ってしまう（過補正）場合があった。

図５（ａ，ｂ）はプロセス温度が８０℃に上昇した場合の誤差補正値と出力誤差の関係を示すものである。
図５（ａ）は経過時間と誤差補正値の関係を示すもので、Ｃで示す従来例の線分に対して本発明の線分Ｃ‘の方が早い時間に補正が可能であることを示している。
図５（ｂ）は経過時間と出力誤差の関係を示すもので、本発明の出力誤差Ｃ‘が従来の
出力誤差Ｃに対して温度過渡誤差が減少していることが分かる。

なお、例えば本発明の電子式伝送器を構成・動作が同等の微差圧伝送器に適用した場合は、受圧部影響による温度誤差が大きい機種であるため、受圧部、センサ部別補正により温度過渡誤差を大幅に改善できるので、品質向上、設計マージン拡大が可能となる。

図６は他の実施例を示す一部断面正面図で、ダイアフラムシール付伝送器に適用した場合を示している。図に示す構成においてはフランジ３の一方に例えばタンクの底部に取付けた接液ダイアフラム３ｂからの圧力を導圧管４ａを介して導入している。そして、フランジ３ａにフランジ部温度センサ２を設け、フランジ部、センサ部で別々に温度補正を行うものである。

図６に示す構成ではランジ３ａと伝送器本体（受圧部１）が離れているため、フランジ部温度センサ２ａが必要である。この場合の効果としては、 低コストで接液温度誤差の小さい伝送器の設計が可能となる。
即ち、従来は、温度補償用のダイアフラムシールをＬ側（非測定側）にも作成し、Ｈ側（測定側）の受圧部温度誤差を相殺するような構造をとっている。本実施例ではＬ側のダイアフラムシールを必要とせず、温度センサのみで良いため。（温度センサ信号は、ダイアフラムシールのキャピラリに沿った配線で伝送器内部に送られる）

１ 受圧部
２ センサ部温度センサ
３ フランジ
４ 導圧管
５ プロセス流体
６ 配管
７ オリフィス
８ アンプケース
９ 温度伝送器
１０ アンプ温度センサ
１１ 受圧部影響分補正値演算手段
１２ センサ部影響分補正値演算手段
１３ 差圧演算手段
１４ 静圧演算手段
１５ 差圧総補正値演算手段
１６ 静圧総補正値演算手段
１７ 受圧部推定温度演算手段

Claims (1)

1. 配管に設けられたオリフィスの上下流の差圧Ｐｄを測定する受圧部１と、この受圧部１に設けられ測定流体の静圧Ｐｓを測定する圧力センサとを具備する電子式差圧・圧力測定装置において、
   前記受圧部１の近傍に設けられ前記受圧部１近傍の温度を検出するセンサ部温度センサ２と、前記受圧部１に取り付けられたアンプ部８ａに設けられアンプ部８ａの温度を測定するアンプ温度センサ１０と、前記アンプ部８ａの温度をＴａ，前記受圧部１近傍の温度をＴｓとしたときに、前記ＴａとＴｓから前記受圧部１の推定温度Ｔｂを演算する受圧部推定温度演算手段１７と、前記センサ部温度Ｔｓからセンサ影響分補正値Ｃｓを演算するセンサ影響分補正値演算手段１２と、前記受圧部推定温度Ｔｂから受圧部影響分補正値Ｃｂを演算する受圧部影響分補正値演算手段１１と、前記センサ影響分補正値Ｃｓと受圧部影響分補正値Ｃｂから差圧総補正値Ｃ’を演算する差圧総補正値演算手段１５と前記受圧部影響分補正値Ｃｂｓｐと前記センサ部影響分補正値Ｃｓｓｐから静圧総補正値Ｃ’ｓｐを演算する静圧総補正値演算手段１６とからなり、
   前記差圧信号Ｐｄと前記差圧総補正値Ｃ’から差圧出力を求める差圧演算手段１３と、前記静圧信号Ｐｓと前記静圧総補正値Ｃ’ｓｐから静圧出力を求める静圧演算手段１４を具備し、前記受圧部の推定温度Ｔｂと、受圧部影響分補正値Ｃｂ（差圧）、Ｃｂｓｐ（静圧）、センサ影響分補正値Ｃｓ（差圧）、Ｃｓｓｐ（静圧）、および総補正値Ｃ’（差圧）、Ｃ’ｓｐ（静圧）を下記の式により演算することを特徴とする電子式差圧・圧力伝送器。
   記
   Ｔｂ＝Ｔｓ＋（Ｔｓ−Ｔａ）×Ａ
   Ｃｂ＝ｆ（Ｔｂ）、Ｃｂｓｐ＝ｆ’（Ｔｂ）
   Ｃｓ＝ｆ（Ｔｓ）、Ｃｓｓｐ＝ｆ’（Ｔｓ）
   Ｃ’＝Ｃｂ＋Ｃｓ、Ｃ’ｓｐ＝Ｃｂｓｐ＋Ｃｓｓｐ
   Ａ：伝送器受圧部からセンサ部温度センサまでの距離をＸ２、センサ部温度センサからアンプ温度センサまでの距離をＸ１としたときにＸ２／Ｘ１により定まる乗数。
   ｆ，ｆ’：実験より求めた関数

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