JP6027134B2 - 強磁性流体を充填流体に用いた圧力伝送器 - Google Patents
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Description
1)強磁性流体の誘電率の増大に伴う圧力検出信号の強度の一定した増大。
2)磁界の印加による強磁性流体の誘電率の増大に伴う、圧力検出信号の強度の調整可能な増大。
3)磁界を印加したときの瞬間的な圧力パルスΔPの発生。
誘電率の調整可能な増大量及び瞬間的な圧力パルスは、いずれも圧力センサ30の機能の評価及び診断に用いることができる。
Claims (34)
- プロセス流体の圧力を計測するための圧力伝送器であって、
ハウジング、
前記ハウジングの内部に配設され、前記プロセス流体の圧力を検出する圧力センサ、
前記ハウジングの外面に設けられた第1の分離ダイヤフラムと、前記圧力センサから前記第1の分離ダイヤフラムまで延設された第1の液体分離管とを有する液圧機構、
前記第1の液体分離管の内部に設けられ、前記第1の分離ダイヤフラムにおける前記プロセス流体の圧力の変化を前記圧力センサに伝達する第1の強磁性流体、及び
前記ハウジングの内部に配設され、前記圧力センサから出力される圧力検出信号を受け取って調整する伝送器電子回路を備え、
前記伝送器電子回路は、
前記第1の強磁性流体に磁界を印加し、前記圧力センサの静電容量を変化させ、
前記圧力センサから出力された前記圧力検出信号における、前記磁界の印加に応じた変化を観測し、
前記圧力検出信号及び前記磁界に基づき、前記圧力センサの性能を診断する
ことを特徴とする圧力伝送器。 - 前記第1の強磁性流体は、
分散媒、及び
前記分散媒中に浮遊懸濁して前記圧力センサの充填流体の特性を変化させる第1の量の強磁性微粒子
を備えることを特徴とする請求項1に記載の圧力伝送器。 - 前記強磁性微粒子は、塊状集積を防止する表面活性剤でコーティングされていることを特徴とする請求項2に記載の圧力伝送器。
- 前記分散媒は、鉱油、及びシリコーンオイルからなる群から選択されることを特徴とする請求項2に記載の圧力伝送器。
- 前記強磁性微粒子は、Fe3O4、αFe2O3、磁鉄鉱、及びマグヘマイトからなる群から選択されることを特徴とする請求項2に記載の圧力伝送器。
- 前記強磁性微粒子は、前記分散媒の誘電率を増大させることを特徴とする請求項2に記載の圧力伝送器。
- 前記強磁性流体は、常磁性流体が形成されるように前記分散媒中で前記強磁性微粒子が浮遊懸濁するコロイド状混合液からなることを特徴とする請求項2に記載の圧力伝送器。
- 前記液圧機構は、
前記ハウジングの外面に設けられた第2の分離ダイヤフラム、
前記圧力センサから前記第2の分離ダイヤフラムまで延設された第2の液体分離管、及び
前記第2の液体分離管の内部に設けられ、前記第1の強磁性流体とは前記強磁性微粒子の濃度が異なる第2の強磁性流体
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の圧力伝送器。 - 前記液圧機構に磁界を印加可能な位置において前記圧力伝送器に組み付けられた電磁石を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の圧力伝送器。
- 前記電磁石は、
前記第1の液体分離管の周囲に設けられた強磁性コア、及び
前記強磁性コアの周囲に巻き付けられ、前記伝送器電子回路に電気的に接続された導電コイル
を備えることを特徴とする請求項9に記載の圧力伝送器。 - 前記導電コイルの周囲に設けられた磁気遮蔽体を更に備えることを特徴とする請求項10に記載の圧力伝送器。
- 前記ハウジングが強磁性材料からなることにより、前記第1の強磁性流体に対する磁気遮蔽を行うことを特徴とする請求項1に記載の圧力伝送器。
- 前記圧力センサは、静電容量型圧力センサからなることを特徴とする請求項1に記載の圧力伝送器。
- 産業プロセス伝送器における圧力センサの性能を診断するための方法であって、
強磁性流体を有した液圧機構を介して圧力センサに流体圧力を印加し、検出された圧力を示す圧力検出信号を生成する工程、
前記強磁性流体に磁界を印加し、前記圧力センサの静電容量を変化させる工程、
前記圧力センサから出力された前記圧力検出信号における、前記磁界の印加に応じた変化を観測する工程、及び
前記圧力検出信号及び前記磁界に基づき、前記圧力センサの性能を診断する工程
を備えることを特徴とする方法。 - 前記磁界の強度を前記圧力検出信号の段階的な増加の大きさと比較対照する工程を更に備えることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記圧力検出信号の段階的な増加の大きさに対する前記磁界の強度の比較対照の結果に基づいて診断信号を生成する工程、及び
前記産業プロセス伝送器の電子回路に接続された制御ループを介し、前記診断信号を伝送する工程
を更に備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 前記診断信号は、予め求められて前記産業プロセス伝送器に保存されたデータと比較されることを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記圧力センサの性能を診断する前記工程は、前記圧力センサの較正検査を行う工程を備えることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記強磁性流体に前記磁界を印加する工程は、前記強磁性流体に隣接して永久磁石を配置する工程を備えることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記強磁性流体に前記磁界を印加する工程は、前記液圧機構に組み付けられた電磁石に対し、前記産業プロセス伝送器の電子回路から電力を供給する工程を備えることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記圧力センサの性能を診断する前記工程は、前記電力を前記圧力検出信号と比較対照する工程を備えることを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記強磁性流体に前記磁界を印加する工程は、前記磁界の強度を変化させる工程を更に備えることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記強磁性流体に前記磁界を印加する工程は、前記圧力検出信号に影響を及ぼす圧力パルスを前記強磁性流体に発生させる工程を更に備えることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記圧力パルスに対応して前記圧力検出信号に予測される変化を、前記圧力検出信号における実際の応答と比較することにより診断結果が生成されることを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記圧力センサの性能を診断する前記工程は、磁界を印加しても前記圧力検出信号に変化が生じない場合、または磁界を印加しても前記圧力検出信号に無視できる変化しか生じない場合に、充填流体における空気または気体の存在、分離ダイヤフラムの破損、充填流体の不足、またはプロセス接続部分の開放と判定する工程を備えることを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 前記圧力センサの性能を診断する前記工程は、前記圧力検出信号における実際の変化が前記圧力検出信号に予測される変化より大きい場合に、プロセス接続部分の詰まりであると判定する工程を備えることを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 前記圧力センサの性能を診断する前記工程は、前記圧力検出信号における実際の変化が前記圧力検出信号に予測される変化より小さい場合に、分離ダイヤフラムの破損であると判定する工程を備えることを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 前記液圧機構は、
前記ハウジングの外面に設けられた第2の分離ダイヤフラム、
前記圧力センサから前記第2の分離ダイヤフラムまで延設された第2の液体分離管、及び
前記第2の液体分離管の内部に設けられた第2の強磁性流体を更に備え、
前記圧力センサは、
内部空洞と、前記内部空洞の内部に設けられて前記内部空洞を第1の部屋と第2の部室とに分割する感知ダイヤフラムと、前記第1の部室の内部で前記感知ダイヤフラムに対向する第1の内壁と、前記第2の部室の内部で前記感知ダイヤフラムに対向する第2の内壁とを有するセル体、
前記第1の内壁に設けられて前記感知ダイヤフラムと共に第1キャパシタを形成する第1電極、
前記第2の内壁に設けられて前記感知ダイヤフラムと共に第2キャパシタを形成する第2電極、及び
前記第1の部室及び前記第2の部室の内部に設けられた充填流体を備え、
前記第1の部室には前記第1の液体分離管が接続され、前記充填流体として前記第1の強磁性流体が設けられ、
前記第2の部室には前記第2の液体分離管が接続され、前記充填流体として前記第2の強磁性流体が設けられ、
前記第1の強磁性流体及び前記第2の強磁性流体のそれぞれは、
分散媒、及び
前記分散媒の中に浮遊懸濁して前記充填流体の特性を変化させる複数の強磁性微粒子を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の圧力伝送器。 - 前記分散媒は、鉱油、及びシリコーンオイルからなる群から選択され、
前記強磁性微粒子は、Fe3O4、αFe2O3、磁鉄鉱、及びマグヘマイトからなる群から選択され、
前記強磁性微粒子は、塊状集積を防止するオレイン酸表面活性剤でコーティングされている
ことを特徴とする請求項28に記載の圧力伝送器。 - 前記第1電極から前記セル体の外部まで延設された第1センサリード線、
前記第2電極から前記セル体の外部まで延設された第2センサリード線、
前記第1の部室の内部に配置され、前記第1の内壁を備えた第1インシュレータ、及び
前記第2の部室の内部に配置され、前記第2の内壁を備えた第2インシュレータを更に備える
ことを特徴とする請求項28に記載の圧力伝送器。 - 前記第2の強磁性流体は、前記第1の強磁性流体とは異なる誘電率を有することを特徴とする請求項28に記載の圧力伝送器。
- 前記第1の液体分離管に磁気的に近接して設けられた第1電磁石、及び
前記第2の液体分離管に磁気的に近接して設けられた第2電磁石
を更に備えることを特徴とする請求項28に記載の圧力伝送器。 - 前記第1電磁石は、
前記第1の液体分離管の周囲に設けられた第1の強磁性コア層、及び
前記第1の強磁性コア層の周囲に巻き付けられた導電コイルを備え、
前記第2電磁石は、
前記第2の液体分離管の周囲に設けられた第2の強磁性コア層、及び
前記第2の強磁性コア層の周囲に巻き付けられた導電コイルを備える
ことを特徴とする請求項32に記載の圧力伝送器。 - 外部磁界から前記第1電磁石及び前記第2電磁石を保護する磁気遮蔽体を更に備えることを特徴とする請求項32に記載の圧力伝送器。
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