JP6348042B2 - 差圧・圧力発信器 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象の流体が流れる配管や被測定流体が収容されているタンクに取り付けられて流体の圧力を測定するための差圧・圧力発信器に関する。

石油、石油化学、化学プラントなどにおいて、プロセス流体の流量、圧力、液位、比重などを測定するために差圧・圧力発信器が用いられている。この差圧・圧力発信器では、プロセス流体圧をダイアフラムで受け、このダイアフラムの変位を、圧力伝達液を介して圧力センサを備える発信器本体に導くようにしている（特許文献１参照）。

特開平０９−１８９６３４号公報 特開２００５−０９４０８号公報 特開２０１４−２０９５３号公報

藤嶋 昭、相澤 益男、井上 徹、「電気化学測定法（上）」、技報堂出版株式会社発行、６３頁、第１版１２刷、１９９８年。

ところで、プロセス流体は、腐食性を有する場合が多いため、プロセス流体が接して受圧しているダイアフラムは、浸食されて破損しやすい状態となっている。このようにダイアフラムが侵食されると、圧力伝達液体がプロセス側に漏れ出してしまうという問題がある。今日では、品質の均一化、不純物を嫌う高純度プロセスが増えており、圧力伝達液プロセスへの流出は無視できない。特に、食品プロセスでは、圧力伝達液のプロセスへの流出は問題となる。従って、ダイアフラムの破損状態を早期に検出できることが求められている。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ダイアフラムの破損が早期に検出できるようにすることを目的とする。

本発明に係る差圧・圧力発信器は、測定対象の流体に接して流体の圧力を表面側で受ける金属からなるダイアフラムと、ダイアフラムの裏面側に充填された圧力伝達液と、圧力伝達液を介してダイアフラムが受けた圧力を検出する圧力センサと、ハイドロゲルから構成され、ダイアフラムの裏面の全域に接して配置されたイオン伝導層と、ダイアフラムに電気的に接続された第１電極配線と、ダイアフラムとは離間してイオン伝導層に電気的に接続された第２電極配線とを備える。

上記イオン伝導層は、電解質を含有したハイドロゲルから構成されている。

上記差圧・圧力発信器において、第１電極配線と第２電極配線との間で電位を印加するまたは無抵抗電流計を用いてイオン伝導層の電気伝導度変化を計測することでダイアフラムの破損をモニタする破損状態検知部を備える。

以上説明したことにより、本発明によれば、ダイアフラムの破損が早期に検出できるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態における差圧・圧力発信器の一部構成を示す構成図である。 図２は、本発明の実施の形態における差圧・圧力発信器の構成を示す構成図である。 図３は、実験１の結果を示す特性図である。 図４は、実験１によりダイアフラム１０１に形成された孔を示す写真である。 図５は、実験２の結果を示す特性図である。 図６は、実験２の結果を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における差圧・圧力発信器の一部構成を示す構成図である。図１では、部分的に断面を示している。

この差圧・圧力発信器は、測定対象の流体に接して流体の圧力を表面側で受ける金属からなるダイアフラム１０１およびダイアフラム１０１の裏面側に充填された圧力伝達液１０２を備える。また、図示していないが、圧力伝達液１０２を介してダイアフラム１０１が受けた圧力を検出する圧力センサを備える。また、この差圧・圧力発信器は、ハイドロゲルから構成され、ダイアフラム１０１の裏面の全域に接して配置されたイオン伝導層１０３を備える。イオン伝導層１０３は、電解質を含有したハイドロゲルから構成されていればよい（特許文献２参照）。例えば、積水化成品工業株式会社製の「テクノゲル グレードＣＲ」を用いればよい。なお、圧力伝達液１０２は、受圧器１０４に収容されている。従って、イオン伝導層１０３も、受圧器１０４内に配置されている。

また、この差圧・圧力発信器は、ダイアフラム１０１に電気的に接続された第１電極配線１０５および、ダイアフラム１０１とは離間してイオン伝導層１０３に電気的に接続された第２電極配線１０６を備える。例えば、ダイアフラム１０１が、金属製の受圧器１０４に固定されていれば、第１電極配線１０５は、受圧器１０４に接続すれば、ダイアフラムに電気的に接続した状態が得られる。また、第２電極配線１０６は、受圧器１０４の絶縁部１０４ａを貫通して外部に取り出されている。

また、第１電極配線１０５および第２電極配線１０６は、他端が破損状態検知部１０７に接続されている。破損状態検知部１０７は、第１電極配線１０５と第２電極配線１０６との間に電位を印加してイオン伝導層１０３の電気伝導度変化を計測することでダイアフラム１０１の破損をモニタする。あるいは、無抵抗電流計で電気伝導度変化をモニタしてもよい（非特許文献１参照）。

ここで、受圧器１０４について図２を用いてより詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態における差圧・圧力発信器の構成を示す構成図である。図２では、一部断面を示している。受圧器１０４は、ダイアフラム１０１が固定される検出器ボディ１１１を備え、検出器ボディ１１１は、ダイアフラム１０１の裏面側に裏面室１１２を備え、裏面室１１２に圧力伝達液１０２が充填されている。圧力伝達液１０２は、例えば、シリコーンオイルまたはフッ素オイルである。また、裏面室１１２は、封入液通路１１３を経由してキャピラリチューブ１１４の一端に連通している。なお、キャピラリチューブ１１４の他端は、図示していないが、半導体圧力センサを備える発信器本体に接続している。

また、検出器ボディ１１１は、フランジ１１５と取付フランジ１１６の間に挾み込まれ、複数本の取付ボルト１１７によってフランジ１１５に固定されている。また、検出器ボディ１１１は、ノズル１１８を備え、ノズル１１８が配管１１９に接続し、配管１１９を流れるプロセス流体１２０を、ダイアフラム１０１の表面側に導いている。

上記構成において、ダイアフラム１０１の表面にプロセス流体１２０の圧力が加わると、ダイアフラム１０１が変位し、この変位が圧力伝達液１０２を介して発信器本体に伝達し、半導体圧力センサによって電気信号に変換される。

本発明では、ダイアフラム１０１の裏面の全域に接して配置されたイオン伝導層１０３を備えるので、ダイアフラム１０１に亀裂が生じれば、プロセス流体１２０がイオン伝導層１０３に滲入することになる。ダイアフラム１０１に亀裂を生じさせるような損傷を与えるプロセス流体１２０は、腐食性を有する物質であり、酸，アルカリ，または塩を含んでいる。このため、これらがイオン伝導層１０３に滲入すれば、生成されるイオンによりイオン伝導層１０３の電気伝導性が変化する。この変化は、破損状態検知部１０７に検出される。

ここで、イオン伝導層１０３が、電解質を含有したハイドロゲルから構成されていれば、ダイアフラム１０１に損傷がなく、プロセス流体１２０がイオン伝導層１０３に滲入していなくても、破損状態検知部１０７では電流が検出される。しかしながら、第１電極配線１０５や第２電極配線１０６の切断など、検出系の回路に異常があれば、電流が検出されないものとなる。このように、電解質を含有したハイドロゲルからイオン伝導層１０３を構成することで、異常が無い状態において、イオン伝導層１０３による破損検出機能が正常に機能していることが識別できる。

［実験１］
次に、実験の結果について説明する。はじめに、実験１について説明する。実験１では、配管１１９を流れるプロセス流体１２０として５ｗｔ％の塩化ナトリウム水溶液を用いた。また、プロセス流体１２０中に配置した電極とダイアフラム１０１との間に電位を印加することで、電気化学的にダイアフラム１０１に腐食を生じさせた。

この実験の結果、電気化学的な腐食条件下で、経過時間が９０００秒近くの時点で、第１電極配線１０５および第２電極配線１０６に接続した破損状態検知部１０７により、図３に示すように、モニタリング電流に大きな変化が検出された。また、この変化が検出された時点で、ダイアフラム１０１を取り外してこの表面を観察したところ、図４の写真に示すように、約１ｍｍの孔が確認された。この孔は、電気化学的な腐食により形成したものと考えられる。また、この孔が形成されてことにより、プロセス流体１２０がイオン伝導層１０３に滲入し、上述したモニタリング電流の変化を起こしたものと考えられる。

［実験２］
次に、実験２について説明する。実験２では、配管１１９を流れるプロセス流体１２０として、０．１Ｎの硫酸水溶液（水溶液１）および０．２Ｎの水酸化ナトリウム水溶液（水溶液２）を用いた。また、ダイアフラム１０１とイオン伝導層１０３との界面に、水溶液１または水溶液２を滴下したときの、破損状態検知部１０７におけるモニタリング電流の変化を観察した。

水溶液１の場合、図５に示すように、滴下した時点で、モニタリング電流に大きな変化が検出された。また、水溶液２の場合においても、図６に示すように、滴下した時点で、モニタリング電流に大きな変化が検出された。

以上の実験結果より、ダイアフラム１０１に亀裂などが生じた状態が、直ちに検出できることがわかる。

以上に説明したように、本発明によれば、ダイアフラムの裏面の全域に接してイオン伝導層を配置したので、ダイアフラムの破損が早期に検出できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、イオン伝導層は、「テクノゲル グレードＣＲ」に限るものではなく、他のハイドロゲルから構成されていてもよい。また、プロセス流体は、塩化ナトリウム水溶液、硫酸水溶液、水酸化ナトリウム水溶液に限るものではなく、他の電解質水溶液、酸、アルカリも対象となる。

また、差圧・圧力発信器は、上述した１つのダイアフラムから構成されたものに限らず、ダイアフラムを２重に配置し、２つのダイアフラムの間にも圧力伝達液を配置した差圧・圧力発信器（特許文献３参照）であっても、本発明が適用可能である。この場合、プロセス流体が接する側のダイアフラムの裏面（圧力伝達液側）の全域に接してイオン伝導層を配置すればよい。

１０１…ダイアフラム、１０２…圧力伝達液、１０３…イオン伝導層、１０４…受圧器、１０５…第１電極配線、１０６…第２電極配線、１０７…破損状態検知部。

Claims (1)

1. 測定対象の流体に接して前記流体の圧力を表面側で受ける金属からなるダイアフラムと、
   前記ダイアフラムの裏面側に充填された圧力伝達液と、
   前記圧力伝達液を介して前記ダイアフラムが受けた圧力を検出する圧力センサと、
   ハイドロゲルから構成され、前記ダイアフラムの裏面の全域に接して配置されたイオン伝導層と、
   前記ダイアフラムに電気的に接続された第１電極配線と、
   前記ダイアフラムとは離間して前記イオン伝導層に電気的に接続された第２電極配線と、
   前記第１電極配線と前記第２電極配線との間で電位を印加するまたは無抵抗電流計を用いて前記イオン伝導層の電気伝導度変化を計測することで前記ダイアフラムの破損をモニタする破損状態検知部と
   を備え、
   前記イオン伝導層は、電解質を含有したハイドロゲルから構成され、
   を備えることを特徴とする差圧・圧力発信器。