JPS5944575B2 - 圧力伝送器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えばプロセス計装等に適用する圧力伝送器に
係り、特に自動較正を行なって常に適正な状態でプロセ
ス圧力を測定する圧力伝送器に関する。

石油化学、原子力、火力発電等の各種プロセス計装用圧
力伝送器は、安全計装や省エネルギ等の点からより高精
度のものが望まれている。

しかし、高精度の圧力伝送器であっても初期性能を数年
に亘り維持することは極めて困難であり、このため定期
点検により特性チェックを行ない性能維持を図っている
。

しかし、この場合点検直後はよいが、その後洗の定期点
検までは計器精度が不明であるため、各種プラントの事
故を多発させる恐れがあり、また定期点検時に伝送器を
オンラインから外して較正しなければならないので現地
調整時間が増すばかりでなく、一時的又は長時間にせよ
プラントの停止によりプラントの稼動率を下げることに
もなり、さらにプロセス流体の流出を招く等の欠点があ
る。

そこで、以下の不都合を回避するために圧力計較正装置
が開発されている。

これはゲージ圧力計のゲージ圧（大気圧）に面した受圧
面にプロセス圧力を加え、このプロセス圧力に対して送
圧を加えて較正するものである。

しかし、上記較正手段では圧力伝送器のゼロ点とスパン
がそれぞれ変化している場合に真のプロセス圧力はもと
より、伝送器のゼロ点、スパンのドリフト値も把握でき
ない欠点があった。

本発明は上記実情にかんがみてなされたもので、プロセ
ス圧力測定系の媒体通路に封入する圧力伝達媒体にダイ
ヤフラムを介して直接較正圧力を作用し圧力較正を行な
うようにして、常時配管した状態で圧力較正ができるよ
うにするとともに、手動又は自動で簡便にして正確に圧
力較正を行なう圧力伝送器を提供するものである。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図において１０は内部に例えば十字状の液通路１１
を有し、かつ左右に伸びる前記液通路１１と連通する両
側凹部１２，１２’を形成した圧力容器であって、これ
の両側凹部１２，１２’は隔液ダイヤフラム１３，１３
’によって閉塞されている。

さらに、隔液ダイヤフラム１３，１３’の外側にはプロ
セス圧力供給口部１４、較正圧力供給口部１４′を有す
る内壁部１５ａ、１５ａ’を隔液ダイヤフラム１３，１
３’と同じ波形にした第１および第２の抑止体きしての
フランジ１５．１５’が取付けられている。

具体的にはそれぞれのフランジ１５、’Ｊ５’は隔液ダ
イヤフラム１３，１３’を介して圧力容器１０に溶接さ
れているが、例えば隔液ダイヤフラム１３，１３’のみ
圧力容器１０に溶接し、フランジ１５．１５’は圧力容
器１０にボルト止めしてもよい。

一方、下側に伸びる液通路は例えば螺子１６によって閉
塞し、また上側に伸びる液通路は圧力センサ１γにより
閉塞されている。

この圧力センサ１７は圧力に比例した抵抗変化を取り出
す例えば半導体感圧素子を用いる。

１８゜１８は圧力−電気変換信号を圧力計等（図示せず
）に導くリード線、Ｐｘはプロセス圧力、Ｐｏは較正圧
力である。

また１９は圧力伝達媒体としての封入液であって例えば
液体油を用いる。

而して、通常のプロセス圧力測定時にあっては、プロセ
ス圧力供給口部１４にプロセス圧力ＰｘをＰｘ＝０から
徐々に上げるように供給してやると、較正側の隔液ダイ
ヤフラム１３′は同ダイヤフラム１３′と同様の形状を
有するフランジ１５′の内壁部１５ａ′に密着し、この
ためダイヤフラム１３′は剛体の如く作用し、プロセス
圧Ｐｘの圧力変化は液通路１１の封入液１９を媒体とし
て圧力センサ１７に伝わり、従って圧力センサ１７でプ
ロセス圧力Ｐｘを正確に検出することができる。

次に、あるプロセス圧力Ｐｘ下において（Ｐｘ−〇でも
よい）重器を較正するには、較正圧力供給口部１４′に
較正圧力Ｐｏを供給してやる。

この場合較正圧力Ｐｏがほぼプロセス圧力Ｐｘの圧力値
を越えると、フランジ１５′の内壁部１５８′に密着し
ていた隔液ダイヤフラム１３′が移動を開始し、反対に
今度は隔液ダイヤフラム１３がフランジ１５の内壁部１
５ａに密着する。

この時の較正圧力Ｐｏはプロセス圧力Ｐｘと殆んど同じ
値（後述するように±０．２５％程度）のずれとなる。

出力値は圧力センサ１７で測定することができる。

さらに較正圧力Ｐｏを大きくしていくと、プロセス圧力
Ｐｘの圧力値以上でレンジの最大圧の範囲で真のスパン
を見い出すことができる。

次に第２図Ａ−Ｃおよび第３図を用いて以上の動作を詳
細に説明する。

第２図Ａはフ論セス圧力測定状態を示している。

今、較正圧力Ｐｏ＝Ｏ１封入液１９に対するプロセス圧
力Ｐｘの圧力値をＰｘ’とし、かつそれぞれの隔液ダイ
ヤフラム１３゜１３′の単位圧力あたりの容積変化率（
以下、単に変化率と相称する）をＶｌ、■２とすると、
以下のような式が成り立つ。

（Ｐｘ−Ｐｘ’） Ｖｌ ＝ （Ｐｘ’−Ｐｏ ） Ｖ
２ここで、Ｐｏ−０、■２〈■１（■２は内壁部１５８
′に隔液ダイヤフラム１３′が押しつけられているので
極めて小さい）とすると、Ｐｘ’−Ｐｘとなり、プロセ
ス圧力Ｐｘは忠実に圧力センサ１７に伝達することがで
きる。

次に第２図Ｂは、プロセス圧力Ｐｘを加えたまま較正圧
力Ｐｏを徐々に増加させて隔液ダイヤフラム１３′がフ
ランジ１５′の内壁部１５ａ′を離れた状態を示してい
る。

この時の封入液１９の圧力は（１）式と同じ値である。

ここでプロセス圧力Ｐｘと較正圧力Ｐｏとの圧力差は、 で表わされ、■は較正圧力Ｐｏが増大して隔液ダイヤフ
ラム１３が移動を開始しフランジ１５の内壁部１５ａに
密着するまでの容積を意味している。

この容積Ｖの値は、封入液１９が非圧縮性であるために
隔液ダイヤフラム１３′の移動による容積と一致する。

従って、上述した（２）式が成り立つことになる。

今、仮にｖ ＝ １ ｃｃ、 Ｖ１＝Ｖ２ ＝ ８０
ｃｃ／ｋｇ／ｃｒｉｔとすると、（２）式よりＰ ｏ
−Ｐ ｘ≦０．０２５ ｋｇ／ｃｒｔ’ｉとなって極め
て小さい値であることが分る。

而してこれらの値を（１）式に代入すると、 となる。

ここで圧力計（図示せず）として例えば５ｋｇ／ｉのも
のを考えると、約０．０１２５ｋｙ／ｉの圧力増加はた
かだか０．２５％の圧力増にすぎず、この程度の誤差内
では即これを真のプロセス圧力Ｐｘとして把握しても問
題はない。

無論、レンジ圧力が高い程、又隔液ダイヤフラム１３，
１３’の変化率が大きくなる程、又容積Ｖが小さくなる
程精度は向上することが分る。

第２図Ｃは更に較正圧力Ｐｏを増加させた場合を示して
おり、隔液ダイヤフラム１３はフランジ１５の内壁部１
５ａに密着し第２図Ａの時と同様にＰｘ’−Ｐｏが得ら
れることが分る。

次に、第３図は以上をまとめてグラフ化したものである
。

同図においてｙ軸は較正圧力Ｐｏであり、ｙ軸は伝送器
の出力変化を示している。

一例としてレンジ圧力をｌｏｋｇ／ｃｒｔｆとした。

今、プロセス圧力Ｐｘが８ｋｇ／ｃｒｉｔとすると、較
正時数正圧力Ｐｏを上げていって８ｋｇ／ｉに達すると
出力変化を開始する。

さらに較正圧力Ｐｏを上げていくと、出力信号は図のよ
うに変化していく。

そこで、以上のような動作をした場合における本伝送器
のゼロ点の変動およびスパーンについて第４図を参照し
て説明する。

Ｘ、Ｙ軸は第３図と同様であり、かつ較正圧力Ｐｏのレ
ンジ圧力も１０ｋｇ／ｉにした。

ここで第４図に示すｓ−ｓ’線は伝送器の真の入出力特
性であり、ｘ −ｘ’は較正圧力Ｐｏを加えた場合の出
力特性である。

今、プロセス圧力Ｐｘが変動しないものとすると、出力
変化７５％のところで出力値が得られる。

従って、較正圧力Ｐｏが８ ｋｇ／ｃｙｙｔに達すると
出力変化７５％より変化を開始し、ざらにＰｏ ＝ １
０ ｋｇ／ｃｉｔに加圧すると出力変化が９４％、Ｐｏ
＝ １０．８ ｋｇ／ｄの加圧下で１００％になる。

このため、七尤点％であることから＋３．５７％となる
。

またスパンは、９４．００−３．５７＝９０．４３％で
あるので−９，５７％となる。

従って、本圧力伝送器は、較正時にあっては較正圧力Ｐ
ｏを七七にして先ずゼロ点を３．５７％下げ（出力は７
５％から７１．４３％に変る）、次に出力変化を８１％
になるようにスパンを調節してやれはよい。

このように本圧力伝送器はオンライン下において、特に
配管を外すことなく圧力較正を行なうことが可能であり
、従来のような不便さは生じない。

さらに、較正圧力Ｐｏ側は常時配管しておき、定期的に
較正圧力Ｐｏを加えて出力変化が１００％に達した時の
それぞれのＰｏ値、Ｐｏをレンジ圧力にした時の出力値
を自動的に読みとり、これからゼロ点およびスパンの補
正値を計算して伝送器出力を自動補償すると同時に、一
定値以上ゼロ点およびスパンが変化した場合には警報を
発する等してもよいものである。

また、隔液ダイヤフラム１３が腐食したり、外力により
破損して形状変形したり、穴があいた場合、較正圧力Ｐ
ｏが加えても適正な出力変化が得られないか、又は出力
が得られないので、隔液ダイヤフラムの診断を行なうこ
とができる。

次に、第５図は本発明圧力伝送器の他の実施例であって
、これは左右に伸びる液通路１１にＱ ＩＪソング ０
、２０’を有する弁体２１，２１’を設けてフランジ
１５．１５’の内壁部１５ａ、１５ａ’の波形を除去し
たものである。

２２はコンデンサ、２３はプロセス圧力Ｐｘの流体が非
ン縮性であって、較正圧力Ｐｏを加えた時にプロセス圧
力Ｐｘが変動した場合に用いる一種のガス溜めである。

勿論、プロセス圧力Ｐｘの流体が圧縮性流体や非圧縮性
流体であってもガスが多量に含まれているプロセスでは
不要である。

而して、第５図に示す圧力伝送器は、通常のプロセス圧
力測定時、プロセス圧力供給口部１４にプロセス圧力Ｐ
ｘを供給すると、弁体２１′が較正圧力Ｐｏ側に僅か移
動して０リング２０′によって閉塞されるので、プロセ
ス圧力Ｐｘはそのまま圧力センサ１７に伝達でき、正確
なプロセス圧力Ｐｘを測定できる。

較正時は、較正圧力ＰｏがＰｘと等しくなったとき弁体
２１′が離れてその圧力ＰｏがＰｘより大きくなったと
き弁体２１が０リング２０を介してプロセス圧力Ｐｘ側
の液通路１１を閉塞するので、第２図〜第５図と同様な
動作原理に基づいて容易にゼロ点およびスパンを補正す
ることができる。

また第６図は本発明の圧力伝送器における他の実施例で
あって原理的には第１図の圧力伝送器と同様であり、以
下具なる部分のみその構造を説明する。

同図において３０は螺子３１を回転させて外嵌弁３２を
進退自在に移動させる閉止弁であって、この閉止弁３０
を用いて圧力センサ１７への封入液１９の移動を止める
ものである。

この閉止弁３０は内圧の変化を伴わずに液通路１１の閉
止が可能である。

３３は外嵌弁３２の回転防止用ピンである。

一方、較正圧力Ｐｏ側に較正圧力供給口部１４′を有す
る進退可能なプラグ３４を配置している。

このプラグ３４は、内壁部３４ａを隔液ダイヤフラム１
３′と同様に波形の形状に形成し、また０ １Ｊング３
５によって気密性を保持できるようにしている。

そして、プロセス圧力測定時は隔液ダイヤフラム１３′
をプラグ３４の内壁部３４ａに密着させて測定する。

従って、プロセス圧力Ｐｘの加圧下における封入液１９
の圧力Ｐｘ’はプロセス圧力Ｐｘと等しくなり、（１）
式が成立する。

さらに、Ｐｏ＝０では■２〈■１であり、Ｐｘ’＝Ｐｘ
も成立する。

本圧力伝送器は第１図および第５図に示すものと相違す
るところは、第１図および第５図のものはプロセス圧力
Ｐｘ以上の較正圧力Ｐｏを加えてゼロ点およびスパンを
較正するのに対し、本構造の圧力伝送器は一度プロセス
圧力Ｐｏを零まで落とし、しかる後所定の圧力を加えて
ゼロ点とスパンを較正することである。

以下、上記構造の圧力伝送器の作用を説明する。

先ず、オンライン下（勿論、オンラインでなくてもよい
）において閉止弁３０を閉じると、圧力センサ１７に通
ずる液通路１１には所定の圧力（オンライン下ならＰｘ
’に近い値）が加わっており、従って圧力センサ１７よ
り所定の出力値が出ている。

次に、プラグ３４を後退させて図示点線の位置に設定す
ると、０リング３５がフランジ１５′に密接し、これに
より隔液ダイヤフラム１３′はプラグ３４の内壁部３４
ａから離れる。

この時点で液通路１１の内圧は殆んど零となる。

ここで、隔液ダイヤフラム１３′の変化率を■２とし、
同ダイヤフラム１３′の移動容積をＶとすると、液通路
１１の内圧はｖ／Ｖ２程まで落ちる。

ちなみに、容積Ｖは封入液１９の非圧縮性効果によりほ
ぼ零に近い値であり、ここでの内圧は殆んど零になると
いってもよい。

従って、この時の圧力センサ１７の出力値を読めば、こ
れが圧力伝送器の七尤点であり、また閉止弁３０を閉じ
た状態で較正圧力供給口部１４′から較正圧力Ｐｏを加
えてやれば、自由に真の圧力が印加でき、従って、現在
のスパンがいくらであるか容易に分る。

同時に、ゼロ点とスパンの較正もオンラインに配管をし
たまま極めて容易にすることができる。

従って、原子力用のようにプロセス圧力Ｐｘによるプロ
セス流体の噴出をきらう場合にも効果的である。

較正後は以上の作業と逆にプラグ３４の内壁部３４ａが
隔液ダイヤフラム１３′に密着するまで該プラグ３４を
前進させ、次に閉止弁３０を操作してプロセス圧力Ｐｘ
側の液通路１１を開放にする。

なお、閉止弁３０を液通路１１の内部に入れてもよい。

また、本発明の圧力伝送器の技術手段は第７図に示すよ
うに差圧形の圧力伝送器にも適用できる。

即ち、圧力センサ１７の両側より伸びる液通路１１の途
中にそれぞれ較正圧力Ｐｏとの隔液ダイヤフラム１３ａ
、１３ａを設け、かつ内壁部３４ａ。

３４ａを隔液ダイヤフラム１３ａ、１３ａと同じ波形に
したプラグ３４．３４を圧力容器１０に対して進退可能
にしたものである。

また、液通路１１に閉止弁３０．３０をそれぞれ設けて
いる。

これにより第６図と同様な作業によってゼロ点およびス
パンの較正ができる。

次に第８図は本圧力伝送器の応用例である。

同図において４０は較正圧力を供給する圧力供給源、４
１は本発明構造の圧力伝送器、４２は較正圧力を電気信
号１１に変換する較正用圧力センサ、４３は較正用の圧
力−電気変換回路４２の出力信号１１と圧力伝送器４１
の出力信号１２とを演算してゼロ点およびスパンの較正
値を求める演算回路、４４は主演算回路であって、これ
は圧力伝送器４１の信号１２に前記演算回路４３の較正
値を与えて最終的に補正演算しこの結果を受信器４５に
供給するものである。

弁４６は較正するときのみ開放するものである。

従って、本発明の圧力伝送器を用い、この伝送器の信号
１□と較正圧力の電気変換信号１１を用いて容易に圧力
の自動較正を行なうことができる。

プロセス圧力測定時は弁４６を閉じておけば、伺らプロ
セス圧力測定系に影響を与えないでプロセス圧力を測定
することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものでないこと
は勿論であって、例えば圧力センサ１７によって圧力を
電気信号として送っているが空気式伝送方式でもよい。

また圧力センサ１７として半導体センサを用いたが、セ
ンシング方法では力平衡式、キャパシタンス式、インダ
クタンス式の場合でも適用可能である。

その他要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能で
ある。

以上詳記したように本発明によれば、プロセス圧力測定
系の媒体通路に封入する圧力伝達媒体にダイヤフラムを
介して直接較正圧力を加えて較正可能にしたので、重器
を配管した状態で圧力較正をすることができ、従って定
期点検のために一時停止させるようなことがなくプラン
トの稼働能率を上げることができる。

また手動又は自動の倒れでも簡単にでき、しかもその圧
力較正を正確に行なうことができる。

また、隔液ダイヤフラムが腐食又は外力により破損して
形状変形したり、穴がおいていても、較正圧力を加えて
そのダイヤフラムの診断を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧力伝送器の基本的構造を示す断
面図、第２図Ａ−Ｃは第１図に示す圧力伝送器の動作を
説明する伝送器断面図、第３図および第４図はゼロ点お
よびスパンの調節を説明する図、第５図ないし第７図は
本発明の圧力伝送器の他の実施例を説明する断面図、第
８図は本発明圧力伝送器を自動較正する一構成例図であ
る。 １０・・・・・・圧力容器、１１・・・・・・液通路、
１３．１３’。 １３ａ・・・・・・隔液ダイヤフラム、１４・・・・・
・プロセス圧力供給口部、１４′・・・・・・較正圧力
供給口部、１５゜１５′・・・・・・フランジ、１７・
・・・・・圧力センサ、１９・・・・・・封入液、２１
、２１’・・・・・・弁体、３０・・・・・・閉止弁
、３４・・・・・・プラグ、４０・・・・・・圧力供給
源、４１・・・・・・圧力伝送器、４２・・・・・・較
正圧力−電気変換回路、４３・・・・・・演算回路、４
４・・・・・・主演算回路、４５・・・・・・受信器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プロセス圧力が加わる第１のダイヤフラムと、校正
   用圧力が加わる第２のダイヤフラムと、これら第１およ
   び第２のダイヤプラムが設けられるとともに、これら第
   １および第２のダイヤフラムに加わった圧力を圧力セン
   サと前記第２および第１のダイヤフラムに伝達する圧力
   伝達媒体が封入された圧力容器と、前記プロセス圧力の
   測定時における前記第２のダイヤフラムの変位を抑止す
   る第１の抑止手段と、校正時における前記第２のダイヤ
   フラムに加わる前記校正用圧力が前記第１のダイヤフラ
   ムに加わっている前記プロセス圧力よりも大きくなった
   場合の前記第１のダイヤフラムの変位を抑止する第２の
   抑止手段とを具備したことを特徴とする圧力伝送器。 ２ 第１および第２の抑止手段は、前記第１および第２
   のダイヤフラムの形状と同一形状に形成された第１およ
   び第２の抑止体を前記圧力容器に設け、この第１および
   第２の抑止体に前記第１および第２のダイヤフラムを嵌
   合させて前記第１および第２のダイヤプラムを剛体とし
   て作用させる特許請求の範囲第１項記載の圧力伝送器。 ３ 第１および第２の抑止手段は、前記圧力容器に設け
   られた前記圧力伝送媒体の媒体通路を弁体により閉塞し
   て前記第１および第２のダイヤフラムに加わった圧力の
   伝達を断つ特許請求の範囲第１項記載の圧力伝送器。 ４ 第２のダイヤフラムは前記圧力容器の媒体通路に対
   して進退する構成とした特許請求の範囲第１項記載の圧
   力伝送器。