JPS63206634A - ガス密度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えばガス遮断器内のガス密度等を検出す
るガス密度センサに関する。

（従来の技術） 例えば変電所等で使用されるガス遮断器は、その遮断特
性が封入ガスのガス密度により直接影響を受ける。この
ためガス密度が低下したときは、ガス交換を行なう必要
があるので、交換時期等の情報としてガス密度を常時監
視することが必要とされる。

このようなガス密度を監視する従来の手段としては、例
えばガス密度スイッチがある。

ガス密度スイッチは、ガス密度に応じて変位するベロー
ズおよびこのベーロズで駆動されるマイクロスイッチが
備えられている。

そして、ガス密度がある所定の密度レベルになったとき
、マイクロスイッチが作動し、このマイクロスイッチの
接点信号がガス密度の検出情報として電気的に出力され
る。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記のようなガス遮断器等におけるガス密度パ
ラメータの重要性と、ガス交換の円滑化等の要求から、
ガス密度に関するアナログ的な連続情報の必要性が高ま
って来ている。

しかしながら、上記のガス密度スイッチにあっては、出
力情報がディジタル的な接点信号であるため、これをア
ナログ的な連続情報として出力することは困難である。

またガス遮断器等は非常に大きなノイズが発生し、一方
、接点信号は電気的に出力されるので、この外部出力信
号に誘導ノイズが乗って誤差信号が検出され易い。

したがってアナログ的な連続情報を検出し得たとしても
、ディジタル的な接点信号の場合以上に誘導ノイズの妨
害を受けて検出精度が低下することが考えられる。

この発明は上記事情に基づいてなされたもので、アナロ
グ的な検出情報が得られるとともに、Ｓ／Ｎが優れて検
出精度を向上させることのできるガス密度センサを提供
することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は上記問題点を解決するために、密閉容器内の
ガス密度に関する情報を検出し該情報に対応した光信号
を出力する送信部と、該送信部からの光信号を受信して
ガス密度に関する情報を外部に出力する受信部とを備え
たガス密度センサであって、前記送信部は、密閉容器内
の絶対圧を測定する絶対圧力センサと、前記密閉容器内
の絶対圧を測定する温度センサと、前記絶対圧力センサ
および温度センサの両検出信号から気体状態方程式に準
じた演算を実行し基準温度における圧力に比例した電圧
を出力する演算部と、該演算部の出力電圧を周波数信号
に変換する電圧−周波数変換部と、該電圧−周波数変換
部で変換された周波数信号に応じた光信号を出力する光
信号伝送部とを有し、前記受信部は、前記光信号伝送部
から出力される光信号を受光して再生周波数信号に変換
する受光部と、該受光部で変換された再生周波数信号に
対応したアナログ信号を出力するアナログ変換部とを有
することを要旨とする。

（作用） 絶対圧力センサおよび温度センサで、密閉容器に封入さ
れたガスの絶対圧および温度がそれぞれ検出される。

この圧力および温度の両検出信号により、演算部で基準
温度における圧力値が演算される。この基準温度におけ
る圧力値はガス密度に対応したものであり、この圧力に
比例した電圧が演算部から出力される。

演算部からの出力電圧は、電圧−周波数変換部でさらに
周波数信号に変換され、この周波数信号に応じた光信号
が光信号伝送部から受信部側に伝送される。

而して光信号で伝送されることにより、受信部側の受信
信号に誘導ノイズの乗ることが抑えられる。

受信部では、受信された光信号が再生周波数信号に変換
され、アナログ変換部でこの再生周波数信号に対応した
アナログ信号とされて、このアナログ信号が外部に出力
される。

而してガス密度に対応した信号が周波数信号として受信
部側に伝送されるので、前記の光信号による伝送とも相
まってＳ／Ｎが＾められ、検出精度の向上が図られる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は、この発明の一実施例を示す図で
ある。

第１図は全体構成を示すブロック図、第２図は演算部の
内部構成を示すブロック図である。

まず構成を説明すると、ガス密度センサは、大別して送
信部Ａと、受信部Ｂとで構成されている。

送信部Ａは、センサ等が備えられていて、ガス密度に関
する情報を検出し、この情報に対応した光信号を出力す
るものであり、受信部Ｂは、送信部Ａからの光信号を受
信してガス密度に関するアナログ情報を外部に出力する
ものである。

送信部Ａおよび受信部Ｂは、上記機能を果すため、それ
ぞれ次のように構成されている。

まず送信部Ａには、例えば半導体圧力センサを用いた絶
対圧力センサ１および測温抵抗体等を用いた温度センサ
２が配設されている。絶対圧力センサ１および温度セン
サ２は、ともに図示省略の密閉容器内に取付けられてい
る。

絶対圧力センサ１および温度センサ２の駆動用電源線路
には、それぞれスイッチ３．４が接続され、この各スイ
ッチ３．４が駆動制御部５からの制御信号でオン、オフ
されて、絶対圧力センサ１および温度センサ２は間欠的
に駆動される。これは、送信器Ａが内蔵の電池６で駆動
されるので、消費電力を極力小にするためである。

絶対圧力センサ１および温度センサ２の各検出信号線は
、それぞれ演算部７に接続されている。

演算部７は、絶対圧力センサ１および温度センサ２の両
検出信号から、気体状態方程式に準じた演算を実行し、
基準温度２０℃における圧力に比例した電圧を出力する
ものである。

例えばガス遮断器のように、容積が一定の密閉容器の場
合、ガス密度は、温度と圧力から導出される。そこで、
この実施例では、温度として基準温度２０℃をとり、こ
の温度２０℃における圧力値を演算して、これをガス密
度の情報とするものである。

演算部７は、上記のような演算を実行するため、第２図
に示すようにオペアンプで構成された差動アンプ１３お
よび乗算器１４等が備えられている。

なお、密閉容器内のガスの状態を把握する場合、ガス密
度直接の値よりも、圧力の方が直接的で理解し易いと考
えられる。

演算部７の出力端子は、この演算部７の出力電圧を周波
数信号に変換するための電圧−周波数変換部８に接続さ
れている。

また、電圧−周波数変換部８の出力端子は、光信号伝送
部９に接続されている。光信号伝送部９には、発光器１
１が備えられている。この発光器１１から、電圧−周波
数変換部で変換された周波数信号に応じた光信号が出力
される。

一方、受信部Ｂには、受光素子１５を備えた受光部１６
が配設されている。そしてこの受光部１６が、光フアイ
バケーブル１７を介して送信部Ａ側の光信号伝送部９に
接続されている。

受光部１６で送信部Ａからの光信号を受光して、該光信
号から前記電圧−周波数変換部８で変換された周波数信
号に対応した再生周波数信号が出力される。

１８は計数部、１９は表示部であり、計数部で再生周波
数信号が計数され、表示部１９に基準温度における圧力
値が、ガス密度情報として表示される。

２１はアナログ変換部であり、このアナログ変換部２１
により、再生周波数信号に対応したアナログ信号が出力
される。

２２はアナログ信号の出力端子で、この出力端子２２か
ら適宜の外部装置に対して、アナログ信号によるガス密
度情報が出力される。

受信部Ｂは、配置環境が強磁界環境である場合は、磁気
シールドが施される。

次に作用を説明する。

送信部Ａを構成する各機器は、内蔵電池６により駆動さ
れる。

駆動制御部５からの制御信号によりスイッチ３．４がオ
ン状態にされると、絶対圧力センサ１および温度センサ
２が駆動されて、例えばガス遮断器等の密閉容器内のガ
スの絶対圧および温度がそれぞれ検出される。

圧力および温度の両検出信号は演算部７に入力され、次
のようにして基準温度２０℃における圧力値が演算され
る。

基準温度２０℃のときの絶対温度をＴ２Ｏ、圧力をＰ２
Ｏとそれぞれするとシャルルの法則から次式が成立する
。

Ｐ／　Ｔ＝　Ｐ２　ｏ　／　Ｔ２　ｏ　　　　　　　　
　−＜１）ここにＰは測定圧力、王は絶対温度で表わし
た測定温度である。

基準温度Ｔ２０からの温度偏差Δ王を ΔＴ−Ｔ−Ｔ２　０ とすると、上記（１）式は、次のように変形される。

Ｐ２　ｏ　＝Ｐ　（Ｔ２　ｏ　／　（Ｔ２　ｏ＋ΔＴ）
）Ｐ２　ｏ　＝Ｐ　−（Ｐ２　ｏ　　・ΔＴ／Ｔ２０）
・・・（２） 演算部７内において上記（２）式におけるＰ２ＯとΔ丁
との乗算が、乗算器１４により行なわれ、これがＴ２Ｏ
で除算されたのち、差動アンプ１３で、Ｐ−（Ｐ２ｏ　
　・△Ｔ／Ｔ２０）の減算処理がなされる。

而して演算部７から、基準温度２０℃にお（プる圧力に
比例した電圧が出力され、この電圧に対応した周波数信
号が、電圧周波数変換部８から出力される。

次いで、光信号伝送部９においてこの周波数信号に対応
した光信号に変換されて、受信部Ｂ側には、光フアイバ
ケーブル１７を介してこの周波数信号に対応した光信号
がガス密度に関する情報信号として伝送される。

受信部Ｂでは、受光部１６により受信された光信号が再
生周波数信号に変換され、この再生周波数信号により、
計数部１８を介して表示部１９に、基準温度２０℃にお
ける圧力値が、ガス密度情報として表示される。またこ
れとともに、アナログ変換部２１からは再生周波数信号
に対応したアナログ信号が、出力端子２２を介して外部
に出力される。

而して、上記のようなガス密度の検出作用において、送
信部Ａは内蔵の電池６で駆動されるので、受信部Ｂ側等
の外部回路との間にアース電位の差等が生ずることがな
い。また送・受信部間は光信号で伝送が行なわれるので
伝送信号に誘導ノイズの生じることが抑えられる。

そしてさらに、ガス密度の情報が周波数信号により受信
部Ｂ側に伝送され、この周波数信号の平均周波数の計数
処理等がなされて、アナログ信号への変換等がなされる
。したがって伝送経路等において伝送信号に何らかのノ
イズが乗ったとしても、そのノイズは平均周波数に微小
変化を生じさせるのみであり、Ｓ／Ｎの向上が図られる
。

而してガス密度が精度よく検出され、ガス遮断器等にお
ける封入ガスの交換時期等に関する情報が的確に報知さ
れる。

次いで第３図には、この発明の他の実施例を示す。

この実施例は、送信部Ａの内蔵電池６の電圧が所定値以
下に低下したとき、これが受信部Ｂ側に適切に報知され
るようにしたものである。

第３図中、２４は電圧検出回路（電圧検出手段）で、こ
の電圧検出回路２４により電池６の電圧が所定値以下に
低下したことが検出される。

電圧検出回路２４の検出信号線は、切換スイッチ２３に
通じている。

切換スイッチ２３における固定接点ａは、電圧−周波数
変換回路８の出力端子に接続され、他の固定接点すは、
駆動制御部２５に接続され、さらに切換接点Ｃは光信号
伝送部９に接続されている。

駆動制御部２５内に、電圧−周波数変換回路８から出力
される周波数信号とは異なる特定周波数を出力する回路
く手段）が組込まれている。

そして電池６の電圧が正常電圧のときは、切換スイッチ
２３は、固定接点ａ側に切換えられて送信部Ａは、前記
第１図の実施例のものと同様の正常動作状態に設定され
る。

一方、電池６の電圧が、所定値以下に低下すると電圧検
出回路２４で、これが検出され、その検出信号により、
切換スイッチ２３が固定接点す側に切換えられ、駆動制
御部２５から発信される特定周波数信号が、光信号伝送
部９で光信号に変換されて受信部Ｂに伝送される。

受信部Ｂに適宜のアラーム等を配設することにより、電
池６の電圧が所定値以下に低下したことが適切に報知さ
れる。而して直ちに電池６交換等を行なうことにより、
送信部Ａを常時正常に動作させることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の構成によれば、送信部
で検出されたガス密度に関する情報が周波数信号に変換
され、さらにこの周波数信号が光信号に変換されて受信
部側に伝送され、この周波数信号に対応したアナログ信
号が外部に出力される。

したがって送・受信部間における伝送経路において伝送
信号に誘導ノイズが乗ることが防止され、また周波数信
号で信号の伝送処理が行なわれるのでＳ／Ｎの劣化が防
止されて検出精度が向上するという利点がある。

さらに送信部の駆動用電源を電池とした実施例によれば
、上記共通の効果に加えて、さらに他回路等との間にア
ース電位の差が生じないので、ノイズの発生が一層適切
に防止され、検出精度が一層向上するという利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るガス密度センサの一実施例を示
すブロック図、第２図は同上実施例における演算部の内
部構成を示すブロック図、第３図はこの発明の他の実施
例を示すブロック図である。 Ａ：送信部、　　　　　　　Ｂ：受信部、１：絶対圧力
センサ、　　　２：温度センサ、５：駆動制御部、　　
　　　６：電池、７：演算部、 ８：電圧−周波数変換部、 ９：光信号伝送部、 １６：受光部、 １８二計数部、 ２１：アナログ変換部、 ２４：電圧検出回路（電圧検出手段）、２５：特定周波
数信号の発信手段が組込まれた駆動制御部。 代理人　弁理士　則　近　　憲　佑 代理人　弁理士　三　俣　　弘　文 第１　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）密閉容器内のガス密度に関する情報を検出し該情
   報に対応した光信号を出力する送信部と、該送信部から
   の光信号を受信してガス密度に関する情報を外部に出力
   する受信部とを備えたガス密度センサであつて、 前記送信部は、 密閉容器内の絶対圧を測定する絶対圧力センサと、 前記密閉容器内の絶対圧を測定する温度センサと、 前記絶対圧力センサおよび温度センサの両検出信号から
   気体状態方程式に準じた演算を実行し基準温度における
   圧力に比例した電圧を出力する演算部と、 該演算部の出力電圧を周波数信号に変換する電圧−周波
   数変換部と、 該電圧−周波数変換部で変換された周波数信号に応じた
   光信号を出力する光信号伝送部とを有し、 前記受信部は、 前記光信号伝送部から出力される光信号を受光して再生
   周波数信号に変換する受光部と、該受光部で変換された
   再生周波数信号に対応したアナログ信号を出力するアナ
   ログ変換部とを有することを特徴とするガス密度センサ
   。
2. （２）前記送信部の駆動用電源は、電池であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のガス密度センサ。
3. （３）前記送信部には、前記電池の電圧が所定値以下に
   低下したことを検出する電圧検出手段と、該電圧検出手
   段からの検出信号で制御駆動されて前記電圧−周波数変
   換部から出力される周波数信号とは異なる特定周波数信
   号を出力する手段とが備えられ、送信部は前記特定周波
   数信号に対応した光信号を電池電圧の低下を報知する信
   号として出力するものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載のガス密度センサ。