(57)【要約】【課題】機器の外部に温度センサを設けることなく、低コストで、機器の周囲の温度を知る。【解決手段】フィールド機器１００に周囲温度推定装置１Ａを設ける。周囲温度推定装置１Ａにおいて、周囲温度推定部１１Ａは、フィールド機器１００で消費される電力をＰ、フィールド機器１００の内部の温度をＴｉ、フィールド機器１００の外郭をなす筐体５の表面積をＳ、筐体５の熱透過率をＵ、フィールド機器１００の周囲の温度Ｔｏとして表される下記（１）式より、フィールド機器１００の周囲の温度Ｔｏを求める。  Ｔｏ＝Ｔｉ−Ｐ／（Ｕ・Ｓ）  ・・・・（１）【選択図】  図１
2020115083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力の供給を受けて動作する内部回路と、前記内部回路を収容する筐体とを有するフィールド機器であって、
前記筐体内に設けられ、前記機器の内部の温度を検出するように構成された温度センサと、
前記機器で消費される電力を算出するように構成された消費電力算出部と、
前記温度センサと接続されて前記機器の内部の温度を取得するように構成された温度取得部と、
前記機器の内部の温度と、前記機器で消費される電力と、前記機器の内部と外部との熱平衡関係とに基づいて前記機器の周囲の温度を推定するように構成された周囲温度推定部と
を備えることを特徴とするフィールド機器。
【請求項２】
請求項１に記載されたフィールド機器において、
前記周囲温度推定部は、
前記機器で消費される電力をＰ、前記機器の内部の温度をＴｉ、前記筐体の表面積をＳ、前記筐体の熱透過率をＵ、前記機器の周囲の温度をＴｏとしたとき、下記（Ａ）式より、前記機器の周囲の温度Ｔｏを求めるように構成されている
ことを特徴とするフィールド機器。
Ｔｏ＝Ｔｉ−Ｐ／（Ｕ・Ｓ）  ・・・・（Ａ）
【請求項３】
請求項１または２に記載されたフィールド機器において、
前記消費電力算出部は、
前記機器に供給される電圧および電流の測定値をそれぞれＥおよびＩとし、前記機器で消費される電力をＰとしたとき、下記（Ｂ）式より前記機器で消費される電力Ｐを求めるように構成されている
ことを特徴とするフィールド機器。
Ｐ＝Ｅ・Ｉ  ・・・・（Ｂ）
【請求項４】
請求項１または２に記載されたフィールド機器において、
１次側に入力される電圧および電流を電気的に絶縁して２次側への調整された電圧および電流とする絶縁電源をさらに備え、
前記消費電力算出部は、
前記絶縁電源の電源効率をηとし、前記絶縁電源の２次側の電圧および電流の測定値をそれぞれＥ２およびＩ２とし、前記機器で消費される電力をＰとしたとき、下記（Ｃ）式より前記機器で消費される電力Ｐを求めるように構成されている
ことを特徴とするフィールド機器。
Ｐ＝（Ｅ２・Ｉ２）／η  ・・・・（Ｃ）
【請求項５】
電力の供給を受けて動作する機器で消費される電力を算出するように構成された消費電力算出部と、
前記機器の内部の温度を取得するように構成された温度取得部と、
前記機器で消費される電力と、前記機器の内部の温度と、前記機器の内部と外部との熱平衡関係とに基づいて、前記機器の周囲の温度を推定するように構成された周囲温度推定部と
を備える周囲温度推定装置。
【請求項６】
請求項５に記載された周囲温度推定装置において、
前記周囲温度推定部は、
前記機器で消費される電力をＰ、前記機器の内部の温度をＴｉ、前記機器の外郭をなす筐体の表面積をＳ、前記筐体の熱透過率をＵ、前記機器の周囲の温度をＴｏとしたとき、下記（Ｄ）式より、前記機器の周囲の温度Ｔｏを求めるように構成されている
ことを特徴とする周囲温度推定装置。
Ｔｏ＝Ｔｉ−Ｐ／（Ｕ・Ｓ）  ・・・・（Ｄ）
【請求項７】
請求項５または６に記載された周囲温度推定装置において、
前記消費電力算出部は、
前記機器に供給される電圧および電流の測定値をそれぞれＥおよびＩとし、前記機器で消費される電力をＰとしたとき、下記（Ｅ）式より前記機器で消費される電力Ｐを求めるように構成されている
ことを特徴とする周囲温度推定装置。
Ｐ＝Ｅ・Ｉ  ・・・・（Ｅ）
【請求項８】
電力の供給を受けて動作する機器で消費される電力を算出する消費電力算出ステップと、
前記機器の内部の温度を検出する内部温度検出ステップと、
前記機器で消費される電力と、前記機器の内部の温度と、前記機器の内部と外部との熱平衡関係とに基づいて、前記機器の周囲の温度を推定する周囲温度推定ステップと
を備える周囲温度推定方法。
【請求項９】
請求項８に記載された周囲温度推定方法において、
前記周囲温度推定ステップは、
前記機器で消費される電力をＰ、前記機器の内部の温度をＴｉ、前記機器の外郭をなす筐体の表面積をＳ、前記筐体の熱透過率をＵ、前記機器の周囲の温度をＴｏとしたとき、下記（Ｆ）式より、前記機器の周囲の温度Ｔｏを求める
ことを特徴とする周囲温度推定方法。
Ｔｏ＝Ｔｉ−Ｐ／（Ｕ・Ｓ）  ・・・・（Ｆ）
【請求項１０】
請求項８または９に記載された周囲温度推定方法において、
前記消費電力算出ステップは、
前記機器に供給される電圧および電流の測定値をそれぞれＥおよびＩとし、前記機器で消費される電力をＰとしたとき、下記（Ｇ）式より前記機器で消費される電力Ｐを求める  ことを特徴とする周囲温度推定方法。
Ｐ＝Ｅ・Ｉ  ・・・・（Ｇ）
【請求項１１】
請求項８または９に記載された周囲温度推定方法において、
前記消費電力算出ステップは、
１次側に入力される電圧および電流を電気的に絶縁して２次側への調整された電圧および電流とする絶縁電源の電源効率をηとし、前記絶縁電源の２次側の電圧および電流の測定値をそれぞれＥ２およびＩ２とし、前記機器で消費される電力をＰとしたとき、下記（Ｈ）式より前記機器で消費される電力Ｐを求める
ことを特徴とする周囲温度推定方法。
Ｐ＝（Ｅ２・Ｉ２）／η  ・・・・（Ｈ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールド機器ならびに周囲温度推定装置および方法に関し、特に電力の供給を受けて動作する内部回路を有するフィールド機器ならびに周囲温度推定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流量制御機能を備えた電動制御弁やポジショナなどのフィールド機器は、外部からの電力の供給を受けて動作する。このようなフィールド機器において、周囲温度を知りたい場合、外部に温度センサが設けられる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４１５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フィールド機器の外部に温度センサを設けると、温度センサを必要とするばかりでなく、温度センサとフィールド機器とを接続するコネクタやケーブルなども必要となり、装置の大型化、高コスト化および信頼性の低下となる。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、機器の外部に温度センサを設けることなく、小型で低コストで信頼性が高く、機器の周囲の温度を知ることができるフィールド機器ならびに周囲温度推定装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために本発明は、電力の供給を受けて動作する内部回路（２）と、前記内部回路を収容する筐体（５）とを有するフィールド機器（１００，１０１）であって、前記筐体内に設けられ、前記機器の内部の温度を検出するように構成された温度センサ（３）と、前記機器で消費される電力を算出するように構成された消費電力算出部（１２Ａ，１２Ｂ）と、前記温度センサと接続されて前記機器の内部の温度を取得するように構成された温度取得部（１３Ａ，１３Ｂ）と、前記機器の内部の温度と、前記機器で消費される電力と、前記機器の内部と外部との熱平衡関係とに基づいて前記機器の周囲の温度を推定するように構成された周囲温度推定部（１１Ａ，１１Ｂ）とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明では、機器の内部の温度と、機器で消費される電力と、機器の内部と外部との熱平衡関係とに基づいて機器の周囲の温度を推定する。これにより、機器の外部に温度センサを設けずに、機器の周囲の温度を知ることができる。
【０００８】
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、機器の内部の温度と、機器で消費される電力と、機器の内部と外部との熱平衡関係に基づいて機器の周囲の温度を推定するようにしたので、機器の外部に温度センサを設ける必要がなく、温度センサと機器とを接続するコネクタやケーブルも必要ないため、小型で低コストで信頼性が高く、機器の周囲の温度を知ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係るフィールド機器の要部を示す図である。
【図２】図１に示したフィールド機器における周囲温度推定装置での周囲温度の算出過程を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の第２の実施の形態に係るフィールド機器の要部を示す図である。
【図４】図４は、図３に示したフィールド機器における周囲温度推定装置での周囲温度の算出過程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るフィールド機器１００の要部を示す図である。
【００１２】
このフィールド機器１００は、周囲温度推定装置１Ａと、内部回路２と、内部温度センサ３とを備えている。内部回路２は、外部からの電力の供給を受けて動作し、内部温度センサ３は、内部回路２を収容するフィールド機器１００の外郭をなす筐体５内に設けられている。
【００１３】
また、周囲温度推定装置１Ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、ＣＰＵの処理機能として周囲温度推定部１１Ａと消費電力算出部１２Ａとを備えている。また、ＣＰＵの処理機能とは別に、内部温度センサ３が検出する温度を取得する温度取得部１３Ａを備えている。
【００１４】
この周囲温度推定装置１Ａにおいて、周囲温度推定部１１Ａは、フィールド機器１００で消費される電力をＰ、フィールド機器１００の内部の温度（以下、単に内部温度という。）をＴｉ〔Ｋ〕、フィールド機器１００の筐体５の表面積をＳ〔ｍ2〕、フィールド機器１００の筐体５の熱透過率をＵ、フィールド機器１００の周囲の温度（以下、単に周囲温度という。）をＴｏ〔Ｋ〕としたとき、下記（１）式より、フィールド機器１００の周囲温度Ｔｏを求める。
Ｔｏ＝Ｔｉ−Ｐ／（Ｕ・Ｓ）  ・・・・（１）
この（１）式は、フィールド機器１００の内部と外部との熱平衡関係を示す式であり、内部と外部とが熱平衡状態にあればこの式が成り立つ。
【００１５】
周囲温度推定部１１Ａには、温度取得部１３Ａより、内部温度センサ３が検出する温度がフィールド機器１００の内部温度Ｔｉとして与えられる。また、消費電力算出部１２Ａは、フィールド機器１００へ供給される電圧Ｅおよび電流Ｉの測定値から、下記（２）式よりフィールド機器１００で消費される電力Ｐを求め、この求めた消費電力Ｐを周囲温度推定部１１Ａへ送る。
Ｐ＝Ｅ・Ｉ  ・・・・（２）
【００１６】
周囲温度推定部１１Ａには、フィールド機器１００の筐体５の表面積Ｓが既知の値として定められている。また、周囲温度推定部１１Ａには、実験的に求められたフィールド機器１００の筐体５の熱透過率Ｕが事前に定められている。この熱透過率Ｕは、フィールド機器１００で消費される電力Ｐ、フィールド機器１００の内部温度Ｔｉ、フィールド機器１００の周囲温度Ｔｏの各測定値と、フィールド機器１００の筐体５の表面積Ｓ（既知の値）とから、下記（３）式より実験的に求められたものである。この実験的に求められた熱透過率Ｕが周囲温度推定部１１Ａに設定されている。この熱透過率Ｕは、装置のモデリングにおいて、シミュレーションにより求めてもよい。
Ｕ＝Ｐ／（Ｓ・（Ｔｉ−Ｔｏ））  ・・・・（３）
【００１７】
なお、この実施の形態では、フィールド機器１００が電源回路の正常／異常を診断する電源回路診断機能（図示せず）を備えており、この電源回路診断機能に必要な情報として測定されている電圧Ｅおよび電流Ｉを消費電力算出部１２Ａで再利用するものとしている。また、フィールド機器１００が内部の環境の正常／異常を診断する装置診断機能（図示せず）を備えており、この装置診断機能に必要な情報として内部温度センサ３が検出している温度を内部温度Ｔｉとして周囲温度推定部１１Ａで再利用するものとしている。この電圧Ｅや電流Ｉ、内部温度Ｔｉの再利用により、周囲温度推定のための専用の回路を必要としないため、装置の小型化、低コストおよび信頼性の向上に貢献できる。
【００１８】
図２に、周囲温度推定装置１Ａにおける周囲温度Ｔｏの算出過程を示す。周囲温度推定装置１Ａにおいて、消費電力算出部１２Ａは、フィールド機器１００へ供給される電圧Ｅおよび電流Ｉの測定値を取得し（ステップＳ１０１）、この取得した電圧Ｅおよび電流Ｉの測定値から上記の（２）式を用いて、フィールド機器１００で消費される電力Ｐを求める（ステップＳ１０２）。
【００１９】
また、温度取得部１３Ａは、内部温度センサ３が検出する温度をフィールド機器１００の内部温度Ｔｉとして取得する（ステップＳ１０３）。
【００２０】
そして、周囲温度推定部１１Ａは、消費電力算出部１２Ａで求められた消費電力Ｐと、温度取得部１３Ａで取得された内部温度Ｔｉと、既知の値として設定されているフィールド機器１００の筐体５の表面積Ｓと熱透過率Ｕとから、上記の（１）式を用いて、フィールド機器１００の周囲温度Ｔｏを算出する（ステップＳ１０４）。
【００２１】
このようにして、本実施の形態では、フィールド機器１００で消費される電力Ｐやフィールド機器１００の内部温度Ｔｉなどから、フィールド機器１００の周囲温度Ｔｏが推定されるものとなる。このため、フィールド機器１００の外部に温度センサを設ける必要がなく、温度センサとフィールド機器１００とを接続するコネクタやケーブルも必要ないため、小型で低コストで、信頼性が高く、フィールド機器１００の周囲の温度を知ることができるようになる。また、外部に温度センサを設けないので、温度センサが外部の環境に晒されて故障するなどの心配がなく、信頼性を向上させることが可能となる。さらに、フィールド機器１００の周囲温度Ｔｏを動作環境として監視することにより、フィールド機器１００の予知保全に貢献できる。
【００２２】
〔第２の実施の形態〕
図３に、本発明の第２の実施の形態に係るフィールド機器１０１の要部を示す。このフィールド機器１０１は、外部からの電力の供給部に絶縁電源４を備えている。絶縁電源４は、トランス（変圧器）を含み、１次側に入力される交流の電圧Ｅ１および電流Ｉ１を電気的に絶縁して、２次側への調整された直流の電圧Ｅ２および電流Ｉ２とする。
【００２３】
このフィールド機器１０１において、周囲温度推定装置１Ｂは、周囲温度推定部１１Ｂと、消費電力算出部１２Ｂと、温度取得部１３Ｂとを備えている。消費電力算出部１２Ｂには、絶縁電源４の電源効率ηが事前に設定されている。絶縁電源４の電源効率ηは、設計仕様などにより得ることができるが、実験により求めるようにしたり、電源回路のシミュレーションにより求めるようにしたりしてもよい。
【００２４】
このフィールド機器１０１において、消費電力算出部１２Ｂは、絶縁電源４の２次側の電圧Ｅ２および電流Ｉ２の測定値を取得し（図４に示すステップＳ２０１）、この取得した電圧Ｅ２および電流Ｉ２の測定値と事前に設定されている電源効率ηとから下記の（４）式を用いて、フィールド機器１０１で消費される電力Ｐを求める（ステップＳ２０２）。
Ｐ＝（Ｅ２・Ｉ２）／η  ・・・・（４）
【００２５】
また、温度取得部１３Ｂは、内部温度センサ３が検出する温度をフィールド機器１０１の内部温度Ｔｉとして取得する（ステップＳ２０３）。
【００２６】
そして、周囲温度推定部１１Ｂは、消費電力算出部１２Ｂで求められた消費電力Ｐと、温度取得部１３Ｂで取得された内部温度Ｔｉと、既知の値として設定されているフィールド機器１０１の筐体５の表面積Ｓと熱透過率Ｕとから、上記の（１）式を用いて、フィールド機器１０１の周囲温度Ｔｏを算出する（ステップＳ２０４）。
【００２７】
この実施の形態においても、フィールド機器１０１が電源回路診断機能を備えており、この電源回路診断機能に必要な情報として測定されている電圧Ｅ２および電流Ｉ２を消費電力算出部１２Ｂで再利用するものとしている。また、フィールド機器１０１が装置診断機能を備えており、この装置診断機能に必要な情報として内部温度センサ３が検出している温度を内部温度Ｔｉとして周囲温度推定部１１Ｂで再利用するものとしている。この電圧Ｅ２や電流Ｉ２、内部温度Ｔｉの再利用により、周囲温度推定のための専用の回路を必要としないため、装置の小型化、低コストおよび信頼性の向上に貢献できる。
【００２８】
なお、このフィールド機器１０１において、絶縁電源４の１次側の電圧Ｅ１および電流Ｉ１を測定し、この測定した１次側の電圧Ｅ１および電流Ｉ１からフィールド機器１０１で消費される電力Ｐを求めることも考えられる。しかし、絶縁電源４の１次側の電圧Ｅ１および電流Ｉ１を測定するには、平滑回路やＡ／Ｄ変換回路など専用の回路を必要とし、装置の大型化、高コストおよび信頼性の低下となる。
【００２９】
これに対し、本実施の形態では、フィールド機器１０１が備えている電源回路診断機能に必要な情報として測定されている電圧Ｅ２および電流Ｉ２を再利用するものとし、事前に設定されている絶縁電源４の電源効率ηを用い、上記の（４）式からフィールド機器１０１で消費される電力Ｐを求めるようにしているので、専用の回路を必要とせず、コストアップが避けられる。
【００３０】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１Ａ，１Ｂ…周囲温度推定装置、２…内部回路、３…内部温度センサ、４…絶縁電源、５…筐体、１１Ａ，１１Ｂ…周囲温度推定部、１２Ａ，１２Ｂ…消費電力算出部、１３Ａ，１３Ｂ…温度取得部、１００，１０１…フィールド機器。
【図１】
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【図２】
2020115083.tif 000004
【図３】
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【図４】
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