(57)【要約】  工業用プロセスの上流管と下流管との間に配置された閉鎖された弁を通した漏れを検出するための漏れ検出システム（３００）が述べられている。挿入可能なプレート（３０２）は、流体の流れとインラインである管内の弁に結合される。センサ（３１６）は流れに結合して、シグネチャ出力を供給する。漏れ検出器（３２４）は、センサ（１６）に結合され、シグネチャ出力に基づいて、弁を通した漏れを検出するように適合される。
2009510443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業用プロセスの上流管と下流管との間に配置された閉鎖された弁を通した漏れを検出するための漏れ検出システムであって、
流体の流れとインラインになった管内の弁に結合された挿入可能なプレートと、
挿入可能なプレートを通して、管のルーメンに延びるセンサタップと、
センサタップに結合され、測定された音響シグネチャに基づいて、弁を通した漏れを検出するように適合された漏れ検出器と、
を含むシステム。
【請求項２】
漏れ検出器が、測定された音響シグネチャと、記憶された基準シグネチャとの間の差に基づいて、漏れを特定するように適合される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
漏れ検出器が、測定された音響シグネチャが、記憶された音響シグネチャと所定の限度以上に異なる場合、制御センタに警報信号を生成するように適合される、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
漏れ検出器が、所定のノイズ限度を越えるバックグラウンドプロセスノイズの振幅および／または周波数の変化に基づいて、工業用プロセスの固定機器の問題を検出するように適合される、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
漏れ検出器が、記憶された音響シグネチャに対して、測定された音響シグネチャとの間の相違の大きさに基づいて、弁を通した漏れの程度を予測するように適合される、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
測定された音響信号が周波数および振幅パターンを含み、漏れ検出器が、周波数および振幅パターンと、記憶された基準パターンとの間の相違に基づいて、弁を通して漏れている流体の量を推測するように適合される、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
漏れ量が、記憶された基準パターンの対応する点に対する周波数および振幅パターンのエンドポイントに基づいて推測される、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
挿入可能なプレートが、可変領域チャネルを提供する、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
弁が、下流通路に結合された上流通路と、弁を通した流体の流れを選択的に閉鎖するように適合された弁閉鎖要素と、下流通路に近接した弁内に延びる一つ以上のセンサタップと、を有する、工業用プロセスの弁を通した流体の漏れを検出するための音響型漏れ検出システムであって、
一つ以上のセンサタップに結合され、測定された音響信号に基づいて、弁を通した漏れを検出するように適合された漏れ検出器
を含むシステム。
【請求項１０】
漏れ検出器が、
下流通路内の弁閉鎖要素に近接して配置され、流体の滞留を弁閉鎖要素から離して注入し、漏れ検出器を、結果として流体の流れを低くする漏れに関連する周波数に対する感度が高くなるように適合させる可変領域流れ区域
をさらに含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
一つ以上のセンサタップの一つが、可変流れ領域に近接した弁内に延びる、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
漏れ検出器が、
弁を通して流れる流体からの音響信号を検出するように適合された音響トランスミッタと、
音響信号と、記憶された基準信号との間の差に基づいて、弁を通した漏れを検出するように適合された回路と、
を含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１３】
漏れ検出器が、
弁を通して流れる流体に関連する差分音響信号を取り込むために十分な帯域幅を有する一つ以上のセンサタップに結合された差圧トランスミッタ
を含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１４】
漏れ検出器が、
正しく機能している弁の基準音響パターンを記憶するように適合されたメモリ
をさらに含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１５】
漏れ検出器が、
測定された音響信号と、記憶された基準信号との間の相違が、所定の限度を超えた場合、制御センタに診断信号を生成するように適合された回路
を含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１６】
漏れ検出器が、測定された音響信号と、記憶された基準信号との間の相違に基づいて、弁を通した漏れ量を推測するように適合される、請求項９記載のシステム。
【請求項１７】
工業用プロセスの上流管と下流管との間に配置された弁アセンブリの閉鎖された弁要素を通した漏れを検出するための漏れ検出システムであって、
閉鎖された弁要素から下流の弁アセンブリの上部に配置され、下流区間の圧力を測定するように適合された第一のセンサと、
閉鎖された弁から下流の弁アセンブリの底部に配置された流れ絞り要素と、
流体の流れに曝され、閉鎖された弁の方向から、流れ絞り要素の全幅未満で流れ絞り要素内部に延びるクロスボアと、
弁アセンブリの下部に配置されてクロスボアに結合され、下流区間の静圧を測定するように適合された第二のセンサと、
第一および第二のセンサに結合され、差分シグネチャに基づいて、閉鎖された弁を通した漏れを検出するように適合された漏れ検出器と、
を含む、漏れ検出システム。
【請求項１８】
流れ絞り要素が、
閉鎖された弁要素から下流管に、低い流体の流れを通す可変領域流れチャネル
を含む、請求項１７記載の漏れ検出システム。
【請求項１９】
流れ絞り要素と、第一および第二のセンサとが、流体の流れ方向に対して実質的に直角である軸に沿って、実質的に軸方向に並べられる、請求項１７記載の漏れ検出システム。
【請求項２０】
第一のセンサおよび第二のセンサが圧力センサを含み、差分シグネチャが差圧シグネチャを含む、請求項１７記載の漏れ検出システム。
【請求項２１】
第一のセンサおよび第二のセンサが、下流区間内部の周波数域の圧力信号を測定するように適合された圧力センサを含み、差分シグネチャが差分音響シグネチャを含む、請求項１７記載の漏れ検出システム。
【請求項２２】
弁アセンブリが、
上流および下流管区間の間に結合され、上流および下流管区間の間の流体通路を画定するハウジングを含み、流体通路をシールして閉鎖するように適合された弁閉鎖要素を含む弁要素と、
弁要素と下流管区間との間で、流体通路に、流体の流れとインラインに結合され、挿入可能なプレートの下部に可変流れ領域を有するプレートであって、可変流れ領域が、閉鎖された弁と下流管との間で、低い流体の流れを通すように適合されるプレートとを含み、
第一および第二のセンサ、流れ絞り領域、およびクロスボアが、プレートに配置される、請求項１７記載の漏れ検出システム。
【請求項２３】
プレートが、
プレートに配置されて、第一および第二の圧力センサをそれぞれ保持するように適合された上部および下部圧力タップであって、下部圧力タップがプレート内のクロスボアまで伸びる圧力タップ
を含む、請求項２２記載の漏れ検出器。
【請求項２４】
プレートの可変流れ領域が、
プレートの内壁の下面と一体化した平坦領域
を含む、請求項２２記載の漏れ検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、工業用プロセスの弁に関し、より詳細には、閉じられた弁を通しての流体の漏れの検出および診断に関する。
【０００２】
発明の背景
プロセス制御産業では、自動制御弁を広範に用いて、工業用プロセスでのプロセス流体の質量流量および／または速度を制御する。いくつかの場合、特にバッチプロセスでは、弁が閉鎖されたとき、緊密な閉止状態を実現することが必要である。“緊密な閉止”という文言は、弁を通して、ゼロまたはゼロに近い流体が流れる弁位置を指す。詳細には、緊密な閉止状態が存在するのは、弁を通して流体が流れない場合か、流れている流体がプロセスに与える衝撃が無視できるレベルまで、流体の流れが減少している場合かである。
【０００３】
緊密な弁閉止状態が求められる工業用プロセスでは、弁が緊密に閉止していない場合、結果として生じる、バッチレシピ内への材料の漏れによって、バッチが破壊される可能性がある。緊密な閉止弁が、有害または有毒な化学物質の漏れを起こしている場合、漏れによって、プラント作業員に危険が及ぶ可能性があり、米国環境保護庁（EPA）の関与を要する事故につながる場合がある。これらはどちらも結果的に非常に費用がかかる。
【０００４】
通常、制御弁の緊密な閉止は、シール、たとえばエラストマシールまたはTeflon（登録商標）シールを用いて実現される。腐食性のプロセス流体には、シール材料として、好ましくはTeflon（登録商標）および他の耐腐食性材料が用いられる。不都合なことに、シールは、腐食、付着物、キャビテーション、物理的な磨耗等を含むさまざまな理由で故障する。通常、腐食によってシールが侵食されて表面欠陥を作り出し、緊密なシールが実現されることを困難にする。付着物とは、弁座またはシールの表面上での材料の滞留を指し、これは弁の緊密な閉止の実現の妨げとなる。キャビテーションとは、流体の流れ内部での局部的な空気または蒸気溜まりの形成を指し、流れ内部の圧力の低下によって（たとえば、弁が閉位置から開位置に調整されたとき）、弁内部で爆発的に膨張する。流れ内部で蒸気溜まりが膨張することにより、金属の侵食、そしてついには弁の故障が生じる可能性がある。“物理的な磨耗”とは、弁の閉鎖プロセス中に、弁プラグと、弁座またはシールとの間に材料が挟まることによってシールが破損し、このため、弁座またはシール本体が破損した場合を指す。さらに、漂積物もまた、一般的にはシールまたは弁開度に干渉し、このため緊密な弁閉止を妨げる可能性がある。
【０００５】
プロセス制御産業では、弁シールまたは弁ポジショナが故障するとき、または緊密な閉止弁が漏れを起こしているか否かを検出する手段に対しての継続的な要望がある。本発明の実施態様は、これらのおよび他の問題に対する解決策を提供し、先行技術を超えるほかの利点を提案する。
【０００６】
発明の概要
工業用プロセスに配置された閉鎖された弁を通した漏れを検出するための漏れ検出システムが提供される。挿入可能なプレートは、流体の流れとインラインである弁に結合される。センサは、流体の流れに結合する。漏れ検出器は、センサタップに結合されて、弁を通した漏れを検出するように適合される。
【０００７】
詳細な説明
図示によって好ましい実施形態が説明されるが、本発明の他の実施形態もまた意図され、それらのいくつかは、本記述の中で言及されている。全ての場合において、本開示は、表現することと限定しないこととを目的として、本発明の図示された実施形態を提示する。当業者によって、本発明の原理の範囲および本質に含まれる数多くの他の軽微な変更および実施形態を案出することができる。
【０００８】
本発明は、弁が完全な閉位置にあるときの、漏れに対する緊密な閉止弁を監視するための手法について述べる。通常、そのような緊密な閉止弁は、工業用プロセス内の蒸気または他の高エネルギの気体、もしくは液体運搬システムで用いられる。
【０００９】
図１は、弁を開閉するように適合されたポジショナ／トランスミッタ１０２を備える緊密な閉止弁アセンブリ１００の簡略化されたブロック図である。一般的に、制御室１０４は、２線式電流ループ１０６を介して、弁ポジショナ／トランスミッタ１０２に、所望の弁位置信号を送信する。また、３線式および４線式電流ループを含む他の通信ループを用いてもよいし、無線通信リンクを用いてもよい。
【００１０】
ポジショナ１０２は、圧縮空気の供給１０８を受け、制御センタ１０４からの所望の弁位置設定点の関数としての制御圧力１１０と、２つの変数、すなわち制御圧力信号１１２の微分係数と、感知された位置信号１１４とを供給する。制御圧力１１０は、アクチュエータ１１６に加圧空気を供給し、アクチュエータは線形ステム制御弁１１８に機械的に接続されるが、回転または他のタイプの閉止弁を、本発明とともに使用することもまた許容される。
【００１１】
アクチュエータ１１６はダイヤフラム１２０を含み、ダイヤフラムは、加圧空気からの制御圧力１１０に押されると撓み、これによりステム１２２を下向きに推し進める。ステム１２２は、弁閉鎖要素またはプラグ１２４に結合され、プラグは弁座１２６と合わさって弁１８８を閉鎖するようなサイズにされ、これにより、プラグ１２４が十分に着座したとき、第一の通路１２８と第二の通路１３０との間の流体の流れを停止させる。弁１１８は、フランジ１３２を介して、流体の流れを運ぶ管区間１３４に結合され、締結具１３３によって固定される。
【００１２】
ポジショナ１０２内部で、トランシーバ１４０は、制御センタ１０４から４−２０ｍＡの信号を受信するが、また、たとえば携帯型通信機、無線通信リンク、または任意の他の通信パスからの信号を受信してもよい。ループ上の電流の大きさは、所望の弁位置を表すが、プロトコル、たとえばＨＡＲＴ（登録商標）、Foundationフィールドバス、ＣＡＮ、または他のディジタルプロトコル、たとえばＤＥ、BRAIN（登録商標）、InfinityまたはModbus（登録商標）にしたがって、センサ選択コマンドおよびデータを含むディジタル情報を電流に重畳してもよい。危険制御のために、位置信号１１４は、マイクロプロセッサ内部で温度補償されてもよい。
【００１３】
制御回路１４２は、トランシーバ１４０、位置信号１１４、および圧力信号１１２からの所望の設定点の関数としてのコマンド出力１４４を供給する。回路および空気圧縮部１４８内部の時間微分回路１４６は、回路１４６内部の制御アルゴリズムの時間に関連して、レートフィードバック信号（圧力信号１１２の微分係数）を供給する。好ましくは、圧力信号は、具体的な実施に応じて、レートフィードバック信号として、トルク信号として、または力信号として用いられる。
【００１４】
変換器回路および空気圧縮部１４８は、好ましくは適合性のある制御アルゴリズムを用い、これにより、利用可能である感知された信号、たとえば圧力、位置、力、パッキンおよびシートの磨耗を利用して、比例積分微分制御機能を微調整する。一般的には、変換器回路および空気圧縮部１４８は、０〜２００ポンド／平方インチ（ＰＳＩ）の空気の供給１０８を受け、制御回路１４２からの制御信号１４４の関数として、制御圧力１１０を供給する。感知手段１５０は、制御圧力１１０の圧力センサ１５２と、機械的位置センサ１５４とからの信号を感知し、制御回路１４２に、調整された圧力１１２および位置１１４の測定値を供給する。
【００１５】
センサ１６０は、第二の通路１３０に近接した弁１１８に結合され、弁１１８を通して流れる流体によって生じる、第二の通路１３０内部の音響信号を感知するように適合される。その後、感知された音響信号１６２は、漏れ検出器１５６によって処理され、漏れ検出器は、感知された音響信号１６２を、メモリ１５８から取り出された記憶された音響信号１５９またはテンプレートと比較して、弁１１８が漏れを起こしているかを判断する。一つの実施形態では、漏れ検出器１５６は、弁位置（ステム１２２およびプラグ１２４の位置）とは関係なく、弁１１８の音響シグネチャを監視する。代替の実施形態では、漏れ検出器１５６は、感知された音響信号１６２とメモリ１５８から取り出された記憶されたシグネチャ１５９との比較と、位置制御信号１６６との両方に基づいて、漏れ出力１６４を生成する。別の実施形態では、漏れ検出器１５６は、感知された音響信号１６２とメモリ１５８から取り出された記憶されたシグネチャ１５９との比較と、測定された機械的位置１５４との両方に基づいて、漏れ出力信号１６５を生成する。さらなる別の実施形態では、漏れ検出器１５６は、制御センタ１０４からまたは制御回路１４２からトリガ１６８を受信したときに、音響信号１６２を、メモリ１５８からの記憶された音響信号１５９と比較するのみである。そして、結果として得られる出力１６４は、“盲目的な”測定値となり、所望のまたは実際の弁位置を考慮することなく出力が生成されることを意味する。その後、出力１６４は、具体的な実施に応じて、制御回路１４２かまたは制御センタ１０４かのどちらかによって処理することができる。
【００１６】
さらに、さまざまな機能ブロックが、別個の要素として呼び出されるが、いくつかの機能ブロックは組み合わせてもよい。たとえば、漏れ検出器１５６は、センサ１６０を含んでもよい。具体的には、漏れ検出器は、センサ、マイクロプロセッサ、およびメモリの他に、制御センタにおよび制御センタから信号を送り、受信するように適合されたトランスミッタ回路を含んでもよい。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態のプロセス制御弁アセンブリ２００の簡略化されたブロック図である。弁２０２は、弁監視制御電子機器２０６を通じ、通信リンク２０８を介して、制御センタ２０４と通信可能に結合される。弁に関連して提供される詳細のほとんどは、簡略化のために省略されている。
【００１８】
先に論じたように、供給部２１０は、弁監視制御電子機器２０６に、加圧された流体を供給し、電子機器は、ステム２１２およびプラグ２１４の位置を制御する。弁体２１６は、弁座２２２を通じて第二の通路２２０に結合された第一の通路２１８を含む。ステム２１２が下向きに進むと、プラグ２１４は弁座２２２と合わさって、第一および第二の通路２１８、２２０間の流体の流れを止める。
【００１９】
フランジ２２４は、近接する管区間２２８のフランジ２２６に、弁２１６を結合させる。漏れ検出プレート２３０は、弁２１６と弁２１６の下流の管区間２２８との間に、流体の流れとインラインに位置付けられる。締結具２２７は、弁２１６に管区間２２８を固定させ、下流側では、締結具２２７は、プレート２３０および弁２１６に、管区間２２８を固定させる。好ましくは、フランジ２２４は、弁座２２２にきわめて接近し、最適には、フランジ２２４の一つは、弁体２１６と一体型である。
【００２０】
プレート２３０は、センサを受けるための一つ以上のセンサタップ（図３〜５に図示）を備え、センサタップは、漏れ検出器２３２に結合される。センサは、目標の音響信号を取り込むための十分な帯域幅を有する音響センサまたは圧力センサにしてもよい。漏れ検出器２３２は、センサ２３３、メモリ２３４およびマイクロプロセッサ２３６を備え、メモリ２３４に記憶された基準信号に対して、測定されたダウンストリーム信号を比較し、制御センタ２０４への出力診断信号２３８を生成する。センサ２３３は、好ましくは音響センサであるが、所望の音響周波数域内で、処理生成された信号を測定するように適合された圧力センサまたは差圧センサにしてもよく、音響周波数域は、可聴周波数域に含まれてもよいか、または含まれなくてもよい。
【００２１】
高エネルギプロセス流体用では、弁が閉鎖する（すなわち、プラグ２１４が弁座２２２に向かってその中に進む）と、弁２１６を通る流路は狭窄し、音響ノイズが生成される。この効果は、標準的な家庭用蛇口に関して顕著な場合があり、家庭用蛇口は、可聴の変化するノイズを生成する。通常、音響ノイズは、弁２１６を通じて流れる流体によって生成され、音響ノイズの周波数は、弁２１６が完全に閉鎖され（すなわち、プラグ２１４が、弁座２２２に完全に着座され）たときに、突然停止する（または変化する）まで増加する。いくつかの場合、音響ノイズは、可聴周波数域に含まれることが理解されよう。他の実施形態では、音響ノイズは、可聴周波数域外の周波数にあるが、それでも、音響ノイズの周波数域を測定することが可能である音響センサによって、または圧力センサによって検出可能である。
【００２２】
音響センサによって検出されたときに弁を通して流れるプロセスのノイズ信号を評価することにより、弁が緊密な閉止を実現できたときを検出することが可能である。弁２１６が緊密な閉止状態を実現していない場合、音響ノイズは、周波数および振幅の中間値のままである。
【００２３】
プロセス制御弁２０２の音響周波数の経過（開弁位置から閉弁位置まで）を監視することにより、弁２０２が完全に閉止されているか、または弁２０２が下流管セグメント２２８にプロセス流体が漏れることを許しているかを判断することが可能になる。漏れ検出器２３２内に設けられたマイクロプロセッサ２３６を用いて、音響センサ情報を処理し、診断出力２３８と、任意には、センサによって拾得される音響信号に応答する出力２４０（仮想線で図示）との両方を供給し、出力２４０は、たとえば弁位置を示してもよい。この場合、弁位置は、基準ノイズシグネチャに関する音響周波数に基づいて推測されてもよい。
【００２４】
まず、弁が、開位置から完全な閉鎖（緊密な閉止）状態に調節されるときに生成される音響信号を表す基準パターンが記憶される。この記憶された基準パターンは、基準テンプレートとして用いて、弁の閉鎖経過を追跡することができる周波数および振幅のシーケンス情報を包含する。周波数および振幅パターンが、長時間にわたってテンプレートに一致するが、最後に緊密な閉止状態にならない場合、電子機器は、漏れを起こしている弁を示す警報または警告を出力することができる。テンプレートに関係する測定された信号の経過を観察し、緊密な閉止が実現されていなかったことを示すエンドポイントが生じている場所を指摘することにより、漏れ量（または故障の度合）を推定することができる。
【００２５】
漏れを起こしている弁を検出することは、以下のようにして達成される。弁２１６が、８０％閉鎖している状態と、完全に開いている状態との間にあるとき、弁２１６を通じた流れのノイズは、実質的に一定である。しかし、弁が閉止し始めたとき（すなわち、弁プラグ２１４が弁座２２２内部に着座されて、弁２１６を通る流体の流れを、およそ８１％〜９９％遮断したとき）、弁２１６を通じたプロセスの流れによって生成されるノイズは、振幅と周波数との両方で増加を開始する。さらに、弁２１６が緊密な閉止状態を実現した（すなわち、プラグ２１４が弁座２２２に完全に着座されて、流路が１００％閉鎖された）とき、ノイズ信号は、最大周波数および振幅から、基本的にゼロまで、急速に低下する。
【００２６】
当業者においては、プロセスノイズは、ほぼ常に存在していることを理解すべきである。それでも、弁が閉鎖すると、センサによって測定されたときのプロセスノイズは変化する。マイクロプロセッサ２３６は、測定された音響周波数を、メモリ２３４からの記憶されたテンプレートまたは音響シグネチャに対して比較するように適合され、弁が完全に閉止されたとき、音響の変化を検出することができる。漏れ検出器２３２は、感知された信号からのプロセス（バックグラウンド）ノイズを分離し、漏れに関係するノイズを隔離するように適合される。
【００２７】
また、メモリ２３４に記憶されたベースラインシグネチャと比較したときの音響ノイズシグネチャの変化に基づいて、プロセス内で展開している問題を検出することが可能である。特に、バックグラウンドノイズの変化は、工業用プロセス内の固定機器で展開している問題、たとえばベアリングの故障、ポンプの故障等を示してもよい。たとえば、回転可能な機器内のベアリングは、故障し始めると、軋んだノイズを引き起こすことがよくあり、これは起こり得るベアリングの故障の早期症状である。そのような機器がさらなるプロセスノイズを生成し始めた場合、そのノイズは、既存のプロセスノイズと統合される。プロセスノイズの振幅の著しい変化、または正常範囲外の周波数の信号の畳み込み（記憶された音響シグネチャでは表されない）が、固定プロセス機器で展開している問題を示してもよい。
【００２８】
一つの実施形態では、弁２１６に関係する診断信号を生成することに加え、マイクロプロセッサ２３６は、プロセス機器の全体の調子を表す予測診断信号を供給するように適合される。この任意のプロセス機器診断信号は、測定されたバックグラウンドノイズと、記憶された基準シグネチャのバックグラウンドノイズとの間の相違に基づく。具体的には、測定されたバックグラウンドノイズが、記憶された基準シグネチャから、所定の限度以上に変化した場合、漏れ検出器２３２は、制御センタ２０４に対して警報信号を生成するように適合される。
【００２９】
一般的には、電子機器は、単一のパッケージ内の同じ場所に配置することができる（たとえば図１に示す）。これに代えて、図２に示すように、漏れ検出器２３２は、弁監視制御電子機器２０６から分離させてもよい。
【００３０】
好ましい実施形態では、漏れ検出器２３２は、外部装置を介して、またはローカルオペレータインターフェイス（ＬＯＩ）２４２を介して、初期値を設定させる能力を提供し、漏れ検出器２３２を含むトランスミッタ２４４と一体型にすることができる。好ましい実施形態では、電子機器は、ディジタルバス、たとえばＨＡＲＴ、Foundationフィールドバス、ＣＡＮ、または任意の他の双方向通信規格を介した双方向通信を支援する。この通信能力を用いて、初期値を設定し、さまざまな警報危険度レベルを出力する。このタイプの計器用では、電子機器には、通常４−２０ｍＡループ電力が供給される。
【００３１】
図３は、プレート３０２を含む音響型漏れ検出器３００の簡略化された断面図であり、プレートは、ホストトランスミッタ３０４に適合される。トランスミッタ３０４は、弁を通して流れる流体によって生じる音響信号を検出して（たとえば図２に示す）、制御センタ３０６に測定信号および診断信号を送るように適合される。
【００３２】
一般的に、プレート３０２は、下流管セグメント（たとえば、図２の要素２２８）と合わさるサイズにされたルーメン３１０を画定するリング型の本体３０８を有する。プレート３０２は、フィールドのオペレータに、視覚的な基準の他に、設置時に弁フランジと下流管セグメントとの間にプレート３０２を位置付けるための位置付け要素を提供するように適合された延長部３１２を備える。さらに、本体３０８には、感知要素３１６を受けるためのタップ３１４が備えられる。一般的に、タップ３１４は、プレート３０２の壁の厚さのほぼ全体に延びる。代替の実施形態では、タップ３１４は、本体３０８の壁全体を通してルーメン３１０内に延び、感知要素３１６は、タップ開口をシールして、稼動中に流体の流れと直接接触するように適合される。
【００３３】
トランスミッタ３０４は、感知要素３１６によって測定された音響信号を検出するように適合された音響センサ３１８を含む。トランスミッタ３０４は、測定された音響信号を調整するためのマイクロプロセッサ３２０を含む。トランシーバ３２２は、測定信号および診断信号を制御センタ３０６に送り、制御センタ３０６から制御信号を受信するように適合される。さらに、漏れ検出器３２４が備えられて、メモリ３２６に記憶されたベースライン信号と比較して、測定された音響信号の変化に基づいて、弁を通した漏れを検出する。
【００３４】
全体に、トランスミッタ３０４の要素の全てが、仮想線で、部分的に示されているが、これはさまざまな機能および機能性が、特定の実施に応じて、単一の回路要素、または複数の回路および／またはソフトウェア要素に組み合わせられてもよいためである。特に、各要素（３１８〜３２６）は、音響トランスミッタ３０４の機能的な能力を図示するためにのみ示されている。
【００３５】
図４Ａは、漏れ検出器４００の代替の実施形態を図示する。漏れ検出器４００は、弁と下流管セグメントとの間で、流体の流れに対してインラインに結合するためのプレート４０２を含む。プレート４０２は、差圧トランスミッタ４０４に結合され、次に差圧トランスミッタは、制御センタ４０６に結合される。プレート４０２は、延長要素４０８を含み、これを設置時に用いて、プレート４０２を位置付けて方向付けることができる。図３にあるように、プレート４０２はルーメン４１０を画定し、ルーメンは、一般的に弁と下流管セグメントとの間で、弁のチャンバに結合するようなサイズにされる。加えて、プレート４０２のルーメン４１０は、点４１５に向かって狭窄する可変領域流れ区域４１４を含む流れ絞り要素４１２とともに製造される。好ましくは、プレート４０２は、緊密な閉止弁と、下流管セグメントとの間に挿入することができる。
【００３６】
可変領域流れ区域４１４は、弁出口と挿入可能なプレート４０２との間の流体のヘッドが、漏れ（流）量の増加とともに増加するような大きさにする。図４Ａでは、この可変面積機構４１４は、明確にするためにサイズが拡大されている。一般的には、Ｖ字型の可変領域４１４によって、差圧トランスミッタは、低い流れに対してより高感度になる。２つの圧力ポート４１６および４１８は、プレート４０２の壁の中に設けられ、クロスボアは、プレート４０２の弁側から、圧力ポート４１８に延びる。
【００３７】
差圧トランスミッタ４０４は、圧力ポート４１６および４１８内に配置されたセンサ４１７および４１９に結合して、プレート４０２のルーメン４１０内の差圧、延いては関連する弁および下流管セグメントを通した差圧を測定する。差圧トランスミッタ４０４は、漏れ検出器４２２を備え、メモリに記憶されたベースライン差圧と比較して、差圧の変動に基づいて、弁を通した漏れを特定する。漏れ検出器４２２は、仮想線で、差圧トランスミッタ４０４に重なって示され、漏れ検出器４２２が差圧トランスミッタ４０４内に包含されてもよいか、または別個であってもよいことを示している。加えて、漏れ検出器４２２の特定の機能は、差圧トランスミッタ４０６から受信した測定データに基づいて、制御センタ４０６によって行われてもよい。
【００３８】
一般的に、圧力ポート４１６は、ルーメン４１０の上部近くに位置付けられて、プロセス流体が流れ絞りプレート４０２を通って流れるとき、プロセス流体のヘッドを監視する。圧力ポート４１８は、ルーメン４１０の底部近くに位置付けられて、管の静圧を測定し、圧力測定値が真の差圧であるようにする。圧力ポート４１６および圧力ポート４１８は、プレート４０２の中に、プレート４０２を通る流体の流れ方向に対して実質的に直角である方向に延びる（プレート４０２が弁に結合されている場合）。差圧を測定するために、ポート４１６および４１８は、好ましくは、流れ方向に対して実質的に直角の軸に沿って並べられる(図４Ｂに示す)。クロスボア４２０は、プレート４０２を通して、ポート４１８内に延びる。流体が可変領域４１４に滞留すると、クロスボア４２０内の静圧が強まり、圧力ポート４１８内の圧力センサによって測定される。本実施形態は、差圧センサに関して述べられてきたが、２つのゲージ圧力または絶対圧力センサをさらに用いて、この測定を行うこともできる。
【００３９】
漏れを起こしている弁を検出することは、以下のようにして達成される。弁が開いているとき、下流管には実質的にプロセス流体が充満している。弁が閉止されると、管内の流体は流出し始める。管が充満した状態の場合、圧力ポート４１６および４１８は両方とも流体で覆われる。これが真である限り、測定された差圧は、実質的に変化しないままである。いったん管内の流体レベルが上部のポート４１６以下に降下すると、トランスミッタ４０４は、管内の流体のヘッドを測定する。弁が緊密に閉止している場合、流体のヘッドは、流体の高さが、流れ絞り４１２の可変領域（チャネル）４１４の底部の高さと同じになるまで低下し続ける。この点で、さらなる流れは生じず、差圧測定値は水平状態に到達し、実質的に変化しないままである。トランスミッタ４０４は、緊密な閉止状態の間、流体のヘッドを測定し、メモリ４２４にヘッドの測定値を基準値として記憶する。
【００４０】
閉止後に弁が漏れを起こしている場合、プレート４０２と弁との間の領域に、いくらかのプロセス流体が漏れる。この流体は、流れ絞り４１２およびプレート４０２の可変領域４１４を通じて流れ出る。可変領域４１４は、流れがゼロ流量に近い（または流れがない）状態のとき、流れの小規模な増分による流れのヘッドの変化を容易に検出するような形にされる。弁シールを通り越して流体が漏れると、差圧測定値がはっきりと変化する。差圧測定値が所定量以上に変化した場合、漏れ検出器４２２によって警報または警告が生成されて、トランスミッタ４０４の出力上に供給される。本実施形態では、装置設計において、弁が閉止しているとき、液体が弁から下流の配管へ流出するように構成される。
【００４１】
図４Ｂでは、プレート４０２は、本来の位置で、部分断面図で示されている。プレート４０２は、好ましくは、流れ方向に対して直角に延びる軸４３２に実質的に沿って並べられた上部ボア（圧力タップ）４１６および下部ボア（圧力タップ）４１８を含む。プレート４０２は、弁４２６と下流管セグメント４２８との間に配置され、クランピング手段４３０によって適所に保持される。
【００４２】
図示されるように、クロスボア４２０（仮想線で示す）は、プレート４２０の上流面４２１から下部ボア４１８に延びる。クロスボア４２０は、流れ絞り４１２内部に配置され、流体の流れに曝される。閉鎖された弁を通して弁部４２６から受ける流体漏れは、流れ絞り４１２の背後で滞留し、流れ絞り４１２の可変領域のＶ字型部分（図４Ａの要素４１４）を通り、Ｖ字型領域の底部（仮想線４１５によって示される）に沿って流れる。流体が流れ絞り４１２の背後で滞留すると、いくらかの漏れ流体がクロスボア４２０に流れ込み、下部ボア（圧力タップ）４１８内に配置されたセンサが、クロスボア内の静圧を測定するように適合することができる。上部ボア４１６内のセンサによる圧力測定値と比較し、下部ボア４１８内のセンサからの静圧測定値との間の差圧を用いて、弁を通した非常に小規模な漏れを検出してもよい。
【００４３】
可変領域流れ絞りの底部４１５は、弁４２６から離れて下流管セグメント４２８に向かって傾斜し、流出が促進される。弁が緊密に閉止している場合、流体はプレート４０２から流出し、短時間の後、すべての流体が、流れ絞りから離れ、底部４１５を超えて、下流管セグメント４２８内へ流出する。漏れが残る場合、流体は弁部４２６に流れ込み続け、流れ絞り４１２の背後で滞留し、クロスボア４２０に流れ込むため、差圧が作り出される。図４Ａの漏れ検出器４２２を用いて、漏れ状態を示す差圧を特定することができる。漏れが検出された場合、たとえば空気圧アクチュエータに対して制御信号を生成して、弁を弁座に締め付けるようにしてもよい。これに代えて、制御センタ（たとえば制御センタ４０６）に対して、警報信号を生成してもよい。いずれの場合も、差圧タップ４１６および４１８は、漏れを起こしている弁の検出のための手段を提供する。
【００４４】
図５は、本発明の代替の実施形態の、漏れ検出システム５００を備える緊密な閉止弁の簡略化されたブロック図を示す。本実施形態では、図４Ａおよび４Ｂの先細りの流れ絞りおよび圧力ポート（またはタップ）は、弁体に組み込まれ、別個のプレートの必要が排除される。
【００４５】
漏れ検出システム５００は、空気圧弁５０４に結合されて、弁を開閉するように適合されたトランスミッタ５０２を含む。加えて、トランスミッタ５０２は、通信リンク５０８を介して制御センタ５０６と通信している。一つの実施形態では、通信リンク５０８は２線式ループであるが、無線リンク、または３線もしくは４線リンクを含む他の通信リンクを同様に用いてもよい。一般的に、制御センタ５０６は、２線式電流ループ５０８を通じて、弁ポジショナ／トランスミッタ５０２に、所望の弁位置信号を送信する。また、３線式および４線式電流ループの他に、無線通信リンクを含む他の通信ループを用いてもよい。
【００４６】
ポジショナ／トランスミッタ５０２は、圧縮空気の供給５１２を受け、制御センタ５０６からの所望の弁位置設定点の関数としての制御圧力５１４と、２つの変数、すなわち制御圧力信号５１６の微分係数と、感知された位置信号５１８とを提供する。制御圧力５１４は、アクチュエータ５０４に加圧空気を提供し、アクチュエータは線形ステム制御弁５２０に機械的に接続されるが、回転または他のタイプの閉止弁とともに本発明を使用することもまた許容される。
【００４７】
アクチュエータ５２２はダイヤフラム５２４を含み、ダイヤフラムは、加圧空気からの制御圧力５１４に押されると撓み、これによりステム５２６を下向きに推し進める。ステム５２６は弁プラグ５２８に結合され、プラグは弁座５３０と合わさって弁５２０を閉鎖するようなサイズであって、これにより、プラグ５２８が十分に着座したとき、第一の通路５３２と第二の通路５３４との間の流体の流れを停止させる。弁５２０は、流体の流れを運ぶプロセス管区間５４０に結合される。弁５２０は、締結具５４２によって固定される弁フランジ５３６および管フランジ５３８を介して管区間５４０に結合される。
【００４８】
ポジショナ／トランスミッタ５０２内部で、トランシーバ５１０は、制御センタ５０６から４−２０ｍＡの信号を受信するが、たとえば、携帯型通信機、無線通信リンク、または任意の他の通信パスからの信号を受信してもよい。ループ上の電流の大きさは、所望の弁位置を表すが、プロトコル、たとえばＨＡＲＴ（登録商標）、Foundationフィールドバス、ＣＡＮ、または他のディジタルプロトコル、たとえばＤＥ、BRAIN（登録商標）、InfinityまたはModbus（登録商標）にしたがって、センサ選択コマンドおよびデータを含むディジタル情報を電流に重畳してもよい。危険制御のために、位置信号５１８は、マイクロプロセッサ内部で温度補償されてもよい。
【００４９】
制御回路５４４は、トランシーバ５１０、位置信号５１８、および圧力信号５１６からの所望の設定点の関数としてのコマンド出力５４６を供給する。変換器回路および空気圧縮部５４８は、制御信号５４６に基づいて、圧力５１４を制御する。一つの実施形態では、時間微分機能（図示せず）は、制御回路５４４内部の制御アルゴリズムの時間に関連して、レートフィードバック信号（圧力信号５１６の微分係数）を供給する。好ましくは、圧力信号５１６は、特定の実施に応じて、レートフィードバック信号、トルク信号、または力信号として用いられる。
【００５０】
変換器回路および空気圧縮部５４８は、好ましくは適合性のある制御アルゴリズムを用い、これにより、利用可能である感知された信号、たとえば圧力、位置、力、パッキンおよびシートの磨耗を利用して、比例積分微分制御機能を微調整する。一般的には、変換器回路および空気圧縮部５４８は、０〜２００ポンド／平方インチ（ＰＳＩ）の空気の供給５１２を受け、制御回路５４４からの制御信号５４６の関数として、制御圧力５１４を供給する。感知手段５５０は、制御圧力５１４の圧力センサ５５２および機械的位置センサ５５４からの信号を感知し、制御回路５４４に、調整された圧力５１６および位置１１８の測定値を供給する。
【００５１】
差圧センサ５５６は、第二の通路５３４に近接した弁５２０に結合され、弁５２０を通って流れる流体によって生じる、第二の通路５３４内部の音響信号を感知するように適合される。特に、上部圧力タップ５０８（または圧力ポート）および下部圧力タップ５６０が、弁５２０のハウジング内に設けられる。弁座５３０の方向に面している流れ絞り要素５６２の表面から延びる可変領域流れ絞り要素５６２に、クロスボア５６１を設けてもよい。弁を通して漏れている流体は、流れ絞り要素５６２の背後で滞留し、クロスボア５６１を充満させ、これにより、クロスボア５６１と交差するタップ５６０内部のセンサによって測定することができるクロスボア５６１内部の静圧が提供される。
【００５２】
一般的に、感知手段（図示せず）を、タップ５５８、５６０内部に位置付けて、第二の通路５３４内部の差圧を測定するための差圧センサ５５６に結合させてもよい。可変領域５６４を備える流れ絞り要素５６２は、第二の通路５３４内部に製造されて、弁５２０を通る低い流体の流れを測定する。
【００５３】
先に論じたように、上部タップ５５８は、第二の通路５３４内部を流れるプロセス流体のヘッドを測定する。下部タップ５６０は、クロスボア５６１内部の流体に基づいて、弁５６２の静圧を測定する。弁５２０が閉止されている（すなわち、プラグ５２８が弁座５３０に着座している）とき、通路５３４内部の流体の流れが流出し始める。圧力タップ５５８、５６０の両方が流体で覆われたとき、測定された差圧は変化しない（かつ、各ポート５５８および５６０で測定された圧力は、実質的に同じである）。しかし、流体が、上部タップ５５８のレベル以下に流出すると、トランスミッタ５０２は、弁５２０内部の流体のヘッドを測定する。弁５２０が緊密に閉鎖されている場合、流体のヘッドは、流体の高さがゼロであり、さらなる流れが生じなくなるまで低下し続ける。この点で、差圧測定値に関連するパターンは水平状態になる。ヘッドの測定値は、メモリ５６６に記憶させることができ、漏れ検出器５６８によってこれを用いて、低い点でのヘッドの測定値の変化が、記憶されたヘッドの測定値と比較して、所定の限度を超えた場合、弁の漏れを特定することができる。
【００５４】
加えて、弁制御信号５４６（矢印５７０で示す）を利用することにより、漏れ検出器５６８を向上させることができる。特に、漏れ検出器５６８は、弁制御信号５７０を監視して、制御センタ５０６によって閉鎖された弁が要求されたとき、緊密な閉止を検証することができる。流れのノイズ振幅および周波数が、緊密な閉止状態が実現されていることを示していない場合、漏れ検出器５６８は、トランシーバ５１０を通して、弁５２０が漏れを起こしているかもしれないことの診断警告または警報を送信することができる。さらに、弁制御信号５４６、５７０を追跡することにより、漏れ検出器５６８は、メモリ５６６に記憶された音響周波数プロファイルと比較して、弁５２０を通して流れる流体の感知された音響周波数に基づいて、弁位置の第二の指標を供給することができる。
【００５５】
図６Ａおよび６Ｂは、本発明の漏れ検出器の２つの可能な実施を図示する簡略化されたブロック図である。図６Ａでは、漏れ検出システム６００は、センサ６０４と、メモリ６０６とに結合された漏れ検出器６０２を含む。漏れ検出器６０２は、センサ６０４から測定信号を受信し、弁位置センサ６０８から弁位置信号を受信する。漏れ検出器６０２は、センサ６０４からの測定信号を、メモリ６０６からの記憶された測定信号と比較し、弁位置センサ６０８の弁位置測定値を考慮に入れて、弁が漏れを起こしているか判断する。センサ６０４からの測定値が流体の流れを示すが、弁位置センサ６０８が、弁が開いていることを示す場合、漏れはない。一方、弁位置センサ６０８が完全に閉鎖された弁を示すが、センサ６０４が流体の流れを示す場合、漏れ検出器６０２は、その出力上に、漏れを示す警報６１０を生成する。
【００５６】
一般的に、センサ６０４は、音響センサ、差圧センサ、または下流管区間もしくは弁の第二の通路の低い流体の流れを検出するように適合された任意の他のタイプのセンサにしてもよい。
【００５７】
図６Ｂは、本発明の実施形態の漏れ検出システム６２０の代替の実施例を図示する。漏れ検出システム６２０は、漏れ検出器６２２を含み、漏れ検出器は、センサ６２４およびメモリ６２６に結合される。センサ６２４は、弁の第二の通路に近接しているかまたは一体化された工業用プロセスに結合される。センサ６２４は、管区間または弁のルーメン内部の流体の流れを検出し、漏れ検出器は、測定された流体の流れを、メモリ６２６からの記憶されたシグネチャに対して比較する。好ましい実施形態では、流体の流れは、弁を通過する流体によって生成される音響シグネチャに従って測定される。音響シグネチャは、可聴周波数域に含まれても、含まれなくてもよいが、それでも、目的の音響信号を取込むために十分な帯域幅を有する音響センサまたは圧力センサによって検出可能である。
【００５８】
漏れ検出器６２２は、弁位置制御信号または検出器トリガ信号６２８を使用する。漏れ検出器６２８によって弁位置制御信号（所望の弁位置を示す）を用いて、所望の弁位置が達成されたかについての第二の指標を供給する。具体的には、弁が部分的にのみ閉鎖されて、弁プラグの位置付けが音響シグネチャに変化を生じさせ、変化は、記憶された基準の音響周波数に対応している。弁プラグが、所望のプラグ位置のための記憶された基準周波数と異なる音響周波数を生じさせている場合、漏れ検出器６２２は、弁が、程度の差はあるが、所望よりも閉鎖され過ぎている、または閉鎖が足りないかもしれないことを示す出力を生成する。記憶された基準周波数からの偏差の程度により、弁位置が所望の弁位置を行き過ぎたかまたは達しなかったことの程度の表示を提供することができる。
【００５９】
これに代えて、信号６２８が検出器トリガ信号である場合、制御部は、漏れ検出器６２２による試験を開始することができる。漏れ検出器６２２は、トリガ信号６２８を受信すると、センサ６２４をポーリングして、取り出された測定信号を、メモリ６２６からの記憶された測定信号に対して比較する。２つの信号間の相違が所定の限度を超えた場合、漏れ検出器出力６３０上に、警報信号を示すことができる。
【００６０】
本発明は、弁を物理的に位置付けるための空気圧アクチュエータを有する弁に関連して、広範に述べられてきたが、他のアクチュエータ、たとえば電気式、油圧式等のアクチュエータを、同様に本発明とともに用いてもよい。全体的に、本発明は、たとえばバッチへの熱の供給（蒸気を介する）または原料の供給が厳しく制御されなければならない食品加工工業での緊密な閉止用途が意図されている。
【００６１】
本明細書で用いられている用語の緊密な閉止とは、弁を通した流体の流れが、ゼロの流体の流れまで、または流体がバッチプロセスに衝撃を与えないような緩やかな流量まで減少する状態を指す。
【００６２】
代替の実施形態、特に蒸気とともに用いる用途では、圧力または音響検出器は、差温トランスミッタに置き換えることができる。特に、弁が閉鎖しているとき、管内の蒸気は凝縮されて、下流管セグメント内へ流れ出す。上部タップおよび下部タップは、蒸気が弁を通して緩やかに漏れている場合、幅広い温度差を有する。一つの実施形態では、蒸気はすぐに凝縮し、上部温度センサは、下部温度センサよりもはるかに低い温度を測定する。一方、蒸気は、“閉鎖された弁”を通して急速に逸出し、上部温度センサが高温を測定し続ける一方で、下部温度センサ（弁の底部に位置付けられる）は低温になる（すべての液体が弁から流出した後）。
【００６３】
全体的に、本発明は、弁が閉止されたときに漏れを起こすことを検出する、オンライン式の方法を提供する。さらに、周波数／振幅のテンプレートからの変形は、漏れの重大性または程度の表示を提供することができる。また、本発明は、ユーザがある程度平易に実施できるが、これは設置のために、溶接またはホットタッピングを必要としないためである。センサは、弁体に容易にクランプすることができる。一方、関連するセンサを備えるオリフィスプレートは、弁と下流管区間との間に、容易に挿入することができる。
【００６４】
加えて、本発明は、弁が開いているとき、稼動中に通常の流れノイズが存在するかを単に検出することによって、漏れ検出器（音響センサ）を試験するための平易な手段を提供する。差圧トランスミッタは、その周波数応答が十分に高い場合、音響センサとして用いることができる。本発明は、さらなる弁、配管、通気口、および緊密な閉止を必要とする危険のある弁に対処するためのハードウェアの設置に関連するコストと比較して、低コストな漏れ検出方式を提供する。
【００６５】
一般的に、電子機器は、圧力信号を受信して、圧力信号を調整するように適合された回路および／またはソフトウェアを含む。加えて、電子機器は、漏れの流れの非許容値を特定するように適合された漏れ検出器（または漏れ検出機能）を含む。加えて、電子機器は、設定値、および最低でもディジタル処理能力を記憶するためのメモリを含む。好ましい実施形態では、メモリは不揮発性メモリである。
【００６６】
診断時、流れ絞り形状の何らかの閉塞が、閉止時の漏れ状態として現れる場合がある。あらゆる警報または警告の評価の一部として、プレートを容易に取り除いて、弁座が修理を要するかを判断する手順の前に、閉塞の検査をすることができる。代替の実施形態では、先細りの流れ絞りおよび圧力ポートは、弁体に直接組み込むことができ、これにより別個のプレートの必要が排除される。
【００６７】
図７は、本発明の実施形態の、漏れ検出器が動作しているかを診断する方法を図示する。まず、弁が開かれる（ステップ７００）。センサは、開いた弁を通って流れる流体の開弁シグネチャを検出する（ステップ７０２）。漏れ検出器は、開いた弁の記憶された基準シグネチャを取り出し（ステップ７０４）、測定された開弁シグネチャを、記憶された開弁シグネチャに対して比較する（ステップ７０６）。測定された開弁シグネチャと記憶された開弁（基準）シグネチャとの間の相違が、所定の限度を超えた場合、漏れ検出器についての問題を示す警報が生成される（ステップ７０８）。
【００６８】
図８は、本発明の実施形態の、弁の故障を診断する方法の簡略化されたフロー図である。漏れ検出器は、弁の音響シグネチャを測定する（ステップ８００）。漏れ検出器は、たとえば、弁ステム位置センサ、制御回路、または弁位置を監視するように適合された他の要素から、弁位置情報を取り出す（ステップ８０２）。漏れ検出器は、弁位置情報を試験して、弁が閉鎖しているかを確かめる（ステップ８０４）。弁が閉鎖している場合、漏れ検出器は、測定された弁シグネチャを、“閉鎖”位置における記憶された基準シグネチャと比較する（ステップ８０６）。測定された弁シグネチャが、弁が閉鎖していることを示す場合（ステップ８０８）、弁は閉鎖され、漏れ検出器は弁を監視し続ける（ブロック８１０）。測定されたシグネチャが、閉鎖位置における基準シグネチャと一致しない場合（ステップ８０８）、弁は閉止されず、漏れを起こしている弁を示す警報が生成される（ステップ８１２）。
【００６９】
弁が閉鎖されない場合（ステップ８０４）、弁の測定された音響シグネチャは、取り出された弁位置における記憶された基準シグネチャと比較される（ステップ８１４）。測定されたシグネチャが、弁位置の記憶された基準シグネチャと一致する場合（ステップ８１６）、漏れ検出器は、弁を監視し続ける（ステップ８１０）。測定されたシグネチャが、弁位置の記憶された基準シグネチャと一致しない場合（ステップ８１６）、漏れ検出器は、弁ポジショナに問題があることを示す警報を生成する（ステップ８１８）。
【００７０】
この場合、弁位置は、ポジショナまたは制御回路によって監視されており、音響型漏れ検出器は、漏れを起こしている弁の診断の他に、弁位置の第二の確認を提供するように適合される。ポジショナが正しく機能していない場合、漏れ検出器は、測定された信号を、所望の弁位置における基準信号に対して一致させることができず、弁故障（ポジショナ故障）警報が生成される可能性がある。
【００７１】
図９は、測定された音響信号に基づいて漏れを推定するための、漏れを起こしている弁の診断方法の簡略化されたフロー図である。一般的に、正しく機能している弁は、完全な開位置から完全な閉位置まで調節されるものとして監視され、弁の調節に関連する音響パターンは、基準パターンとしてメモリ内に記憶される。本明細書で用いられている文言“正しく機能している”とは、完全に閉鎖されたときに緊密な閉止を実現する弁を指す。稼動中、漏れ検出器は、弁制御信号を監視する（ステップ９００）。弁調節制御信号を受信すると、漏れ検出器は、弁が第一の位置から第二の位置まで調節されたときの弁の音響パターンの変化を監視する（ステップ９０２）。漏れ検出器は、測定された音響パターンを、記憶された基準パターンと比較する（ステップ９０４）。パターンが一致した場合（ステップ９０６）、弁は正しく機能し、漏れ検出器は、弁を監視し続ける（ステップ９０８）。
【００７２】
パターンが一致しない場合（ステップ９０６）、漏れ検出器は、第二の弁位置に対応した測定された音響パターンのエンドポイントを特定する（ステップ９１０）。漏れ検出器が、特定されたエンドポイントと、第二の弁位置に対応して記憶された基準パターンの点との間の距離を算出する（ステップ９１２）。距離算出は、記憶された音響パターンの点と比較した、測定された音響パターンの特定されたエンドポイントとの間の不一致の測定である。一つの実施形態では、距離は、ユークリッド平方距離であり、一組の変数全体の二乗された差分の合計である。そして、漏れ検出器は、エンドポイントに基づいて、漏れ量または弁の故障度合を推定する（ステップ９１４）。より具体的には、漏れ検出器は、算出された距離に基づいて、漏れ量または弁の故障度合を推定するように適合される。さらに、漏れ検出器は、弁の故障を示し、漏れ量または弁の故障度合を示す警報を生成する（ステップ９１６）。
【００７３】
一般的に、エンドポイントと、基準パターンの所望の点との間の算出された距離は、故障度合または漏れの程度の表示を提供してもよい。一つの実施形態では、距離（Ｄ）は、以下の一次方程式によって、漏れの程度の表示を提供する。
Ｅ＝ｋＤ
ここで、Ｅは漏れまたは故障の程度であり、Ｄは算出された距離であり、ｋはスカラである。本実施形態では、スカラ（ｋ）は、システムを通る流体の流量に関係する係数を含む場合がある。
【００７４】
バッチプロセスでは、漏れ量または故障の度合は、バッチが引き上げられてもよいか、または切り捨てる必要があるかについての表示を提供してもよい。さらに、漏れまたは故障の度合は、基準パターンからの偏差を示し、これを用いて、弁座の付着物、腐食、または破損の程度を予測し、オペレータに、新規のバッチが開始される前に弁を点検するよう警報して、予期しない弁の故障を回避することができる。
【００７５】
好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者においては、本発明の本質および範囲から逸脱することなく、形態および詳細に変更を加えることができることが認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態の、弁および音響型漏れ検出器に機械的に結合されたアクチュエータを備える弁の、簡略化されたブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の、弁フランジと下流管セグメントとの間に結合された漏れ検出器を備える弁の、簡略図である。
【図３】本発明の実施形態の、音響型漏れ検出器用に構成された、図２の漏れ検出器の断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態の、差圧測定値を用いる漏れ検出器用に構成された、図２の漏れ検出器の断面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの漏れ検出器の実施形態の断面側面図である。
【図５】本発明の実施形態の、差圧ポートを有する弁に関連する差圧ベースの漏れ検出器の、簡略化されたブロック図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態の漏れ検出システムの、簡略化されたブロック図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態の漏れ検出システムの、簡略化されたブロック図である。
【図７】本発明の一つの実施形態の、漏れ検出器が正しく機能しているかを診断する方法の、簡略化されたフロー図である。
【図８】音響シグネチャおよび弁位置情報に基づいて、弁の故障のタイプを特定する方法の、簡略化されたフロー図である。
【図９】測定された音響信号および弁制御情報に基づいて、弁の漏れまたは故障の度合を推定するための方法の、簡略化されたフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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