(57)【要約】      （修正有）【課題】有線通信方式の接触型センサにおいて簡易な構成でデータ送信の安定性・確実性に優れ、ノイズを確実に排除でき、本質安全防爆構造を実現できる接触型センサを提供する。【解決手段】センサ2の測定部25からの検出データは、検出制御回路34から通信制御回路52を介して非危険領域の端末機60に接続ライン10を通じて送信される。通信回路22、検出回路21には、接続ライン10を通じてDC電源62から電力が供給される。検出制御回路34から通信制御回路52への検出データはフォトカプラ41aを介して与えられ、通信制御回路52から検出制御回路34への電力は電磁誘導給電部41bを介して供給される。通信制御回路52から端末機60に向けての検出データはフォトカプラ42aを介して与えられ、DC電源62からの電力は電磁誘導給電部42bを介して供給される。これにより通信回路22は周囲から絶縁された独立状態を保持できる。【選択図】図１
2018116337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
危険領域に位置する検出対象に接触し、検出対象の所定の状態を検出して、検出データを発信する検出部、
検出データを受信し、通信線を通じて非危険領域に位置する制御機器に向けて検出データを送信する通信部、
検出部及び通信部を一体的に内蔵する筐体部、
を備えており、
通信部は、非接触による絶縁状態を実現する第一絶縁中継部を介して検出部からの検出データを受信するとともに、非接触による絶縁状態を実現する第二絶縁中継部を介して制御機器に向けて検出データを送信して、周囲から絶縁された独立状態を保つ、
ことを特徴する絶縁回路を有する接触型センサ。
【請求項２】
請求項１に係る絶縁回路を有する接触型センサにおいて、
検出部及び通信部には、第一絶縁中継部及び第二絶縁中継部を介して電源からの電力が供給されている、
ことを特徴とする絶縁回路を有する接触型センサ。
【請求項３】
請求項２に係る絶縁回路を有する接触型センサにおいて、
第一絶縁中継部及び第二絶縁中継部は、それぞれ光の送受信によって電子データの通信を行うフォトカプラ部、及び非接触状態で電力を供給する非接触給電部を有している、
ことを特徴とする絶縁回路を有する接触型センサ。
【請求項４】
危険領域に位置するスチームトラップに接触し、スチームトラップの温度又は振動のいずれか一方または双方を検出して、検出データを発信する検出部、
検出データを受信し、通信線を通じて非危険領域に位置する制御機器に向けて検出データを送信する通信部、
検出部及び通信部を一体的に内蔵する筐体部、
を備えており、
通信部は、
光の送受信によってデータ通信を行う第一フォトカプラ部を介して検出部からの検出データを受信するとともに、光の送受信によってデータ通信を行う第二フォトカプラ部を介して制御機器に向けて検出データを送信し、
かつ、非接触状態で電力を供給する第二非接触給電部を介して電源からの電力の供給を受けるとともに、非接触状態で電力を供給する第一非接触給電部を介して検出部に対して電源からの電力を供給する、
ことによって周囲から絶縁された独立状態を保つ、
ことを特徴する絶縁回路を有する接触型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願に係る絶縁回路を有する接触型センサは、ノイズによる悪影響を排除するとともに、本質安全防爆構造を実現する接触型センサの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業プラントに設置されている配管系統の随所にはスチームトラップが設けられていることがある。このスチームトラップは配管内に滞留したドレンを自動的に外部に排出するための装置である。ここで、スチームトラップに排出不良や密閉不良といった異常が発生した場合、これにともなってスチームトラップの表面温度が低下し、又は異常音（振動）が発生する。このようなスチームトラップの異常をモニタリングするために、それぞれのスチームトラップにはセンサが取り付けられている。各センサはスチームトラップの温度や振動を検出して送信し、この検出データを受信した制御装置はこれに基づいてスチームトラップの異常を認識する。
【０００３】
各スチームトラップの正確な温度や振動を把握するためには、検出・通信に悪影響を及ぼすノイズを可能な限り排除する必要がある。検出時のグランドからのノイズを排除するため一般には検出対象物に対する非接触型のセンサを用いることも考えられるが、スチームトラップの排出不良や密閉不良を検知するためには微細な温度変化や振動をキャッチする必要があり、非接触型のセンサでは十分な検出を行うことができない。したがって、スチームトラップに直接接触させて検出を行う接触型センサにおいて、ノイズを排除する工夫が求められる。
【０００４】
また、センサに駆動用の電力を供給するための電源線を通じて、通信回路に侵入するノイズを排除する必要もある。なお、検出したデータを送信するにあたって無線通信を用いるセンサもあるが、設置状況によっては、通信の安定性・確実性の観点から有線通信を採用することが望ましい場合がある。
【０００５】
ところで、産業プラントでは可燃性ガスや可燃性液体の蒸気が大気中に放出・漏洩し、これが空気と混合して可燃性のガスになることがあり、このようなガスが電気火花や高温物体等の点火源に触れると爆発や火災が引き起こされる危険が生じる。このため、プラント内の危険場所に設置される機器は、公的な基準をクリアする防爆構造を備えている必要があり、計測・制御・通信等の機器については電気回路で本質的に危険な火花や高熱を発生させない本質安全防爆構造が求められる。
【０００６】
ノイズの排除とともに防爆構造にも配慮したセンサに係る先行技術として後記特許文献に開示された圧力センサがある。この先行技術においては、危険場所に設けられた圧力センサに、非危険領域に位置する本案関連機器から過大エネルギーが与えられないよう、圧力センサと本案関連機器とをフォトカプラで接続して電気的に絶縁している。また、電源線からのノイズを排除するために通信用の電源として電池を使用している。なお、通信回路であるPHSアダプターは非危険領域に設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平11-232579号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献に開示された圧力センサは、危険領域に位置する検出機構から離隔した非危険領域に通信回路であるPHSアダプターを設けているため、検出機構とは別にPHSアダプター機器を設置する必要があり検出機構が複雑になる。また、通信回路への電力供給として電池を使用していることから電力供給に制限があるとともに、データ送信の方法として無線通信を用いているため通信の安定性・確実性が十分とはいえない。
【０００９】
そこで本願に係る絶縁回路を有する接触型センサは、有線通信方式の接触型センサにおいて簡易な構成でデータ送信の安定性・確実性に優れ、またノイズを確実に排除することができ、さらには本質安全防爆構造を実現することができる接触型センサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願に係る絶縁回路を有する接触型センサは、
危険領域に位置する検出対象に接触し、検出対象の所定の状態を検出して、検出データを発信する検出部、
検出データを受信し、通信線を通じて非危険領域に位置する制御機器に向けて検出データを送信する通信部、
検出部及び通信部を一体的に内蔵する筐体部、
を備えており、
【００１１】
通信部は、非接触による絶縁状態を実現する第一絶縁中継部を介して検出部からの検出データを受信するとともに、非接触による絶縁状態を実現する第二絶縁中継部を介して制御機器に向けて検出データを送信して、周囲から絶縁された独立状態を保つ、
ことを特徴する。
【発明の効果】
【００１２】
本願に係る絶縁回路を有する接触型センサにおいては、通信部が周囲から絶縁された独立状態を保つため、通信に悪影響を及ぼすノイズを排除することができる。また、絶縁された独立状態を保つことによって回路の発熱を抑えることができ、本質安全防爆構造を実現することで、危険領域に位置する検出対象に取り付けることが可能となる。
【００１３】
また、検出部及び通信部が一体的に筐体部に内蔵されているため、簡易な構成でデータの送受信を行うことができ、さらに通信線を通じて通信部からの検出データが送信されることによってデータ送信の安定性・確実性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本願に係る絶縁回路を有する接触型センサの回路構成の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図1に示すセンサがスチームトラップに取り付けられた状態を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施形態における用語説明］
実施形態において示す主な用語は、それぞれ本願に係る絶縁回路を有する接触型センサの下記の構成要素に対応している。
接続ライン10…通信線
筐体20…筐体部
検出回路21…検出部
通信回路22…通信部
ガルバニックコンポーネント41、フォトカプラ41a、電磁誘導給電部41b…第一絶縁中継部
フォトカプラ42a、電磁誘導給電部42b…第二絶縁中継部
フォトカプラ41a、42a…フォトカプラ部
電磁誘導給電部41b、42b…非接触給電部
フォトカプラ41a…第一フォトカプラ部
フォトカプラ42a…第二フォトカプラ部
電磁誘導給電部41b…第一非接触給電部
端末機60…制御機器
DC電源62…電源
電磁誘導給電部42b…第二非接触給電部
スチームトラップ90…検出対象
なお、本願における「絶縁」とは、データ送信経路、給電経路その他の電気的経路において、当該経路上に非接触の部分が存在していることを意味する。
【００１６】
［第１の実施形態］
本願に係る絶縁回路を有する接触型センサの第1の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施形態におけるセンサの回路構成を示すブロック図であり、図2は当該センサがスチームトラップに取り付けられた状態を示す外観図である。
（スチームトラップとセンサの動作の概要説明）
【００１７】
まず、図2に基づいてスチームトラップとセンサの動作の概要を説明する。産業プラントには、ボイラーで生成された蒸気を供給先に向けて高温・高圧で移送する配管系統が設置されていることがある。この配管内で蒸気が液化するとドレン（蒸気の凝縮水）が滞留し、蒸気移送のための空間が縮小される結果、蒸気の移送効率が低下してしまう。
【００１８】
このような事態を回避するために、図2に示すように配管80には随所に多数のスチームトラップ90（一例としてのフロート式スチームトラップ）が設けられている。例えば、フロート式スチームトラップであるスチームトラップ90の内部空間は弁室91として形成されており、ここに配管80から蒸気やドレンが流入する。弁室91の下方には排出口（弁口）97が設けられているが、通常時においては、この排出口97はフロート（弁座）95によって塞がれており蒸気漏れが生じないようになっている。フロート95は中空の球状体として構成されている。
【００１９】
弁室91にドレンが滞留しドレン水量が一定レベルに達した場合、フロート95はこれにともなって浮上し排出口97を自動的に開放する。これによって、ドレンは排出口97からドレン回収管82に排出される。
【００２０】
ところで、スチームトラップ90に作動不良が生じると、適正な蒸気の移送が妨げられ、産業プラントの効率的な稼動が確保できない。スチームトラップ90の作動不良としては排出不良と密閉不良の二つのケースがある。
【００２１】
排出不良は、異物の混入等が原因で排出口97が閉塞することによって発生する作動不良であり、排出不良が生じると配管内に過度のドレンが滞留してしまう。一方、密閉不良はフロート95の摩耗や変形等が原因で、本来、密閉すべき排出口97とフロート95との間に隙間が生じることによって発生する作動不良であり、排出口97を密閉できなければ、ここから蒸気の漏洩が生じ、蒸気の移送効率の低下等を招く。
【００２２】
スチームトラップ90に排出不良が生じている場合、ドレンの滞留によってスチームトラップ90自体の表面温度が低下するため、スチームトラップ90の表面温度を検出して温度低下を把握すれば排出不良を検知することができる。一方、スチームトラップ90に密閉不良が生じている場合、蒸気の漏洩に伴って漏洩音が発生し、スチームトラップ90が振動するため、スチームトラップ90の表面の振動を検出すれば密閉不良を検知することができる。
【００２３】
このような、スチームトラップ90の温度変化や振動の発生をモニタリングするために、各スチームトラップ90には図2に示すようにセンサ2が取り付けられている。スチームトラップ90の温度変化や振動は微細なことがあるため、より正確な検出を目指してセンサ2は接触型のものが用いられる。すなわち、センサ2が備える測定部25が直接、スチームトラップ90に接して取り付けられ、スチームトラップ90の微細な温度変化や振動を検出する。
【００２４】
また、スチームトラップ90の作動不良をより確実に検出するために、無線方式ではなく有線方式のセンサ2が採用されており、スチームトラップ90の温度や振動の検出データは接続ライン10を通じて送信される。なお、センサ2には接続ライン10を通じて電源からの電力が供給されている。
（センサの回路構成の説明）
【００２５】
次に、図1に基づいてセンサ2の回路構成を説明する。センサ2は前述のようにスチームトラップ90に取り付けられるため、防爆電気設備上の危険領域に位置している。危険領域とは、可燃性ガスや蒸気等が大気中に放出・漏洩して形成された爆発性雰囲気の量が無視できないほど多く、電気機器等の着火源によって爆発事故が発生する可能性が認められる場所をいう。
【００２６】
センサ2の筐体20内には、検出回路21が形成されたプリント基板、通信回路22が形成されたプリント基板が設けられている。検出回路21は測定部25を有しており、前述のように測定部25はスチームトラップ90に直接、接して取り付けられる（図2）。この測定部25は、例えば熱電対及び圧電素子を有するセンサプローブであり、スチームトラップ90の表面の温度及び振動を直接計測することができる。
【００２７】
測定部25からの検出データはアナログ回路32を介して検出制御回路34に取り込まれ、通信制御回路52に向けて出力される。そして、通信制御回路52は検出データを、端子台54を介し接続ライン10を通じて端末機60に送信する。端末機60は非危険領域に位置しており、端末機60は産業プラント内の配管系統に設けられた各スチームトラップの温度変化や振動をモニタリングし、特定のスチームトラップに作動不良が認められれば表示部に警告等の表示を行う。オペレータはこれを認識してスチームトラップの作動不良に対する適切な処置を行う。
【００２８】
また、DC電源62からの電力は接続ライン10を通じて通信回路22の通信制御回路22に供給されている。そして、電力は通信制御回路22からさらに検出回路21の検出制御回路34及びアナログ回路32に供給されている。なお、危険領域に過大電圧や過大電流が供給されることを防止するために、非危険領域内において電力供給の接続ライン10 に本質安全防爆関連機器である安全保持器（絶縁バリア）を設置することもできる。
【００２９】
ところで、検出回路21と通信回路22との間にはガルバニックコンポーネント41が介在しており、このガルバニックコンポーネント41はフォトカプラ41a及び電磁誘導給電部41bを有している。フォトカプラは光の送受信によって電気信号を伝達するものである。すなわち、フォトカプラには発光素子と受光素子が内蔵されており、電気信号が発光素子によって光に変換されて受光素子によって受光され電気信号に再変換される。これによって、非接触による絶縁を保ったままデータを送信することができる。
【００３０】
また、電磁誘導給電部は非接触給電を行うものであり、本実施形態においては送電側と受電側との間で発生する誘導磁束を利用して送電する電磁誘導方式によって構成されたものが用いられている。すなわち、電磁誘導給電部には、送電側コイルと受電側コイルが内蔵されており、送電側コイルに電流が与えられると磁束が生じ、受電側コイルにも電流が流れる。これによって、非接触による絶縁を保ったまま電力供給を行うことができる。
【００３１】
さらに、通信回路22と端末機60との間の各接続ライン10にも、それぞれフォトカプラ42a、電磁誘導給電部42b が介在している。このため、通信制御回路52からの検出データは非接触による絶縁を保ったまま端末機60に送信され、またDC電源からの電力は非接触による絶縁を保ったまま通信制御回路52に供給される。
【００３２】
以上のように、フォトカプラ41a、42a及び電磁誘導給電部41b、42bの介在によって、通信回路22は周囲から絶縁された独立状態を保つ。このため、通信に悪影響を及ぼすノイズを排除することができる。また、回路の発熱を抑えることができるため、本質安全防爆構造を実現することで、危険領域に位置するスチームトラップ90に取り付けることが可能となる。
【００３３】
また、検出回路21及び通信回路22が一体的に筐体20に内蔵されているため、簡易な構成で検出データの送受信を行うことができ、さらに通信線を通じて通信回路22からの検出データが送信されることによって検出データ送信の安定性・確実性に優れている。
【００３４】
なお、本実施形態においては、検出回路21が形成されたプリント基板と、通信回路22が形成されたプリント基板とを別個に分離していることから、より確実な絶縁性を得ることができる。また、筐体20の内面と各種回路との間隔を2ｍｍ以上に設定すれば、より一層確実に本質安全防爆構造を実現することができる。
【００３５】
［その他の実施形態］
前述の実施形態においては、非危険領域にフォトカプラ42a、電磁誘導給電部42bを配置したが、危険領域や筐体20内に設けることもできる。また、前述の実施形態においては、フォトカプラを介して検出データを送信することによって、通信回路22が周囲から絶縁された独立状態を保つ例を示したが、電気的に絶縁した状態でデータの送受信を行うものであれば他の構成を採用してもよい。
【００３６】
また、前述の実施形態においては、電源からの電力供給に関し、非接触給電における電磁誘導方式を用いた電磁誘導給電部41b、42bを例示したが、非接触給電に関する他の方式、すなわち電磁界の共鳴現象を利用した電磁界共鳴方式、又は電力を電磁波に変換して送受信する電波方式を採用し、非接触状態で電力供給を行うようにしてもよい。さらに、通信回路を周囲から絶縁し独立状態を保つことが可能である限り、非接触給電以外の方法を用いて給電することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
2：センサ
20：筐体
25：測定部
34：検出制御回路
41：ガルバニックコンポーネント
41a、42a：フォトカプラ
41b、42b：電磁誘導給電部
52：通信制御回路
90：スチームトラップ
【図１】
2018116337.tif 000003
【図２】
2018116337.tif 000004