(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響センサ素子；
音響センサ素子と連結された回転可能な音響カプラ、回転可能な音響カプラと連結された第１チューブ端を有するチューブ、および流体導管と音響的に連結可能な第２チューブ端を含む、音響導波路；および
回路が診断出力を提供する、音響センサ素子と連結された回路アセンブリ
を含む、圧力容器からの音響ノイズを診断するための変換器アセンブリ。
【請求項２】
第２チューブ端が流体導管と隣接して内部熱井戸空洞を有し、変換器アセンブリが、
内部熱井戸空洞内の温度を感知して、チューブおよび第１チューブ端を通って回路アセンブリへ伸びる出力ケーブルを有する温度センサ
を含む、請求項１記載の変換器アセンブリ。
【請求項３】
回路アセンブリが静的温度補償を含む、請求項２記載の変換器アセンブリ。
【請求項４】
回路アセンブリが動的温度補償を含む、請求項２記載の変換器アセンブリ。
【請求項５】
温度センサが、サーミスタおよび熱電対接合の群から選択される、請求項２記載の変換器アセンブリ。
【請求項６】
音響導波路に対して回転可能な電子機器筐体；および
電子機器筐体上に配置され、電子機器筐体の回転によって照準可能な電子データディスプレイ
をさらに含む、請求項１記載の変換器アセンブリ。
【請求項７】
電子機器筐体上および音響導波路上に、円錐台表面であって、互いに対して回転可能な円錐台表面
をさらに含む、請求項６記載の変換器アセンブリ。
【請求項８】
円錐台表面が互いに対して回転されるにつれてトルクを制御する円錐台表面を圧縮する、ばねワッシャ
をさらに含む、請求項７記載の変換器アセンブリ。
【請求項９】
第２チューブ端が、流体導管上に搭載可能な下部を形成する、請求項１記載の変換器アセンブリ。
【請求項１０】
音響センサ素子が、圧電式力センサ、容量式力センサ、および磁気式力センサの群から選択される、請求項１記載の変換器アセンブリ。
【請求項１１】
音響導波路が、搭載面から音響センサ素子へ音響振動を連結する、請求項１記載の変換器アセンブリ。
【請求項１２】
音響振動が、３０ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの範囲である、請求項１１記載の変換器アセンブリ。
【請求項１３】
回転可能な音響カプラから音響センサ素子へ音響振動を連結する絶縁キャップであって、回転可能な音響カプラと音響センサ素子との間に回転可能な継ぎ目を提供する絶縁キャップ
をさらに含む、請求項１１記載の変換器アセンブリ。
【請求項１４】
チューブに搭載され、第１チューブ端と隣接してねじ切りフランジ部を含む、電子機器筐体搭載フランジ
をさらに含む、請求項１記載の変換器アセンブリ。
【請求項１５】
音響センサ素子を支持して、ねじ切りフランジ部を係合するねじ切り支持端を含む、音響センサ支持アダプタ
をさらに含む、請求項１４記載の変換器アセンブリ。
【請求項１６】
チューブが、１１ミリメートル未満の外径を有する金属チューブを含む、請求項１記載の変換器アセンブリ。
【請求項１７】
チューブが、２．０ミリメートル未満の壁面厚さのチューブを含む、請求項１６記載の変換器アセンブリ。
【請求項１８】
音響センサ素子を提供すること；
回転可能な音響カプラの第１端を音響センサ素子と連結すること；
チューブの第１端を回転可能な音響カプラの第２端と連結すること；
流体導管上に搭載可能な搭載面を含んで下部を成形すること；
下部をチューブの第２端と連結すること；および
音響エネルギを表す第１電気出力を提供すること
を含む、流体導管において音響エネルギを感知する方法。
【請求項１９】
搭載面と隣接する内部熱井戸空洞を含んで下部を成形すること；および
内部熱井戸空洞内の温度を感知すること、および温度を表す第２電気出力を提供すること
をさらに含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
チューブおよび回転可能な音響カプラが、搭載面から音響センサ素子へ音響振動を連結する音響導波路を形成する、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
３０ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの範囲の音響センサ素子で音響振動を感知する、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
回転可能な音響カプラを、回転可能な音響カプラと音響センサ素子との間に回転可能な継ぎ目を形成する絶縁キャップ経由で音響センサ素子と連結する、請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
音響センサ素子を音響搭載フランジに搭載して、搭載フランジにねじ切りする、請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
搭載フランジのねじ部を係合するねじ切り端を含む電子機器筐体支持アダプタを搭載する、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
金属のチューブで形成される、請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力容器のモニタリングに関するものである。より具体的には、本出願は、流量制御における機能不全、たとえば圧力容器内の流量制御に付随する漏れやすいバルブ、詰まったバルブ、液または気相、あるいは多相の変換に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気トラップは普通、多くの産業において、蒸気配管から復水を除去するのに用いられる。典型的なプラントでは、何千ものこのようなデバイスが配備されることがある。蒸気トラップは一般的に、比較的安価に設計された比較的低い技術のデバイスである。多くの場合、蒸気トラップは完全に機械的である。動力供給または配線のいずれかのための、任意の電気配線を追加することは、コストが法外、非現実的、または労働集約型になることと考えられるだろう。
【０００３】
蒸気トラップは一般的に、効率を維持するため、およびパイプの「ノッキング」を防止するために、復水が蒸気パイプから逃れることを可能にするように設計されている。典型的な蒸気トラップは、１つ以上のチャンバ、および復水と物理的に接触している可動部材を有していてもよい。復水面がある閾値より上に上昇すると、蒸気トラップ内の可動部材は、少なくともある程度の復水が逃れることを可能にする１つ以上のバルブを作動、またそうでなければ係合する。復水が逃れると、蒸気トラップ内の復水面は、バルブが閉鎖されるような程度まで低減される。
【０００４】
蒸気トラップの機能不全は蒸気を漏らすことがあり、それはエネルギを浪費し、または適正に復水を除去しそこなうことがある。多くの事例では、機能不全はプラント制御システムによって検出されないので、長期間にわたってプラント職員にとって不明である。
【０００５】
圧力容器に付随するその他の種類の流量制御デバイス、たとえば制御バルブ、オリフィス、ノズル、および絞りが、機能不全の対象となる。
【発明の概要】
【０００６】
変換器アセンブリは、音響センサ素子および音響導波路を含む。音響導波路は、回転可能な音響カプラによって音響感知素子と音響的に連結された第１チューブ端を有するチューブを含む。音響導波路は、第２チューブ端をさらに含む。第２チューブ端は、流体導管上に搭載可能な搭載面を有する。回路アセンブリは、音響センサ素子と連結され、受信した音響信号に基づいて蒸気漏れを識別する診断出力を提供する。方法も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】変換器アセンブリの第１実施形態を図示する。
【図２】蒸気トラップと隣接して搭載された変換器アセンブリの第２実施形態を図示する。
【図３】変換器アセンブリの第３実施形態を図示する。
【図４】変換器アセンブリの第４実施形態を図示する。
【図５Ａ】変換器アセンブリ上の温度感知場所を図示する。
【図５Ｂ】図５Ａの温度感知場所についての温度のグラフを図示する。
【図６】変換器アセンブリの主アンテナローブの回転を図示する。
【図７Ａ】主アンテナローブの回転についての温度の機能としてのトルクを図示する。
【図７Ｂ】主アンテナローブの回転についての温度の機能としてのトルクを図示する。
【図８】変換器アセンブリ内の回路アセンブリを図示する。
【図９】診断フローチャートを図示する。
【図１０】回転可能な音響カプラの代替実施形態を図示する。
【図１１Ａ】誤差補正ルーチンを使用しない温度誤差のグラフを図示する。
【図１１Ｂ】静的誤差補正ルーチンを用いた温度誤差のグラフを図示する。
【図１１Ｃ】動的誤差補正ルーチンを用いた温度誤差のグラフを図示する。
【図１２】流体流量を制御する、作動可能な制御バルブに搭載された変換器アセンブリを図示する。
【図１３】流量絞りを含む流量制御機構に搭載された変換器アセンブリを図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
詳細な説明
後述する実施形態において、変換器アセンブリは、圧力容器、たとえばバルブ、蒸気トラップ、流量制限器、圧力逃がしバルブなどの内の流量制御における機能不全、たとえば気体漏れを検出する。変換器アセンブリは、音響感知を用いる。ある実施形態では、温度感知も同様に用いられる。一例では、低レベルのノイズが検出された、または音響ノイズが検出されない、ならびに圧力容器温度が蒸気の飽和温度に近いとき、蒸気トラップは正常に動作する。音響ノイズが閾値レベルより上に上昇する、および温度が蒸気の飽和温度に近いとき、変換器アセンブリは、圧力容器内のバルブが漏れることを感知および表示する。音響ノイズが高くて温度が低いとき、変換器アセンブリは、圧力容器内のバルブが、空気の漏れている起動状態であることを感知および表示する。音響ノイズがなく、温度が低いとき、変換器アセンブリは、圧力容器内のバルブが塞がっている、引っかかっている、または動作できないことを感知および表示する。本発明は、しかしながら、この例示的診断技術に限定されない。
【０００９】
変換器アセンブリは、音響センサ素子および音響導波路を含む。音響導波路は、診断回路を高温の容器から熱的に分離することを可能にする。音響導波路は、音響センサと連結された回転可能な音響カプラ、たとえば例としてばねまたはシャフトを含み、ならびに、回転可能な音響カプラと、および、圧力容器に接続された流体導管に搭載する搭載面を有する下部と連結されたチューブを含む。１つの実施形態では、温度センサは、下部内の内部熱井戸空洞における温度を感知し、チューブを通って伸びる出力ケーブルを有する。熱井戸空洞は、熱井戸内で保護された空洞である。熱井戸は、温度感知デバイスを空洞内に包み込むように、および環境の悪影響から温度感知デバイスを保護するように設計された保護チューブである。１つの実施形態によると、変換器アセンブリ内の電子機器アセンブリは、センサから温度および音響ノイズデータを受信して、遠隔モニタと連結された無線出力を提供する。
【００１０】
図１は、変換器アセンブリ５０の分解図を図示する。変換器アセンブリ５０は、音響センサ素子１を含む。１つの実施形態によると、音響センサ素子１は、圧電式力センサを含む。別の実施形態によると、音響センサ素子１は、容量式力センサを含む。また別の実施形態によると、音響センサ素子１は、磁気式力センサを含む。
【００１１】
変換器アセンブリ５０は、音響導波路４を含む。音響導波路４は、音響センサ素子１と回転可能に連結するばね４Ａを含む。音響導波路４は、ばね４Ａと連結された第１チューブ端７を有するチューブ４Ｂを含む。
【００１２】
音響導波路４は、チューブ４Ｂの第２チューブ端９へ連結する連結領域を提供する下部４Ｃを含む。下部４Ｃは、流体導管（図１には図示せず）と接触して搭載可能な搭載面１１を含む。
【００１３】
音響導波路４は、音響振動を、下部４Ｃの搭載面１１から音響センサ素子１へ連結する。当業者には、チューブ４Ｂおよび下部４Ｃが単一のチューブで形成されることがあり、その場合、チューブ４Ｂと下部４Ｃとの間に継ぎ目のないことが理解されるだろう。１つの実施形態によると、音響振動は、３０ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの範囲で感知される。
【００１４】
１つの実施形態によると、チューブ４Ｂは、断熱を提供するように、音響センサ素子１が下部４Ｃからある距離で離れるように引き離す長さを有する。典型的にはプロセス容器上の配管に締め付けられた下部４Ｃにおける高温は、音響センサ素子１が周囲の大気温度に近いより低い温度を有するように、チューブ４Ｂの長さに沿って減衰する。チューブ４Ｂは図示のとおり中空であり、それがチューブ４Ｂの長さに沿って熱伝導を低減させる。
【００１５】
１つの実施形態によると、ばね４Ａは、ばね４Ａと音響センサ素子１との間に回転可能な継ぎ目を提供する絶縁キャップ１３によって、音響センサ素子１と隣接して位置する。絶縁キャップ１３は、ばね４Ａから音響センサ素子１へ音響振動を連結する。絶縁キャップ１３は、音響センサ素子１に力を及ぼす位置にばね４Ａを位置づける。
【００１６】
１つの実施形態によると、絶縁キャップ１３は電気絶縁材料で形成され、センサ素子１と電気伝導ばね４Ａとの間に適切な電気的クリアランスおよび沿面距離を提供するように寸法決めされて、電気的絶縁を確実にする。別の実施形態によると、ばね４Ａはパイプ電位にあり、センサ素子１は電子回路電位にあり、絶縁キャップ１３はガルバニック絶縁を提供して、変換器アセンブリ５０内の回路について本質安全要件が満たされることを確実にする。
【００１７】
１つの実施形態によると、変換器アセンブリ５０は、チューブ４Ｂに搭載され、第１チューブ端７と隣接するねじ切りフランジ部２１を含む電子機器筐体搭載フランジ２３を含む。この実施形態では、電子機器筐体搭載フランジ２３は、第１チューブ端７と隣接する電子機器筐体２を搭載するのに用いられる。別の実施形態によると、変換器アセンブリ５０は、センサ支持アダプタ２２を含む。センサ支持アダプタ２２は、搭載のため、アダプタ２２のスロットに滑り込むプリント配線基板２６を含む。この実施形態では、音響センサ素子１が、機械的支持および電気的接続のためにプリント配線基板上に搭載される。センサ支持アダプタ２２は、ねじ２１を係合するねじ２１Ａでねじ切りされている。ねじの係合が進行するにつれて、ばね４Ａは、音響センサ素子１へより大きな力を及ぼし、ばね４Ａを圧縮して音響導波路４内の遊動または空動をなくす。
【００１８】
音響センサ素子１のリード線３０は、電気的であって、電子機器と連結する音響エネルギ出力を提供する。リード線３０上の音響エネルギ出力は、蒸気トラップおよびその他のプロセス流体容器の診断試験に有用である。
【００１９】
１つの実施形態によると、チューブ４Ｂは、１１ミリメートル未満の外径を有する金属チューブを含む。別の実施形態によると、チューブ４Ｂは、２．０ミリメートル未満の壁面厚さのチューブを含む。
【００２０】
変換器アセンブリ５０は、電子機器筐体２および筐体カバー５を含む。Ｏリング６は、電子機器筐体２とカバー５との間の密閉を提供する。
【００２１】
電子機器筐体２は、円錐台内表面８、１０の両方に共通の円錐頂点１２を有する円錐台内表面８、１０を含む。電子機器筐体搭載フランジ２３の円錐台外表面１４は、円錐台内表面１０と隣接して組み立てられる。変換器アセンブリ５０は、円錐台内表面８と隣接して組み立てられる円錐台外表面１８を有する円錐台ワッシャ１６を含む。ばねワッシャ（皿ばねとも呼ばれる）２０は、円錐台ワッシャ１６の上部に位置する。センサ支持アダプタ２２のねじ２１Ａは電子機器筐体搭載フランジ２３のねじ２１に螺合して、ばねワッシャ２０を圧縮する。共通の頂点１２を有する円錐台表面８、１０、１４、１８の機構は、筐体２およびチューブ４Ｂが異なる温度膨張係数を持つ材料で形成されていても、筐体２とフランジ２３との間の接続を提供して、安定した間隔を維持する。
【００２２】
電子機器アセンブリ２４は、カバー５経由で無線通信を提供する。バッテリ２７は、電子機器アセンブリ２４にエネルギを与える。電子機器アセンブリ２４は、格納された音響信号レベルの閾値を含む。格納された閾値は不揮発性メモリに格納され、無線通信によって調節可能である。音響信号レベルのリアルタイムレベルは、リアルタイムでの診断意思決定を実施するために、格納されたそれぞれの閾値と比較される。電子機器アセンブリ５０は、無線で発信される格納された識別番号または名称も含み、データ源または診断意思決定を識別する。
【００２３】
１つの実施形態によると、筐体２は電気コネクタ３２を支持して、外部温度センサ（図１には図示せず）に接続する。この実施形態では、電子機器アセンブリ２４は、音響信号レベルおよび外部温度も両方に基づいて意思決定する。別の実施形態によると、電子機器アセンブリは、カバー５内のウィンドウ経由で目視可能なデジタルディスプレイ３を含む。
【００２４】
図２は、復水／蒸気混合物１５１を蒸気トラップ１５２にもたらす蒸気／復水配管１５０に据え付けられた変換器アセンブリ１００を図示する。１つ以上のクランプ１５４が、変換器アセンブリ１００の下部１０２を蒸気／復水配管１５０に据え付ける。１つまたは複数のクランプ１５４は、ホースクランプ、ロッキングプライヤー、Ｃクランプ、またはその他の公知の種類のクランプであることができる。図２に図示のとおり、下部１０２は、蒸気／復水配管１５０の凸型の丸い外表面と接触して締め付けられた凹型の丸い表面を有する。
【００２５】
下部１０２と蒸気トラップ１５２との間のパイプ長さ１５６は短く保たれるので、下部１０２の温度は、復水／蒸気混合物１５１の温度を表す。復水１６０は蒸気から分離され、蒸気トラップ１５２から排出される。温度センサ１０３は、熱井戸空洞内の下部１０２の内部に包み込まれる。パイプ長さ１５６は、蒸気トラップ１５２内のバルブ１５８を通って流れる流体によって生成された音響ノイズが、蒸気／復水配管１５０に沿ってバルブ１５８から下部１０２への低減衰と容易に連結するのに十分短い。変換器アセンブリ１００の下部１０２は蒸気トラップ１５２と熱および音響的に連通して、蒸気トラップ１５６の性能を変換し、ならびに蒸気トラップ１５６の診断試験、たとえば漏れ、塞がり、および起動状態を検出する。
【００２６】
蒸気トラップ１５２は、蒸気／復水配管１５０と連結する。１つの実施形態によると、蒸気／復水配管１５０は、蒸気を蒸気源（図２には図示せず）から蒸気利用デバイス（図２には図示せず）へ運ぶ。蒸気／復水配管１５０内の復水は、蒸気トラップ１５２内へ排水する。格納された復水１６４は、十分な量の格納された復水１６４が蓄積して、浮き１６６を持ち上げてバルブ１５８を開放するまで、蒸気トラップ１５２の内部に蓄積する。バルブ１５８が開放するとき、復水１６４は、浮き１６６が沈んで、まだ蒸気トラップ１５２内に存在するいくらかの格納された復水１６４でバルブ１５８を閉鎖するまで、排水配管１６８へ（矢印１６０で表示されるように）流入する。浮き１６６、バルブ１５８、および格納された復水１６４の機構は、蒸気を蒸気トラップ１５２内にトラップしながら、余分な復水を排水することを可能にする。適正に機能するとき、蒸気トラップ１５２は、蒸気／復水配管１５０内の不要で余分な復水を排水する有用な機能を実施しながら、蒸気トラップ１５２を通る蒸気の損失（および付随するエネルギの損失）を防止する。蒸気トラップ１５２が機能不全であるとき、エネルギの大きな損失、復水で蒸気／復水配管１５０が塞がること、またはその他の問題があることがある。
【００２７】
変換器アセンブリ１００の下部１０２は、溶接１０６によってチューブ１０４に取り付けられる。チューブ１０４は、チューブ長さ１０８を有する。チューブ１０４は、溶接１１２によって電子機器筐体搭載フランジ１１０に溶接される。１つの実施形態によると、チューブ１０４は、図示のような丸い円柱形の断面を有する。別の態様によると、チューブ１０４は、一般的に長方形の断面を有する。電子機器筐体搭載フランジ１１０は、電子機器筐体１１４を支持する。電子機器筐体１１４は、音響センサ素子１１６を包み込む。音響センサ素子１１６は、ばね１２０によってパイプ１０４の端１１８と音響的に連結される。電子機器アセンブリ１２２は、リード１２４によって音響センサ素子１１６および温度センサ１０３と連結する。電子機器アセンブリ１２２は、無線通信信号１２６で、例えば遠隔モニタリング局１２８と通信する。筐体カバー１３０は、無線通信信号１２６に対して透過的である。１つの実施形態によると、筐体カバー１３０は、熱可塑性樹脂を含む。バッテリ１３２は、電子機器アセンブリ１２２にエネルギを与える。
【００２８】
下部１０２、チューブ１０４、およびばね１２０は、音響振動または音響信号を、蒸気／復水配管１５０上の（下部１０２の）搭載面から音響センサ素子１１６へ連結する音響導波路として機能する。１つの実施形態によると、音響センサ素子１１６によって感知された音響振動は、３０ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの範囲である。音響振動は、バルブ１５８を通って流れる気体により、蒸気トラップ１５２内、特にバルブ１５８において生じる。バルブ１５８を通って流れる気体は、漏れやすいバルブの場合は蒸気であることがあり、起動状態の場合は空気または蒸気のいずれかであることがある。電子機器アセンブリ１２２は、センサ１０３、１１６から音響および温度データを処理して、蒸気トラップ１５６の機能に関しての診断情報を計算する。１つの実施形態によると、下部１０２、クランプ１５４、および蒸気／復水配管１５０は、設置の時点で断熱材に包まれて、蒸気トラップ１５２と温度センサ１０３との間の温度差を低減する。変換器アセンブリ１００の動作は、図３に図示された例によって、下記でより詳細に説明される。
【００２９】
図３は、変換器アセンブリ２００を図示する。変換器アセンブリ２００は、音響センサ素子２０２を含む。１つの実施形態によると、音響センサ素子２０２は、圧電式力センサを含む。別の実施形態によると、音響センサ素子２０２は、容量式力センサを含む。また別の実施形態によると、音響センサ素子２０２は、磁気式力センサを含む。
【００３０】
変換器アセンブリ２０２は、音響導波路２０４を含む。音響導波路２０４は、音響センサ素子２０２と回転可能に連結するばね２０４Ａを含む。音響導波路２０４は、ばね２０４Ａと連結された第１チューブ端２０６を有するチューブ２０４Ｂを含む。
【００３１】
音響導波路２０４は、チューブ２０４Ｂの第２チューブ端２１０と連結する連結領域を提供する下部２０４Ｃを含む。下部２０４Ｃは、流体導管２１２と接触して搭載可能な搭載面２０８を含む。下部２０４Ｃは、搭載面２０８と隣接する内部熱井戸空洞２１４を含む。温度センサ２１６は、熱井戸空洞２１４内に配置され、内部熱井戸空洞２１４内の温度を感知する。熱井戸空洞２１４内の空間は、ある分量の熱伝導埋め込み化合物２１５で充填されることがある。１つの実施形態によると、埋め込み化合物２１５は、アメリカ合衆国ペンシルバニア州１５２３８、ピッツバーグのSauereisen Cements Companyによって販売されている高温用無機セラミックセメントの薄い層を含む。熱伝導化合物２１５は、温度センサ２１６と流体導管２１２との間の良好な熱的連結を提供する。温度センサ２１６は、チューブ２０４Ｂおよび第１チューブ端２０６を通って伸びる出力ケーブル２１８に接続される。１つの実施形態によると、温度センサ２１６は、サーミスタを含む。別の実施形態によると、温度センサ２１６は、熱電対接合を含む。
【００３２】
音響導波路２０４は、下部２０４Ｃの搭載面２０８から音響センサ素子２０２へ音響振動を連結する。当業者には、チューブ２０４Ｂおよび下部２０４Ｃが単一のチューブで形成されることがあり、その場合、チューブ２０４Ｂと下部２０４Ｃとの間には継ぎ目のないことが理解されるだろう。１つの実施形態によると、音響振動は、３０ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの範囲で感知される。
【００３３】
１つの実施形態によると、チューブ２０４Ｂは、断熱を提供するように、音響センサ素子２０２が下部２０４Ｃからある距離で離れるように引き離す長さを有する。典型的には蒸気トラップ排水配管に締め付けられた下部２０４Ｃにおける高温は、音響センサ素子２０２が周囲の大気温度に近いより低い温度を有するように、チューブ２０４Ｂの長さに沿って減衰する。チューブ２０４Ｂは図示のとおり中空であり、それがチューブ２０４Ｂの長さに沿って熱伝導を低減させる。
【００３４】
１つの実施形態によると、ばね２０４Ａは、ばね２０４Ａと音響センサ素子２０２との間で回転可能な継ぎ目を提供する絶縁キャップ２２０によって音響センサ素子２０２と隣接して位置する。絶縁キャップ２２０は、ばね２０４Ａから音響センサ素子２０２へ音響振動を連結する。絶縁キャップ２２０は、音響センサ素子２０２に力を及ぼす位置にばね２０４Ａを位置づける。１つの実施形態によると、絶縁キャップ２２０は電気絶縁材料で形成され、センサ素子２０２と電気伝導物とばね２０４との間に適切な電気的クリアランスおよび沿面距離を提供するように寸法決めされて、電気的絶縁を確実にする。別の実施形態によると、ばね２０４Ａはパイプ電位にあり、センサ素子２０２は電子回路電位にあり、絶縁キャップ２２０はガルバニック絶縁を提供して、変換器アセンブリ２００内の回路について本質安全要件が満たされることを確実にする。
【００３５】
１つの実施形態によると、変換器アセンブリ２００は、チューブ２０４Ｂ上に搭載され、第１チューブ端２０６と隣接するねじ切りフランジ部２２４を含む電子機器筐体搭載フランジ２２３を含む。この実施形態では、電子機器筐体搭載フランジ２２３が、第１チューブ端２０６と隣接する電子機器筐体（図３には図示せず）上に搭載するのに用いられる。
【００３６】
別の実施形態によると、変換器アセンブリ２００は、センサ支持アダプタ２２２を含む。センサ支持アダプタ２２２は、搭載のため、アダプタ２２２のスロット２２８に滑り込むプリント配線基板２２６を含む。この実施形態では、音響センサ素子２０２が、機械的支持および電気的接続のためにプリント配線基板上に搭載される。センサ支持アダプタ２２２は、ねじ切りフランジ部２２４を係合するねじ２２１でねじ切りされている。
【００３７】
音響センサ素子２０２のリード線２３０および温度センサ２１６の出力ケーブル２１８は音響エネルギおよび温度出力を提供し、電子機器（図３には図示せず）と連結する。温度および音響エネルギ出力は、蒸気トラップおよびその他のプロセス流体容器の診断試験に有用である。センサ支持アダプタ２２２は、ねじ切りフランジ部２２４を係合するねじ２２１を持つねじ切り支持端２２５を含む。ねじの係合が進行するにつれて、ばね２０４Ａは音響センサ素子２０２により大きな力を及ぼし、ばね２０４Ａを圧縮して、音響導波路２０４内の遊動または空動をなくす。
【００３８】
１つの実施形態によると、チューブ２０４Ｂは、１１ミリメートル未満の外径を有する金属チューブを含む。別の実施形態によると、チューブ２０４Ｂは、２．０ミリメートル未満の壁面厚さのチューブを含む。変換器アセンブリ２００のアセンブリおよび動作は、図４に図示された例に関連して、下記でより詳細に説明される。
【００３９】
図４は、変換器アセンブリ３００の分解図を図示する。変換器アセンブリ３００は、図３に図示のようなばね２０４Ａ、チューブ２０４Ｂ、および下部２０４Ｃを含む導波路を含む。変換器アセンブリ３００は、図３に図示のような音響センサ素子２０２、センサ支持アダプタ２２２、および電子機器筐体搭載フランジ２２３を含む。図３および図４に共通の構成要素のアセンブリおよび機能について、図３および図３の説明を参照することがある。変換器アセンブリ３００は、電子機器筐体３０２および筐体カバー３０４を含む。Ｏリング３０６は、電子機器筐体３０２とカバー３０４との間の密閉を提供する。
【００４０】
電子機器筐体３０２は、円錐台内表面３０８、３１０の両方に共通の円錐頂点３１２を有する円錐台内表面３０８、３１０を含む。電子機器筐体搭載フランジ２２３の円錐台外表面３１４は、円錐台内表面３１０と隣接して組み立てられる。変換器アセンブリ３００は、円錐台内表面３０８と隣接して組み立てられる円錐台外表面３１８を有する円錐台ワッシャ３１６を含む。ばねワッシャ（皿ばねとも呼ばれる）３２０は、円錐台ワッシャ３１６の上部に位置づけられる。センサ支持アダプタ２２２は電子機器筐体搭載フランジ２２３のねじ３２２に螺合して、ばねワッシャ３２０を圧縮する。共通の頂点３１２を有する円錐台表面３０８、３１０、３１４、３１８の機構は、筐体３０２とフランジ２２３との間の接続を提供して、筐体３０２およびチューブ２０４Ｂが異なる温度膨張係数を持つ材料で形成されても、安定した間隔を維持する。
【００４１】
電子機器アセンブリ３２４は、カバー３０４経由で無線通信を提供する。その他の側面では、変換器アセンブリ３００は、図２の変換器アセンブリ１００と同様である。バッテリ３２６は、電子機器アセンブリ３２４にエネルギを与える。電子機器アセンブリ３２４は、格納された温度および音響信号レベルの閾値を含む。格納された閾値は不揮発性メモリに格納され、無線通信によって調節可能である。リアルタイムレベルの温度および音響信号レベルは、リアルタイムでの節度ある診断意思決定を実施するために、格納されたそれぞれの閾値と比較され、レベルデータ、決定、または両方が無線通信によって発信される。電子機器アセンブリ３２４は、無線で発信される格納された識別番号または名称も含み、データ源または診断意思決定を識別する。電子機器アセンブリ３２４は、カバー３０４内のウィンドウ経由で目視可能であるデジタルディスプレイ３０３を含む。
【００４２】
図５Ａは、変換器アセンブリ４００上の温度感知場所を図示する。変換器アセンブリ４００は、クランプ４０４、４０６によって復水排水パイプ４０２に据え付けられた下部４０８を含む。正常動作の間、復水排水パイプ４０２は、加熱された復水を運ぶ。熱は、復水排水パイプ４０２から変換器アセンブリ４００を通って、より低い温度である周囲の大気へ流れる。そのため、変換器アセンブリ４００内には温度勾配がある。温度勾配は、電子機器アセンブリ（たとえば、図２のアセンブリ１２２）により低い動作温度を提供する点で役立つ。温度勾配は、復水排水パイプの温度が正確に推測できる温度測定値を得ることができるように温度センサが置かれた変換器アセンブリ４００上で、場所を見つけるのが困難である点で問題になる。
【００４３】
設計試験の間に温度を測定する目的で、熱電対接合は、下部４０８の先端に近い先端で表示される場所においてクランプ４０４で圧縮される。熱電対接合は、下部４０８の後端の後端で表示される場所においてクランプ４０６で圧縮される。
【００４４】
先端クランプ４０４下の熱電対接合からの測定値は平均されて、図５Ｂに図示のとおり記録された先端温度測定値を提供する。後端クランプ４０６下の熱電対接合からの測定値は平均されて、図５Ｂに図示のとおり記録された後端温度測定値を提供する。
【００４５】
２つの熱電対接合は、パイプで表示される場所において復水排水パイプ４０２に取り付けられる。パイプの場所での熱電対接合からの測定値は平均されて、図５Ｂに表示されるようにパイプ温度測定値を提供する。変換器アセンブリ４００の一部であるセンサは、図５Ｂにおけるセンサ温度測定値を提供する。
【００４６】
図５Ｂは、設計試験の間の図５Ａの温度感知場所についての温度のグラフを図示する。図５Ｂに図示のとおり、復水排水パイプの加熱は、ゼロ時間で開始する。ゼロ時間からおよそ１００分後に、記録された温度は安定する。ゼロ時間からおよそ１１５分後に、下部４０８および復水排水パイプ４０２の隣接部分は、断熱材で包まれている。ゼロ時間からおよそ２００分後に、記録された温度は再び安定する。先端の場所で記録された温度はパイプ温度に最も近いことが、図５Ｂの検査によってわかる。これらの結果に基づいて、変換器アセンブリ４００内で用いられる温度センサ（たとえば、図３の温度センサ２１６）は、改善された精度の温度測定値を提供するために、下部４０８の先端端部の近くへ有利に配置される。これらの試験結果に基づいて、断熱材は、下部４０８および隣接する復水排水パイプ４０２に取り囲まれて、パイプとセンサとの間の温度差を低減することができ、図５Ｂに図示のとおり温度測定精度を改善する。
【００４７】
１つの実施形態によると、センサの温度測定値に残存する温度誤差は、図９に関連してより詳細に下記で説明されるように、電子的に補正される。
【００４８】
図６は、変換器アセンブリ５０４の主アンテナローブ５０２の回転を図示する。変換器アセンブリ５０４は、電子機器筐体５０６（図４の電子機器筐体３０２と同様）および電子機器アセンブリ５０８（図４の電子機器アセンブリ３２４と同様）を含む。電子機器アセンブリ５０８は、取付用ねじ５１０、５１２によって電子機器筐体５０８上に搭載される。電子機器筐体５０６（および取り付けられた電子機器アセンブリ５０８）は、矢印５１４で表示されるように回転可能である。電子機器アセンブリ５０８上の指向性アンテナ５１６は、主アンテナローブ５０２を作り出す。指向性アンテナ５１６は、より突出の少ないアンテナローブも作り出すことができる。電子機器筐体５０６の回転は、主アンテナローブ５０２を回転させて、オペレータが主アンテナローブ５０２を遠隔モニタリング局５２２のアンテナ５２０に向けることを可能にする。
【００４９】
上記の図４で図示のように、電子機器筐体３０２は、円錐台座面３１４、３１８上で回転可能である。ばねワッシャ３２０は、円錐台座面３１４、３１８に圧縮力を提供する。１つの実施形態によると、電子データディスプレイ３０３は、電子機器アセンブリ３２４上に搭載される。回転可能な円錐台座面３１４、３１８は回転可能であり、フィールドサービス職員にとって簡便な測定値について好ましい方向に電子データディスプレイ３０３を配向する。ディスプレイ３０３の回転可能性は、電子データディスプレイが定位置に設置されて、電子データディスプレイが簡便な測定値に配向されないことがあるという問題を克服する。
【００５０】
通常、チューブ２０４Ｂ（図３〜４）は、電子機器に向かって対流する蒸気トラップからの熱を避けるために、水平配向に設置される。回路基板上に搭載された電子データディスプレイ３０３は、電子機器筐体３０２を回転させることによって、適正な測定値に配向することができる。１つの態様によると、電子データディスプレイ３０３は、電子機器アセンブリ３２４上のアンテナとの関係において電子機器アセンブリ３２４上で配向されるので、アンテナは、ディスプレイ３０３が測定値について適正に配向されるとき、発信および受信について優先的に配向される。典型的には、ディスプレイ３０３は、サービス職員が英語の文字および数字を読むために左から右へ水平に配向される。
【００５１】
図７Ａおよび７Ｂは、主アンテナローブ５０２の回転のための温度の機能として、回転に要求されるトルクを図示する。トルクは、ばねワッシャ３２０の圧縮力によって制御され、８から２２フィートポンドの範囲のトルクを提供する。１つの態様によると、回転摺動面として円錐台座面３０８、３１０、３１４、３１６の使用と組み合わせてばねワッシャ３２０によって提供される、調節可能な被制御圧縮力は、同様に調節可能な所望の被制御トルクに備える。トルク範囲（時計回りおよび反時計回り方向の両方）は、振動が主アンテナローブ５０２の方向を変えないように十分高い。トルク範囲は、（時計回りおよび反時計回り方向の両方で）主アンテナローブ５０２が手で簡単に回転できるのに十分低い。トルク範囲は、円錐台座面３０８、３１０およびばねワッシャ３２０の使用のため、摂氏−４０度から摂氏＋８０度までの温度範囲にわたって十分に安定している。
【００５２】
図８は、変換器アセンブリ、たとえば図４の変換器アセンブリ３００または図１の変換器アセンブリ５０内で使用するための回路アセンブリ７００を図示する。回路アセンブリ７００は、温度データを提供する温度センサ７０２と、および音響データを提供する音響センサ素子７０４と連結する。図１に図示された１つの実施形態によると、温度センサ７０４は外付けである。図３に図示された別の実施形態によると、温度センサ７０４は、変換器アセンブリの一部である。回路アセンブリ７００は、回路アセンブリ７００にエネルギを与えるバッテリ７０６と連結する。
【００５３】
回路アセンブリ７００は、モニタリング局７１２と連結するアンテナ７１０と通信するためのアンテナ７０８を含む。１つの態様によると、アンテナ７０８は、指向性アンテナを含む。別の態様によると、アンテナ７０８は、プリント回路基板上のプリント導体のパターンを含む。
【００５４】
回路アセンブリは、プロセッサ回路７２０を含む。１つの態様によると、プロセッサ回路７２０は、図９の論理フローチャートに関連してより詳細に下記で説明されるように意思決定する。プロセッサ回路は、通信回路７２２に決定出力を提供する。通信回路７２２は、標準的な通信プロトコルによる意思決定および格納された識別データを符号化して、アンテナ７０８を用いて意思決定および識別データを発信する。
【００５５】
意思決定のための閾値設定および回路アセンブリ７００のための識別番号は、不揮発性記憶回路７２４に格納される。１つの態様によると、不揮発性記憶回路７２４は、ＥＥＰＲＯＭメモリを含む。試運転または起動動作の一部として、モニタリング局７１２は回路アセンブリ７００に閾値設定を発信して、不揮発性記憶回路７２４に格納する。
【００５６】
図９は、図８のプロセッサ回路７２０によって実施することができる決定の例を図示する診断フローチャートを図示する。プロセスは、開始８０２で始まり、ライン８０４に沿って作用ブロック８０１へ続く。作用ブロック８０１では、任意の温度誤差補正アルゴリズムが実施される。温度誤差補正アルゴリズムの任意の完了後、プロセスは、ライン８０３に沿って決定ブロック８０６へ続く。
【００５７】
１つの実施形態によると、作用ブロック８０１の温度誤差補正アルゴリズムは、静的誤差補正ルーチンを実施する：
【数１】
0005750171.tif 000002
ただし、
ＴＰＣは、補正されたパイプ温度を表し；
ＴＷは、センサ温度を表し；
ＴＣは、回路基板温度を表し；および
Ｋは、試験によって確定される静的補正係数を表す。
別の実施形態によると、作用ブロック８０１の温度誤差補正アルゴリズムは、動的誤差補正ルーチンを実施する：
【数２】
0005750171.tif 000003
ただし、
ＴＰＣは、補正されたパイプ温度を表し；
ＴＷは、センサ温度を表し；
ＴＣは、回路基板温度を表し；
Ｋは、試験によって確定される静的補正係数を表し；
Ｍは、試験によって確定される動的補正係数を表し；および
ｄ／ｄｔは、数学的微分法を表す。
【００５８】
決定ブロック８０６では、温度データが、格納された温度閾値と比較される。温度が格納された温度閾値より高ければ、プロセスはライン８０８に沿って決定ブロック８１０へ続く。温度が格納された温度閾値より低ければ、プロセスはライン８１２に沿って決定ブロック８１４へ続く。
【００５９】
決定ブロック８１４では、音響ノイズが格納された音響ノイズ閾値より高ければ、プロセスはライン８１６に沿って作用ブロック８１８へ続く。作用ブロック８１８では、決定は、モニタリングされたデバイスが起動状態である、または空気を漏らしていると記録される。音響ノイズが格納された音響ノイズ閾値より低ければ、プロセスは、ライン８２０に沿って作用ブロック８２２へ続く。作用ブロック８２２では、決定は、モニタリングされたデバイスが引っかかっている、または動作していないと記録される。
【００６０】
決定ブロック８１０では、音響ノイズが格納された音響ノイズ閾値より高ければ、プロセスはライン８３０に沿って作用ブロック８３２へ続く。作用ブロック８３２では、決定は、モニタリングされたデバイスが蒸気を漏らしていると記録される。音響ノイズが格納された音響ノイズ閾値より低ければ、プロセスは、ライン８３４に沿って作用ブロック８３６へ続く。作用ブロック８３６では、決定は、モニタリングされたデバイスが正常に動作していると記録される。
【００６１】
作用ブロック８４０では、ブロック８１８、８２２、８３２、または８３６のうちの１つから、もっとも最近の決定が通信回路に発信され、識別番号を伴って無線発信される。発信後、プロセスはライン８４２に沿って作用ブロック８４４へ続く。作用ブロック８４４では、決定ブロック８３２、８３６、８１８、８２２はリセットされて、プロセスは開始８０２に戻る。
【００６２】
図１０は、回転可能な音響カプラ９００代替実施形態を図示する。回転可能な音響カプラ９００は、中央シャフト９０２およびソケット９０４を含む。中央シャフト９０２は、音響センサ素子９０８と音響的に連結された第１シャフト端９０６を有する。中央シャフト９０２は、ソケット９０４と連結された第２シャフト端９１０を有する。第１シャフト端９０６とソケット９０４との間の中央シャフトの長さは、中央シャフト９０２とソケット９０４との間の小さいずれを認めるように中央シャフト９０２の屈曲を許容するのに十分長い。ソケット９０４は、小さいずれを認めるようにテーパされた開口９１２を有する。
【００６３】
１つの実施形態によると、ソケット９０４は、保持リング９１６、９１８によってチューブ９１４内の適所に保たれる。別の実施形態によると、ソケット９０４のテーパされた開口９１２は、中央シャフト９０２と締まりばめされるように先細りする。ソケット９０４は中央シャフト９０２と接触して、チューブ９１４と中央シャフト９０２との間に音響結合を提供する。１つの態様によると、ソケット９０４は弾性材料で形成され、接触を提供する。別の態様によると、ソケット９０４は、アメリカ合衆国カリフォルニア州９２８３１、フラートンのProfessional Plastics Inc.から入手可能な、熱安定化された種類の６ポリアミドで形成される。中央シャフト９０２とソケット９０４との間の把持継ぎ目は、回転可能である。
【００６４】
１つの態様によると、ソケット９０４は、温度センサの電気リード線９２２がそこを経由して通ることができる、１つ以上の半径方向の開口９２０を含む。
【００６５】
図１１Ａは、誤差補正ルーチンを使用しない例示的温度誤差のグラフを図示する。図１１Ａのグラフに図示するように、非補償型の静的温度誤差は、断熱を使用しないでおよそ摂氏１２度、断熱を使用しておよそ摂氏７度である。非補償型の動的温度誤差は、断熱を使用しないでおよそ１４度、断熱を使用して７度までの範囲である。
【００６６】
図１１Ｂは、静的誤差補正ルーチンを用いた例示的温度誤差のグラフを図示する。図１１Ｂのグラフに図示するように、静的補償型静的温度誤差は、断熱を使用しないでおよそ摂氏３度、断熱を使用しておよそ摂氏−２度である。静的補償型動的温度誤差は、断熱を使用しないでおよそ１２度、断熱を使用して−２度までの範囲である。
【００６７】
図１１Ｃは、動的誤差補正ルーチンを用いた温度誤差のグラフを図示する。図１１Ｃのグラフに図示するように、動的補償型静的温度誤差は、断熱を使用しないでおよそ摂氏２度、断熱を使用しておよそ摂氏−２．５度である。動的補償型動的温度誤差は、断熱を使用しないでおよそ−２度、断熱を使用して−２．５度までの範囲である。
【００６８】
図１１Ａ、Ｂ、Ｃのデータは、静的および動的補償が温度測定誤差を著しく低減できることを図示する。１つの態様によると、温度補償は、設置場所でサービス職員によって調節可能であり、設置において断熱の使用または不使用に適合させる。
【００６９】
図１２は、作動可能な制御バルブ９６０の排出口と連結された変換器アセンブリ９５０を図示する。制御バルブ９６０は、弁座９６１、および、弁座９６１に対して可動である弁体９６２を含む。１つの実施形態によると、制御バルブ９６０は名目上閉鎖されているが、弁座９６１と弁体９６２との間の密閉を越えて漏れがあるとき、変換器アセンブリ９５０によって感知および診断された漏れによって、音響ノイズが生成される。別の実施形態によると、制御バルブ９６０は正常に液体が流れているが、バルブが空気で充填され空気がバルブ９６０を通って流れているとき、空気の流れによって音響ノイズが生成され、変換器アセンブリ９５０によって感知および診断される。
【００７０】
図１３は、流量絞り９８１を含む流量制御機構９８０に搭載された変換器アセンブリ９７０を図示する。１つの態様によると、プロセス冷却システムの高圧側は、図示のとおり毛細管を含む流量絞り９８１に液体冷媒９８４を提供する。液体冷媒９８４が流量絞り９８１に沿ってプロセス冷却システムの低圧側９８６に向かって流れるにつれて、液体冷媒９８４の圧力は落ち、冷媒は、流量絞り９８１から低圧側９８６の中へ出て行きながら気体に蒸発して、冷却を提供する。プロセス冷却システムが冷媒を漏らし、液体の代わりに気体が流量絞り９８１を通って流れる場合には、音響ノイズが生成される。１つの態様によると、変換器アセンブリ９７０は付随する音響ノイズを感知して、冷媒の損失を診断する。別の態様によると、流量制限器９８１が塞がっている場合には、液体の流れに付随する正常なノイズが失われ、変換器アセンブリ９７０は流量絞り９８１の塞がりを診断する。
【００７１】
図１〜１３に示したさまざまな態様は、適切に組み合わせることができる。１つの実施形態によると、音響センサ２０２は、図示のとおり、ばね２０４Ａに対向する圧電結晶円盤の力感知面を持つ金属缶に搭載された圧電結晶円盤を含む圧電素子を含む。圧電結晶円盤はダイヤフラムとして作用し、ばね２０４Ａ、周囲の空気、または両方から音を受信する。ばね２０４Ａの圧縮は、ばね２０４Ａと圧電結晶円盤との間の接触を維持する。音響センサ２０２およびばね２０４Ａは、音響信号のフィルタリングを提供する。１つの実施形態によると、電子機器アセンブリ３２４内の回路は、ばね２０４Ａおよび音響センサ２０２によって提供されるフィルタリングの共振周波数範囲に同調される。図２〜４にはコイルばねが図示されているが、当業者には、その他の形状、たとえば図１０に示すシャフトが音響信号を伝導して音響センサ素子との接触を維持するのに用いられることが理解されるだろう。
【００７２】
本発明の様々な実施形態の多数の態様が上述の説明で明記されてきたが、本開示は説明にすぎず、本発明の範囲および精神から逸脱しない範囲で、形態および詳細に変更を加えてもよいことが理解されるだろう。本発明は、本明細書で示された具体的な変換器アセンブリに限定されず、その他の変換器アセンブリと同様にその他の圧力容器にも適用可能である。
【図１】
0005750171.tif 000004
【図２】
0005750171.tif 000005
【図３】
0005750171.tif 000006
【図４】
0005750171.tif 000007
【図５Ａ】
0005750171.tif 000008
【図５Ｂ】
0005750171.tif 000009
【図６】
0005750171.tif 000010
【図７Ａ】
0005750171.tif 000011
【図７Ｂ】
0005750171.tif 000012
【図８】
0005750171.tif 000013
【図９】
0005750171.tif 000014
【図１０】
0005750171.tif 000015
【図１１Ａ】
0005750171.tif 000016
【図１１Ｂ】
0005750171.tif 000017
【図１１Ｃ】
0005750171.tif 000018
【図１２】
0005750171.tif 000019
【図１３】
0005750171.tif 000020