(57)【要約】工業プロセス制御システム（１０）において使用するトランスミッタ（１２）は、プロセス流体に結合するように構成されるプロセス結合装置（７５）を含む。センサハウジング（１００）は、プロセス流体と流通する、内部に形成されたキャビティ（１０２）を有する。キャビティ内のダイヤフラム（１０４）は、プロセス流体からキャビティの一部分（１０８）を隔離し、プロセス流体によって加えられる圧力に応じて動く。キャビティ（１０２）の隔離された部分（１０８）にある第１電極（１２０）は、第１容量部をダイヤフラム（１０４）と形成するように構成され、キャビティの隔離された部分（１０８）にある第２電極（１２２）は、第２容量部をダイヤフラム（１０４）と形成するように構成される。第１および第２容量部に結合する測定回路（７４）は、第１容量部および第２容量部の少なくとも一方に基づくプロセス流体の圧力Ｐを測定する。測定回路（７４）は、さらに、第１容量部および第２容量部の少なくとも一方に基づくプロセス流体内の振動（７０）を測定するように構成される。
2011501288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス流体に結合するように構成されるプロセス結合装置と、
内部に形成されたキャビティを有するセンサハウジングであって、プロセス結合装置を経由してプロセス流体と流通するセンサハウジングキャビティと、
プロセス流体からキャビティの一部分を隔離し、プロセス流体によって加えられる圧力に応じて動くように構成されるキャビティ内のダイヤフラムと、
第１容量部をダイヤフラムと形成するように構成される、キャビティの隔離された部分にある第１電極と、
第２容量部をダイヤフラムと形成するように構成される、キャビティの隔離された部分にある第２電極と、
第１容量部および第２容量部の少なくとも一方に基づくプロセス流体の圧力を測定するように構成される、第１および第２容量部に結合する測定回路であって、さらに、第１容量部および第２容量部の少なくとも一方に基づくプロセス流体内の振動を測定するように構成される測定回路と
を含む、工業プロセス制御システムにおいて使用するトランスミッタ。
【請求項２】
振動がプロセス構成要素を経由して伝送される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
プロセス構成要素の故障に関連する診断出力を含む、請求項１記載の装置。
【請求項４】
プロセス構成要素の性能の劣化に関連する診断出力を含む、請求項１記載の装置。
【請求項５】
プロセス構成要素の発生しようとする故障に関連する診断出力を含む、請求項１記載の装置。
【請求項６】
感知された振動の比較に基づく診断出力を含む、請求項１記載の装置。
【請求項７】
測定回路に結合される温度センサを含み、測定回路が測定温度に基づいて測定値を補償する、請求項１記載の装置。
【請求項８】
温度センサがセンサハウジングに搭載される、請求項７記載の装置。
【請求項９】
第１および電極の少なくとも一方が外側環状電極を含む、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
第１および電極の少なくとも一方が中央電極を含む、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
隔離されたキャビティ内の充填流体を含む、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
ダイヤフラムがプロセス流体と接触するように構成される、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
ダイヤフラムがプロセス流体から流体的に隔離される、請求項１記載の装置。
【請求項１４】
第１および第２電極が、キャビティの隔離された部分の壁面に隣接して取り付けられる、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
内部に形成されたキャビティを有するセンサハウジングをプロセスのプロセス流体に流体的に結合することと、
プロセス流体によって加えられる圧力に応じて動き、キャビティにプロセス流体から隔離された部分を形成し、キャビティ内で可動するダイヤフラムを供給することと、
ダイヤフラムと第１電極との間の電気容量における変化を感知することと、
ダイヤフラムと第２電極との間の電気容量における変化を感知することと、
感知された容量における変化に基づいて圧力を判定することと、
電気容量における変化に基づいてプロセス流体における振動を感知することと
を含む、工業プロセス内のパラメータを測定する方法。
【請求項１６】
２線式プロセス制御ループ上で通信することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
振動がプロセス構成要素を経由して伝送される、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
プロセス構成要素の故障に関連する診断出力を供給することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
プロセス構成要素の性能の劣化に関連する診断出力を供給することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
プロセス構成要素の発生しようとする故障に関連する診断出力を供給することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
感知された振動の比較に基づいて診断出力を供給することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２２】
測定された温度に基づいて測定を補償することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２３】
キャビティ内に充填流体を配置することを含む、請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業プロセスに用いる機器の診断に関するものである。より具体的には、本発明は、診断を行うための振動の使用に関するものである。
【０００２】
プロセス装置は、工業プロセス制御システムにおいて用いられ、プロセスを制御、測定、または監視する。制御装置は、プロセスを制御するために用いられるプロセス装置であり、ポンプ、バルブ、アクチュエータ、ソレノイド、モータ、ミキサ、撹拌機、ブレーカ、破砕機、ローラ、ミル、ボールミル、混練機、混合機、フィルタ、サイクロン、遠心分離機、タワー、乾燥機、コンベヤ、セパレータ、エレベータ、ホイスト、加熱器、冷却器、またはその他を含む。バルブコントローラは、プロセス流体の流れを制御するために用いられるバルブに結合するバルブアクチュエータを含む。ポンプコントローラは、ポンプに結合するモータコントローラまたはアクチュエータを含む。その他のプロセス装置は、物理的パラメータ、たとえば圧力、温度、流れなどを測定できるトランスミッタを含む。プロセス装置の診断は、故障したプロセス装置の識別、又は装置若しくは他のプロセス構成要素における発生しようとする故障の予測に用いることができる。
【０００３】
プロセス機器、たとえばプロセス配管の振動は工業プロセスにとって破壊的であり、結果として、配管、計装、その他の工業プラントの構成要素を破損させ得る。たとえば、プロセスの通常動作の間に、さまざまな源から振動が起こる。振動は、このプロセスに用いられる構成要素に伝送される。長期間にわたって、これらの振動は、構成要素の性能の劣化、および構成要素の最終的な故障を生じさせ得る。
【０００４】
振動の感知は、プロセス装置を診断するために用いられる公知の方法である。振動センサ、たとえばプロセス装置上に直接設置される加速度計は、その装置によって生成される振動ノイズ信号を感知するために用いることができる。振動は、実際のまたは発生しようとする故障あるいは性能の低下を示す、振幅閾値を超える、または、異常な周波数を有するものを識別することによって、隔離され評価される。たとえば、センサは、プロセス装置に付随するポンプ若しくはモータハウジング、又は放出バルブ若しくはフランジ上に設置される。他の公知の診断方法は、オペレータが制御装置からの異常音を聞き取る手作業の検査である。
【０００５】
有害な振動を検出することで、最終的な故障の前にダメージを受けたプロセス機器を交換することを可能にできる。同様に、機器の動作における異常を検出する、または機器の構成要素における劣化を補償するために、振動を用いることができる。工業プロセス制御における診断技法の改善、ならびに、故障した構成要素および劣化したかまたは故障しつつある構成要素を検出するための監視に対しては、継続的な要望がある。このような技法の一つが、米国特許第６，６０１，００５号、２００３年７月２９日発行、および発明の名称PROCESS DEVICE DIAGNOSTICS USING PROCESS VARIABLE SENSOR SIGNALに示され、参照により、本明細書に組み入れられる。
【発明の概要】
【０００６】
工業プロセス制御システムにおいて使用するトランスミッタは、プロセス流体に結合するように構成されるプロセス結合装置を含む。センサハウジングは、プロセス結合装置を経由してプロセス流体と流通する、内部に形成されたキャビティを有する。キャビティ内のダイヤフラムは、プロセス流体からキャビティの一部分を隔離するように、およびプロセス流体によって加えられる圧力に応じて動くように構成される。キャビティの隔離された部分にある第１電極は、第１容量部をダイヤフラムと形成するように構成される。キャビティの隔離された部分にある第２電極は、第２容量部をダイヤフラムと形成するように構成される。測定回路は、第１容量部および第２容量部の少なくとも一方に基づくプロセス流体の管路の圧力を測定する。測定回路は、また、第１容量部および第２容量部の少なくとも一方に基づくプロセス流体内の振動を測定する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】工業プロセスシステムの概略図である。
【図２】本発明の振動センサを含むプロセストランスミッタの斜視図である。
【図３】図２の振動センサの断面図である。
【図４】図２の圧力トランスミッタの回路を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、単一のセンサを用いて、プロセス管路の圧力を測定、およびプロセス流体内の振動を測定するための技法を提供する。このセンサは、いくつかの構成において、プロセス流体と直接接触できるダイヤフラムを含む。このダイヤフラムは撓んでプロセス流体によって加えられる圧力に反応し、ダイヤフラムの後ろのキャビティ内の空間に変化を生じさせる。この変化は、ダイヤフラムとキャビティの壁面との間の電気容量における変化を用いて測定できる。これは、プロセス流体内の任意の振動信号の管路の圧力および周波数を判定するために用いられる。
【０００９】
本発明は、故障を検出する、あるいは、故障または性能低下が起こる前に、プロセス装置またはプロセス構成要素の故障または性能低下、を予測する診断技法を提供する。本発明によって、プロセスおよび／またはプロセス装置内の振動が監視される。振動は、プロセス装置またはプロセス構成要素の故障、発生しようとする故障、または性能低下を予測するために用いられ、検出される。
【００１０】
図１は、プロセス配管１６に接続されるトランスミッタ１２を含むプロセス制御システム１０の図である。後述するように、トランスミッタ１２はプロセス装置の一種であり、本発明は任意のプロセス装置に適用可能である。トランスミッタ１２は、フィールドバス（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）、プロフィバス（Ｐｒｏｆｉｂｕｓ）またはＨＡＲＴ（登録商標）規格に従って動作する２線式プロセス制御ループ１８に結合される。しかしながら、本発明はこれらの規格または２線式の構成に限定されない。たとえば、トランスミッタは、さまざまな無線規格に従って動作してもよい。２線式プロセス制御ループ１８は、トランスミッタ１２と制御室２０との間に敷設される。ループ１８がＨＡＲＴ（登録商標）プロトコルに従って動作する実施形態において、ループ１８は感知されたプロセス変数を表す電流Ｉを伝送できる。加えて、ＨＡＲＴ（登録商標）プロトコルは、デジタル情報がトランスミッタ１２と送受信できるように、ループ１８を経由して電流にデジタル信号が重畳されることを可能にする。フィールドバス規格に従って動作する場合、ループ１８は、デジタル信号を伝送し、複数のフィールド装置、たとえば他のトランスミッタに結合され得る。
【００１１】
本発明は、プロセス制御環境において用いられる任意のプロセス装置に適用可能である。一般的に、プロセス装置、たとえば図１に示されているトランスミッタ１２はプロセス変数を測定、監視、または制御するために用いられる。
【００１２】
通常、プロセス変数は、プロセス内で制御されている一次変数である。本明細書で用いられるプロセス変数は、プロセスの状態、たとえば圧力、流れ、温度、製品レベル、ｐＨ、濁度、振動、位置、モータ電流、プロセスの任意の他の特性などを示す任意の変数を意味する。制御信号は、プロセスを制御するために用いられる任意の信号（プロセス変数以外）を意味する。たとえば、制御信号は、所望のプロセス変数値（すなわち設定点）、たとえば所望の温度、圧力、流れ、製品レベル、ｐＨまたは濁度などを意味し、コントローラによって調節されるかまたはプロセスを制御するために用いられる。加えて、制御信号は、較正値、警告、警告状態、バルブ位置などの制御要素に供給される信号、バルブアクチュエータに供給される信号、加熱要素に供給されるエネルギレベル、ソレノイドオン／オフ信号など、またはプロセスの制御に関する任意の他の信号を意味する。本明細書で用いられる診断信号は、プロセス制御ループ内の装置および要素の動作に関連する情報を含むが、プロセス変数または制御信号を含まない。たとえば、診断信号は、バルブステム位置、加えられたトルクまたは力、アクチュエータ圧力、バルブを作動させるために用いられる加圧ガスの圧力、電圧、電流、電力、抵抗、容量、インダクタンス、装置温度、固着、摩擦、フルオンおよびオフ位置、移動量、周波数、振幅、スペクトルおよびスペクトル成分、剛性、電界または磁界強度、期間、強さ、動き、電動機逆起電力、モータ電流、ループ関連パラメータ（たとえば制御ループ抵抗、電圧、または電流）またはシステムにおいて検出または測定することがある任意の他のパラメータを含む。さらに、プロセス信号は、プロセスまたはプロセス内の要素、たとえばプロセス変数、制御信号、または診断信号などに関連する任意の信号を意味する。プロセス装置は、プロセス制御ループの一部を形成、またはプロセス制御ループに結合し、プロセスの制御または監視に用いられる任意の装置を含む。
【００１３】
上述のように、図１は、プロセス流体を伝送するプロセス配管１６およびループ電流Ｉを伝送する２線式プロセス制御ループ１８を含むプロセス制御システム１０の例を示す図である。トランスミッタ１２、ループ内の最終制御要素たとえばアクチュエータ、バルブ、ポンプ、モータ、またはソレノイド、通信機２６に結合するコントローラ２２、および制御室２０はすべて、プロセス制御ループ１８に結合される。ループ１８は一つの構成として示されるもので、任意の適切なプロセス制御ループ、たとえば４−２０ｍＡループ、２線、３線または４線式ループ、マルチドロップループ、およびＨＡＲＴ（登録商標）、フィールドバスまたは他のデジタルまたはアナログ通信プロトコルに従って動作するループを用いてよいことが理解されよう。動作中、トランスミッタ１２は、センサ２１を用いてプロセス変数、たとえば流れを感知し、感知されたプロセス変数をループ１８を介して伝送する。プロセス変数は、コントローラ／バルブアクチュエータ２２、通信機２６および／または制御室機器２０によって受信できる。コントローラ２２はバルブ２４に結合して示され、バルブ２４を調節することによってプロセスを制御でき、それによって配管１６内の流れを変化させる。コントローラ２２は、たとえば制御室２０、トランスミッタ１２、または通信機２６からループ１８を介して制御入力を受信し、それに応じてバルブ２４を調節する。他の実施形態において、コントローラ２２内部で、ループ１８を介して受信されるプロセス信号に基づいて制御信号が生成される。通信機２６は、図１に示されている携帯型通信機であってもよく、または、プロセスを監視して計算を行う恒久的に搭載されたプロセスユニットであってもよい。プロセス装置は、たとえば図１に示されているトランスミッタ１２（たとえば、Minnesota州ChanhassenのRosemount Inc.から入手可能な3051Sトランスミッタ）、コントローラ２２、通信機２６、および制御室２０を含む。他の種類のプロセス装置は、ＰＣ、プログラマブル論理ユニット（ＰＬＣ）、または、適切なＩ／Ｏ回路を用いてループに結合され、ループ上の監視、管理および／または伝送を可能にする他のコンピュータである。
【００１４】
図１に示される任意のプロセス装置１２、２０、２２、または２６は、本発明によれば、振動測定センサを含んでよい。しかしながら、このようなセンサは、通常トランスミッタ１２に組み込まれる。
【００１５】
工業プロセス、たとえばプロセス配管１６に物理的に結合する、図１に示される任意のプロセス装置は、本発明によれば、振動を感知するセンサを含むことができる。プロセス動作の間に、振動が起こりプロセス構成要素に伝送される。汎用プロセス構成要素２９が図１に図示されており、プロセス動作からの振動を受信または生成する任意の物理的要素を含むことができる。構成要素２９は、診断を行うプロセス装置内の構成要素を含むことができる。振動は、さまざまな源、たとえばモータ、キャビテーション、または流体運動、アクチュエータなどからであり得る。振動は、矢印３０によって図示されるプロセス構成要素に沿って物理的に伝送される。これらの振動は、プロセス構成要素２９の劣化および最終的な故障を生じさせ得る。プロセス構成要素２９は、工業プロセス１０に結合する任意の構成要素であることができる。プロセス構成要素の例は、プロセス配管、バルブ、ポンプ、センサ、トランスミッタ、電気的機器、機械的機器、制御要素、導管、タンク、アクチュエータ、撹拌機、あるいは他の構成要素または装置を含む。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、プロセス装置、たとえばトランスミッタ１２は、工業プロセス内で起こる振動を感知するように構成された振動センサを含む。トランスミッタ１２内、または離れた場所にある診断回路は、その感知された振動を監視することができ、プロセス構成要素２９の故障または発生しようとする故障または性能の劣化を診断するために用いることができる。構成要素２９は、いくつかの実施形態において、診断を行うプロセス装置の構成要素を含むことができる。その他の実施形態においては、構成要素２９は、診断を行う装置から物理的に分離されている。トランスミッタ１２によって、たとえば２線式プロセス制御ループ１８を介して制御室２０に出力を供給することができ、これによりプロセス構成要素２９の故障または発生しようとする故障の表示を供給する。この情報を用いて、オペレータは故障した構成要素２９を修理または交換するか、あるいは最終的な故障の前に構成要素２９を修理または交換することができる。これにより、プロセス１０の任意の保守を、予定された時間で行うことが可能になる。このことは、構成要素２９の修理または交換のためにプロセス１０をシャットダウンする必要がある場合、特に有利となり得る。さらに、いくつかの構成要素は、壊滅的、または他の構成要素に破損を生じさせるように故障するか、あるいは環境に対して安全でない製品の放出を生じさせる可能性がある。近い将来構成要素２９が故障するかもしれないことの表示を供給するか、または最終的な故障時を予測することによって、最終的な故障の前に構成要素２９を修理または交換することができる。
【００１７】
図２は、プロセス結合装置７５を経由してプロセス配管１６に結合されたプロセストランスミッタ１２を示す図である。振動７０は、工業用プロセスを通して伝わることが示されている。たとえば、振動７０は、プロセス配管１６、配管１６内のプロセス流体、または他の物理的結合装置によって、トランスミッタ１２に伝送されることができる。プロセス結合装置７５は、任意の種類の結合装置、たとえばフランジ、配管などであることができる。プロセス結合装置の他の種類の例は、本出願と同一出願人にアサインされ、全体を本明細書に組み入れる、同時継続中の出願第１１／３６４，８７７号、２００６年２月２８日出願、発明の名称PROCESS CONNECTION FOR PROCESS DIAGNOSTICS、発明者Robert C. HedtkeおよびDavid A. Brodenに示されている。
【００１８】
トランスミッタ１２は、本発明によれば、圧力センサ７２を含む。センサ７２は、管路の圧力またはゲージ圧力であってよいプロセス流体からの圧力Ｐを測定するように構成される。センサ７２は、プロセス変数信号７７をＩ／Ｏ回路７６に、および振動信号７９を診断回路８２に供給する測定回路７４に結合する。Ｉ／Ｏ回路７６は、プロセス制御ループ１８を介して、感知されたプロセス変数に関連する情報を伝送するように構成される。いくつかの実施形態において、Ｉ／Ｏ回路７６は、トランスミッタ１２の回路および構成要素に完全に電力供給するために用いられるプロセス制御ループ１８を経由して、電力を受信することもできる。
【００１９】
センサ７２は、さらに、振動８０を感知し、振動センサ信号７９を診断回路８２に供給するように構成される。信号７９は、直接に回路８２に供給でき、または図２に図示されるように、それにより感知された測定回路７４を経由して供給でき、プロセス構成要素２９の故障または発生しようとする故障の表示を供給するＩ／Ｏ回路７６を介して出力を供給する。
【００２０】
プロセス配管１６およびプロセス機器内の振動７０は、工業プロセス１０にとって破壊的であり、結果として、プロセス配管１６、計装、およびその他のプラント構成要素の破損をもたらすことができる。プロセストランスミッタ１２は、振動の監視ならびに潜在的な破損の検出および予測をする内蔵された性能を提供する。有害な振動を検出することによって、トランスミッタ１２は、破損したプロセス装置またはその他の機器を交換する必要性を防止できる。プラントの健全性および安全性も、プロセスの抑制をもたらす壊れた配管または他の機器への破損によるプロセスの漏れを防止することによって維持できる。
【００２１】
いくつかの実施形態において、本発明の振動診断は、装置を交換または修理する時間が引き続きある間に、測定器または制御器の発生しようとする損失を予測することによって、プラントのダウンタイムを回避または低減できる。振動情報は、他の装置に提供することもできる。データ圧縮アルゴリズムは、そのような伝送に用いることができる。診断表示は、２線式プロセス制御ループ１８上に提供することができる。たとえば、ループ１８を介して、ＨＡＲＴ（登録商標）ステータス、またはその他のアラートを伝送することができる。このようなアラートは、感知された振動が予め定義された閾値振幅を超える場合、制御室２０に提供することができる。振動診断アラートは、たとえば、瞬間的な振動が閾値レベルを超える場合、または、累積的な振動が閾値を超えた場合、引き起こされる可能性がある。その累積は、センサの寿命、寿命の一部（ウィンドウ）、またはピークの累積、あるいは他の振動サインにわたっていることができる。振動における傾向または具体的な振動サインは、診断にも用いることができる。本発明の振動診断はプロセス装置に一体化可能なので、追加の診断装置は不要である。この振動に基づく診断の構成は、工業プロセスで用いられる既存プロセス情報システムに容易に一体化可能である。
【００２２】
Ｉ／Ｏ回路７６、測定回路７４、および診断回路８２は図２において別々の構成要素として示されているが、これらの回路ブロックは共用の回路および／またはソフトウェアに組み込まれることができる。たとえば、これらの機能の多くが、デジタルプロセッサに組み込み可能である。感知された振動または累積的に感知された振動を規定閾値と比較することに加えて、診断回路８２によって他の診断技法を採用できる。たとえば、Ｉｆ／Ｔｈｅｎルールを用いてエキスパートシステムを組み込むことができる。診断は、感知された振動の周波数スペクトルに基づくことができる。複雑な処理、たとえばニューラルネットワーク、ファジー論理などを採用することができる。
【００２３】
図３は本発明の実施形態の一例による圧力センサ７２の側面断面図である。圧力センサ７２は、その内部に形成されたキャビティ１０２を有する圧力センサ本体１００を含む。柔軟なダイヤフラム１０４がキャビティ１０２に広がり、キャビティを第１キャビティ部１０６および第２キャビティ部１０８に分割する。キャビティ部１０６は、いくつかの構成において、プロセス流体にさらされ、また、そうでなければプロセス流体の圧力に関連する圧力を受ける。この接続は、図２に示されるプロセス結合装置７５を経由する。キャビティ部１０８は、充填用接続部１１０を経由して絶縁流体で充填される。外側電極１２０および内側電極１２２は、キャビティ部１０８の壁面上に位置する。電極１２０は、電極１２０とダイヤフラム１０４との間に外側電気コンデンサを形成する。同様に、内側電極１２２は、電極１２２とダイヤフラム１０４との間に内側電気コンデンサを形成する。電気接続１２６および１２８は、電極１２０および１２２をそれぞれ図２に示される測定回路７４に結合する。
【００２４】
プロセス流体からの圧力がダイヤフラム１０４に加えられると、ダイヤフラム１０４は電極１２０および１２２に対して動く。これは、内側の容量および外側の容量にしかるべく変化を生じさせる。圧力センサ７２は、管路の圧力を測定するように配置される。圧力センサ７２は、２００１年１０月２日にRoger L. Frick、Stanley E. Rud, Jr.、およびDavid A. Brodenに発行され、本出願と同一出願人にアサインされ、全体を本明細書に組み入れる米国特許第６，２９５，８７５号、発明の名称PROCESS PRESSURE MEASUREMENT DEVICES WITH IMPROVED ERROR COMPENSATIONで述べられている差圧に関する技法に従って動作する。
【００２５】
動作中、ダイヤフラム１０４は管路の圧力に応じて撓む。加えて、ダイヤフラム１０４は、工業プロセス内を伝送される振動の周波数に関連する周波数で撓む。管路の圧力および振動信号の値は、電極１２２および１２０によってそれぞれ形成される内側の容量および外側の容量を測定することによって測定できる。センサ７２は、任意の適切な技法に従って動作可能である。しかしながら、一つの構成において、内側電極１２２はキャビティ１０８の中央近くに位置し、その一方で、外側電極１２０は一般的にキャビティ１０８を取り囲むリングを含む。ダイヤフラム１０４は、予め張力を受けたアイソレータを含むことができ、これはキャビティ１０２を横断して溶接またあるいは接着される。油または他の流体は、ポート１１０を経由してキャビティ部１０８に注入できる。油の充填は、圧力ヒステリシスを低減するために用いることができる。ポート１１０は、圧着、溶接などを用いて密封できる。この構成は、ダイヤフラム１０４が内壁キャビティ１０８を越えて撓むのを防止することによって、過圧保護を提供する。キャビティ１０８の充填に用いられる充填流体は実質的に非圧縮性であり得るので、それによってダイヤフラム１０４の運動が限定される。しかしながら、ダイヤフラム１０４の剛性は、所望の感度を実現するために選択でき、充填流体の圧縮率に基づいて影響も受ける。
【００２６】
ダイヤフラム１０４の撓みと加えられる圧力および振動との関係は、温度による可能性を有する。このような構成において、温度センサ１３０は、圧力センサ７２に搭載でき、測定を補償するために用いることができる。センサ１３０は、温度信号を回路７４に供給して温度補償に使用することができる。
【００２７】
図４は、トランスミッタ１２のブロック図である。トランスミッタ１２は、端子２４４においてループ１８に結合するＩ／Ｏ回路７６を含む。Ｉ／Ｏ回路７６は、当技術分野において公知の、予め選択された入力および出力インピーダンスを有して、適切な通信を容易にする。トランスミッタ１２は、Ｉ／Ｏ回路７６に結合するマイクロプロセッサ２４６、マイクロプロセッサ２４６に結合するメモリ２４８、およびマイクロプロセッサ２４６に結合するクロック２５０を含む。センサ７２は、センサ出力をデジタル変換器への容量値として供給する。補償回路２６２は、デジタル化された信号を補償し、デジタル化されたプロセス変数信号をマイクロプロセッサ２４６に供給する。センサ７２によって供給されるセンサ出力は、電極１２０および電極１２２からの出力を含み、デジタル変換器２６０への容量値は、マイクロプロセッサ２４６で使用するために両方の信号をデジタル形式に変換する。図４は、温度に関連する出力をアナログ／デジタル変換器２６１に供給する温度センサ１３０も示している。アナログ／デジタル変換器は、センサ７２の温度に関連するデジタル信号をマイクロプロセッサ２４６に供給する。一実施形態において、Ｉ／Ｏ回路７６は、ループ１８から受けた電力を用いて、トランスミッタ１２内の他の回路に完全に電力供給するために用いられる電力出力を供給する。
【００２８】
マイクロプロセッサ２４６は、感知された振動の監視、および、プロセス構成要素の故障または発生しようとする故障の表示の提供が可能である。たとえば、マイクロプロセッサは、感知された振動をベースライン値または基準値と比較することができる。この情報はメモリ２４８に保存できる。ベースラインおよび基準値は、プロセスの動作モードまたは他の要因に基づいて変更できる。ベースラインは、特定の周波数スペクトルまたはサインであることができ、プロセス動作の観察履歴に基づくことができる。さらに、マイクロプロセッサ２４６によって行われる診断は、感知された振動の傾向に基づくことができる。たとえば、感知された振動における、突発的または経時的な時間超過、あるいは周期的なスパイクもしくは他の異常の増大は、プロセス構成要素の故障または発生しようとする故障として表示できる。同様に、感知された振動が突発的にスパイクした場合、マイクロプロセッサ２４６は、プロセス構成要素２９が故障するかまたは故障したかもしれないことを示す診断出力を供給できる。これらの値、傾向またはトレーニングプロファイルも、メモリ２４８に保存することができる。診断は、単純な比較またはより複雑な数学的技法、たとえば測定値の平均値または丸め平均値の観察、ファジー論理技法、ニューラルネットワーク技法、または一連の規則および／または閾値比較に基づくエキスパートシステム技法に基づくことができる。さまざまな実施形態において、予測診断を提供することができる本発明の機能は、修理要員に、最終的な故障の前にプロセス構成要素を補修するための時間を提供するので有利であり得る。
【００２９】
本発明の診断出力は、出力信号を供給するか、オペレータに視覚的な表示を提供するか、あるいは制御室への伝送用の通信信号提供するか、または他の診断報知に用いることができる。
【００３０】
上述のように、診断は、感知された振動を採用するさまざまな技法に基づくことができる。たとえば、診断は、一定期間にわたる振動の傾向を利用することができる。この情報は、ベアリングまたはポンプ部品の磨耗と関連付けるのに用いることができる。プロセス構成要素がさらされた振動の累積的な測定を提供するのに用いることもでき、発生しようとする故障の対象になるプロセス配管、または機械的接続、たとえば搭載用ハードウェアまたはブラケット、を予測するために用いることができる。加えて、診断回路は、振動信号を、工業用プロセスの動作中に起こるさまざまな工程または出来事と関連付けるのに用いることができる。たとえば、活動的な化学反応は、特定の振動サインを有する場合がある。いくつかの実施形態においては、振動センサの較正または特性評価が行われる場合、たとえばよくなる傾向、悪くなる傾向、または変わらない、といった振動の単純な相対的測定値で十分なことがある。振動の絶対的測定値は、診断を行うのに利用することもできる。
【００３１】
さまざまな構成において、電極１２０からの容量値または電極１２２からの容量値のいずれかを、プロセス流体から受信する振動信号の測定に用いることができる。さらに、いくつかの構成においては、両方の電極が振動測定を行うのに用いられる。同様に、管路の圧力またはゲージ圧力測定値を取得するのに、電極１２０および１２２のいずれかまたは両方を採用することができる。上記に示される構成において、測定値は充填流体の誘電率に影響される。これにより、温度センサ１３０を用いて補償できる充填流体の温度に基づく変動性を導入できる。さまざまな構成において用いられるセンサは、トランスミッタ１２の回路から直流的に絶縁できる。一つの構成において、中央の電極１２２が管路またはゲージの圧力の測定に用いられ、その一方で、外側電極１２０が振動の測定に用いられる。
【００３２】
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、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、形状および詳細に変更を加えてもよいことが認識されよう。プロセス結合装置は、振動を振動センサに伝送できる任意の種類の結合装置であることができる。プロセス結合装置は、振動センサをプロセス装置に直接に搭載する結合装置を含む。振動は、プロセス接続、搭載用の配置、配線システムなどを経由して受信可能である。いくつかの実施形態において、本発明は任意の種類のプロセス装置として具体化できる。一実施形態において、振動診断をプロセス装置に一体化することによって、追加の診断装置が不要になる。そのプロセス装置はそれ自体で診断を行うことができ、言い換えると、構成要素２９（図１参照）は、振動を受信しおよび／または診断を行う装置の構成要素であることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年5月19日(2010.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス流体に結合するように構成されるプロセス結合装置と、
内部に形成されたキャビティを有するセンサハウジングであって、プロセス結合装置を経由してプロセス流体と流通するセンサハウジングキャビティと、
プロセス流体からキャビティの一部分を隔離し、プロセス流体によって加えられる圧力に応じて動くように構成されるキャビティ内のダイヤフラムと、
第１容量部をダイヤフラムと形成するように構成される、キャビティの隔離された部分にある第１電極と、
第２容量部をダイヤフラムと形成するように構成される、キャビティの隔離された部分にある第２電極と、
第１容量部および第２容量部の少なくとも一方に基づくプロセス流体の圧力を測定するように構成される、第１および第２容量部に結合する測定回路であって、さらに、第１容量部および第２容量部の少なくとも一方に基づくプロセス流体内の振動を測定するように構成される測定回路と
を含む、工業プロセス制御システムにおいて使用するトランスミッタ。
【請求項２】
振動がプロセス構成要素を経由して伝送される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
プロセス構成要素の故障に関連する診断出力を含む、請求項１記載の装置。
【請求項４】
プロセス構成要素の性能の劣化に関連する診断出力を含む、請求項１記載の装置。
【請求項５】
プロセス構成要素の発生しようとする故障に関連する診断出力を含む、請求項１記載の装置。
【請求項６】
感知された振動の比較に基づく診断出力を含む、請求項１記載の装置。
【請求項７】
測定回路に結合される温度センサを含み、測定回路が測定温度に基づいて測定値を補償する、請求項１記載の装置。
【請求項８】
温度センサがセンサハウジングに搭載される、請求項７記載の装置。
【請求項９】
第１および第２電極の少なくとも一方が外側環状電極を含む、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
第１および第２電極の少なくとも一方が中央電極を含む、請求項１記載の装置。
【請求項１１】
隔離されたキャビティ内の充填流体を含む、請求項１記載の装置。
【請求項１２】
ダイヤフラムがプロセス流体と接触するように構成される、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
ダイヤフラムがプロセス流体から流体的に隔離される、請求項１記載の装置。
【請求項１４】
第１および第２電極が、キャビティの隔離された部分の壁面に隣接して取り付けられる、請求項１記載の装置。
【請求項１５】
内部に形成されたキャビティを有するセンサハウジングをプロセスのプロセス流体に流体的に結合することと、
プロセス流体によって加えられる圧力に応じて動き、キャビティにプロセス流体から隔離された部分を形成し、キャビティ内で可動するダイヤフラムを供給することと、
ダイヤフラムと第１電極との間の電気容量における変化を感知することと、
ダイヤフラムと第２電極との間の電気容量における変化を感知することと、
感知された容量における変化に基づいて圧力を判定することと、
電気容量における変化に基づいてプロセス流体における振動を感知することと
を含む、工業プロセス内のパラメータを測定する方法。
【請求項１６】
２線式プロセス制御ループ上で通信することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
振動がプロセス構成要素を経由して伝送される、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
プロセス構成要素の故障に関連する診断出力を供給することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
プロセス構成要素の性能の劣化に関連する診断出力を供給することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
プロセス構成要素の発生しようとする故障に関連する診断出力を供給することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
感知された振動の比較に基づいて診断出力を供給することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２２】
測定された温度に基づいて測定を補償することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２３】
キャビティ内に充填流体を配置することを含む、請求項１５記載の方法。
【国際調査報告】
2011501288.tif 000007
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