(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象の物理量の変化を機械的変位として取り出し、当該機械的変位を導電性を有する指針に伝達することで前記指針が表示板上で変位し、前記指針が指す当該表示板の目盛りにより測定量の表示を行う表示器において、その表示値を読取る表示値読取装置であって、
前記指針と絶縁され、かつ、前記指針の変位の大きさに応じて前記指針との間の静電容量の大きさが変化するように前記表示板の前記目盛り上に配置される電極部を備え、前記電極部は、光透過性を有する導電性フィルムからなり、
前記指針と前記電極部との間の静電容量を測定する測定部と、
前記測定部において測定された静電容量に基づいて前記表示値を演算し、外部へ出力する演算部とを備える、表示値読取装置。
【請求項２】
前記電極部は、前記指針の変位面に対して略平行に配置され、かつ、前記指針の変位に応じて前記指針と対向する面積が変化するような形状を有する、請求項１に記載の表示値読取装置。
【請求項３】
前記電極部は、前記指針の変位に応じて前記指針との距離が変化するように、前記指針の変位面に対して所定の角度をもって配置される、請求項１に記載の表示値読取装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示値読取装置と、
前記表示値読取装置において演算された前記表示値を転送する転送手段と、
前記転送手段において転送された前記表示値を表示する表示部とを備える、遠隔監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は表示値読取装置およびそれを備える遠隔監視システムに関し、特に指針の変位により測定値を表示する表示器において、その表示値を読取る表示値読取装置およびそれを備える遠隔監視システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、発電所や変電所などのプラントには、多くの計測装置が設置されている。プラントを安定して稼動させるためには、それらの計測装置から得られる測定値を定期的に監視する必要がある。
【０００３】
従来は、当該プラントの保守員が定期的に巡回し、各計測装置の表示値を確認していたが、効率化の要求や情報技術の進歩などに応じて、各計測装置を遠隔で、かつ、集中して監視するような遠隔監視システムの導入が進んでいる。
【０００４】
このような遠隔監視システムの導入にあたり、各計測装置から得られる測定値を監視場所へ伝送する必要がある。そのため、既存の計測装置からの測定値を電気信号として取出す改造が必要となる。
【０００５】
計測装置の中には、計測対象の物理量に応じた電気信号を出力するようなセンサや発振器を含むものがある。そのような計測装置では、既に内部に電気信号が生成されているので、大規模な改造を行なわず、測定値に応じた電気信号を取出すことができる。
【０００６】
一方、たとえば、温度計や圧力計などでは、計測対象の温度や圧力を直接取出し、その機械的変位を指針に伝達することで、測定値を表示する計測装置も存在する。一例として、温度に応じたアルコールや水銀の膨張を利用した隔測温度計、一方面に圧力を与えて隔膜の変位を利用したダイヤフラム式圧力計などが挙げられる。
【０００７】
このような機械的変位を利用した計測装置は、外部からの電力供給を必要としないので、堅牢でかつ安価であり、広く普及している。しかしながら、上述の遠隔監視システムを導入するにあたり、測定値に応じた電気信号を取出すためには、センサを追加するなどの大幅な改造が必要となる。さらに、センサの追加に伴う改造を行なうためには、プラントの運転を休止しなければならないことも多く、非常にコストおよび時間を要するといった問題がある。
【０００８】
そこで、このような計測装置の指針の変位を光学的に読取り、測定値に応じた電気信号を生成する方法が考案されている。
【０００９】
たとえば、特許文献１には、計測装置を撮影する監視用カメラと、監視用カメラで撮影された画像データから表示値を読取る画像処理手段と、読取られた表示値を監視場所へ転送する転送手段とからなる監視システムが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２４２５８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述のような指針の変位を光学的に読取る方法では、監視対象の計測装置に対応する台数の監視用カメラが必要となる。また、１台の監視用カメラで複数の計測装置を撮影するように配置しても、多くのプラントでは、計測装置が分散して設置されていることが多い。そのため、監視用カメラの台数を大幅に抑制することはできなかった。
【００１１】
さらに、監視用カメラで撮影された画像データから表示値を読取る画像処理手段は、パソコンなどで実現されるため、このパソコン自体を保守する必要も生じる。
【００１２】
そのため、システムの構成が複雑化し、保守性も良くないという問題があった。
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、指針の変位により表示される測定量の読取りを低コストで実現する表示値読取装置およびそれを備える遠隔監視システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によれば、指針の変位により測定量を表示し、かつ、指針が導電性を有する表示器において、その表示値を読取る表示値読取装置である。そして、表示値読取装置は、指針と絶縁され、かつ、指針の変位に応じて指針との間の静電容量が変化するように配置される電極部と、指針と電極部との間の静電容量を測定する測定部と、測定部において測定された静電容量に基づいて表示値を演算し、外部へ出力する演算部とを備える。
【００１４】
好ましくは、電極部は、指針の変位面に対して略平行に配置され、かつ、指針の変位に応じて指針と対向する面積が変化するような形状を有する。
【００１５】
好ましくは、電極部は、指針の変位に応じて指針との距離が変化するように、指針の変位面に対して所定の角度をもって配置される。
【００１６】
好ましくは、電極部は、光透過性を有する導電性フィルムからなる。
また、この発明によれば、上述した表示値読取装置と、表示値読取装置において演算された表示値を転送する転送手段と、転送手段において転送された表示値を表示する表示部とを備える、遠隔監視システムである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、指針の変位に応じて指針との間の静電容量が変化するように電極部を配置することで、指針と電極部との間の静電容量に基づいて、表示値を読取る。そのため、既存の計測装置に対する改造を必要とせず、かつ、表示器に対しても電極部を配置するだけでよい。よって、指針の変位により表示される測定量の読取りを低コストで実現する表示値読取装置およびそれを備える遠隔監視システムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１９】
［実施の形態１］
実施の形態１においては、測定対象の機械的変位を受け、指針の回転変位によりその測定量を表示する表示器に適用する場合について説明する。
【００２０】
図１は、実施の形態１に従う表示値読取装置１の概略構成図である。
図１（ａ）は、全体ブロック図である。
【００２１】
図１（ｂ）は、Ｉｂ−Ｉｂ断面図である。
図１（ａ）を参照して、表示値読取装置１は、指針の変位により測定量を表示する表示器２０に対して、その表示値を読取る。
【００２２】
表示値読取装置１は、電極部２と、測定部４と、演算部６とからなる。
電極部２は、読取対象の表示器２０の表面に配置され、測定部４と接続される。そして、電極部２は、たとえば、導電性フィルムや網状の金属導体などで構成される。さらに、保守員が表示器２０を直接監視する場合において、作業を妨げないように、電極部２は、光透過性を有する、すなわち透明または半透明の導電性フィルムが好ましい。
【００２３】
測定部４は、電極部２および表示器２０の外枠１０と接続され、電極部２と表示器２０の指針１２との間の静電容量を測定する。そして、測定部４は、測定した静電容量の値を演算部６へ出力する。
【００２４】
演算部６は、測定部４から受けた静電容量に基づいて表示値を演算し、外部へ出力する。実施の形態１においては、演算部６は、記録部８へ表示値を出力する。
【００２５】
記録部８は、読取対象の表示器２０に近接して配置され、演算部６から受けた表示値のデータを所定の間隔毎に記録媒体９へ格納する。そして、保守員は、その記録媒体９を定期的に回収し、プラントの異常の有無やその兆候の有無について診断を行なう。
【００２６】
また、記録媒体９は、記録部８との着脱が可能であり、格納したデータを自由に持ち運ぶことができる。なお、記録媒体９は、たとえば、フラッシュメモリカード、ＳＤメモリカード、ＩＣメモリカードなどの半導体メモリや、フレキシブルディスク、カセットテープ、光ディスク（ＭＯ（Magnetic Optical Disc）／ＭＤ（Mini Disc）／ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭ／ＲＡＭ／Ｒ／ＲＷ）などからなる。
【００２７】
図１（ｂ）を参照して、読取対象の表示器２０は、指針１２と、回転軸１４と、指示板１８と、外枠１０と、表示窓１６とからなる。
【００２８】
回転軸１４は、図示しない測定対象の機械的変位を受けて回転する。そして、回転軸１４は、指針１２と連結され、自己の回転により指針１２を回転させる。
【００２９】
指針１２は、表示値を読取り易くするため、回転軸１４の回転にかかる変位量を拡大する。
【００３０】
指示板１８は、測定対象の物理量と指針１２の回転にかかる変位量とを対応付けるように目盛りが印される。
【００３１】
外枠１０は、指針１２、回転軸１４および指示板１８を格納し、外部からの影響を遮へいする。そして、外枠１０は、表示窓１６および指示板１８を固定する。
【００３２】
表示窓１６は、ガラスやアクリルなどの光透過性のある材質からなり、視認性を確保しつつ、外部からの影響を遮へいする。
【００３３】
また、上述したように、電極部２は、指針１２の変位面に対して略水平となるように、表示窓１６に密着して配置される。その結果、電極部２と指針１２との間には、表示窓１６と空間とが介在しているので、絶縁が維持される。よって、指針１２が電極として作用するため、電極部２と指針１２との間に静電容量が存在する。
【００３４】
さらに、回転軸１４、指針１２および外枠１０は、金属材料からなり、いずれも導電性を有する。そのため、指針１２は、回転軸１４を介して外枠１０と電気的に接続される。よって、外枠１０と接続された測定部４から見ると、外枠１０および回転軸１４を介して、指針１２までの電路が形成される。
【００３５】
したがって、測定部４は、電極部２と指針１２との間の静電容量を測定できる。
なお、上述の説明においては、外枠１０および回転軸１４を介して、測定部４と指針１２とを電気的に接続する場合について説明したが、外枠１０または回転軸１４が非導電性の物質からなる場合には、リード線などを用いて、回転軸１４または測定部４と指針１２とを直接接続する構成としてもよい。
【００３６】
ところで、静電容量Ｃは、透磁率をε、対向する電極間の面積をＳ、電極間の間隔をｄとすると、Ｃ＝εＳ／ｄで表される。すなわち、静電容量Ｃは、電極間の面積Ｓに比例し、電極間の間隔ｄに反比例する。
【００３７】
電極部２と指針１２との間の静電容量について見ると、対向する電極間の面積Ｓは、指針１２の変位面の面内方向において、電極部２と指針１２とが重なる、すなわち対向する面積と考えることができる。また、電極間の間隔ｄは、電極部２と指針１２の変位面との距離と考えることができる。なお、電極部２は、指針１２の変位面に対して略水平となるように配置されるので、電極間の間隔ｄは、ほぼ一定となる。
【００３８】
再度、図１（ａ）を参照して、電極部２は、指針１２の回転に応じて、指針１２と対向する面積が変化するような形状を有する。すなわち、電極部２と指針１２との間の静電容量は、指針１２の回転に応じて変化する。さらに、後述する演算における処理を簡素化するため、電極部２は、指針１２の示す表示値と静電容量とが略比例するような形状が好ましい。
【００３９】
図２は、測定部４の概略構成図の一例である。
図２を参照して、測定部４は、交流電圧を印加した場合に流れる電流値を検出し、その検出した電流値を交流電圧値および交流周波数により除算することで、静電容量を測定する。そして、測定部４は、交流印加部３０と、変流部３２と、検波部３４と、制御部３６とからなる。
【００４０】
交流印加部３０は、制御部３６からの指令を受けて、所定の周波数かつ所定の電圧値からなる交流電圧を接続端子の両端へ印加する。
【００４１】
変流部３２は、回路に流れる交流電流を取出し、検波部３４へ出力する。
検波部３４は、変流部３２から受けた交流電流を検波し、その電流値を制御部３６へ出力する。
【００４２】
制御部３６は、検波部３４から受けた電流値を交流印加部３０へ与えた周波数指令および電圧値指令で除算し、外部へ出力する。
【００４３】
なお、測定部４は、静電容量を測定できればよいので、上述の構成に限られず、ブリッジ回路を用いる方法や充放電時間の計測による方法などで構成してもよい。
【００４４】
再度、図１（ａ）を参照して、実施の形態１に従う電極部２は、指針１２の示す値に応じて、指針１２と対向する面積が一定の割合で減少するように形成される。
【００４５】
図３は、指針１２の変位量と測定部４で測定される静電容量との関係の一例を示す図である。
【００４６】
図３を参照して、上述のように電極部２は、指針１２と対向する面積が一定の割合で減少するように形成されるので、電極部２と指針１２との間の静電容量は、指針１２の変位量に対して一定の割合で減少する。すなわち、指針１２の変位量は、測定部４で測定される静電容量についての一次関数となる。
【００４７】
そこで、演算部６は、測定部４から静電容量を受けて、指針１２の変位量、すなわち表示器２０の表示値を演算する。
【００４８】
たとえば、指針１２が０〜１００［％］の間で変位し、０［％］における静電容量をＣ０、１００［％］における静電容量をＣ１００とすると、測定部４で測定された静電容量をＣｘとした場合の指針１２の変位量Ｘは、Ｘ＝１００×（Ｃｘ−Ｃ０）／（Ｃ１００−Ｃ０）［％］と演算できる。
【００４９】
なお、上述の説明では、電極部２は、測定部４で測定される静電容量が指針１２の変位量に比例するように形成される場合について説明したが、特にこの構成に限られない。たとえば、指針１２の変位量と静電容量との関係を予め測定しておき、測定部４で測定された静電容量をその関係に当てはめることで、指針１２の変位量を算出することもできる。
【００５０】
（遠隔監視システム）
図４は、実施の形態１に従う遠隔監視システム１００の概略構成図である。
【００５１】
図４を参照して、遠隔監視システム１００は、プラント側に配置された表示値読取装置１から出力される表示器２０の表示値を監視場所へ転送し、監視場所にいる保守員に対して表示する。そのため、保守員は、表示器２０の表示値を確認するためにプラントに赴く必要が無くなり、保守業務の効率化を実現できる。
【００５２】
そして、遠隔監視システム１００は、上述の表示値読取装置１と、送信部４０と、受信部４２と、表示部４４とからなる。
【００５３】
送信部４０は、表示値読取装置１から出力される表示値で変調された無線信号を生成し、送出する。
【００５４】
受信部４２は、送信部４０から送信された無線信号を受け、出力された表示値に復調して表示部４４へ出力する。
【００５５】
表示部４４は、受信部４２から受けた表示値を表示する。また、表示部４４は、送信された表示値が予め設定されたしきい値を超過したか否かを判断し、超過した場合には、その旨を通知するような構成としてもよい。
【００５６】
実施の形態１においては、送信部４０および受信部４２が転送手段を実現する。
なお、上述の説明では、１つの表示値読取装置１と、表示部４４とからなる遠隔監視システムについて例示したが、１つの表示部４４に対して複数の表示値読取装置１から出力される表示値を表示する構成としてもよい。
【００５７】
また、上述の説明では、無線信号を介して表示値を転送する構成について説明したが、ケーブルや光ファイバによる有線通信を用いてもよい。
【００５８】
この発明の実施の形態１によれば、表示器の表示窓上に電極部を配置し、その電極部および表示器の外枠を測定部の両端と接続するだけで、表示値を読取ることができる。そのため、表示器以外の既存の計測装置に対する改造は必要なく、かつ、表示器に対する改造範囲も少なくて済む。また、本質的には、静電容量を測定することで、表示値を読取るので、パソコンなどを用いた複雑な処理を必要としない。よって、指針の変位により表示される測定量の読取りを低コストで実現する表示値読取装置およびそれを備える遠隔監視システムを実現できる。
【００５９】
また、この発明の実施の形態１によれば、電極部は、指針の示す値に応じて、指針と対向する面積が一定の割合で減少するように形成される。そのため、測定部で測定される静電容量は、指針の変位量に比例する。よって、測定された静電容量に基づく表示値の演算処理が単純化されるため、演算部の構成を簡素化できる。
【００６０】
［実施の形態２］
実施の形態１においては、指針の変位量に応じて、指針と対向する面積が変化するように形成された電極部を用いる場合について説明した。
【００６１】
一方、実施の形態２においては、指針の変位量に応じて、指針との距離が変化するように電極部を配置する場合について説明する。
【００６２】
実施の形態２に従う表示値読取装置は、図１に示す実施の形態１に従う表示値読取装置１において、電極部の形状および配置を変更したものであり、他の部分は同一である。
【００６３】
図５は、実施の形態２にかかる読取対象の表示器５０を示す図である。
図５（ａ）は、表示器５０の正面図である。
【００６４】
図５（ｂ）は、Ｖｂ−Ｖｂ断面図である。
図５（ａ）を参照して、読取対象の表示器５０は、測定対象の機械的変位を受け、指針１３の上下方向の変位によりその測定量を表示する。
【００６５】
図５（ｂ）を参照して、表示器５０は、指針１３と、指示板１９と、表示窓１７と、外枠１１とからなる。
【００６６】
指針１３は、図示しない測定対象の機械的変位を受けて、上下方向に可動する。
指示板１９は、測定対象の物理量と指針１３の上下方向の変位量とを対応付けるように目盛りが印される。
【００６７】
外枠１１は、指針１３および指示板１９を格納し、外部からの影響を遮へいする。そして、外枠１１は、表示窓１７および指示板１９を固定する。
【００６８】
表示窓１７は、ガラスやアクリルなどの光透過性のある材質からなり、視認性を確保しつつ、外部からの影響を遮へいする。
【００６９】
再度、図５（ａ）を参照して、電極部３は、指針１３と対向する面積が指針１３の変位量によらず略一定となるように形成される。
【００７０】
図５（ｂ）を参照して、電極部３は、くさび形状を有するスペーサ５を介して表示窓１７上に配置される。そのため、電極部３は、指針１３の変位面に対して所定の角度をもって配置される。また、スペーサ５は、非導電性の材料からなる。
【００７１】
よって、電極部３と指針１３との距離は、指針１３の変位量に応じて変化し、電極部３と指針１３との間に存在する静電容量も指針１３の変位量に応じて変化する。さらに、電極部３は、指針１３の変位面に対して一定の角度を維持するので、電極部３と指針１３との距離は指針１３の変位量に比例する。すなわち、測定部４で測定される静電容量を指針１３の変位量に比例させることができる。
【００７２】
なお、指針１３が上側に変位すると、電極部３と指針１３との間に存在する静電容量は減少するので、その変化を妨げないように、スペーサ５は、低い誘電率の材料からなることが望ましい。すなわち、電極部３と指針１３との間に誘電率の高い物質が介挿されると、実質的に電極間隔が減少し、静電容量の変化量が小さくなるためである。
【００７３】
さらに、指針１３および外枠１１は、金属材料からなり、いずれも導電性を有する。そのため、指針１３は、外枠１１と電気的に接続され、外枠１１を介して外部との電路が形成される。よって、実施の形態１と同様に、測定部４は、電極部３と指針１３との間の静電容量を測定できる。
【００７４】
以下の部分は、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
なお、上述の説明では、指針１３と対向する面積が指針１３の変位量によらず略一定となるような長方形の電極部３について説明したが、指針１３との距離に加えて、指針１３と対向する面積がさらに変化するように、台形の電極部を用いてもよい。
【００７５】
この発明の実施の形態２によれば、指針と対向する面積を変化させるように電極部を形成する必要がない。また、電極部を指針の変位面に対して所定の角度をもつように配置するだけで、電極部と指針との距離を指針の変位量に比例させることができる。よって、静電容量と指針の変位量との比例関係を容易に実現できる。
【００７６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施の形態１に従う表示値読取装置の概略構成図である。
【図２】測定部の概略構成図の一例である。
【図３】指針の変位量と測定部で測定される静電容量との関係の一例を示す図である。
【図４】実施の形態１に従う遠隔監視システムの概略構成図である。
【図５】実施の形態２にかかる読取対象の表示器を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  表示値読取装置、２，３  電極部、４  測定部、５  スペーサ、６  演算部、８  記録部、９  記録媒体、１０，１１  外枠、１２，１３  指針、１４  回転軸、１６，１７  表示窓、１８，１９  指示板、２０，５０  表示器、３０  交流印加部、３２  変流部、３４  検波部、３６  制御部、４０  送信部、４２  受信部、４４  表示部、１００  遠隔監視システム、Ｃ  静電容量、ｄ  電極間の間隔、Ｓ  電極間の面積、Ｘ  変位量。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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